家庭网络互连技术应用研究

摘 要：随着通信技术的飞速发展，家庭网络作为接入网络的末端，也发生着日新月异的变化。家庭网络互联技术主要用来解决家庭内部各种终端的物理互连。利用现有家庭有线资源，如电力线、电话线、同轴电缆，可以有效解决家庭室内的布线和终端互联问题。将有线传输技术和无线技术结合起来，可以很好地解决无线覆盖能力较差的问题，使家庭网路更加灵活，大大提升用户体验。文章针对家庭网络互连技术应用进行了研究与分析。

关键词：家庭网络;有线技术;无线技术

1 有线和无线技术在家庭网络中结合应用

随着通信技术的飞速发展，家庭用户接入带宽得到大幅提升，家庭网络作为接入网络的末端，也发生着日新月异的变化。视频业务是家庭中最基本的业务，高清电视也在逐步走进用户家中，成为普通大众的选择。除此之外，随着物联网技术的不断发展，智能家居、家庭安防等新业务也在蓬勃发展中，智能家庭产业将是未来的发展方向。

家庭新业务的发展，必然导致家庭终端数量日趋增多、种类日趋复杂，并且新业务往往需要有良好的网络支持，不然只能沦为空谈。传统家庭网络互连一般采用网线和WiFi，随着终端越来越多，布放一堆网线会影响美观。WiFi虽然没有布线的问题，但是由于各个用户的户型存在差异，通常存在覆盖不好的问题。即使现在WiFi技术在不断更新，但是覆盖问题在家庭网络中仍然是一个关键问题[1]。在家庭网络中，如果将有线技术和无线技术相结合，既可以满足日益增加的带宽需求，又可以有效提高无线覆盖能力，提升用户体验。

2 家庭网络有线互连技术

家庭网络互连技术主要用来解决家庭内部各种终端的物理互连。家庭内部常用的有线资源除了传统的网线外，还有电力线、同轴电缆、电话线，充分利用现有的有线资源，可以有效解决布线难题。

2.1 HomePlug技术

HomePlug是家庭插座电力线联盟（Home Plug PowerLine Alliance）的缩写，该联盟由松下、英特尔、惠普、夏普等13家公司于2000年3月成立，主要负责制定及推广HomePlug技术。作为一种电力线通信标准接口，该技术可以为各种家电产品提供统一的电力线互联网络接入规范，家电产品只需插上电源插头即可组建局域网，目前在欧洲、中国大陆等地区，已经得到了广泛使用。

HomePlug技术将载有信息的高频信号通过电力线传输，接收端再将信号进行解调。该技术采用正交频分复用技术（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM），频带范围为2～30 MHz，支持最大200 Mbps的传输速率，能够满足家庭内部网络的需求。

电力线不是通信用的传输媒介，物理特性和电话线、同轴电缆都有较大区别。电力线的工作频率为50 Hz，高频信号衰减大。同时电力线上电器负载的变化，会造成信道环境不稳定，噪声干扰比较严重。因此，需要通过一些措施，降低干扰[2]。

2.2 MoCA技术

同轴电缆多媒体联盟（Multimedia over Coax Alliance，MoCA）成立于2004年1月，创立者为Cisco，Comcast，EchoStar，Entropic，Motorola与Toshiba等。MoCA推行以同轴电缆来提供多媒体视频信息传递，在北美国家使用率较高，主要是因为北美家庭同轴电缆的普及率高达70%，基础设施相对完善，同时同轴电缆传输多媒体的技术比较成熟稳定。国内的同轴电缆普及率也很高，利用现有同轴电缆资源，MoCA也在逐渐推广中。

MoCA采用OFDM技术，频带范围为500～1 850 MHz，最大信道带宽为50 MHz。MoCA的标准在不断更新，速率也在不断提升。MoCA 1.0的传输速率为100 Mbps，MoCA 2.0的传输速率提升到40 Mbps，而MoCA2.5可以提供高达2.5 Gbps的速率。此外，MoCA 2.5还能够同时向后兼容MoCA 2.0和MoCA 1.1。

同轴电缆具备良好的屏蔽性能，能避免绝大部分的串扰及外部噪声，因此其信道具有非常好的传输特性和很高的信噪比，即使采用简单的单载波QAM调制也能得到较好的性能。

2.3 G.hn技术

G.hn标准于2010年6月获得了国际电信联盟191个成员国的批准支持，可以把现有的电话线、同轴电缆以及电力线进行资源整合，能够实现在电力线、同轴电缆、电话线上进行高速率数据传输，大大解决了家庭内部的布线难题。随着支持G.hn的芯片逐渐成熟并商用，支持G.hn的各种产品也在逐步推广。

G.hn采用OFDM技术，频带带宽可以支持25 MHz，50 MHz，100 MHz，其数据传输速率最高可达1 Gbps。在同轴电缆应用上，G.hn也支持200 MHz工作频宽，可以将物理层数据速率提高至2 Gbps[3]。

当前G.hn主流芯片主要使用100 MHz的频宽，使用512个子载波，子载波间隔为195.31 kHz。每个子载波最高可以承载12 bit的数据。G.hn作为后来者，兼容了多种传输介质，在家庭网络中更具有灵活性，可以根据家庭的具体情况，仅使用G.hn标准就能满足要求。

3 技术应用方案

多年来，接入网技术在不断更新，EPON，GPON技术演进到10G-EPON，XG-PON技术。DSL技术也推出了G.fast，35b，35b bonding标准。现在接入网的带宽已经不是瓶颈，用户可以在家庭中享受更快的上网速度。

在传统应用中，用户主要使用电脑上网，但是现在技术飞速发展，各种无线终端、智能家居等，已经遍布各个家庭。家庭網络需要充分利用接入网的高带宽，让用户在家中的各个地方，都能够方便使用网络[4]。

无线终端在家庭中是不可替代的，ZigBee、蓝牙、WiFi，Zwave应用越来越广泛。但是，所有的无线技术基本都存在一个问题，就是覆盖效果易受环境影响。现在无线技术在不断发展，WiFi推出了IEEE 802.11ax，蓝牙也推出了蓝牙5.1标准，还有无线Mesh技术，新技术对无线覆盖问题有所改善。由于各个用户家庭环境不同，单纯依靠无线技术还是不能很好地解决无线覆盖问题，如果将有线技术和无线技术很好地结合起来，利用各自的优势，可以大大提升用户体验。

如圖1所示的应用方案中，运营商给用户提供宽带接入，接入方式根据各个地区情况有所不同。全球各个地区的接入网方式存在一些差异，国内基本以光纤接入为主，欧洲主要为电话线接入，美洲则以同轴电缆和电话线为主。无论哪种方式，带宽基本都能满足家庭用户的需求[5]。

通过家庭网关，用户可以上网。现在的家庭网关，用户侧主要有无线接口、电话接口和网线接口。对于小户型的家庭，通常能够满足其需求，但是户型较大的家庭，无线覆盖较差，网线接口也有限。

家庭网关可以充分利用现有家庭中其他的有线资源，增加电力线或同轴电缆通信模块，入户家庭网关通过电力线，可以和楼上或其他房间电力猫进行通信，电力猫可以将网络信号转换成无线信号，解决无线信号穿墙后衰减过大的问题，使用户在各个房间都可以接收到较好的无线信号。电力线可以采用HomePlug或是G.hn标准。

图1 技术应用方案示意

同轴电缆通常用来传输视频，其连接到机顶盒，电视机通过机顶盒来接收视频信号，同时机顶盒也能将网络信号转换成无线信号，扩大无线覆盖。

每个地区的有线资源有所不同，可以根据具体情况，使用相关的通信标准和对应的产品，实现家庭网络的互通。

4 结语

家庭网络直接面向家庭，为用户提供各项业务。随着信息网络技术、接入带宽的飞速发展，家庭网络也发生着巨大变化，正在受到越来越多的关注，不仅让家庭用户能够享受到越来越丰富多彩的应用，同样也带来了新的挑战。根据各个地区的情况，利用现有家庭有线资源，如电力线、电话线、同轴电缆，对传统的网线通信进行补充，可以有效解决家庭室内的布线和终端互连问题。将各种有线传输技术和无线技术结合起来，解决了无线覆盖能力较差的问题，使家庭网路更加灵活，大大提升了用户体验。

作者简介：邱腾渊（1984— ），男，江西宁都人，工程师，硕士;研究方向：智能家庭网络。

[参考文献]

[1]孙裕.智能家庭网关驱动数字家庭未来[J].中兴通讯技术（简讯），2011（9）：12-13.

[2]巩书兰，郭文成.基于HomePlug的智能家居网络系统[J].单片机与嵌入式系统应用，2008（3）：60-62.

[3]陶智勇.MoCA同轴电缆接入技术研究与实现[D].武汉：武汉邮电科学研究院，2015.

[4]汪坤.家庭网络物理层关键技术研究[J].现代电信科技，2009（5）：52-60.

[5]肖冬娣，应闻达，郭涛.基于G.hn的智慧家庭组网关键技术[J].电信科学，2017（10）：170-176.

Research on the application of the interconnection technology of home network

Qiu Tengyuan

（Nanjing Zhongxing New Software Co.， Ltd.， Nanjing 210000， China）

Abstract：With the rapid development of the communication technology， the home network， as the end of the access network， has changed with each passing day. The home network interconnection technology is mainly used to solve the physical interconnection of various terminals in home. The existing household wired resource， such as power line， telephone line and coaxial cable， can effectively solve the problem of wiring and terminal interconnection in the home. By combining various wire transmission technology and wireless technology， the problem of poor wireless coverage capability can be well solved， and the home network is more flexible and the user experience is greatly improved. This paper studies and analyzes the application of the home network interconnection technology.

Key words：home network; wired technology; wireless technology