基于Cable的高速家庭网络技术

Wi-FioverCable的优势在于：

●不增加新的缆线。利用家庭内部已有Cable部署，结合Wi-Fi技术本身可实现有线、无线对家庭的联合覆盖。在需要穿墙等无线信号衰减较大的地方，利用Cable电缆传输Wi—Fi射频信号，衰减小，可有效延长传输距离，增大覆盖范围。

●技术成熟。Wi-Fi技术已被广泛使用，即使是尚未完全标准化的802.11n，也已经有大量芯片厂商提供相关产品。

●速率高。802.11g可提供54Mbit／s的物理层传输速率，而802.11n可确保108MbWs，目前最高可达 300Mbit／s。虽然物理层开销需要占用大量带宽，但仍可为家庭内部提供数十M至上百M的带宽。

●成本低廉。将Wi-Fi信号送入Cable传输，只需经过阻抗变换，采用无源器件，大大降低了成本，且可以进行滚动式投资。

Wi-FioverCable技术的不足在于：2.4GHz信号在当前的有线电视分配网络中传输衰减较大，不适合应用于有线电视网络双向化改造的场合。若更换现有器件则工作量太大且造成成本上升和不必要的浪费；如果采用降频的方法，由于是非标准方式，则带来不同厂家产品的互通问题。

4 EoC技术

EoC(Ethemet over Coax)是指通过同轴电缆传输以太网信号的技术，可分为基带EoC(无源EoC)和调制EoC(有源EoC)两大类。基带EoC不改变原有以太网信号的帧格式，而只是将便于双绞线传输的双极性 (差分)信号转换为便于同轴电缆传输的单极性信号。而调制EoC技术繁多，如前面介绍的MoCA技术， Wi-Fi overCable及下面将要讲到的HomePlug over Coax等都属于这一行列。调制EoC技术将以太网信号经过调制解调等复杂处理后再通过同轴电缆传输，但所传输的信号不再保持以太网信号的帧格式，因此严格说来不能称为‘EoC"。本节主要介绍基带EoC技术。

EoC技术采用频分复用技术，将以太网数据信号和有线电视信号混合在同一根同轴电缆进行传输。 CATV信号在87MHz以上频段传输，以太网信号在 65MHz或45MHz以下频段传输，两种信号共缆传输，工作频段不同所以互不影响。EoC技术的频带利用情况如图3所示。

EOC技术原理如图4所示，主要由二四线变换、高／低通滤波两部分实现。由于采用基带传输，无需调制解调技术，楼道端、用户端设备均是无源设备。由于现有的以太网技术是收／发共两对线，而同轴电缆在逻辑上只相当于一对线，所以在无源滤波器中需要进行4线到2线的转换。

EoC传输由局端设备和用户端设备组成。局端设备负责实现数据信号的交换以及与电视信号的混合，用户端设备实现混合信号的分离。图5为EoC网络结构示意图。其中，楼内局端设备完成数据信号的交换和电视信号的混合，可以保留楼内原有的集中分配器连接到局端设备上，也可以在局端设备集成分配器的功能而完全替换掉现有的集中分配器。家庭内部的插座同时提供RJ-45接口和CATV接口，实现混合信号的分离。

EoC技术中以太网信号利用基带传输，不改变原有以太网信号的帧格式和MAC层，通过无源器件即可实现。优点是每线价格成本低，生产厂商较多，在国内有一定规模的应用；并且由于采用无源设备，网络运行较为稳定、安全，维护成本也较低。其缺点是不能通过分支分配器，只支持点对点的星型分配网络，每线带宽是固定的10Mbit／s，改造的时候必须一次投入到位，不能实现滚动式投资。

5 HomePlugoverCoax技术

2000年3月，由Cisco，HP，Motorola及Intel等数十家企业共同成立HPA(HomePlugPowerlineAlliance．家庭电力线网络联盟)，目标是制定基于电力线的家庭网络标准，目前已发布HomePlug 1.0及其后续版本 HomePlugAV。HomePlug标准虽然是为在电力线上传送高速数据而设计的，但其也可以移植到同轴电缆上，即HomePlugoverCoax。

HomePlugoverCoax完整地借用HomePlug协议，只是修改前端耦合等电路设计来实现。HomePlugover Coax使得原来HomePlug比较难以处理的问题得到解决，如电磁兼容等。在同轴电缆的传输性能要好于电力线，数据流量性能也会好于HomePlug在电力线上的传输。

HomePlugAv的物理层使用0FDM调制方式，它是将待发送的信息码元通过串并变换，降低速率，从而增大码元周期，以削弱多径干扰的影响。同时，它使用循环前缀(CP)作为保护间隔，大大减少甚至消除了码间干扰，保证了各信道间的正交性，从而显著降低了信道间干扰。当然，这样做也付出了带宽的代价，并带来了能量损失：CP越长，能量损失就越大。OFDM 中各个子载波频谱有1／2重叠正交，这样提高了 OFDM调制方式的频谱利用率。在接收端通过相关解调技术分离出各载波，同时消除码间干扰的影响。 HomePlugAV在2～28MHz频段使用917个子载波；功率频谱密度可编程，以满足不同国家的频率管制；每个子载波可以单独进行BPSK，QPSK， 8QAM，16QAM，64QAM，256QAM和1024QAM调制；采用TurboFEC错误校验；物理层线路速率达到 200MbitJs，净荷为l50Mbit／s。

HomePlugAV的MAC层同时支持无竞争的 TDMA和基于竞争的CSMA／CA两种多址接人方式。 TDMA面向连接，提供严格的QoS保障，确保带宽预留、高可靠性和严格的时延抖动控制。CSMA／CA是无连接的，为业务提供基于业务优先级的QoS保证。 HomePlugAV网络中，由中央协调器CCo(Central Coordinator)控制所在网络设备的活动，并协调与相邻网络的共存，以支持宽带接人、多网络运行和隐藏节点服务。由于MAC层仍然采用CSMA机制，当网络中 HomePlu9设备节点增加时，碰撞的几率会增加，数据传输的速率也会大大降低。在节点设备较少的家庭联网场合，它仍是一种实用、方便的技术。

HomePlug (AV)over Coax能够方便地实现家庭联网，也可延伸用于最后 100m接人。它可提供 200Mbit／s的共享带宽，实际吞吐量超过100Mbit／s。工作频段低，网络适应性好，能够通过分支分配器，不需要更换优质的分支分配器和电缆。采用0FDM调制方式，也提高了系统的抗干扰能力。技术较为成熟，标准化程度也较高，除了HPA公布的相关规范外，IEEE的标准也正在制定中。其缺点主要存在于两个方面：一是家中需要有源设备，成本偏高；再一个是设计时主要考虑到电力线应用的恶劣环境，其协议中关于纠错方面考虑较多，在一定程度上影响了其传输时有效数据载荷的效率。

6 结束语

随着家庭网络受到越来越广泛的关注，各种高速家庭联网技术也应运而生。其中，由于Cable网络具有覆盖面广、传输性能好、建设家庭网络无需重新布线和提供高速传输速率的优点，基于Cable的高速家庭网络技术成为一个重要分支，除本文所介绍的几种技术外，还包括HomePNAoverCoax，UWBoverCoax等技术。相信随着技术的不断发展和标准化工作的不断完善，基于Cable的高速家庭网络将为用户带来更为优质的用户体验。