現在，通信市場變成了紅海，有線電視陷入了困境。根源在于電信、廣電在三網融合政策放開后，都在自己不擅長的領域投入了大量的資源，導致通信產業的發展過早進入能源依賴狀態。
本文我們將交通與通信作為對比，深入淺出地為你揭示網絡通信背后的能源消耗問題，你會看到推動三網融合的現實意義！
交通與通信
交通、通信是兩種重要的基礎設施。一個承載實體經濟，一個承載數字經濟。
交通網絡將人員、貨物從一個地方運輸到另一個地方。通信網絡則將信息從一個地方傳遞到另一個地方。二者在網絡架構上有很多的相似之處。
交通網絡中的十字路口就好比是通信網絡中的交換機或路由器，有紅綠燈和停車線。交通中的車站或者物流中心，有較大的場地用于客流、倉儲管理。它們就好比是通信網絡的數據中心（云計算）。從一個車站到另一個車站的道路，就好比通信網中的光纖或5G無線信道。在道路上跑的各種交通工具，運輸的貨物越多，途經的車站越多，裝卸次數越多，紅綠燈越多，燒的油也就越多，在路上花的時間也就越長。解釋這些現象使用牛頓力學。在通信網絡上，傳輸的數據越多，經過的數據中心越多，使用的交換機路由器越多，數據的存取次數越多，所消耗的電力也就越多，通信的延時也就越大。解釋這些現象需要使用香農定律、蘭道爾定律等通信及計算機知識。僅從能量消耗的角度，完全可以將交通與通信進行對照。
通信線路一般也是沿著交通路線鋪設。交通網和通訊網在架構上幾乎可以等同。
通信信道中的載波，就好比是汽車。對載波的調制，就好比是往汽車里裝貨物。ASK調制就好比讓一輛卡車拉一只乒乓球，而高階QAM調制，就好比將貨物盡量裝滿一輛車。所以，你看到從3G到5G，從WiFi5到WiFi7，從DVBC到DVBC2，主要的變化是調制階數大幅增加。就好比把汽車的犄角旮旯都裝滿貨物。曾經被神化的5G也不過如此。兩地之間的直達運輸，最省油，耗時也最小。對應的通信技術就是兩點之間直通、不需要紅綠燈路由器的廣播。
通信正在成為高能耗行業
基于基礎通信網，將計算機連在一起，就升級為互聯網。
互聯網的最初應用是傳輸文字圖片，最廣泛的應用是電子郵件。鼠標輕輕一點，就可以取代郵差。這時，我們感覺不到能源的消耗。
后來，我們用互聯網點視頻時，圖像質量稍高點的視頻會容易讓電腦發熱，手機電量也快速下降。有機構測算，我們每點播一集視頻，終端與云端消耗的電力，大約可以燒開三壺水。從標清到高清，再到超高清，需要消耗的電力呈指數級增長。通信網絡和云計算的效率提升，并沒有按照指數級速度跟上，遇到了能耗瓶頸。比如，手機開了5G功能，電量會很快下降，5G基站也成為電老虎，視頻網站的會員費不斷提高也不能阻擋他們的虧損。信息通信是文明的基礎，越來越高的通信設備能耗，開始讓我們將文明與能源消耗聯系在一起。
文明等級與能源消耗
前蘇聯天體物理學家尼古拉-卡爾達舍夫提出了這樣一個理論：人類文明的技術進步與可控制的能源總量息息相關。根據這條思路，他從低到高確定了銀河系中文明發展的三種類型：
類型I ：該文明是行星能源的主人，這意味著他們可以主宰整個世界能源的總和。
類型II ：該文明能夠收集整個恒星系統的能源。
類型III ：該文明可以利用銀河系系統的能源而為其所用。
卡爾達舍夫等級用一個對數公式表示。如果一個文明的全部能源消耗為P，那么這個文明對應的卡爾達舍夫等級K可以表示為：
根據國際能源署的數據，2018年全球能源消費為14 281 889千噸油當量（能量單位），大約為1.90×1013W。由該公式計算出地球上人類文明，目前屬于0.728級文明。
現在，我們的衣食住行都有了很好的保障，這方面的能耗增加有限。互聯網通訊產業的能耗以每年超過20%的速度快速增加，將很快成為主要的能源消耗。
如果將現在網絡中的視頻全部改為8K超高清，可能全社會的發電用于通信也不夠。更不用說熱炒的16K/120Hz元宇宙超高清視頻了。
超高清視頻通訊或者說元宇宙，所帶來的高能耗，或許是推動人類向1.0級文明發展的動力。
通信產業的背后是能源
種種跡象表明，從5G開始，通信產業的發展和能源消耗關聯起來。數據中心也可以稱為電力向算力的轉化中心，運營商正在大力推廣的“算力網”，從能源角度可以稱為數字經濟時代的基礎“能源網”，是數字經濟的核心。國家正在實施的東數西算工程，就好比西電東送建設的坑口發電廠，就近將西部的電力轉化為算力，用通信網絡將運算結果送到東部，大幅降低能源消耗。超高清時代，通訊作為一個大產業，其發展正在與人們可控制的能源有關，與尼古拉-卡爾達舍夫的文明等級理論開始關聯，激勵人們進行創新。比如，有頭有臉的資本開始投資核聚變發電。據悉再過10年，核聚變電力有可能上網銷售。將來，當人類有了新的理論，可以使用可控核聚變方式，產生特定的電磁波，或其它什么波，并對其進行高效調制，然后再定向發射，既可以用于地球尺度的全息通信，也可以與外星人進行聯系，而通信用的能源可能就是一罐氫氣，而且可以用很長時間。這時的人類應該早已實現了能源自由，文明水平至少達到了尼古拉-卡爾達舍夫定義的類型I水平。但目前的通信還必須接受香農定律約束，設法降低能耗。香農定律給我們描述了能源與信息通信之間的關系。這個定律我們時常提起，但又很容易忽視。時常提起是因為有資源約束的無線通信，必須在香農定律的指導下，才能提高通信效率。被忽視的原因是，有線通信，特別是光纖通信，因為物理信道資源豐富，在很多應用場景不需要考慮香農定律的存在。但這并不意味著沒有香農定律約束。比如，雖然光纖帶寬很大，但光模塊的射頻電路帶寬有限，也受香農定律約束。比較遺憾的是，芯片技術的進步，對射頻電路的功耗降低作用不大，用這類光電轉換模塊的IP網絡通信，被鎖定在了低效的ASK調制上，邏輯電路需要外接容量越來越大的DDR存儲器，增加延時。隨著摩爾定律逼近物理極限，通信技術發展的指揮棒，就交到了香農定律手里。也就是，通信技術的發展水平，將取決于人類獲取能源的能力。
如何節省通信產業所消耗的能源？
依照我們目前的認知水平，距離能源自由還很遙遠。特別是考慮到我國仍以煤電為主的現狀，以及雙碳目標的實現，對通信產業的節能必須更加重視。正如文章開頭，通信系統的節能完全可以參照交通系統。比如，不需要中轉的貨物盡量直達，減少十字路口及紅綠燈，開通直達列車或直達飛機。這對應了沒有中轉路由的廣播通信。對廣播通信的研究與3-5G無線信道研究完全一樣，就是采用更先進的調制和編碼技術。比如，采用DVBC2的4096QAM以及LDPC編碼，可以實現10bit/Hz的信道效率，就好比使用更省油和裝貨能力更高的汽車。這意味著，如果終端直接連接光纖，將10G基帶IP傳輸光模塊的射頻技術用于設計高頻頭，通過多載波分段調制，像5G那樣擴展頻譜及頻譜效率，可以實現100G以上的無路由器低成本廣播直連，信道容量至少比全基帶ASK調制提高10倍，容納200M碼流的高標準8K電視頻道500套以上，可滿足廣播網10年的發展。這樣做還同時降低終端的IP包卸載算力，降低終端成本和能耗，讓幾十元的DVBC2機頂盒終端進入市場成為可能。如果網絡運營商吸引專業的芯片公司以及終端廠家分工合作，共同制定一個開放的標準，實現多方共贏，而不是閉門造車，上述目標不需要投資就可以達到，而且還可以帶動終端及傳輸設備的產業升級，產生網絡效應。
這時，對于電視終端的升級，只需更換高頻頭芯片即可。然后再將RF輸入換成光口，再去掉防雷擊電路，總成本應該會下降。對于必須經過存儲中轉的貨物，盡量減少貨物的中間裝卸次數。對應的是電信網絡運營商扁平化的網絡架構，減少網絡層級，減少數據路由環節，實現效率提升、能耗下降。近年來，一些云計算巨頭進入服務器芯片設計領域，從算力角度提高視頻數據的分發效率，降低能耗。但無論如何，寬帶網+云計算+路由器的通信效率，都不可能與基于基礎信道調制的廣播傳輸相比。
三網融合仍有很強的必要性！
目前，電信運營商在“算力網”上的巨額投資，會導致主營業務重心向云計算偏離，使用廣播網卸載算力網超高清數據負載的可能性較低，反而會將超高清作為消化算力網的應用，短暫降低對管道的關注度。這或許是有線電視建設DVBC2廣播網實現最后逆襲的機會。但是，如果有線電視以機頂盒為中心的計劃經濟體制不變，對戰略機遇期不敏感，廣播網絡入戶資源繼續大量閑置浪費，國家會不會為了綠色發展，鼓勵電信運營商參與競爭，提高廣播網資源利用效率呢？所以，電信運營商建設DVBC2廣播網的可能性并不為零。有線電視必須加快市場化改革步伐，高效利用已有資源，進入三網融合2.0時代。三網融合2.0是一件很有意義的事，泰信希望與產業鏈伙伴一起，將這件利國利民的事做成！全文完，如果覺得對行業健康發展有利，就請隨手點個贊和在看吧。
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