连接多个宽带接入的住宅网关及家庭网络技术综述

与有线电视运营商类似，卫星服务供应商也为其用户提供宽带接入。将家庭网络连接至卫星宽带平台的用户实际上是在利用一个广播速率达38Mbps的共享媒介。从服务供应商到家庭的传输速度非常高，但上载速度却限制在拨号电话调制解调器的传输速率。这一高速连接是通过碟形天线和卫星调制解调器实现的。

在卫星调制解调器中，接口接收到来自卫星网络的数字信号并将包含因特网数据的通道隔离出来。将模拟信号转换为数字格式并进行检错。主机接口提供了卫星调制解调器和家庭网络间的连接接口，采用USB和PCI有源接口。系统连接逻辑将CPU和存储器器件与主机和卫星接口连接起来。基于卫星调制解调器的网关(图2)包括卫星调制解调器 ASSP和家庭网络ASSP。它们提供了高速(语音、数据和视频)接入(采用卫星宽带网络)，并将这些信息家电连成网络。可编程逻辑提供了与采用电话线或以太网等技术的网络家电的互连。

数字用户线路(DSL)调制解调器

基于DSL技术的宽带调制解调器通过标准电话线可支持比传统模拟调制解调器快50倍的数据传输速度。一个非对称数字用户线(ADSL)线路包括由一节双绞铜电话线连接起来的两个ADSL调制解调器。为保持与标准电话系统的后向兼容性，并避免由于设备故障而影响电话服务，语音频谱部分通过数字调制解调器电路中称为“POTS滤波器”的无源滤波器件分离出来。因此，如果ADSL服务失败，POTS服务仍然不受影响。在这种配置方式下，语音呼叫和因特网数据同时通过宽带DSL通道进行传送。中心局的ADSL传输接收端，采用更先进的POTS分离器将语音业务送到公共电话网络，将数据送到因特网。

DSL网关提供了DSL功能和信息家电联网的功能。可编程逻辑解决方案非常适合连接多种不同的家庭网络标准(如HomePNA、以太网和USB2.0)以及系统接口，如PCI。

数字机顶盒(STB)

过去，人们看电视所需要的唯一设备就是可从商店中购买的标准电视机。在上世纪80年代，这一简单的模式开始改变。有线电视和卫星供应商需要消费者将他们的电视连接到其网络中。同时，运营商决定对其电视信号进行扰频加密，因此需要在消费者家中安装特殊的电路盒将信号解密。今天的数字电视广播则需要机顶盒接收数字传输信号并进行解码，才能变成适合在模拟电视机上显示的信号。机顶盒是复杂的电子设备，包括一系列硬件部件和软件，它们由本地有线电视、或卫星服务供应商安装和配置。机顶盒将数字信号转换为可以在电视屏幕上显示的格式。

数字机顶盒可分为低成本入门级、中级和高级三类。入门级的机顶盒可以提供传统的宽带电视、按收看情况付费服务以及基本的浏览工具。它们不具有回传信道，因此不能与位于头端的计算机服务器进行交互工作。入门级的机顶盒成本低，通常具有有限的少量存储器、接口端口和处理能力。

中等级别的机顶盒则包括了一个回传信道，提供了与位于头端的服务器进行交互通信的能力。这类机顶盒可以提供电子商务、因特网浏览以及多媒体服务。回传信道还使针对本地使用人员进行客户化广播成为可能。中等级别的机顶盒比入门级产品具有较高的处理能力和存储器。

高级机顶盒就象多媒体桌面计算机，包括比前两级机顶盒产品强大得多的处理能力。增加的性能结合高速的回传信道，可以用来访问和实现一系列高级服务，如远程视频会议、家庭网络、IP电话、视频点播以及高速因特网电视服务。此外，还具有接收高分辨率电视信号的能力，并可将视频节目存储于硬盘上，具有同时记录和观看视频节目的能力。此类接收设备有更多的高速接口端口，因此与住宅网关有类似之处。对有线电视及卫星运营公司来说，支持高级技术的机顶盒意味着一个通过提供新服务增加营收的机会。

通常机顶盒内的有线电视或卫星调制解调芯片将宽带和电视信号接收下来。其它ASSP/ASIC芯片则处理数字视频和音频服务。这些ASSP通过系统主板上的总线彼此通信。CPU负责协调不同器件的工作。要提供附加的功能，机顶盒就需要更高性能的CPU才能满足数据吞吐的要求。机顶盒软件有三类：操作系统、中间件和应用程序。操作系统负责机顶盒部件的运作，中间件则是软件程序的一层，工作于交互式电视应用和操作系统之间。观众通过应用软件观看电视，以及使用交互式功能。

机顶盒市场正处于迅速变化过程中，未来几年内将会有极大的变化。机顶盒会演化为多媒体服务器，成为提供因特网接入等功能的家庭网络枢纽，即住宅网关。可编程逻辑器件可满足ASSP间的基本连接需求。而上市时间和可快速升级的能力对一个成功的产品是必须的。采用可编程逻辑器件可以保证第一个将产品推出市场，同时还可在产品配置到家庭中后，远程增加机顶盒的功能。

其它可能的网关

机顶盒、PC机和基于调制解调器的网关是立即可以想象得到的技术，而游戏机、数字视频录像机(DVR或数字VCR)以及电力计费设备也是一些可能进化成网关的潜在的平台。高速度的游戏机具有足够的处理能力，并具有做为未来数字化家庭网关的接口。目前，DVR提供了带宽数字网络接口，DVR制造商还可以增加对几种家庭网络技术连接的支持接口。DVR可能会进化成网关，也有可能其功能被吸收到机顶盒中。以电力系统为中心的网关也是住宅网关的一种有意思的可能选择，事实上电力公司在客户家庭中安装新的网关设备来提供新服务的概念早在1990年时就有了。从电力公司的角度来看，服务网关大大降低了运营成本，因为它将日常收费工作减到了最少(通过自动表进行读数)，并可进行能源管理。硬件和安装成本可通过提供新的服务得到补偿。但对基于电力系统网关的兴趣和推动力量来自服务供应商而不是消费者。

本文总结

住宅网关(RG)的主要功能是通过有线电视电缆、xDSL、卫星和无线连接为家庭提供宽带连接。其次，住宅网关提供家庭网络功能，可采用电话线或无线局域网这样的技术将带宽分配到各种信息家电。同时住宅网关也提供了推广增值服务的独特平台。本文考虑了现有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和可能性。可编程逻辑方案对住宅网关的成功是必要的，因为它们提供了连接不同技术的接口和系统接口，从而带来产品面市时间和在市存活时间方面的优势。

作者简介：

Amit Dhir是Xilinx公司战略应用高级工程师。主要负责新兴市场技术和市场研究及分析。发表了数篇论述无线、嵌入、网络和消费应用方面FPGA地位的文章和白皮书。他拥有Purdue大学BSEE学位和圣荷塞州立大学的MSEE学位。联系电话：1-408-879-5257；电子邮件 ：amit.dhir@xilinx.com。