趙玉民

（廣州廣聯(lián)數(shù)字家庭產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，廣東 廣州 510006）

責(zé)任編輯:許 盈

0 引言

現(xiàn)在，家庭大都安裝有電視、電話和各種家用電器，當(dāng)采用計算機上網(wǎng)時，則家居需裝ADSL的Modem或接入寬帶的高速以太網(wǎng)線（Internet），當(dāng)家有多臺PC機上網(wǎng)時，還需裝有線/無線以太網(wǎng)的路由器（即簡單的家庭網(wǎng)關(guān)），這樣就構(gòu)成了簡單的數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)。所以，現(xiàn)在各個家庭的布線有:電信的電話線、寬帶Inter?net的網(wǎng)線和廣播電視的電視電纜，即3種網(wǎng)分別安裝的線路，再加上電力線（Power Line）共4種線路。目前家庭網(wǎng)絡(luò)的介質(zhì)，分別向電話線、電源線及無線網(wǎng)絡(luò)等方向發(fā)展，但也有廠商為求得更佳效能，發(fā)展必須全新布線的家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

數(shù)字家庭（Digital Home）概念是近年消費電子領(lǐng)域的開發(fā)熱點，已成為各大廠商爭奪的焦點。數(shù)字家庭將計算機、通信與消費電子設(shè)備（3C）融合進家庭中，是實現(xiàn)家庭信息化的一種新概念，可為家庭提供集成的通信、電視、安全防范、家居管理、家電控制等功能。數(shù)字家庭涉及的主要技術(shù)是家庭聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與家庭網(wǎng)關(guān)技術(shù)等，主要解決兩個問題:

一是解決家庭內(nèi)部設(shè)備組網(wǎng)問題，建立智能家庭網(wǎng)絡(luò)，將原來分立的電話、電視和PC機上網(wǎng)等信息服務(wù)系統(tǒng)有機地結(jié)合在一起，即電信/電視/互聯(lián)網(wǎng)三網(wǎng)在家庭內(nèi)的融合，實現(xiàn)帶寬共享并在家庭范圍內(nèi)實現(xiàn)多媒體和娛樂資源的共享；同時集成現(xiàn)今智能家居功能，將與家庭生活密切相關(guān)的自動抄表、可視對講、安全/防盜報警系統(tǒng)、家電控制與家居管理系統(tǒng)等各子系統(tǒng)組合起來，進行集中的信息采集、監(jiān)測和控制、調(diào)節(jié)，形成以家庭網(wǎng)關(guān)（RG）為中心的統(tǒng)一智能家庭網(wǎng)絡(luò)。

二是解決智能家庭網(wǎng)絡(luò)與外部電信網(wǎng)/Internet/電視網(wǎng)三網(wǎng)的寬帶互聯(lián)與接入問題。這是通過家庭網(wǎng)關(guān)來實現(xiàn)的，家庭網(wǎng)關(guān)起著承上啟下的橋梁作用:它一方面與外部三網(wǎng)互聯(lián)，使整個家庭網(wǎng)絡(luò)與外部網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，實現(xiàn)家庭內(nèi)部設(shè)備與外部網(wǎng)絡(luò)的互通與信息交換；另一方面,它對下連接家庭內(nèi)電話、電視、PC及各種終端組成家庭網(wǎng)絡(luò)，又是家庭網(wǎng)絡(luò)的核心，是家庭信息網(wǎng)絡(luò)和安全及電器自動化的監(jiān)控管理中心，使家庭用戶可以獲得各種信息服務(wù)，并使信息與媒體在家庭內(nèi)部終端之間充分共享，是家庭娛樂的多媒體中心。

其中，解決家庭內(nèi)部多種終端之間的物理互聯(lián)的組網(wǎng)技術(shù)是構(gòu)建家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施，是支撐數(shù)字家庭豐富應(yīng)用的底層技術(shù)，是數(shù)字家庭最為關(guān)鍵和最困難的部分。只有家庭網(wǎng)絡(luò)化（特別是無線網(wǎng)絡(luò)化）才是未來數(shù)字家庭發(fā)展的唯一方向。因此，本文下面重點討論數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)與互聯(lián)技術(shù)。

家庭信息化將是三網(wǎng)融合發(fā)展的源動力，是三網(wǎng)融合發(fā)展的靈魂[1]，數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)是國家“十一五”提出的推進三網(wǎng)融合在家庭環(huán)境下的具體體現(xiàn)和起點，作為寬帶網(wǎng)絡(luò)的延伸和寬帶增值服務(wù)的擴展，如何根據(jù)各家各戶的實際情況和需求研究經(jīng)濟實用而切實可行的數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)組建方案，發(fā)展技術(shù)體系統(tǒng)一的家庭網(wǎng)絡(luò)，探討推進“三網(wǎng)融合”的有效途徑具有重要意義，以便為廣大家庭用戶提供更為個性化、專業(yè)化、多樣化的廣播電視和信息服務(wù)，有利于推進國家信息化、社會信息化和家庭信息化建設(shè)。

本文下面首先概括介紹數(shù)字家庭的概念和對網(wǎng)絡(luò)組建的需求和技術(shù)指標(biāo)要求，然后簡要介紹現(xiàn)今國內(nèi)外數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究及其發(fā)展、應(yīng)用狀況，對各種技術(shù)方案進行分析、比較；最后探討了其最優(yōu)的互聯(lián)方式與技術(shù)方案，重點探討了既保障數(shù)字家庭多種終端互聯(lián)組網(wǎng)以支持多種業(yè)務(wù)應(yīng)用與信息共享、高吞吐量以傳輸諸如高清晰電視等高質(zhì)量音視頻內(nèi)容、高QoS以確保流暢不間斷的數(shù)據(jù)傳輸，同時又保障聯(lián)網(wǎng)布線/改線最少、成本最省、使用簡便的技術(shù)方案。

1 數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)的概念和對組網(wǎng)的要求[2-3]

數(shù)字家庭的概念中，設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)是兩個不可缺少的組成部分，設(shè)備是最終功能的直觀體現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)是確保數(shù)字家庭功能實現(xiàn)的基礎(chǔ)保障，關(guān)系到數(shù)字家庭諸多功能能否實現(xiàn)。為此，下面首先介紹數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)概念，然后從用戶需求出發(fā)，討論對組網(wǎng)的要求。

1.1 數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)的概念[3]

數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)最終的發(fā)展目標(biāo)是:一是完成家庭內(nèi)部各種設(shè)備組成網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)資源共享、協(xié)同工作；二是實現(xiàn)與外部網(wǎng)絡(luò)（電信網(wǎng)/互聯(lián)網(wǎng)/社區(qū)網(wǎng)）的連接，實現(xiàn)家庭內(nèi)部設(shè)備與外部網(wǎng)絡(luò)信息交流的目的，使用戶能獲得豐富多彩的業(yè)務(wù)服務(wù)和應(yīng)用享受。

數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)概念的提出涉及到了電信、家電、IT等行業(yè)，從提供業(yè)務(wù)/服務(wù)的角度涉及到信息服務(wù)提供商、電信網(wǎng)絡(luò)運營商、小區(qū)物業(yè)等角色，從產(chǎn)品的角度來說，涉及到了通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和終端設(shè)備制造商，IT行業(yè)的芯片提供商、軟件提供商和終端設(shè)備制造商以及家用電器制造商，這些行業(yè)對家庭網(wǎng)絡(luò)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有各自的理解，目前正在走向融合，正朝著提供話音、音視頻、數(shù)據(jù)整合業(yè)務(wù)的趨勢不斷發(fā)展。究竟哪項技術(shù)獲勝，依賴于其技術(shù)的突破和廣泛應(yīng)用，并且是由應(yīng)用需求牽引技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

IT/家電行業(yè)最早提出家庭網(wǎng)絡(luò)的概念，認(rèn)為數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)指的是家庭的信息設(shè)備、通信設(shè)備以及消費電子設(shè)備，包括PC、電話、電視機、DVD等組成的家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，可在這個寬帶網(wǎng)絡(luò)之上獲取高速上網(wǎng)、VoIP、電視以及各種以數(shù)字娛樂為主的應(yīng)用。

通信行業(yè)認(rèn)為家庭網(wǎng)絡(luò)用戶是從普通的電信業(yè)務(wù)用戶和企業(yè)用戶拓展延伸出來的一種用戶群。數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)與電信網(wǎng)絡(luò)進行連接，通過家庭網(wǎng)關(guān)將公共網(wǎng)絡(luò)功能和應(yīng)用延伸到家庭，它不強調(diào)家庭內(nèi)部各終端設(shè)備的互聯(lián)，但能實現(xiàn)對外出口帶寬的共享。

社區(qū)/居民小區(qū)物業(yè)認(rèn)為家庭網(wǎng)絡(luò)應(yīng)與小區(qū)自建的網(wǎng)絡(luò)相連，是智能化小區(qū)的概念延伸到家庭，支持自來水、煤氣、電力、暖氣的遠程集中抄表。可提供小區(qū)和家庭安防，直接將安防信息和警報發(fā)給所在小區(qū)警備室、街道派出所、公安分局等。接入小區(qū)服務(wù)、社區(qū)醫(yī)院等系統(tǒng)，只要用戶觸發(fā)按鍵，位置信息將自動發(fā)送到小區(qū)急救平臺或者相關(guān)社區(qū)醫(yī)院。

應(yīng)該說，IT行業(yè)、通信行業(yè)、家電行業(yè)都在談數(shù)字家庭，不同的行業(yè)都在期待數(shù)字家庭能夠幫助各自的產(chǎn)業(yè)朝著健康的方向發(fā)展。

目前，IPTV業(yè)務(wù)被認(rèn)為是數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)中的一個主要應(yīng)用，數(shù)字電視機、IP機頂盒等終端產(chǎn)品成為家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的主要消費市場。

1.2 數(shù)字家庭組網(wǎng)的需求分析

數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)最主要的困難和關(guān)鍵的技術(shù)難點是絕大多數(shù)的家庭網(wǎng)絡(luò)使用者對網(wǎng)絡(luò)的要求是“既要馬兒跑，又要馬兒不吃草”的苛刻要求:

1）低成本、低復(fù)雜度、易于使用和三網(wǎng)融合的要求。絕大多數(shù)消費者不會愿意花大錢投資網(wǎng)絡(luò)，他們希望最好是不要布線，即插即用，或盡可能地簡單布線、便宜、安裝容易且使用簡便，并要求耐用，更不能有后續(xù)的復(fù)雜維護和維修。

因此，對現(xiàn)在已建成的家居要求盡可能不重新布線施工，充分利用現(xiàn)在已有的家庭內(nèi)部布線或無線物理介質(zhì)進行家庭網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)；對將要建設(shè)的未來智能家居要求盡量不要布線或至少減少布線及其種類，從而盡可能降低家庭為布設(shè)高速網(wǎng)絡(luò)進行復(fù)雜施工和裝修的費用與麻煩。這實際上是提出了在家庭范圍內(nèi)實現(xiàn)三網(wǎng)合一和業(yè)務(wù)融合的需求，實現(xiàn)3C（計算機、通信和消費電子設(shè)備）的融合，以節(jié)省家庭開支，應(yīng)用簡化便利。

2）功能/實用性（業(yè)務(wù)能力）。從現(xiàn)在大多數(shù)家庭的需求來說，主要用途一是收看廣播電視，即現(xiàn)在的“機頂盒”功能，更進一步希望得到高清、3D電視和互動電視等高端信息化服務(wù)，適應(yīng)國家關(guān)于推進三網(wǎng)融合總體要求的正在建設(shè)的雙向、交互、多功能的新一代數(shù)字電視網(wǎng)絡(luò)的要求，為家庭用戶提供更為個性化、專業(yè)化、多樣化的廣播電視和信息服務(wù)。二是提供通信、上網(wǎng)的服務(wù)，能支持不同終端，包括無線/有線、固定/移動，也支持帶寬的分享，保證能將家庭內(nèi)不同的數(shù)字多媒體設(shè)備（如臺式PC、筆記本計算機、IPTV以及PS2或Xbox游戲機等）在同一時間段內(nèi)通過不同的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)到互聯(lián)網(wǎng)上，從而獲得遍及整個家庭的涵蓋通信、數(shù)據(jù)、音視頻與娛樂的更廣范圍的服務(wù)。三是進一步發(fā)展的要求，希望能提供自動抄表（三表）、家庭安全、消費電子設(shè)備（CE）監(jiān)控與管理等需求。

因此，整個數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)涉及三大網(wǎng)絡(luò):第一是多媒體網(wǎng)絡(luò)，第二是信息網(wǎng)絡(luò)，第三就是控制網(wǎng)絡(luò)，即要求構(gòu)建一個家庭網(wǎng)絡(luò)平臺，它是建立家庭信息網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)融合的基礎(chǔ)，不僅將寬帶網(wǎng)連接到家庭，同時通過家庭網(wǎng)絡(luò)平臺將住宅內(nèi)的電話網(wǎng)絡(luò)、電視網(wǎng)絡(luò)、計算機網(wǎng)絡(luò)以及家庭自動化監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)合理地融合在統(tǒng)一的家庭網(wǎng)絡(luò)平臺中，要求能承擔(dān)包括語音、數(shù)據(jù)、多媒體、高質(zhì)量音視頻以及控制和管理等傳輸業(yè)務(wù)和應(yīng)用，這是構(gòu)建家庭網(wǎng)絡(luò)的根本目的和要達到的目標(biāo)。

3）帶寬是實現(xiàn)上述功能和服務(wù)需求的必要條件。在數(shù)字音視頻、娛樂應(yīng)用和信息服務(wù)逐漸成為數(shù)字家庭的主要應(yīng)用方向的情況下，對大帶寬（網(wǎng)絡(luò)傳輸速度）、支持多種多媒體應(yīng)用的要求將使其成為重要指標(biāo)。

人們經(jīng)常應(yīng)用和關(guān)心的主要是音視頻網(wǎng)絡(luò)和為用戶提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)服務(wù)的信息網(wǎng)絡(luò)，多媒體信息的分發(fā)和傳輸，特別是對高清數(shù)字電視的傳輸和雙向業(yè)務(wù)需求，要求能夠提供高吞吐量以傳輸諸如高清晰電視等高質(zhì)量音頻、視頻內(nèi)容，目前情況下其最低的門檻應(yīng)超過100 Mbit/s；同時也希望兼容家庭安全、抄表、控制等低速數(shù)據(jù)的窄帶需求，而無需另來一套諸如ZigBee的設(shè)備等。

4）服務(wù)質(zhì)量（QoS）是實現(xiàn)上述功能的充分條件，同樣也是消費者關(guān)注的重要指標(biāo)，即質(zhì)量、性能保證。在家庭網(wǎng)絡(luò)中，必須支持各種需要大寬帶的多媒體內(nèi)容。同時像電視、DVD播放機等均為連續(xù)的媒體流，要求同步性，因此QoS的效能也相當(dāng)重要。要求必須提供優(yōu)質(zhì)的QoS，以確保流暢的、不間斷的數(shù)據(jù)傳輸，保證家庭網(wǎng)絡(luò)在傳輸視頻、音頻時能忍受的最低限度干擾的能力，以避免應(yīng)用中出現(xiàn)傳輸中斷、信號時好時壞，保證穩(wěn)定性、可靠性。

除上述4項需求之外，下述幾項要求對數(shù)字家庭的應(yīng)用也是十分重要的，是家庭組網(wǎng)和構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)時必須考慮的因素:

1）網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性。因為家庭應(yīng)用，其穩(wěn)定性和可靠性的重要性是不言而喻的，例如電視機的MTBF不低于10000 h?？煽慷冗€指，必須能夠隔絕來自家中電器設(shè)備的干擾，如微波爐以及無線電話等。

2）擴充性。由于數(shù)字家庭CE隨著年代不斷更新，同時家中連網(wǎng)的設(shè)備會越來越多，因此為避免重復(fù)投資，擴充性就成為一大考慮。

3）標(biāo)準(zhǔn)兼容性。要獲得主流市場的認(rèn)同，家庭網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)是不可或缺的要素。此外，避免買到即將過時的產(chǎn)品，必須兼具互通性（Interoperability）與未來的應(yīng)用兼容。

4）成功的數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)組建方案要成為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)，為能以最低的成本、最省的時間、精力進入快速批量化生產(chǎn)，除上述標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系列化外，還需要獲得眾多芯片制造廠商和設(shè)備廠商的支持。

2 現(xiàn)代家庭網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)的研究和發(fā)展現(xiàn)狀

為了盡可能不對現(xiàn)在已建家居重新布線施工，充分利用現(xiàn)在已經(jīng)有的家庭內(nèi)部布線或無線物理介質(zhì)進行家庭網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)；對將要建設(shè)的未來智能家居要求盡量減少布線及其種類，盡可能降低復(fù)雜布線和裝修的費用與麻煩。因此，在數(shù)字家庭組網(wǎng)中，國內(nèi)外各公司廠家對于RG內(nèi)部與各設(shè)備間的互聯(lián)的技術(shù)研究結(jié)果為:一是利用現(xiàn)在家庭已有布線的有線傳輸技術(shù)，包括五類線（以太網(wǎng)線和電話線）、電力線（PLC）、有線電視同軸電纜等；二是采用不需布線的無線通信方式，如WiFi、ZigBee、藍牙和無線UWB等；三是有/無線混合方式等。每種技術(shù)都有其特點和適用的范圍，也有其局限性和缺點，沒有十全十美的技術(shù)和方法。圖1概括了現(xiàn)今已通用的和新開發(fā)的具有廣闊前景的幾種家庭網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)與方案，下面根據(jù)文獻[4-7]分別概括其技術(shù)研究、發(fā)展與應(yīng)用情況，并進行比較分析。

圖1 現(xiàn)今應(yīng)用和開發(fā)的幾種家庭網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)與方案比較

2.1 有線組網(wǎng)與互聯(lián)技術(shù)[8-9]

家庭有線組網(wǎng)方式均采用房內(nèi)已有的電力線、電話線/網(wǎng)線（雙絞線或五類線）或電視電纜。根據(jù)所用布線的不同，有基于電力線、五類線或電視電纜的有線組網(wǎng)方式和技術(shù)。

1）基于五類線的組網(wǎng)與互聯(lián)技術(shù)

這是基于家庭的電話線、以太網(wǎng)線傳輸，通過在雙絞線上調(diào)制信號承載數(shù)據(jù)，提供家庭所有設(shè)備的組網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。RG內(nèi)部與各設(shè)備間的互聯(lián)最通用的連接方式是以太網(wǎng)，可以采用以太網(wǎng)的接口和五類線進行互聯(lián)。

（1）以太網(wǎng)技術(shù)

在目前的網(wǎng)絡(luò)世界里，Ethernet是一種非常普及、市場占有率最高的連接技術(shù)，所有計算機聯(lián)網(wǎng)（局域網(wǎng)）均采用以太網(wǎng)線。它基于IEEE 802.3相關(guān)的一系列協(xié)議，基于IEEE 802.1p的QoS機制，以雙極性（差分）信號形式傳輸以太網(wǎng)基帶信號（0.5～25 MHz），可提供從10～100 Mbit/s甚至千兆的傳輸帶寬。以太網(wǎng)技術(shù)相對比較簡單，在目前的家庭設(shè)備互聯(lián)中是最簡單也是最普及的，通過家庭網(wǎng)關(guān)的配合，可以滿足語音、視頻、數(shù)據(jù)多種信息流的QoS要求。但以太網(wǎng)線不是一種共享式的總線，在家庭有多臺計算機應(yīng)用時需增加家庭Hub（路由器），并對家庭布線有較高的要求，存在調(diào)整靈活性差、節(jié)點不具備移動性等問題。

（2）Home PNA（家庭電話線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟）技術(shù)[5-7]

Home PNA于1998年由3Com，AMD和IBM等11家公司共同建立，到2000年，已經(jīng)有150多家公司參加了這個聯(lián)盟。其目的是利用現(xiàn)有電話線路傳輸寬帶數(shù)據(jù)信號，無須重新布線，以類似于以太網(wǎng)的技術(shù)滿足用戶寬帶上網(wǎng)的要求，提供一種低成本高寬帶網(wǎng)絡(luò)的解決方案。該技術(shù)采用以太網(wǎng)CSMA/CD協(xié)議、頻分復(fù)用技術(shù)，實現(xiàn)上網(wǎng)的同時不會影響電話使用和收發(fā)傳真。

1998年HomePNA1.0標(biāo)準(zhǔn)頒布，其上下行速率均為1 Mbit/s，最大傳輸距離為150 m，可連接25個設(shè)備。1999年HomePNA2.0標(biāo)準(zhǔn)中的上下行速率均為10 Mbit/s，最大傳輸距離為300 m。2005年5月，國際電信聯(lián)盟（ITU）推出了數(shù)據(jù)傳輸率達128 Mbit/s，并可擴展到240 Mbit/s的HomePNA3.0規(guī)范。2007年3月，ITU宣布HomePNA3.1規(guī)范，這是目前唯一國際承認(rèn)的家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，允許服務(wù)提供商通過家庭內(nèi)部電話線和電纜以最高320 Mbit/s的速度提供高速的三重業(yè)務(wù)整合等互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。然而，HomePNA的推廣要求安裝電話插座，這無疑是一個障礙。

2）基于PLC的組網(wǎng)與互聯(lián)技術(shù)——Home Plug技術(shù)[5-8]

電力線遍布城鄉(xiāng)和家庭的各個房間，其覆蓋面是任何網(wǎng)絡(luò)無法比擬的；PLC通過電力線傳輸數(shù)據(jù)只需電源插座內(nèi)嵌入調(diào)制解調(diào)器即可通信，不需要增設(shè)更多的線路及設(shè)備，使用簡單，成本低廉，有利于信息資源共享和家電上網(wǎng)。

基于PLC的聯(lián)網(wǎng)由Home Plug電力線聯(lián)盟、通用電力線聯(lián)盟（UPA）和消費電子電力線通信聯(lián)盟（CEP?CA）等行業(yè)組織推動，各組織根據(jù)其特定技術(shù)制定了內(nèi)容廣泛的標(biāo)準(zhǔn)，并努力將自己的標(biāo)準(zhǔn)向全球推廣。他們均是將家庭中的電源線作為家庭網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，通過覆蓋于整個家庭的電源線，進行家庭內(nèi)部音頻、視頻、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸。其中家庭插座聯(lián)盟組織主導(dǎo)的基于電力線的傳輸技術(shù)——Home Plug技術(shù)，用戶只需簡單地將Home Plug適配器插入一個標(biāo)準(zhǔn)的電源插座，然后將基于以太網(wǎng)、USB、WiFi標(biāo)準(zhǔn)的計算機或其他設(shè)備（如寬帶路由器）與該適配器連接，則家庭內(nèi)這些設(shè)備之間將立即能通過電源線建立網(wǎng)絡(luò)連接。Home Plug技術(shù)采用類似以太網(wǎng)的傳輸機制，工作頻率為2～28 MHz，采用OFDM技術(shù)，在其頻帶范圍內(nèi)采用917個子載波和BPSK～1024QAM的調(diào)制方式，使物理層傳輸速率達到200 Mbit/s，信息速率可達150 Mbit/s；具有Turbo卷積碼前向糾錯、通道預(yù)估和自適應(yīng)調(diào)制的能力。MAC層采用TDMA和CSMA/CA（載波偵聽多址訪問/沖突避免）協(xié)議，用于支持高QoS連接和分優(yōu)先級的業(yè)務(wù)，并且專門考慮AV高帶寬、低時延的要求。

家庭插電聯(lián)盟自2000年成立以來，陸續(xù)制定了一系列的PLC技術(shù)規(guī)范，包括HomePlug 1.0，Home?Plug1.0-Turbo，HomePlug AV，HomePlug BPL，Home?Plug Command＆Control，形成了一套完整的PLC技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，基本上覆蓋了所有電力通信技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。

HomePlug AV是PLC有關(guān)音頻/視頻寬帶家庭網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)規(guī)范，它支持多個數(shù)據(jù)和視頻流的分配，包括遍布整個家庭的高清晰度電視（HDTV）和標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視（SDTV），支持家庭娛樂應(yīng)用，包括HDTV和家庭影院。

目前電力線聯(lián)網(wǎng)還未獲得廣泛接受，原因在于人們對其提供的通信質(zhì)量還有疑慮，除了因線路衰減和多路傳輸所造成的信號失真外，噪聲是影響電力線數(shù)據(jù)可靠通信的關(guān)鍵因素。另外由于高速電力線通信需要在電力線上注入高頻信號（2～30 MHz），有可能給其他通信系統(tǒng)帶來電磁干擾，因此高速電力線通信電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的制定是制約其在各國快速發(fā)展的主要因素。

3）基于電視同軸電纜的組網(wǎng)與互聯(lián)技術(shù)[9-11]

分析上述基于五類線（LAN/電話線）、電力線的各種互聯(lián)與組網(wǎng)技術(shù)方案，其信號傳輸特性（包括衰減、幅頻、相頻等特性）、輻射屏蔽特性及EMC等，肯定不及專用的有線電視電纜的傳輸特性好。電視傳輸用的屏蔽電纜，具有簡單、穩(wěn)定、安全及低費用等優(yōu)點，適于很寬頻帶信號的傳輸（5～1000 MHz以上），衰減小、泄漏小、屏蔽好、幅頻特性平坦等。因此，上述五類線、電力線的各種互聯(lián)與組網(wǎng)技術(shù)越來越多地采用同軸電纜傳輸，向同軸電纜的技術(shù)發(fā)展，如MoCA技術(shù)、HomePNA over Coax、Homet Plug AV 和 WiFi over Ca?ble等一樣，通稱為EoC（通過同軸電纜傳輸以太網(wǎng)）。按其標(biāo)準(zhǔn)與非標(biāo)準(zhǔn)來劃分共可分為10大類，其中標(biāo)準(zhǔn)的有基帶EoC，HomePNA3.0，MoCA，同軸WiFi over Ca?ble和Homet Plug AV；非標(biāo)準(zhǔn)的有BIOC，UCLINK，Ca?ble—BAS，EPCN和Cabel RAN（見圖2和表1）。目前，P1901和G.hn是其關(guān)注度最高的技術(shù)。

圖2 基于同軸的家庭網(wǎng)絡(luò)各類EoC系統(tǒng)比較

表1 基于同軸的家庭網(wǎng)絡(luò)各類EoC系統(tǒng)的分析比較

由上可知，Cable擁有較寬的頻率范圍、高帶寬等特性，可提供高質(zhì)、高速的數(shù)據(jù)傳輸，提供真正的多媒體功能；同軸電纜工作在一個受保護的頻段，電纜線路始終通暢（不用撥號，沒有忙音），在同軸電纜網(wǎng)絡(luò)中基本不會受到干擾；多用戶使用一條線路（包括完整的電視信號）等。

EoC技術(shù)的主要優(yōu)勢有:安裝簡單，即插即用，快速部署，無需重新布線，無需擾民；體積小，重量輕，適用于家庭、樓道和小區(qū)安裝；安全可靠，運行穩(wěn)定，經(jīng)濟實用；TV接口可兼容所有主流有線電視設(shè)備如分路器、電視機、光發(fā)機等；Data接口可兼容所有以太網(wǎng)設(shè)備如交換機、路由器、IP機頂盒、PC等；內(nèi)嵌嵌入式系統(tǒng)，可通過http方式登陸進行各種管理設(shè)置如設(shè)置IP、密碼等；支持全雙工、半雙工模式；支持10/100（Mbit·s-1）自適應(yīng)。目前大部分EoC技術(shù)都能提供雙向100 Mbit/s以上帶寬，抗噪聲干擾能力遠高于Ca?ble Modem，可在惡劣的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下工作；支持IEEE802.310Base-T(以 太 網(wǎng) ，10 Mbit/s)；支 持IEEE802.3u 100Base-TX（快速以太網(wǎng)100 Mbit/s）。

2.2 無線傳輸與組網(wǎng)技術(shù)[12-14]

無線傳輸?shù)淖畲髢?yōu)點在于擺脫了線纜的束縛，因為用戶可能需要添加、更換和升級電器，不同的接口和線纜是一件令人頭疼的事。所以，無線家庭網(wǎng)絡(luò)是未來的一大發(fā)展趨勢，它可以滿足用戶對于家庭網(wǎng)絡(luò)的靈活性、連續(xù)性等性能的需求，解決安裝有線系統(tǒng)所需的高成本和不方便等問題?？捎糜诮M建家庭網(wǎng)絡(luò)的無線技術(shù)，主要有 WLAN（WiFi），Home RF，UWB 和 60 GHz等寬帶的高速率(或相對高速率)無線技術(shù)，和Bluetooth，DECT，IEEE 802.15標(biāo)準(zhǔn)、ZigBee和Z-Wave等用于組建家庭監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的低速率無線技術(shù)。

1）WLAN（WiFi）技術(shù)[7,11,13-14]

無線局域網(wǎng)（WLAN）技術(shù)適合無線家庭網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的成熟技術(shù)，現(xiàn)今許多上網(wǎng)家庭都購置了無線WLAN路由路，可接入電話網(wǎng)或?qū)拵ЬW(wǎng)，有4個以太網(wǎng)口，用于多臺PC機同時上網(wǎng)，還具有WLAN無線發(fā)射用于帶無線網(wǎng)卡PC或筆記本上網(wǎng)，實現(xiàn)家庭接入和共享資源。目前已普及54 Mbit/s碼速率，也有≥100 Mbit/s商品。隨著802.11n的普及，未來WLAN將成為視頻流傳輸?shù)妮d體，盡管有線技術(shù)實施起來更可靠，但是在QoS和吞吐量方面逐漸得到改善的WLAN，由于具有移動性將會使其占據(jù)優(yōu)勢地位。802.11n平臺不但擁有300 Mbit/s以上的速率，更重要的是，它是首個能夠同時承載高清視頻、音頻和數(shù)據(jù)流的無線多媒體分發(fā)技術(shù)。此外，802.11n產(chǎn)品還提供并發(fā)雙頻操作，能為寬帶多媒體應(yīng)用提供更多的信道容量。

但WLAN潛在的問題是:一是覆蓋范圍存在隔墻阻礙問題；二是有可能導(dǎo)致串?dāng)_，丟失數(shù)據(jù)，以及不穩(wěn)定、安全性問題等。

2）超寬帶（UWB）技術(shù)[7,11,13-14]

超寬帶（Ultra Wide Band，UWB）技術(shù)是一種使用1 GHz以上頻寬的先進的無線通信技術(shù)。雖然是無線通信，但其擁有100 Mbit/s～2 Gbit/s的數(shù)據(jù)速率。UWB的特點在于直接按0或1發(fā)出瞬間尖波形電波，由于只在需要時發(fā)送出極短瞬脈沖，因而耗電極省，且在傳輸手段上有很大優(yōu)勢，具有高吞吐量，能夠支持播送高質(zhì)量視頻的多通道流，有效改善家庭用戶的安全性，非常適用于創(chuàng)建一個無線家庭多媒體網(wǎng)絡(luò)。

UWB的最大問題是難以解決的傳輸距離、速率和抗干擾問題，經(jīng)過數(shù)年的時間仍未見任何進展，整個過程幾近停滯。因此，圍繞UWB的標(biāo)準(zhǔn)之爭從一開始就非常激烈，曾經(jīng)有二十幾個標(biāo)準(zhǔn)參與競爭，目前只剩下了兩個，它們是來自Freescale的DS-UWB和由TI倡導(dǎo)的MBOA。實際上UWB是個完整的架構(gòu)，DS-UWB和MBOA是構(gòu)成其最底層的物理層（PHY）和媒體訪問控制層（MAC），在其上面是WiMedia的匯聚層，在WiMe?dia匯聚層的上面就是應(yīng)用層面的無線USB、無線1394和其他的應(yīng)用環(huán)境，這些層多已被IEEE 802.15.3a確認(rèn)。采用WiMedia UWB標(biāo)準(zhǔn)的WiMedia通用無線電平臺是實現(xiàn)傳輸速率高達480 Mbit/s（更高的傳輸速率正在開發(fā)中）的無線個人局域網(wǎng)（WPAN）的基礎(chǔ)。

3）60 GHz無線技術(shù)[7,11,13-14]

60 GHz無線技術(shù)是由LG、松下、NEC、三星電子、索尼以及東芝公司組成的WirelessHD小組推動的組建家庭網(wǎng)絡(luò)的另一無線技術(shù)。這種技術(shù)使用尚未被批準(zhǔn)的60 GHz頻段，在10 m范圍內(nèi)，以高達5 Gbit/s的速度在家庭內(nèi)的娛樂設(shè)備之間傳送未經(jīng)壓縮的高清視頻和音頻數(shù)據(jù)。2008年1月，WirelessHD 1.0規(guī)范發(fā)布。

但WirelessHD技術(shù)在許多方面都還處在理論與實驗室階段，其理論上的最高傳輸能高達20 Gbit/s，但實際上第一階段只能達到5 Gbit/s；理論上能夠進行非視線內(nèi)（NLOS）的穿透性傳輸，但目前只能提供視線（LOS）傳輸。該新興技術(shù)將同已有的1394FireWire，HDMI、802.11n以及UWB等技術(shù)進行競爭。

2.3 混合的有/無線傳輸技術(shù)(Hybrid Wireless/Coax)

從以上的有線和無線組網(wǎng)方案可知，兩者各有優(yōu)勢和不足，所以現(xiàn)今又出現(xiàn)了第三類即二者混合，采用有線加無線的構(gòu)建方案。這樣可以在不沖突的前提下集兩者優(yōu)點于一身，而又可以通過互補來彌補其不足?？梢钥吹剑磥砑彝ゾW(wǎng)絡(luò)將維持向有線搭配無線技術(shù)的方向發(fā)展。雖然無線傳輸技術(shù)近年來多應(yīng)用于家庭網(wǎng)絡(luò)，但以空氣作為傳輸介質(zhì)存在比較高的不穩(wěn)定性，有線傳輸由于被纜線包覆，更能保證傳輸質(zhì)量。因此未來家庭網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)將仍以有線為主，兩者以共存的型態(tài)相輔相成，皆是家庭網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成要素。

不同傳輸技術(shù)將在家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)互相協(xié)作，共同發(fā)展，未來的家庭中可能會采用兩種或多種傳輸技術(shù)的組合?，F(xiàn)今已提出且成熟的有:無線局域網(wǎng)（WLAN）有線/無線傳輸?shù)募夹g(shù)，即WiFi over Coax，新開發(fā)的同軸電纜1394或USB技術(shù)等。

1）同軸電纜WiFi技術(shù)方案（WiFi over Coax）[10-11]

WiFi over Cable是一種基于802.11系列標(biāo)準(zhǔn)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的Cable傳輸方案，可使用戶實現(xiàn)無線接入和共享網(wǎng)絡(luò)資源。作為一種無線信號，WiFi信號在Cable中傳輸時損耗小，覆蓋范圍大，不存在干擾和被干擾問題，同時具有較好的安全性。因此，WiFi同時在Cable和空中進行數(shù)據(jù)傳輸。

從上述家庭WLAN網(wǎng)可知，WLAN適于家庭應(yīng)用，但受隔墻、障礙物等影響，傳輸質(zhì)量、穩(wěn)定性等無保障。使用WiFi over Cable后，通過Cable穿墻引入房間，同時通過空中傳輸實現(xiàn)房間內(nèi)覆蓋，這樣既保持了無線連接的方便易用，又通過Cable在保持高速率、高質(zhì)量的情況下增大覆蓋范圍，解決了干擾和安全性問題。

WiFi over Coax不同的廠家實現(xiàn)的方式略有不同，主要差別在于使用的頻段不同:直接采用2.4～2.5 GHz的S頻段[9]或下變頻到1 GHz以下的頻段工作。因為在我國的電視電纜的工作頻帶是5～1000 MHz，當(dāng)直接采用S頻段工作時，會使電纜和無源分支分配器的損耗很大，更換2.5 GHz的分支分配器會導(dǎo)致工作量大、成本上升、器材浪費。因此提出采用下變頻解決方案，將工作頻率降至1 GHz以下[10-11]。

Pulse-Link 公司采用 C-Wave（Continuous Wave）UWB技術(shù)支持在現(xiàn)有的家庭同軸電纜上實現(xiàn)高達800 Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率的新1394標(biāo)準(zhǔn)(與該技術(shù)的最高速率相吻合)。該數(shù)據(jù)傳輸速率大大超過了當(dāng)前無線局域網(wǎng)技術(shù)所能提供的速率。同時，也明顯高過當(dāng)前使用同軸電纜方案的MoCA技術(shù)。同軸電纜1394技術(shù)將可能作為主干網(wǎng)進行服務(wù)，通過使用傳統(tǒng)1394線以及連接器的設(shè)備來連接1394設(shè)備集群或者信息孤島。

2.4 現(xiàn)代數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)的發(fā)展趨勢

通過上述各種家庭局域網(wǎng)解決方案的優(yōu)點與不足的介紹與分析，可以清楚地看到，實際隨著技術(shù)的發(fā)展，家庭局域網(wǎng)種種解決方案的實施中有兩個重要的主流發(fā)展趨勢:一是3種有線方案均朝專用的電視電纜主流方向發(fā)展；二是向無線的主流方向發(fā)展。除此以外，家庭聯(lián)網(wǎng)的另一個重要趨勢是帶寬將不斷增長，以滿足視頻流應(yīng)用的需求。所以，下面重點討論基于同軸線傳輸?shù)膸追N寬帶方案和基于WiFi無線傳輸方案的發(fā)展和趨勢。

1）基于電視電纜傳輸?shù)挠芯€互聯(lián)方式發(fā)展趨勢[10-11]

從上述分析可知，3種有線方案中以有線電視電纜最具優(yōu)勢，由于同軸電纜具有寬頻工作范圍、高帶寬、無干擾等優(yōu)秀的特性，因而可把以太網(wǎng)數(shù)據(jù)與有線電視信號饋入同一電纜互不影響地傳輸，使用戶在只使用有線電視網(wǎng)絡(luò)的情況下既能接收到有線電視信號，還能擁有獨享寬帶的雙向網(wǎng)絡(luò)接入，承載以太網(wǎng)、IP業(yè)務(wù)。同時，我國推進三網(wǎng)融合和有線電視網(wǎng)絡(luò)雙向化改造也是作為對現(xiàn)有的單向有線電視網(wǎng)絡(luò)進行雙向改造的一種解決方案，通過同軸電纜傳輸廣播電視業(yè)務(wù)、使用IP協(xié)議實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，支持電視廣播、寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入、語音服務(wù)、視頻點播、網(wǎng)絡(luò)游戲等業(yè)務(wù)。

因此，基于Cable的高速家庭網(wǎng)絡(luò)引起了許多公司和廠商越來越多的關(guān)注，成了現(xiàn)在三網(wǎng)融合、家庭組網(wǎng)一個重要發(fā)展方向?！巴S以太網(wǎng)”EoC（Ethernet over Coax）是當(dāng)下雙向網(wǎng)改造中最熱門的技術(shù)之一，成為了雙向網(wǎng)改造技術(shù)中的“寵兒”。它不僅可以實現(xiàn)家庭內(nèi)部設(shè)備互聯(lián)，也可以在接入網(wǎng)建設(shè)到樓道后用于最后100 m接入，實現(xiàn)有線電視網(wǎng)雙向化改造。采用電視電纜傳輸?shù)慕M網(wǎng)方案，包括基于高頻段傳輸?shù)腗oCA、HiNOC（安排在865 MHz以上頻段）和基于低頻段傳輸?shù)腍omePlug、Home PNA(安排在5～65 MHz頻段傳輸)等方案。另外，基于電力線(PLC)傳輸方案HomePlug還可考慮直接改用同軸線的傳輸方案(itenon現(xiàn)成技術(shù)與產(chǎn)品)，其傳輸損耗肯定小于電力線的衰減，既不受人干擾也不干擾他人。

2）無線(WiFi)傳輸方式的發(fā)展趨勢[12-14]

WiFi技術(shù)方案（WLAN）采用802.11b/g/n標(biāo)準(zhǔn)，是一種經(jīng)廣泛驗證和規(guī)模使用的無線技術(shù)。許多專家經(jīng)過對這幾種技術(shù)的對比和分析后，認(rèn)為802.11x在成本和多廠商支持方面顯示出了優(yōu)勢，綜合比較中最具競爭力。隨著802.11系列向下一代802.11n演進，帶寬將達到320 Mbit/s，并且將和MIMO進行結(jié)合，在覆蓋范圍上將得到顯著的改進。在IPTV部署過程中，為避免布線的麻煩，同時提升網(wǎng)絡(luò)部署靈活性與便捷性，采用無線WiFi傳輸?shù)姆绞绞俏磥戆l(fā)展的方向。

從目前以PC共享上網(wǎng)為主要應(yīng)用模式的家庭網(wǎng)絡(luò)服務(wù)來說，WLAN（無線局域網(wǎng)）是一種比較有優(yōu)勢的技術(shù)，市場數(shù)據(jù)也顯示W(wǎng)LAN目前在家庭中的占有率也在迅速增加。目前，越來越多的終端內(nèi)置了WLAN模塊，同時越來越多的消費類家庭電子設(shè)備，無論是固定的還是便攜式的，都集成了WLAN功能，成為數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的新成員。像掌上游戲機、IP語音電話（VoIP）系統(tǒng)、便攜式媒體平臺（如MP3與DVD播放器）、IP手機以及數(shù)碼相機等設(shè)備的制造商通過實現(xiàn)WLAN連接，為用戶帶來更出色的體驗效果。

盡管802.11n解決了部分問題，但仍難以完全解決所有問題，尤其難以解決無線傳輸?shù)拇┩笁Ρ诘日系K物的陰影效應(yīng)問題。因此，需要配合采用有線連接技術(shù)來協(xié)助WiFi技術(shù)實現(xiàn)在整個家庭內(nèi)傳輸視頻內(nèi)容。

3 現(xiàn)代數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方案探討

在現(xiàn)代數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和改造過程中，必須根據(jù)我國三網(wǎng)融合和廣大用戶的需求，考察、分析各地網(wǎng)絡(luò)狀況和技術(shù)特點，各類家庭的網(wǎng)絡(luò)布線與結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，并考慮未來三網(wǎng)融合的發(fā)展，同時仔細考慮預(yù)算與可操作性等方面的要求，選擇與之相適合的建設(shè)和改造技術(shù)方案，搭建適合各類消費者家庭需要的局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，使其具備寬帶、雙向、多功能的承載能力，使家庭網(wǎng)絡(luò)涉及的計算機、通信、家電等不同領(lǐng)域走向融合，承載包括IPTV，VOD，VoIP，高速上網(wǎng)等寬帶業(yè)務(wù)應(yīng)用。據(jù)此，下面探討和尋求家庭組網(wǎng)之最佳或次佳傳輸媒介與技術(shù)方案。

3.1 現(xiàn)代數(shù)字家庭組網(wǎng)的需求和現(xiàn)有技術(shù)方案分析

現(xiàn)在的家庭組網(wǎng)完全取決于應(yīng)用需求，包括業(yè)務(wù)與通信覆蓋、速率、QoS等要求，同時考慮如成本、功耗、安全性、共存問題等各種因素。主要涉及采用何種連接技術(shù)和采用何種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等技術(shù)。為此，下面從應(yīng)用需求開始，分析、比較上述各種技術(shù)的優(yōu)劣，進而探討和研究家庭組網(wǎng)之最佳或次佳傳輸媒介與技術(shù)方案。

1）三網(wǎng)融合和用戶的應(yīng)用需求

根據(jù)上述介紹的應(yīng)用需求，同時也根據(jù)國家關(guān)于推進三網(wǎng)融合的總體要求，首先應(yīng)依據(jù)各自的業(yè)務(wù)規(guī)劃，充分利用用戶已有的資源，采用適合信息傳輸與組網(wǎng)的互聯(lián)技術(shù)，使數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)具備承載模擬和標(biāo)準(zhǔn)清晰度數(shù)字電視節(jié)目、高清晰度電視、廣播、視頻點播、寬帶數(shù)據(jù)接入、語音服務(wù)等多種業(yè)務(wù)的能力；同時能夠滿足數(shù)字家庭用戶當(dāng)下最關(guān)注的功能/實用性（業(yè)務(wù)能力）指標(biāo)，及實現(xiàn)這樣功能/實用性所要求的帶寬、覆蓋范圍、服務(wù)質(zhì)量(QoS)、成本等4個方面的需求，并將之作為數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。同時，從應(yīng)用方式來看，要滿足固定的應(yīng)用、移動的應(yīng)用，要滿足于網(wǎng)間的遷移和三屏融合。

2）現(xiàn)有各種技術(shù)方案的分析、比較

根據(jù)上述衡量指標(biāo)，可回頭分析、比較上述已應(yīng)用和眾多廠家推出的在不斷改進的各種底層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具體情況見表2。

3.2 方案考慮的思路

1）組網(wǎng)方案選擇的思路

從以上對各種組網(wǎng)傳輸技術(shù)方案的分析、比較，可以看到:當(dāng)只選擇上述任何一種方案時，均無法滿足消費者的所有需求。例如選擇各式有線（電話線、同軸線或網(wǎng)線）方案，盡管這些有線技術(shù)在帶寬、速度、服務(wù)質(zhì)量等方面具有優(yōu)勢，但使家庭中所有移動或便攜設(shè)備連接受到限制；但若選擇無線，雖然網(wǎng)絡(luò)組建快捷簡便、移動靈活，不需布線，且以家庭多媒體信息、PC共享上網(wǎng)為主要應(yīng)用模式的家庭網(wǎng)絡(luò)服務(wù)來說，WLAN是一種比較具有優(yōu)勢的技術(shù)，但無線技術(shù)在家庭應(yīng)用的實際環(huán)境中存在最難解決的問題——安全覆蓋。因為這些缺陷是有線/無線單一方面所固有的，難以克服，因此在這里考慮和選擇方案時，必須考慮這二者的結(jié)合（或融合）方案，即以有線為基礎(chǔ)，以無線來對家內(nèi)實現(xiàn)覆蓋，二者互補來進行完善。這即前面2.3節(jié)介紹的有線+無線技術(shù)方案，是未來家庭網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的發(fā)展方向和趨勢。

表2 家庭網(wǎng)絡(luò)主要傳輸技術(shù)方案的分析、比較

這樣組網(wǎng)思路類似現(xiàn)在的移動通信網(wǎng)的思路，由基站進行無線覆蓋，基站間有線互聯(lián)而形成覆蓋全區(qū)、全省和全國的移動通信網(wǎng)。

2）組網(wǎng)傳輸媒介與技術(shù)方案選擇的思路

其次，根據(jù)前述消費者需求，主要考慮家庭組網(wǎng)的具體傳輸媒介與技術(shù)選擇。根據(jù)上述組網(wǎng)思路，主要是選擇何種介質(zhì)聯(lián)網(wǎng)和采用何種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，涉及選擇何種有線介質(zhì)作為基礎(chǔ)設(shè)施的傳輸介質(zhì)，和選擇何種無線技術(shù)來進行室內(nèi)覆蓋。

一是有線選擇，有電話線、電力線和電視電纜3種家中已有線路之選，每種又有各種技術(shù)方案（標(biāo)準(zhǔn)）可選，均為充分利用家中已有布線來實現(xiàn)寬帶、雙向和多功能業(yè)務(wù)。很顯然，選擇家中電視電纜具有較明顯的優(yōu)勢，因為它與上述擴展業(yè)務(wù)非常兼容，專一，授權(quán)使用，不干擾他人也不受他人干擾，具有比其他兩種線路更多的優(yōu)勢。所以首先的選擇是有線同軸電纜，將之作為家庭網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，充分利用家中現(xiàn)有的有線電視網(wǎng)絡(luò)布線和音視頻業(yè)務(wù)的優(yōu)勢。

另外，近年電力線通信技術(shù)的迅速發(fā)展并在技術(shù)上取得了突破，因此可選擇如HomePlug AV電力線作為家庭網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，充分利用家中已有的電力線布線資源，作為另一種不需布線的既方便并具有一定優(yōu)勢的選擇。

二是用于室內(nèi)覆蓋的無線媒介的技術(shù)方案選擇，如前述的WiFi，UWB和60 GHz等，但因基于UWB技術(shù)的工作頻率很高，頻帶很寬，不能使用電視電纜傳輸，尤其是無線USB和無線1394存在技術(shù)不成熟等問題。因此，由UWB發(fā)展的無線USB和無線1394以及60 GHz方案是正崛起的有前景的方案，有待進一步發(fā)展，目前可選的無線介質(zhì)有兩類:一是WiFi，二是基于電視電纜傳輸?shù)钠渌桨浮?/p>

首先，無線媒介技術(shù)方案選擇最為成熟、最具技術(shù)優(yōu)勢的應(yīng)屬WiFi技術(shù)的方案，WiFi技術(shù)被認(rèn)為最有可能成為最終獲勝者，是發(fā)展的方向。此方案是成熟技術(shù)，已在前面2.3節(jié)進行了闡述，有降頻和不降頻兩種方案。國外T1、國內(nèi)武漢“牧馬人”等公司采用不降頻、直接用Cable承載2.4 GHz的WiFi信號的方案[9]，且“牧馬人”采用更換超G分支器/合路器解決不變頻的傳輸損耗大的問題，但帶來更換成本與施工的問題；采用降頻（900～1000 MHz）方案（主要支持廠家為Athe?ros）可利用原電視線路而損耗不大，但帶來非標(biāo)問題。

其次，基于電視電纜傳輸?shù)钠渌桨福∕ocA、HiNOC和HomePlug、Home PNA等，從原理上均可使用電纜傳輸?shù)椒块g后接天線發(fā)射，采用無線方法來覆蓋房間。這方面的工作，國內(nèi)外尚無人提及，更無人實現(xiàn)，下面將進一步進行探討與研究。

綜上所述，采用有線+無線的組合方案，以有線為基礎(chǔ)，配合無線來協(xié)助實現(xiàn)在整個家庭內(nèi)的安全覆蓋、穩(wěn)定可靠傳輸視頻內(nèi)容，二者互補完善，在不同的場合既保持了無線連接的方便易用，具有移動性和可擴充性及升級能力，又可通過Cable在保持高速率的情況下增大覆蓋范圍。這樣由有線構(gòu)建數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，將家中計算機、電視機和各類家電等固定設(shè)備與家庭網(wǎng)關(guān)（RG）直接相連；同時采用無線實現(xiàn)家內(nèi)無縫覆蓋，將家庭如筆記本、抄表、安防監(jiān)控等移動/便攜設(shè)備接入到RG，使PC、通信和消費電子三大領(lǐng)域進行融合，使家庭網(wǎng)絡(luò)無縫覆蓋所有設(shè)備并具有寬帶、雙向、多功能的承載能力。

以下先介紹對基于同軸電纜WiFi的有/無線混合傳輸方案的進一步擴充想法。

3.3 基于有線傳輸?shù)臒o線覆蓋技術(shù)方案探討

前述基于有線（包括五類線、電力線和電視電纜）傳輸?shù)乃蟹桨?，因采用有線連接入網(wǎng)設(shè)備，用直接適配的插座進行信號分路并轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)口（RJ-45）。因此，為了使移動/便攜設(shè)備能方便接入，需增加室內(nèi)無線覆蓋。這有兩種方案實現(xiàn)室內(nèi)無線覆蓋:一是轉(zhuǎn)換為WiFi技術(shù)，即上述方案均可考慮在網(wǎng)關(guān)處或信號傳輸?shù)椒块g后的插座內(nèi)的以太網(wǎng)口處插入連接WiFi的AP和天線進行發(fā)射，需入網(wǎng)的設(shè)備只需配置無線WiFi網(wǎng)卡，即可實現(xiàn)室內(nèi)的無線覆蓋；二是上述有線傳輸饋入房間后，在其插座處直接分路、插入一個適配的無線輻射器(天線)，需接入的移動/便攜設(shè)備配置一個相對應(yīng)的天線，則可接入家庭網(wǎng)絡(luò)。例如基于電力線（PLC）傳輸方案只要考慮在傳輸?shù)椒块g后插入適配的電力線輻射/接收器對，則可將要入網(wǎng)的移動/便攜設(shè)備接入家庭網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)無線覆蓋試驗，有利提高產(chǎn)品競爭能力。這里的關(guān)鍵和主要問題是:前者需增加WiFi的AP設(shè)備，但為標(biāo)準(zhǔn)的成熟產(chǎn)品；后者的工作頻帶正處于2～30 MHz的短波頻段，該短波頻段太過擁擠，既可能干擾家庭如短波收音機的工作，也易受大功率短波干擾，需認(rèn)真考慮頻段的選用問題。

對于采用電視電纜傳輸?shù)慕M網(wǎng)方案，包括基于高頻段傳輸?shù)腗oCA、HiNOC（安排在865 MHz以上頻段）和基于低頻段傳輸?shù)腍omePlug、Home PNA（安排在5～65 MHz頻段傳輸）等方案，具有獨特的優(yōu)勢。均可采用下述同軸WiFi方案一樣的方案，實現(xiàn)無線覆蓋。此時，其技術(shù)方案均基于原同軸線傳輸技術(shù)方案，完全不用改變，只傳輸?shù)椒块g并將CATV分路后，原采用有線電纜接頭連接到入網(wǎng)設(shè)備，現(xiàn)將其分路并插入天線輻射/接收器即無線連接即可。因此，上述所設(shè)想技術(shù)方案，整個系統(tǒng)設(shè)備基本不變，唯一的變化是需設(shè)計相應(yīng)頻段的寬帶、高效天線并盡量小型化，并需要重新估算傳輸路徑損耗進行電平設(shè)計。下面以基于同軸電纜WiFi（WiFi over Coax）的技術(shù)方案為例來具體說明。

3.4 基于同軸電纜WiFi（WiFiover Coax）的技術(shù)方案

基于同軸電纜WiFi（WiFi over Coax）的技術(shù)方案是技術(shù)很成熟且富于競爭力的有前景的方案，但現(xiàn)在均是針對802.11b/g的24 GHz方案。從為百姓設(shè)計一個將來能中長期應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)的想法出發(fā)，對之進行一些改進:一是頻段擴充，針對802.11a和802.11n除2.4 GHz外還增加了5 GHz及MIMO功能，此時仍能利用電視電纜傳輸?shù)募夹g(shù)方案考慮；二是功能擴充，擴充了能兼容傳統(tǒng)ZigBee功能的傳感器網(wǎng)絡(luò)功能，即實現(xiàn)數(shù)字家庭的另一個屬于控制域的傳感器網(wǎng)絡(luò)范疇任務(wù)，涉及安全監(jiān)控、自動抄表、遠程控制和維修以及各種電子電氣設(shè)備的控制等功能，這樣擴展了系統(tǒng)的功能與能力，提高了性能，有質(zhì)的飛躍。

圖3 基于同軸電纜WiFi（WiFi over Coax）的家庭網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成與組網(wǎng)示意圖

1）方案要點和設(shè)備組成框圖

從以上對各種傳輸技術(shù)方案的分析、比較來看，在數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和改造以及IPTV部署過程中，為避免布線的麻煩，同時提升網(wǎng)絡(luò)部署靈活性與便捷性，采用無線（WiFi）傳輸?shù)姆绞绞亲顑?yōu)的選擇。WLAN技術(shù)自802.11b頒布以來，在過去的幾年中，逐漸以其高傳輸速率、日益改善的安全性能以及極具誘惑力的產(chǎn)品價格吸引了ISP和消費者的注意。它的全標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用，設(shè)備成熟，價格低廉，尤其新的IEEE802.11n初步標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)通過，確保108 Mbit/s的吞吐量，最高可到300 Mbit/s。但WiFi的無線傳輸方式，無論是802.11g，還是802.11n，其無線信號的衰落特性在單元式住房結(jié)構(gòu)中都面臨兩個最難解決的問題:其一是建筑物內(nèi)的有效覆蓋，其二是加大功率時產(chǎn)生的綜合EMI問題——安全覆蓋。所以根據(jù)上述思路，采用有線/無線相結(jié)合的應(yīng)用方案，即將WiFi信號通過現(xiàn)有CATV同軸電纜傳送到各房間（如客廳、臥室、書房）內(nèi)，然后分別在各房間多點發(fā)射，分別覆蓋其單房間區(qū)，進而實現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境下無線信號的有效與安全（EMI）覆蓋。這樣，以CATV電纜作饋線，饋入各房間的多個天線分片覆蓋（波分多址），從而克服了室內(nèi)隔墻、天花板和家具等傳輸障礙對信號的衰減，同時也由室內(nèi)隔墻、天花板和家具等傳輸障礙隔離了向房外的輻射，一舉兩得，解決了上述兩個難題。

其技術(shù)核心是基于同軸電纜的WiFi技術(shù)（WLAN over Coax），將DC電源、10Base-T、WiFi信號與CATV匯集于同軸電纜網(wǎng)絡(luò)進行傳輸，實現(xiàn)在不破壞家庭裝修的前提下，利用普遍存在的有線電視電纜構(gòu)建家庭網(wǎng)絡(luò)平臺，支持多終端、多業(yè)務(wù)運營服務(wù)。同時，以合理的成本解決室內(nèi)環(huán)境下有線、無線（包括3G）信號覆蓋等現(xiàn)實的技術(shù)難題。

整個系統(tǒng)的設(shè)備組成與組網(wǎng)示意圖如圖3所示。

2）方案特點

充分利用家中現(xiàn)有電視網(wǎng)的同軸電纜布線，結(jié)合WiFi信號可實現(xiàn)有線、無線對家庭的聯(lián)合覆蓋，構(gòu)建數(shù)字家庭的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，不需改線/鋪線，無入戶施工。

網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量高，無信號干擾，可擴展性好，實現(xiàn)了室內(nèi)環(huán)境下無線信號的有效與安全（EMI）覆蓋，解決了WiFi在數(shù)字家庭領(lǐng)域應(yīng)用覆蓋和安全兩大難題。

不占用有線電視系統(tǒng)有效頻率資源，使有線電視基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)具有寬帶、雙向、多功能的承載能力。

可實現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)的媒體共享、室內(nèi)安防、視頻監(jiān)控和電器控制等應(yīng)用，支持多模（智能）PDA通信、遠程醫(yī)療、應(yīng)急呼救等服務(wù)。數(shù)字家庭的另一大任務(wù)屬于控制域的傳感器網(wǎng)絡(luò)范疇，涉及安全監(jiān)控、自動抄表、遠程控制和維修以及各種電子電氣設(shè)備的控制等，這類任務(wù)傳輸速率要求不高，需要24 h監(jiān)控，其可靠性和網(wǎng)絡(luò)體系更為重要。這些特性傳統(tǒng)地決定了ZigBee成為其最為理想的選擇，但本方案可采用微耗WiFi的設(shè)備兼容實現(xiàn)，降低了系統(tǒng)復(fù)雜性和成本。

速率高。802.11g/802.11/a可提供54 Mbit／s的物理層傳輸速率，而802.11n可確保108 Mbit／s，目前最高可達300 Mbit／s。雖然物理層開銷需要占用大量帶寬，但仍可為家庭內(nèi)部提供數(shù)十兆至上百兆的帶寬。

技術(shù)成熟。WiFi技術(shù)已被廣泛使用，全標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用，即使是尚未完全標(biāo)準(zhǔn)化的802.11n，也已經(jīng)有大量芯片廠商提供相關(guān)產(chǎn)品。

WiFi產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)成熟，產(chǎn)品設(shè)備層出不窮，其設(shè)備成熟、價格低廉，運行穩(wěn)定，安全可靠，經(jīng)濟實用，系統(tǒng)主要組成部分生命周期長等。

3）方案實施關(guān)鍵技術(shù)及技術(shù)可行性分析

（1）網(wǎng)關(guān)/標(biāo)準(zhǔn)選用

同有線電視一樣，帶寬、速度、功率成為基于同軸電纜的WLAN接入的關(guān)鍵，但這些均由ADSL/以太網(wǎng)至WLAN的網(wǎng)關(guān)決定，關(guān)鍵在于市場上選購的網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品。目前可選用技術(shù)成熟并廣泛應(yīng)用的802.11g產(chǎn)品進行數(shù)據(jù)和視頻分發(fā)，可提供54 Mbit／s的物理層傳輸速率；802.11n已成為家庭高清影音傳輸?shù)氖走x技術(shù)，其最高傳輸速率在單頻帶（Single Band）為150 Mbit/s，雙頻帶信號流（Signal Stream）的情況下，則達300 Mbit/s，能夠承載多個高清晰視頻、音頻和其他大數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)串流。因此足以勝任現(xiàn)代數(shù)字家庭的應(yīng)用及其未來的發(fā)展。

（2）頻帶安排，擴展雙頻段WiFi

方案實施的關(guān)鍵為如何充分利用同軸電纜的頻帶資源同時支持CATV，10Base-T，WiFi和ZigBee等信號的網(wǎng)絡(luò)傳輸，構(gòu)建穩(wěn)定可靠的室內(nèi)信息網(wǎng)絡(luò)平臺，解決室內(nèi)信息設(shè)備通信方式多樣性、無線信號覆蓋的有效性和安全性等問題。避免室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的重復(fù)建設(shè)和無效建設(shè)，能便捷地實現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)的媒體共享、室內(nèi)安防、視頻監(jiān)控和電器控制等應(yīng)用，支持多模（智能）PDA通信、遠程醫(yī)療、應(yīng)急呼救等服務(wù)，為基于三網(wǎng)融合的室內(nèi)信息化提供現(xiàn)實可行的發(fā)展模式。

這里的關(guān)鍵是在原來只適用5～1000 MHz的電視電纜內(nèi)安排10Base-T和WiFi傳輸?shù)念l帶位置與寬度，包括2.4 GHz/5 GHz雙頻帶信號傳輸在內(nèi)。因大多數(shù)CATV系統(tǒng)工作于87～860 MHz，0～65 MHz頻帶和860 MHz以上頻帶資源尚未利用，因此采用頻帶復(fù)用方法，以不影響CATV系統(tǒng)工作為原則將WiFi信號（包括2.4 GHz/5 GHz）分別安排在860 MHz以上不同頻帶傳輸。頻帶可將整個WiFi頻帶降頻下搬，將2.4 GHz/5 GHz安排到不同位置；也可只將工作頻道（約20 MHz）降頻下搬。前者可采用固定頻率頻綜，后者對降/升頻變頻器提出了可變本振頻綜和對WiFi頻帶掃描的嚴(yán)格要求。

（3）降/升頻變頻器

這是該方案的核心和關(guān)鍵，其關(guān)鍵是保障降/升頻變頻器與WiFi基站完全同步工作（＜3～5 ns），涉及收發(fā)開關(guān)和加電控等技術(shù)難題。建議采用成對工作，在家庭網(wǎng)關(guān)處采用降頻，變成1 GHz以下傳輸信號，實現(xiàn)低損耗通過電視電纜和分支器傳輸，到房間后再升頻，回到原2.4 GHz/5 GHz頻段，從而避開所謂“非標(biāo)”問題。

（4）無線傳感器網(wǎng)（WSN）功能實現(xiàn)

此時傳感器嵌入式集成微耗WiFi收發(fā)信機，實現(xiàn)與WiFi兼容。這些傳感器平時只留探測器“值守”，其余休眠，事件觸發(fā)，啟動采集數(shù)據(jù)，分析判斷并決策(控制、報警等)，實現(xiàn)傳統(tǒng)ZigBee的傳感器網(wǎng)絡(luò)功能，完成數(shù)字家庭的另一大任務(wù)——屬于控制域的傳感器網(wǎng)絡(luò)范疇任務(wù)，涉及安全監(jiān)控、自動抄表、遠程控制和維修以及各種電子電氣設(shè)備的控制等，這類任務(wù)要求傳輸速率不高，但可靠性和網(wǎng)絡(luò)體系更為重要。這樣采用微耗WiFi的設(shè)備兼容實現(xiàn)，降低了系統(tǒng)復(fù)雜性和成本。

4 小結(jié)

以上概括了現(xiàn)今各類數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究、發(fā)展與應(yīng)用情況及其之間的比較分析，在此基礎(chǔ)上探討了最優(yōu)的數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與方案，對如何把握三網(wǎng)融合對家庭網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的推進，如何實現(xiàn)惠及百姓的家庭網(wǎng)絡(luò)有一定參考價值與意義。

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