基于Cable的高速家庭网络技术

1 引言

随着信息服务日益向宽带化发展，家庭网络正在形成一个巨大的市场，受到网络服务提供商、设备制造商、家电以及IT等各个产业的关注，提供了前所未有的发展机遇。家庭网络不仅仅是一个为了完成家庭内部各种设备资源共享、协同工作的网络，还能通过与外部网络(电信网／Internet／社区网)的连接，实现家庭内部设备与外部网络信息交流的目的，通过丰富多彩的业务和应用使用户享受到舒适、便利、安全等新的生活体验。家庭网络建设可充分利用家庭内部的有线和无线物理介质，包括五类线，电力线，有线电视同轴电缆(Cable)，Wi-Fi，UWB等。其中，由于有线电视网络的普及，全国上亿家庭已经铺设了Cable，同时 Cable又可以提供高质、高速的数据传输，因此基于 Cable的高速家庭网络引起越来越多的关注，并产生了多种技术。这些技术基于Cable网络，无需重新铺设五类线；不仅可以实现家庭内部设备互联，也可以在接入网建设到楼道后用于最后100m接人，实现有线电视网双向化改造。

本文将对几种主要的基于Cable的高速家庭网络技术进行介绍，包括MoCA，Wi-FioverCable，EoC和 HomePlugoverCoax等。

2 MOCA

2．1 MoCA联盟介绍

MoCA(MultimediaoverCoaxAlliance，同轴电缆多媒体联盟)是一个开放的行业推动组织，致力于通过家庭中现有的同轴电缆分发数字视频、数据和娱乐产品。 MoCA联盟由Comcast，EchoStar，Entropic Communi- cations，Linksys，摩托罗拉，松下，RadioShack和东芝等公司于2004年共同建立，至今其成员公司已超过50家。

2006年，MoCA联盟发布了MoCAl.0MAC／PHY Spec，对MoCA的物理层和MAC层进行了规范。许多厂家已经提供了内嵌MoCAl.0规范的各种产品，包括机顶盒、路由器、网关、网桥和ONT等。2007年底， MoCA联盟批准通过了MoCA 1.1，可为多媒体业务提供更好的QoS，并且把有效数据速率提高到 175Mbit／s，Entropic公司已开发出符合MoCA1.1标准的芯片组。MoCA联盟发布的标准除了完整的技术规范外，还包括认证测试计划和程序，以供要采用这一规范的公司使用。几家公司已经开始测试这一规范，以确保产品之间的互操作性。Actiontec，Entropic， Linksys，Mototech，摩托罗拉，松下，2Wire和Westell 已经通过了MoCA认证。

2．2技术特征

有线电视在Cable上进行传输时，一般是占用 50～850MHz频段，而MoCA主要利用800 1550MHz 频段来完成数据传输。工作频段可划分为29个频道，每频道带宽为50MHz，步长25MHz。MoCA采用 OFDM和自适应m-QAM调制方式，每频道可提供 270Mbit，s的最大物理传输速率和l35Mbit／s的有效数据速率，MoCA l.1通过聚合功能可提供175Mbit／s的有效速率。每频道使用一个局端设备NC(Network Controller)，每个NC可支持31(63)个CPE设备，最大传输距离可达600m。在同一段Cable上可线性叠加 MoCA频道，扩展数据带宽和用户数量。目前，一段 Cable链路上可同时支持4个频道，有效数据速率 >400Mbit／s，并且即将升级到支持8频道，有效传输速率可达1Gbit／s，同时支持的用户数超过500个。

MoCA的双工方式为时分双工TDD，采用时分多址TDMA，所有节点发送和接收都在同一载波上进行。MoCA的MAC协议设计为无冲突的，信道接人完全由NC控制，NC根据每个节点的请求来为其分配传输的时隙。在MoCA网络中，NC处于一个中心地位，除了负责每个节点的传输时隙分配外，还负责新节点的加入、密钥管理等功能。NC由网络中的节点根据一定的原则自动选举产生，并支持备用NC以便在当前NC出现故障时进行快速切换。

MoCA成立之初的一个重要目的是为了在Cable 上传输多媒体业务，因此MoCA具有一套QoS机制来保障各种业务的传输质量。MoCA l.0提供基于优先级的OoS保证，具有3个优先级队列，对视频、语音、游戏等业务进行区分服务。而MoCAl l则提供参数化的 OoS保证，可为业务流预留带宽并进行接入控制，为业务提供严格的QoS保证。此外，MoCA在网络安全、设备远程管理与配置等方面都具有良好的支持。

MoCA技术成熟、标准化程度高，已在北美规模应用，实测可提供lOOMbit／s以上的传输速率，低误码、低时延。它不需要改变已有网络布线，也不用增加新的电缆，可以通过分支分配器传输。用户端也无需专业人士进行安装，不需要对调制解调器进行各种设置。在同一频带内进行双向通信，不需要专门留出上行带宽。其缺点在于成本相对较高，但随着生产厂家及出货量的不断增加，价格也有所下降。

3 Wi-Fi over Cable

Wi．Fi是一种基于802.11系列标准的无线网络技术，它可使用户实现无线接入和共享网络资源。与在空中传输相比，尤其在穿墙的情况下，Wi-Fi信号在 Cable中传输损耗小，覆盖范围大，不存在干扰和被干扰问题，同时具有较好的安全性。因此，利用Wi—Fi同时在Cable和空中进行数据传输，可以作为家庭网络联网的一种技术方案，在不同的场合既保持了无线连接的方便易用，又可通过Cable在保持高速率的情况下增大覆盖范围。图1为采用Wi-FioverCable技术的家庭网络互联示意图。图1中，家庭内部采用802.11g 进行数据和视频分发，传输速率可达54Mbit／s。家中两台电脑共享一个基于Cable的宽带Internet连接，一楼的笔记本电脑通过无线直接连接到STB／AP，而二楼的电脑由于墙壁的阻隔，无法与STB／AP建立高质量的无线连接。利用Wi-FioverCable技术，在二楼通过一个分离器连接了STB和Wi-Fi中继器，扩大了高速 wi-Fi信号的覆盖范围，二楼的电脑由中继器接入网络。此外，二楼的电脑如果具备相应接口的网卡，也可直接以Cable的方式接人。

如果在家庭内部利用Wi-FioverCable技术进行联网覆盖，由于传输距离通常较短，所需分支分配器的数量也较少，传输2.4GHz信号时按照0.5～ldB／m 的线路损耗和20～30dB的分支分配器损耗考虑，也基本能够保持较高的数据传输速率。因此，有些公司的产品直接用Cable承载2 4GHz的Wi-Fi信号，比如 T1。Wi-FioverCable技术同时可用于有线电视网络的双向化改造，此时线路距离较长，分支分配器数量增加，从而导致信号衰减较大，不适合在国内5～ 1000MHz带宽的电缆分配网络中工作。为了克服这一问题，一种解决方案是更换已有设备，采用5～ 2500MHz的分支分配器，可以满足Wi-Fi信号在同轴电缆中高速传输时的衰耗要求。这一方案所用技术成熟且已标准化，但是更换设备工作量大，也造成成本上升和器材浪费。因此，也有的厂家采用变频解决方案，即将2.4GHz信号下变频到900MHz lGHz左右的频段，这一方案的主要支持厂家为Atheros。进行信号下变频后，大大减小了电缆和无源分支分配器的损耗，从而可以利用现有的有线电视网络进行数据传输，无需更换现有网络设备。变频解决方案的缺点是标准化较差，不同厂家的设备存在互通问题；用户端设备接口也需要定制，不能利用原有Wi-Fi网卡或内置在Notebook中的Wi-Fi模块。

以802.119／noverCable为例，物理层采用OFDM，调制方式为自适应BPSK，QPSK，m-QAM调制。Wi-Fi overCable的频带利用情况如图2所示。若采用标准的非变频方案，工作频率为2.4GHz；若采用下变频方案，工作频率为900MHz左右，视不同厂家具体实现方案而定。每信道带宽为20／40MHz，可支持l3个信道。

Wi-FioverCable若采用802.11n技术，目前物理层速率可确保l08Mbit／s，最高可达300Mbit／s。但需要说明的是，在Wi-Fi技术中，各层协议开销所占带宽也较大，实际的数据速率可能只有一半左右。MAC协议仍采用Wi-Fi的CSMA／CA，这是基于竞争的TDMA 多址接人协议。双工方式为时分双工。

作者：陆洋　周永红    来源：泰尔网