连接多个宽带接入的住宅网关及家庭网络技术综述

住宅网关(RG)是为消费电子设备提供高速因特网接入的关键设备，DSL、无线、电缆或卫星等通过这一平台与家庭网络如HomePNA、HomeRF、无线局域网或IEEE1394连接或桥接起来，从而使家庭中的网络家电之间可互相通信并实现与因特网的连接，本文介绍现有PC、数字调制解调器和机顶盒以及其它产品向住宅网关的演化过程及可编程逻辑方案在住宅网关领域的潜在应用。

Amit Dhir, 战略应用高级工程师, Xilinx公司

新的数据广播服务的演化需要可桥接因特网和家庭网络以保证数字内容在两者间传输的设备，RG平台可以让家庭内位于不同节点的家电都实现高速因特网访问，并通过同一个高速管道实现集成的语音、数据和视频服务。住宅网关结合了数字调制解调器、SOHO路由器或集线器的功能，从而实现了多个信息家电对因特网的访问。

根据需要的功能不同，有不同类型的住宅网关。像机顶盒和数字调制解调器这样的设备也可以为家庭和SOHO(小型办公室-家庭办公室)提供宽带接入。它们可以集成家庭网络功能并演化成网关。但除这些设备外，还出现了一系列专用的住宅网关，如家庭服务器和SOHO路由器等。

住宅网关的构成

网关提供的统一平台满足了大多数消费者的需求，为他们提供信息、娱乐和通信服务。网关是家庭和因特网的集中接入点。由于涉及的都是新技术，并且还在演变之中，住宅网关自身的功能也必须不断进化。最基本的形式中，将结合数字调制解调器、家庭网络芯片组以及相应的软件。数字调制解调器芯片组提供到不同宽带网络的连接，家庭网络芯片组则提供家电间的互连技术。此外，所有的网关都会有相应的计算资源，以支持设备运营所需要的软件。运行于住宅网关中的软件使家庭内的信息家电和服务可以实现平滑的互操作，弥补和消除了系统不同单元间的复杂性、传输技术以及技术上的不同。

目前，住宅网关包括PC机、宽带调制解调器、机顶盒和其它类型。

基于PC机的住宅网关(家庭服务器)

由于目前家庭中计算机的日益普及，因此，基于PC的住宅网关是实现住宅网关最容易的途径。而且，PC机具有处理能力，以及数字调制解调器，是实现家庭网络服务的理想平台。然而，PC机也有一些不利因素。传统操作系统不够稳定，作为提供关键功能(如安全功能)的网关，PC机经常死机和需要重新启动是不能接受的。一些公司甚至在独立的住宅网关产品中探索基于PC结构的实现方案。

调制解调器为中心的住宅网关

因特网连接的传统方法目前在技术上仍有相当优势。采用电话线的模拟调制解调器不能提供超过56Kbps以上的带宽，但数字调制解调器，如电缆、DSL和卫星，却可以提供高速的因特网接入。卫星调制解调器可提供400Kbps到38Mbps的带宽、DSL 调制解调器可提供1.5Mbps到52Mbps的带宽，有线电视电缆调制解调器可提供达30Mbps的多媒体传输速度。通常住宅网关都同增值服务一起出售。服务供应商可以从未来一至二年内的服务收费中贴补网关的成本。网关很容易安装，服务供应商也将初始投资降到最低。

有线电视电缆调制解调器

传统上，有线电视公司为其客户提供电视服务。这些公司正迅速转向提供高速因特网接入、免费电子邮件、电子商务站点托管和基于IP的语音应用等服务。为抓住这一新机会，运营商正在升级他们的网络以支持这些新应用。电缆调制解调器是一种客户端设备，可以通过普通有线电视网络电缆提供高速、双向通信(数据、语音和视频)，从而客户可以通过它访问一系列的应用。电缆调制解调器提供的连接是始终在线的，因此消除了建立拨号连接时漫长的过程。

一个标准电缆调制解调器有两个连接端：一个端口连接至墙上的电视插孔，另一个则连接至家庭网络。电缆调制解调器通过电缆网络与一个称为CMTS的设备通信(电缆调制解调器终接系统)，CMTS配备有线电视网络与数据网络(因特网)相连。

电缆调制解调器的速度依赖于业务水平和整体网络结构。理论上，电缆调制解调器可以30Mbps的速率接收和处理多媒体内容。然而，由于相邻的多个用户共享这一带宽，实际上用户的信息下载速度约为1.5Mbps。运营商划出一部分频谱用来进行数据传输。下行通信(头端至家庭网络)的带宽在50MHz至750MHz。5到42MHz的频率范围用来将信息从家庭网络传输至头端。电缆调制解调器接收和传送包括多媒体内容和因特网内容在内的TCP/IP业务。

电缆调制解调器的调谐器从网络接收到数字信号，并隔离出包含因特网数据的特殊通道。然而将信号从射频转换至基带信号。调谐器的基带输出信号被送到解调器。解调器对信号进行采样并将其转换成数字位流。位流包含了视频、音频和IP数据。位流恢复后进入前向纠错(FEC)单元进行错误检查。然后信号进入控制单元，并利用一个高速数据端口进入家庭网络。

在基于电缆调制解调器的网关中(图1)，可编程逻辑解决方案提供了系统接口(PCI、UART、DMA)、加密，几种家庭网络技术(Ethernet、 USB 2.0、 HomePNA)的接口、ASSP功能(如电缆MAC)以及联接逻辑。