家庭網絡互聯技術發展趨勢探讨

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1  引言

随着國務院辦公廳正式公布12個首批三網融合試點城市名單，标志着廣電為主導的三網融合試點正式啟動。這也标志着廣電三網融合的技術基礎NGB下一代廣播電視網絡建設也進入了一個全新高速發展階段。圍繞着NGB建設，随着3Tnet，IP核心網，光纖網絡技術的成熟，最後”一公裡”、最後100m的接入網的雙向改造技術仍然是NGB需要關注的焦點，也是必須首先要解決的難題。

雖然接入網技術發展迅速，無線，FTTH，xDSL，xPON，以太網Cat5等多種接入技術都發展成熟，但就如電信營運商不會放棄現有的雙絞線一樣，同軸電纜這種廣泛的接入也應該是廣電NGB接入網雙向改造考慮的重點。随着近幾年EPON+EoC解決方案的推廣，各種Ethernet Over Coax的實驗得到比較充分的驗證和比較，随着認識的深入和實驗效果，無源EoC，WiFi降頻，窄帶EoC的聲音已經逐漸變小，有源調制寬帶EoC已經逐漸變成主流。目前主流的有源調制EoC技術有基于HPNA，PLC（HomeplugAV/BPL/IEEEP1901），MoCA等技術，基本都是從家庭聯網技術發展和演進而來的。本文以期通過對這些家庭網絡技術的發展趨勢，各種技術的市場情況，晶片廠家動态做一探讨分析，以期對EoC技術的選擇做一參考。

2  家庭網絡互聯技術綜述

目前家庭網絡互聯中以太網和無線802.11 Wifi還是普及率最高的技術，随着視訊傳輸的需求增加，家庭有線互聯的需求也迅速上升。由于WiFi無線傳輸受環境的影響，如無線幹擾，以及穿牆能力等限制，難以保證視訊流的可靠傳輸，是以在視訊傳輸等QoS要求高的情況下，還是傾向使用有線技術。有線技術中，價格最便宜，性能最好的非五類線以太網莫屬。但除非是新的建築，以太網線路在家庭中并不常見，重新布線是非常困難的，這也限制了以太網在家庭網絡的普及。另外家庭有線媒介還大量存在另外三類有線資源：電話線Phone Line，同軸電纜Coaxial Cable，電力線Power Line。是以，如何利用現有的三種有線資源上開展視訊，寬帶等家庭網際網路技術成為市場新寵。按照Isuppli的調查顯示，

Medium	2006	2007	2008	2009	2010	2011	2012	2013
Power Line	4.0	8.2	12.4	30.8	50.0	90.0	148.1	209.7
Coax	4.4	8.0	14.2	30.3	50.6	72.9	94.1	121.3
Telephone	0.0	0.1	0.5	1.7	2.2	2.4	3.8	5.4
802.11x1	64.3	135.6	174.0	208.8	238.7	252.3	284.5	265.9
Cat #5	104.9	102.2	113.7	150.8	162.6	153.1	186.8	172.3
Total network enabled device	178	254	315	423	504	571	717	775

       表1Wired Communications Topical Report – Isuppli Q4 2008(機關：百萬單元)

從上表資料顯示看，五類線和無線802.11仍然還是家庭網絡互聯的主流的技術，并且會長期穩定發展。電力線和同軸電纜将來會成本家庭互聯的主流媒介，并以30%以上的速度增長，特别是電力線，由于電力線資源最豐富，覆寫最廣，發展速度更快，到2013年有可能超過以太網。而電話線由于受本身線路品質的影響，已經xDSL等頻道的幹擾制約，電話線家庭網絡僅作為一種補充，基本不需要太關注。

3  各種家庭網絡市場情況和晶片廠家動态

由于國内IPTV視訊應用發展不快，家庭網絡互聯裝置價格等因素，國内有線家庭網絡互聯市場的規模很小，國内家庭網絡主要是WiFi和以太網。目前家庭網絡互聯需求主要還是來自在歐美等發達地區，由于Triply業務——電視、語音、資料三網融合，特别是IPTV業務發展，需要解決電視，PC等不同領域裝置的互聯需求，是以推動了家庭網絡的發展。如，歐洲法國的電信營運商FT，Free，SFR等在大力發展IPTV，使用者數都在百萬級，其IPTV的發展推動了家庭視訊傳輸的需要。美國由于個營運大力發展FTTP/FTTN等寬帶提速業務，電信營運商大力發展IPTV，VoD（也就是Triple Play業務），有線營運商也大力發展VoD，寬帶業務，是以，解決家庭視訊，資料互傳的需求迫切。

美國前三大電信營運商AT&T，Verizon，CenturyLink（CenturyTel和Qwest合并以後變成第三大營運商）都在發展光纖接入技術，開展各種視訊業務。

AT&T是美國第一大營運商，有1600萬寬帶使用者，其U-VerseTV使用者到今年6月底已經有超過250萬使用者，AT&T采用HomePNA技術作為家庭互聯技術，占HPNA使用者的85%以上。按照Sigma Design（收購了HomPNA晶片廠家Coppergate，Coppergate是現在唯一能提供HomePNA晶片的廠家）的資料顯示，到今年6月份，總共已經出了近一千萬HPNA晶片，其中有250萬是用在家庭IPTV業務的。另外，CenturyLink（以前的Telus）也部署了部分HPNA業務。

Verizon是美國第二大固網營運商，提供光纖到戶接入Fios，總共有1230萬寬帶使用者，FioS寬帶使用者有400萬，其中FioSTV超過300萬使用者，家庭互聯采用MoCA技術，平均一家采用4個MoCA裝置，占MoCA使用者的90%。除Verizon外，時代華納，Cox，DirecTV等有線電視／衛星電視營運商也選用MoCA作為家庭聯網技術。目前MoCA1.0/MoCA1.1已經出了将近1600萬晶片。MoCA2.0産品也開始釋出。

按照今年3月在倫敦IPTV世界論壇（IPTV world’s forum）Homeplug聯盟10周年慶上資料顯示，Homeplug占目前PLC寬帶電力線通信市場75%以上；即Homeplug是PLC的主流技術，其他UPA（以DS2為代表，英國電信BT和西班牙電信Telefonica采用），HD-PLC（市場在日本，11%左右市場佔有率）占比較小的市場佔有率。到目前為止，Homeplug已經超過4500萬裝置在網運作，到今年年底會到達6000萬裝置。全球有超過50家世界級的服務商采用Homeplug技術發展IPTV和Triple-Play業務，Homeplug晶片使用中，營運商市場占60%，零售市場占40%，主要在歐洲的營運商使用，如德國電信DT，意大利電信，法國電信FT，SFR（法國第二大移動營運商，和Neuf，Cgaetel合并後，寬帶使用者有410萬，現有IPTV使用者超過150萬），FREE（法國最大的互動電視營運商，有430萬寬帶使用者，380萬IPTV使用者）。

目前在家庭聯網技術上，各種技術和晶片廠家的競争激烈，目前能提供晶片的廠家基本都是一些Star Up公司，但一些晶片大鳄如Broadcom，Marvell，ST，Atheros等也開始窺視或者進入不同的家庭互聯技術領域。這些大鳄的加入，對于技術的推動和技術的發展趨勢都會有很大的推動，有利于技術的發展。以下對HPNA，PLC和MoCA的技術發展和晶片廠家的情況做一介紹：

3.1 HPNA

HPNA家庭電話線網絡聯盟，從HPNA1.0的1M速率，已經發展到HPNA3.1，支援320Mbps實體速率。從字面了解HPNA是家庭電話電話線聯盟，支援電話線和同軸電纜媒介，在實際應用中，由于要相容xDSL頻段，特别是VDSL2+等低頻段，以及家庭電話線的品質等因素，實際上90%以上的HPNA都是運作在同軸電纜環境的。如AT&T都是使用同軸電纜來做家庭互聯。HPNA3.1的工作頻段已經從4～21MHz，12～28MHz，36～52MHz擴充到36MHz～68MHz。HPNA隻有一個量産的廠家Sigma design(Coppergate)，且Sigma Design同時在發展G.HN和HomePlug技術，這三種技術互不相容。

由于HomePNA隻有一個晶片廠家，且其中主要客戶AT&T一直推動G.HN的發展，是以後續HomePNA應該被G.HN期待，且Coppergate必須考慮G.HN和現有的HomePNA相容。 

HomePNA采用QAM/FDQAM技術，抗幹擾性能不如OFDM，且沒有采用FEC技術，丢包率高，噪聲環境下，很難穩定工作。而後續不管是有線、還是無線技術，基本都往OFDM方向發展。

3.2 HomePlugAV/P1901

作為技術動态來講，IEEE采用HomeplugAV作為技術基礎，可以後向相容Homeplug産品。IEEE1901工作組從2005年開始PLC技術标準工作，今年9月正式标準會釋出，P1901工作頻率2～50MHz，可擴充到100MHz，支援4096QAM，最高支援1Gbps的實體速率。目前Atheros（收購Intellon，Atheros是全球第一的無線WLAN晶片廠家）已經釋出了第一代符合P1901的晶片AR7400（第四代HPAV晶片，從INT6000，INT6300，INT6400到INT7400），工作頻率最高到75MHz，實體速率到500Mbps，UDP速率在320Mbps，TCP速率為280Mbps左右。

目前支援HomeplugAV的晶片廠家有5家：Atheros/Intellon，Spidcom，Giggle，Sigma design，ST/Akados。除ST/Akados外，其他四家的晶片廠家都已經上市并通過了HomeplugAV認證。其中Atheros和Spidcom把PLC技術應用到國内的EoC市場，是目前國内EoC市場的主流技術。另外，Sigma Design也在國内推EoC解決方案，但是采用HomePNA技術。

IEEEP1901期望其在電力線通信的技術标準能向802.11 WLAN和802.3以太網一樣，在電力線網絡中得到統一和大規模快速部署。在IEEE和ITU制定标準之前，PLC主要的技術标準有三種：HomeplugAV，UPA，HD-PLC。HD-PLC的wavenet PHY調制技術也寫入IEEEP1901的标準，但目前了解的情況是除松下外，其他晶片廠家并不會相容此标準。是以HD-PLC隻可能在日本使用。UPA有一家晶片廠家，下一代晶片是轉移到G.HN技術上來，是以，長遠看，UPA将會被G.HN取代。另外HomeplugAV和P1901是相容的，目前被大部分的晶片廠家接受，是以P1901應該是後續電力線通信的主流技術。

HomePlugAV/P1901因适應電力線高噪聲環境，線路開銷大，編碼使用率較低。但抗幹擾性能好，如果用在同軸電纜上，線路噪聲小，低頻衰減下，是很好的解決方案。

3.3 MoCA

MoCA是多媒體同軸電纜聯盟，從MoCA1.0，1.1标準發展到現在的2.0；MoCA2.0使用100MHz頻率帶寬，支援700Mbps的實體速率，400M以上的MAC速率。工作頻率可以從500MHz～1650MHz。MoCA是專為同軸電纜家庭多媒體互聯的技術，北美的主流營運商在家庭IPTV上大量使用。

Broadcom加入MoCA組織後，由于Broadcom技術實力雄厚，并且把MoCA技術內建到其機頂盒晶片。導緻Cox，時代華納等有線電視營運商已經Direc TV衛星電視營運商也開始采用MoCA作為家庭互聯，推動MoCA技術快速發展。

MoCA工作在高頻段，噪聲低，衰減大，性能很高，提供400M以上的MAC速率，延遲小于5ms。在家庭網絡中，由于電纜短，電纜衰減小，MoCAz作為家庭多媒體技術來講是很好的解決方案。但由于使用高頻，如果用在接入網的話，要考慮和CATV信号區隔開，高頻衰減大，對線路和分支配置設定器等要求高，特别是一些線路較長，光節點覆寫較多使用者的場景下很難滿足要求。

3.4 G.HN

G.HN是有AT&T和BT等營運商發起，随着Triple-Play，IPTV等業務的發展，營運商必須向消費者提供在家裡欣賞這些業務的辦法，必須解決家庭視訊傳輸的希望。ITU-T認為WiFi将繼續為PC上網等應用的主要方式，但是高清視訊等豐富内容的傳輸還必須采用各種有線技術。是以，ITU-T旨在為家庭中存在的三種類型的有線線路（電話線，電力線，同軸電纜）制定一個統一的下一代家庭網絡标準，使用一個家庭網絡晶片，适應三種媒介，進而降低成本，并簡化家庭網絡裝置的安裝。

由于G.HN要滿足三種有線媒介傳輸技術，但電力線是最複雜的，如果能滿足電力線通信要求的話，滿足電話線和同軸線都沒有問題。是以技術實際是電力線技術為基礎擴充的。從現在通過的PHY層規範看，也可以清楚的了解到，其調制技術，子載波等都是以PLC現有的标準為基礎的。現在從事G.HN晶片開發的廠家有兩家，一家DS2，是UPA電力線通信技術的發起者。另外，一家是Sigma Design，原先HomePNA技術的擁有者。由于競争關系，各種技術互相競争和妥協，G.HN的技術标準在制定的過程中，和UPA，HomePlugAV，MoCA都不相容。目前HomeplugAV組織和MoCA組織都宣布不再繼續支援G.HN标準，而繼續獨立在P1901和MoCA2.0上發展。是以，G.HN的标準變得撲哧迷離。同時，由于DS2受金融危機影響，已經宣布破産保護，原計劃2010年Q2推出晶片已經是不可能了。另外Sigma Design已經同時擁有HomePNA，HomePlugAV技術，G.HN晶片的時間表也一直沒有敲定，估計最早也要到2011年Q2後才有可能推出晶片，且由于是新技術，估計穩定也需要一段時間。同時，如果G.HN繼續不考慮和現有的技術相容或者共存的話，估計很難得到推廣，其結局可能和現在的HomePNA标準ITU-T G.9954一樣，不會得到很好的發展。

3.5     各種有線技術對比

技術 特性	IEEEP1901	HomePlug AV	HPNA ITU G.9554	MoCA	G.HN ITU G.996x
MAC/PHY速率Mbps	300/500(PL)	130/200(PL)	200/320(Coax)	175/270(Coax)	200/400(PL)
頻譜	2～50MHz	2～30MHz	4～36MHz/	50M/100MHz（800～1500MHz）	2～80MHz
信道特性	高噪聲/低衰減	高噪聲/低衰減	高噪聲/低衰減	低噪聲/高衰減	高噪聲/低衰減
調制方式	Windowed OFDM	Windowed OFDM	單載波QAM，支援頻率分割	Adaptive OFDM	Windowed OFDM
FEC	Turbo Code	Turbo Code	沒有	Reed Solomon	LDPC
延遲	20ms	20ms	10ms(TDMA)	5ms(TDMA)	20ms
QoS	802.1p,CSMA/TDMA	802.1p,CSMA/TDMA	802.1p,Prioritize QoS	802.1p,Paramaterized QoS	802.1p,Prioritize QoS
使用者數	和HPAV後向相容	4500萬使用者	1000萬	1600萬
使用的營運商	和HPAV後向相容	全球大于60個營運商	小于6個客戶， 北美(85% AT&T)	小于8個客戶， 北美(90% Verizon)
晶片廠家	Intellon；其他AV廠家會很快跟進	4家以上Intellon,;Spidcom; Giggle, Sigma Design; ST/Akados	1家，Sigma Design (Coppergate)	2家，Entropic/Broadcom	估計到2011年下半年有1～2家（DS2，Sigma Design）

                                                                                                             表3主流有線技術對比

4  後續發展趨勢分析和探讨

國家廣電“三網融合”試點以及NGB下一代廣播網絡的建設以及進入一個新的篇章，同軸電纜接入技術作為NGB入戶的重要手段，是NGB建設的關鍵路徑之一。目前，廣電自主知識産品的高頻EoC技術标準HiNOC（High Speed Network of Coax）已經制定，晶片也将在未來1～2年來推出，未來随着廣電HFC網絡的光進銅退改造，光節點覆寫50戶範圍，作為自主知識産權的HiNoC技術肯定會得到大力推廣。但在HiNoC晶片成熟之前，必須要有一個可持續發展的技術，滿足NGB建設需要。目前EoC标準基本都是基于上述不同的家庭網絡技術發展起來的。是以，家庭網絡技術的發展，已經如何在現有的家庭網絡技術中，考慮中國的實際網絡架構，網絡特性，選擇一種能長期發展，并符合NGB要求的技術作為我國EoC技術基礎是非常重要的。

通過這幾年的EOC發展，應該說MoCA和PLC技術都在市場上得到較好的驗證，但一是MoCA和我們自主知識廠家的标準HiNOC的使用頻道是相沖突，且互不相容的；二是由于目前我國有線網絡水準參差不齊，很多網絡的線路較長，覆寫數百使用者，MoCA高頻技術很難覆寫。

基于PLC的EoC技術在國内已經大量使用，特别是基于HomeplugAV/P1901的EoC技術已經得到了很多裝置商和營運商的認可；江蘇廣電基于P1901的EoC标準制定，上海東方有線50萬戶NGB試點等等都是證明。由于G.HN和P1901兩種技術的分歧，給營運商在選擇哪種PLC技術上添加陰影。同時，由于國内電信營運商的強勢，導緻大家對ITU-T标準有更大的傾向和期望。本文希望通過家庭網絡技術全球市場的劃分，晶片廠家的技術陣營，已經後續标準，産品路标的規劃來闡述個人對家庭網絡的見解，以期給各位一些參考。

由于主流營運商市場已經基本瓜分完畢，且大的晶片廠家介入MoCA和P1901技術，這些産品的路标産品都推出很快，都很有競争力。是以，後續留給G.HN的市場空間很有限，同時，在一段時間内G.HN的性能不可能趕上P1901/MoCA現有的技術，更談不上超越。随着P1901的産品越來越多，加入的晶片廠家也越來越多，如果後續Broadcom或者Marvell這些大公司的加入，勢必會大力推動技術的發展和成本的降低，同時随着國内EoC的快速發展，必然也推動P1901在同軸電纜上的特性開發，形成一個良性循環。是以可以預見符合P1901規範的EOC産品會随着NGB的建設大量發展。