家庭网络互联技术发展趋势探讨

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1  引言

随着国务院办公厅正式公布12个首批三网融合试点城市名单，标志着广电为主导的三网融合试点正式启动。这也标志着广电三网融合的技术基础NGB下一代广播电视网络建设也进入了一个全新高速发展阶段。围绕着NGB建设，随着3Tnet，IP核心网，光纤网络技术的成熟，最后”一公里”、最后100m的接入网的双向改造技术仍然是NGB需要关注的焦点，也是必须首先要解决的难题。

虽然接入网技术发展迅速，无线，FTTH，xDSL，xPON，以太网Cat5等多种接入技术都发展成熟，但就如电信运营商不会放弃现有的双绞线一样，同轴电缆这种广泛的接入也应该是广电NGB接入网双向改造考虑的重点。随着近几年EPON+EoC解决方案的推广，各种Ethernet Over Coax的实验得到比较充分的验证和比较，随着认识的深入和实验效果，无源EoC，WiFi降频，窄带EoC的声音已经逐步变小，有源调制宽带EoC已经逐步变成主流。目前主流的有源调制EoC技术有基于HPNA，PLC（HomeplugAV/BPL/IEEEP1901），MoCA等技术，基本都是从家庭联网技术发展和演进而来的。本文以期通过对这些家庭网络技术的发展趋势，各种技术的市场情况，芯片厂家动态做一探讨分析，以期对EoC技术的选择做一参考。

2  家庭网络互联技术综述

目前家庭网络互联中以太网和无线802.11 Wifi还是普及率最高的技术，随着视频传输的需求增加，家庭有线互联的需求也迅速上升。由于WiFi无线传输受环境的影响，如无线干扰，以及穿墙能力等限制，难以保证视频流的可靠传输，因此在视频传输等QoS要求高的情况下，还是倾向使用有线技术。有线技术中，价格最便宜，性能最好的非五类线以太网莫属。但除非是新的建筑，以太网线路在家庭中并不常见，重新布线是非常困难的，这也限制了以太网在家庭网络的普及。另外家庭有线媒介还大量存在另外三类有线资源：电话线Phone Line，同轴电缆Coaxial Cable，电力线Power Line。因此，如何利用现有的三种有线资源上开展视频，宽带等家庭互联网技术成为市场新宠。按照Isuppli的调查显示，

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(单位：百万单元)

从上表数据显示看，五类线和无线802.11仍然还是家庭网络互联的主流的技术，并且会长期稳定发展。电力线和同轴电缆将来会成本家庭互联的主流媒介，并以30%以上的速度增长，特别是电力线，由于电力线资源最丰富，覆盖最广，发展速度更快，到2013年有可能超过以太网。而电话线由于受本身线路质量的影响，已经xDSL等频道的干扰制约，电话线家庭网络仅作为一种补充，基本不需要太关注。

3  各种家庭网络市场情况和芯片厂家动态

由于国内IPTV视频应用发展不快，家庭网络互联设备价格等因素，国内有线家庭网络互联市场的规模很小，国内家庭网络主要是WiFi和以太网。目前家庭网络互联需求主要还是来自在欧美等发达地区，由于Triply业务——电视、语音、数据三网融合，特别是IPTV业务发展，需要解决电视，PC等不同领域设备的互联需求，因此推动了家庭网络的发展。如，欧洲法国的电信运营商FT，Free，SFR等在大力发展IPTV，用户数都在百万级，其IPTV的发展推动了家庭视频传输的需要。美国由于个运营大力发展FTTP/FTTN等宽带提速业务，电信运营商大力发展IPTV，VoD（也就是Triple Play业务），有线运营商也大力发展VoD，宽带业务，因此，解决家庭视频，数据互传的需求迫切。

美国前三大电信运营商AT&T，Verizon，CenturyLink（CenturyTel和Qwest合并以后变成第三大运营商）都在发展光纤接入技术，开展各种视频业务。

AT&T是美国第一大运营商，有1600万宽带用户，其U-VerseTV用户到今年6月底已经有超过250万用户，AT&T采用HomePNA技术作为家庭互联技术，占HPNA用户的85%以上。按照Sigma Design（收购了HomPNA芯片厂家Coppergate，Coppergate是现在唯一能提供HomePNA芯片的厂家）的数据显示，到今年6月份，总共已经出了近一千万HPNA芯片，其中有250万是用在家庭IPTV业务的。另外，CenturyLink（以前的Telus）也部署了部分HPNA业务。

Verizon是美国第二大固网运营商，提供光纤到户接入Fios，总共有1230万宽带用户，FioS宽带用户有400万，其中FioSTV超过300万用户，家庭互联采用MoCA技术，平均一家采用4个MoCA设备，占MoCA用户的90%。除Verizon外，时代华纳，Cox，DirecTV等有线电视／卫星电视运营商也选用MoCA作为家庭联网技术。目前MoCA1.0/MoCA1.1已经出了将近1600万芯片。MoCA2.0产品也开始发布。

按照今年3月在伦敦IPTV世界论坛（IPTV world’s forum）Homeplug联盟10周年庆上数据显示，Homeplug占目前PLC宽带电力线通信市场75%以上；即Homeplug是PLC的主流技术，其他UPA（以DS2为代表，英国电信BT和西班牙电信Telefonica采用），HD-PLC（市场在日本，11%左右市场份额）占比较小的市场份额。到目前为止，Homeplug已经超过4500万设备在网运行，到今年年底会到达6000万设备。全球有超过50家世界级的服务商采用Homeplug技术发展IPTV和Triple-Play业务，Homeplug芯片使用中，运营商市场占60%，零售市场占40%，主要在欧洲的运营商使用，如德国电信DT，意大利电信，法国电信FT，SFR（法国第二大移动运营商，和Neuf，Cgaetel合并后，宽带用户有410万，现有IPTV用户超过150万），FREE（法国最大的互动电视运营商，有430万宽带用户，380万IPTV用户）。

目前在家庭联网技术上，各种技术和芯片厂家的竞争激烈，目前能提供芯片的厂家基本都是一些Star Up公司，但一些芯片大鳄如Broadcom，Marvell，ST，Atheros等也开始窥视或者进入不同的家庭互联技术领域。这些大鳄的加入，对于技术的推动和技术的发展趋势都会有很大的推动，有利于技术的发展。以下对HPNA，PLC和MoCA的技术发展和芯片厂家的情况做一介绍：

3.1 HPNA

HPNA家庭电话线网络联盟，从HPNA1.0的1M速率，已经发展到HPNA3.1，支持320Mbps物理速率。从字面理解HPNA是家庭电话电话线联盟，支持电话线和同轴电缆媒介，在实际应用中，由于要兼容xDSL频段，特别是VDSL2+等低频段，以及家庭电话线的质量等因素，实际上90%以上的HPNA都是运行在同轴电缆环境的。如AT&T都是使用同轴电缆来做家庭互联。HPNA3.1的工作频段已经从4～21MHz，12～28MHz，36～52MHz扩展到36MHz～68MHz。HPNA只有一个量产的厂家Sigma design(Coppergate)，且Sigma Design同时在发展G.HN和HomePlug技术，这三种技术互不兼容。

由于HomePNA只有一个芯片厂家，且其中主要客户AT&T一直推动G.HN的发展，因此后续HomePNA应该被G.HN期待，且Coppergate必须考虑G.HN和现有的HomePNA兼容。 

HomePNA采用QAM/FDQAM技术，抗干扰性能不如OFDM，且没有采用FEC技术，丢包率高，噪声环境下，很难稳定工作。而后续不管是有线、还是无线技术，基本都往OFDM方向发展。

3.2 HomePlugAV/P1901

作为技术动态来讲，IEEE采用HomeplugAV作为技术基础，可以后向兼容Homeplug产品。IEEE1901工作组从2005年开始PLC技术标准工作，今年9月正式标准会发布，P1901工作频率2～50MHz，可扩展到100MHz，支持4096QAM，最高支持1Gbps的物理速率。目前Atheros（收购Intellon，Atheros是全球第一的无线WLAN芯片厂家）已经发布了第一代符合P1901的芯片AR7400（第四代HPAV芯片，从INT6000，INT6300，INT6400到INT7400），工作频率最高到75MHz，物理速率到500Mbps，UDP速率在320Mbps，TCP速率为280Mbps左右。

目前支持HomeplugAV的芯片厂家有5家：Atheros/Intellon，Spidcom，Giggle，Sigma design，ST/Akados。除ST/Akados外，其他四家的芯片厂家都已经上市并通过了HomeplugAV认证。其中Atheros和Spidcom把PLC技术应用到国内的EoC市场，是目前国内EoC市场的主流技术。另外，Sigma Design也在国内推EoC解决方案，但是采用HomePNA技术。

IEEEP1901期望其在电力线通信的技术标准能向802.11 WLAN和802.3以太网一样，在电力线网络中得到统一和大规模快速部署。在IEEE和ITU制定标准之前，PLC主要的技术标准有三种：HomeplugAV，UPA，HD-PLC。HD-PLC的wavenet PHY调制技术也写入IEEEP1901的标准，但目前了解的情况是除松下外，其他芯片厂家并不会兼容此标准。因此HD-PLC只可能在日本使用。UPA有一家芯片厂家，下一代芯片是转移到G.HN技术上来，因此，长远看，UPA将会被G.HN取代。另外HomeplugAV和P1901是兼容的，目前被大部分的芯片厂家接受，因此P1901应该是后续电力线通信的主流技术。

HomePlugAV/P1901因适应电力线高噪声环境，线路开销大，编码利用率较低。但抗干扰性能好，如果用在同轴电缆上，线路噪声小，低频衰减下，是很好的解决方案。

3.3 MoCA

MoCA是多媒体同轴电缆联盟，从MoCA1.0，1.1标准发展到现在的2.0；MoCA2.0使用100MHz频率带宽，支持700Mbps的物理速率，400M以上的MAC速率。工作频率可以从500MHz～1650MHz。MoCA是专为同轴电缆家庭多媒体互联的技术，北美的主流运营商在家庭IPTV上大量使用。

Broadcom加入MoCA组织后，由于Broadcom技术实力雄厚，并且把MoCA技术集成到其机顶盒芯片。导致Cox，时代华纳等有线电视运营商已经Direc TV卫星电视运营商也开始采用MoCA作为家庭互联，推动MoCA技术快速发展。

MoCA工作在高频段，噪声低，衰减大，性能很高，提供400M以上的MAC速率，延迟小于5ms。在家庭网络中，由于电缆短，电缆衰减小，MoCAz作为家庭多媒体技术来讲是很好的解决方案。但由于使用高频，如果用在接入网的话，要考虑和CATV信号区隔开，高频衰减大，对线路和分支分配器等要求高，特别是一些线路较长，光节点覆盖较多用户的场景下很难满足要求。

3.4 G.HN

G.HN是有AT&T和BT等运营商发起，随着Triple-Play，IPTV等业务的发展，运营商必须向消费者提供在家里欣赏这些业务的办法，必须解决家庭视频传输的希望。ITU-T认为WiFi将继续为PC上网等应用的主要方式，但是高清视频等丰富内容的传输还必须采用各种有线技术。因此，ITU-T旨在为家庭中存在的三种类型的有线线路（电话线，电力线，同轴电缆）制定一个统一的下一代家庭网络标准，使用一个家庭网络芯片，适应三种媒介，从而降低成本，并简化家庭网络设备的安装。

 

由于G.HN要满足三种有线媒介传输技术，但电力线是最复杂的，如果能满足电力线通信要求的话，满足电话线和同轴线都没有问题。因此技术实际是电力线技术为基础扩展的。从现在通过的PHY层规范看，也可以清楚的了解到，其调制技术，子载波等都是以PLC现有的标准为基础的。现在从事G.HN芯片开发的厂家有两家，一家DS2，是UPA电力线通信技术的发起者。另外，一家是Sigma Design，原先HomePNA技术的拥有者。由于竞争关系，各种技术互相竞争和妥协，G.HN的技术标准在制定的过程中，和UPA，HomePlugAV，MoCA都不兼容。目前HomeplugAV组织和MoCA组织都宣布不再继续支持G.HN标准，而继续独立在P1901和MoCA2.0上发展。因此，G.HN的标准变得扑哧迷离。同时，由于DS2受金融危机影响，已经宣布破产保护，原计划2010年Q2推出芯片已经是不可能了。另外Sigma Design已经同时拥有HomePNA，HomePlugAV技术，G.HN芯片的时间表也一直没有敲定，估计最早也要到2011年Q2后才有可能推出芯片，且由于是新技术，估计稳定也需要一段时间。同时，如果G.HN继续不考虑和现有的技术兼容或者共存的话，估计很难得到推广，其结局可能和现在的HomePNA标准ITU-T G.9954一样，不会得到很好的发展。

3.5     各种有线技术对比

 

技术 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)
频谱	2～50MHz	2～30MHz	4～36MHz/	50M/100MHz（800～1500MHz）	2～80MHz
信道特性	高噪声/低衰减	高噪声/低衰减	高噪声/低衰减	低噪声/高衰减	高噪声/低衰减
调制方式	Windowed OFDM	Windowed OFDM	单载波QAM，支持频率分割	Adaptive OFDM	Windowed OFDM
FEC	Turbo Code	Turbo Code	没有	Reed Solomon	LDPC
延迟	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
用户数	和HPAV后向兼容	4500万用户	1000万	1600万	0
使用的运营商	和HPAV后向兼容	全球大于60个运营商	小于6个客户， 北美(85% AT&T)	小于8个客户， 北美(90% Verizon)	0
芯片厂家	Intellon；其他AV厂家会很快跟进	4家以上Intellon,;Spidcom; Giggle, Sigma Design; ST/Akados	1家，Sigma Design (Coppergate)	2家，Entropic/Broadcom	估计到2011年下半年有1～2家（DS2，Sigma Design）

                                                                                                             表3主流有线技术对比

4  后续发展趋势分析和探讨

国家广电“三网融合”试点以及NGB下一代广播网络的建设以及进入一个新的篇章，同轴电缆接入技术作为NGB入户的重要手段，是NGB建设的关键路径之一。目前，广电自主知识产品的高频EoC技术标准HiNOC（High Speed Network of Coax）已经制定，芯片也将在未来1～2年来推出，未来随着广电HFC网络的光进铜退改造，光节点覆盖50户范围，作为自主知识产权的HiNoC技术肯定会得到大力推广。但在HiNoC芯片成熟之前，必须要有一个可持续发展的技术，满足NGB建设需要。当前EoC标准基本都是基于上述不同的家庭网络技术发展起来的。因此，家庭网络技术的发展，已经如何在现有的家庭网络技术中，考虑中国的实际网络架构，网络特性，选择一种能长期发展，并符合NGB要求的技术作为我国EoC技术基础是非常重要的。

通过这几年的EOC发展，应该说MoCA和PLC技术都在市场上得到较好的验证，但一是MoCA和我们自主知识厂家的标准HiNOC的使用频道是相冲突，且互不兼容的；二是由于当前我国有线网络水平参差不齐，很多网络的线路较长，覆盖数百用户，MoCA高频技术很难覆盖。

基于PLC的EoC技术在国内已经大量使用，特别是基于HomeplugAV/P1901的EoC技术已经得到了很多设备商和运营商的认可；江苏广电基于P1901的EoC标准制定，上海东方有线50万户NGB试点等等都是证明。由于G.HN和P1901两种技术的分歧，给运营商在选择哪种PLC技术上添加阴影。同时，由于国内电信运营商的强势，导致大家对ITU-T标准有更大的倾向和期望。本文希望通过家庭网络技术全球市场的划分，芯片厂家的技术阵营，已经后续标准，产品路标的规划来阐述个人对家庭网络的见解，以期给各位一些参考。

由于主流运营商市场已经基本瓜分完毕，且大的芯片厂家介入MoCA和P1901技术，这些产品的路标产品都推出很快，都很有竞争力。因此，后续留给G.HN的市场空间很有限，同时，在一段时间内G.HN的性能不可能赶上P1901/MoCA现有的技术，更谈不上超越。随着P1901的产品越来越多，加入的芯片厂家也越来越多，如果后续Broadcom或者Marvell这些大公司的加入，势必会大力推动技术的发展和成本的降低，同时随着国内EoC的快速发展，必然也推动P1901在同轴电缆上的特性开发，形成一个良性循环。因此可以预见符合P1901规范的EOC产品会随着NGB的建设大量发展。