采用802.11技术的混合式同轴/无线多媒体家庭网络

采用802.11技术的混合式同轴/无线多媒体家庭网络

无线家庭网络已成为家庭数据分送服务最喜欢采用的技术。802.11b价格和有线产品非常接近，它们无需安装新线路或使用旧线路，即可将联机能力带至家中每个角落，已成为使用者架设家庭网络的最自然选择。企业市场对于802.11b产品的庞大需求不但推动成本下降，也让消费者得以透过相同界面使用家庭和企业网络，这使得802.11b成为更具吸引力的家庭网络技术。

消费者希望家中多部计算机可以共享一条宽带线路，这已成为家庭网络成长的主要推动力量，802.11b提供11 Mbps数据速率和300-500英呎联机距离，满足此项需求的绝佳解决方案。随着更多新服务在家庭网络上出现，后续推出的802.11g/a标准可满足日益增加的传输容量需求，802.11e和802.11i符合更严格的网络联机质量 (QoS) 和传输安全规定。但随着家庭网络的传输容量需求不断增加，业者能力可能会受到无线通讯涵盖范围的限制，使他们无法提供新的高频宽服务和应用，例如家庭内的视讯分送(video distribution)。虽然最先进的802.11a/g标准提供高达54 Mbps数据产出，足以在家中分送多个MPEG视讯串流，但根据这些标准所发展的产品就算在最高产出作业模式，它们的传输距离或涵盖范围在许多情形下还是有所不足。802.11a/b/g的高产出作业模式最容易受到各种因素影响，例如障碍物所造成的传输路径耗损(path loss) 以及时变多重路径所导致的讯号衰落 (fading)，它们使得这些作业模式无法保证提供可靠的传输服务。

这篇文章将介绍一个新概念，它能协助业者解决涵盖范围的问题，把高频宽服务带到家中每个角落，特别是视讯分送。我们建议使用家庭同轴网络 (in-home coax network) 做为无线家庭网络的骨干线路，再以802.11 a/b/g做为同轴线路的传输协议。

利用家庭同轴网络增加无线网络的距离和涵盖范围，业者就能提供可靠的家庭视讯分送和其它服务，确保高容量传输范围涵盖家中每个角落，并享受802.11b/a/g/e/i带来的所有优点，包括QoS、安全和低成本。

整体概念

我们推荐一种家庭网络，它是以无线 (over the air) 和同轴缆线的802.11传输为基础 (在这篇文章中，"802.11" 是指以802.11为基础的所有标准，包括802.11a, b, g, e和i等延伸标准)。图1是混合式无线／同轴802.11网络的基本方块图，包含无线802.11家庭网络使用的基地台 (AP) 和天线以及同轴线路；此网络还包含两个工作站(STA)：一个透过同轴电缆连接至网络，另一个则是透过无线通讯与网络连接。在家庭同轴网络的多个节点中，有个节点会透过同轴电缆连接至无线桥接器／中继器。

基地台产生的每个封包都能透过无线通讯或是同轴电缆传送，这表示每个封包都可能透过三个讯号路径抵达终点：第一个路径是通过基地台天线所建立的直接无线链路；第二个路径是先通过同轴电缆抵达中继器，然后经由无线传送至无线工作站；第三个路径则经由同轴电缆抵达目的地。无论经由无线通讯或同轴电缆，所有传输都会使用2.4GHz频带 (也就是802.11 b和g使用的频带)。

图1

在绝大多数家庭中，若经由同轴电缆传送802.11b/g的2.4 GHz频带讯号，它的传播耗损通常都低于无线通讯传送方式 - 若把墙璧或其它无线讯号传输障碍列入考虑，这种现象将变得更明显。因此同轴线路可用来扩大网络的联机距离和涵盖范围，我们只需利用低耗损的同轴路径或是混合式同轴／无线路径来绕过某些耗损较高的无线路径；同轴网络基地台和工作站之间的全同轴路径更提供极高的传输质量，802.11g在最高产出模式(54 Mbps)，也具备非常可靠的作业能力。

图2

图2是一般家庭的应用范例。这个例子中的家庭使用802.11g来分送数据和视讯，一楼的数字机上盒包含整合式DOCSISTM缆线调制解调器和802.11g基地台，数据速率最高54Mbps；家里还有两部计算机共享一条宽带线路，它们会透过无线通讯来上网和收发电子邮件。一楼的计算机透过802.11g无线通讯连接至机上盒／基地台，第二部计算机位于二楼，它可能已超出机上盒的无线讯号涵盖范围，因此必须透过二楼的同轴／无线中继器连接至网络，这个中继器可以扩大无线网络的涵盖范围。在这个例子中，二楼计算机也可以连接至无线网络，这是混合式同轴／无线网络的主要优点之一。

第二项重要优点是在家里的两部机上盒之间建立高容量联机，让视讯讯号能从一个房间送至另一个房间。虽然两个房间的距离仍允许2-11 Mbps无线速率，足以支持上网和收发电子邮件等数据传输服务，视讯分送需要54Mbps数据产出，必须透过两部机上盒间的同轴线路才能实现。两部机上盒间的高容量线路可用来分享个人录像机所录制的视讯内容，消费者也能透过任何一部机上盒收发电子邮件或上网。内建基地台功能的机上盒可做为家庭媒体中心，提供储存的音讯和视讯内容，其它功能较少的机上盒可以透过同轴网络存取这些信息；此外，所有机上盒都能使用家里的数据服务和计算机资源，例如打印机、扫描仪和摄影机等。

802.11e的QoS能力会确保这些共享媒体的使用效率，它还能保证将适当频宽配置给需要QoS的服务，并将延迟时间限制在一定范围内，机上盒提供的CableHomeTM功能可以协助管理家庭网络。

把高传输容量的同轴线路和802.11e结合在一起，业者即可在同轴网络工作站之间提供稳定可靠的高频宽服务，例如视讯分送。

混合式同轴／无线网络的技术考虑

虽然家庭同轴网络的所有零件都是针对900 MHz以下讯号所设计，但是802.11讯号可以负荷2.4 GHz频带作业所造成的衰减。同轴电缆每公尺会造成0.5dB讯号衰减，普通讯号分路器的衰减幅度也达20-30 dB (分路器输入端和输出端的2.4 GHz讯号量测结果)，因此家庭同轴路径的要求并不如良好无线通道严格。现有802.11b/g系统能容忍发射机和接收机间存在90-100dB衰减 (同时仍提供很高的数据产出)，这能提供充份的线路衰减预算 (attenuation budget)，足以支持数百英呎同轴电缆和多个分路器。

混合式同轴／无线网络会引入多重路径的问题，因为某些缆线和分路器可能并未提供终端匹配；但即便如此，面对典型无线环境的各种反射和讯号传送路径，802.11组件的特别设计，能减轻严重多重路径问题。802.11也包含固有的安全防护功能，可以解决讯号溢波至邻居家中所可能造成的安全顾虑。

各种解决方案的比较

为了解决在家中分送多媒体内容的问题，厂商为有线电视业者提供许多解决方案，以下就是这些解决方案和本文建议解决方案的比较：

1. 模拟分送 (Analog Distribution)

针对家庭视讯分送的问题，模拟分送可以提供简单解决方案，其独特优点在于不需为了升频视讯 (upconverted video) 的讯号译码而使用另一部讯号转换机，这种解决方案的功能和质量都很有限，需要独立线路和额外零件来传送包括遥控数据在内的各种数据，铜轴线路的微反射现象(micro-reflections) 也会让画质变得很糟。802.11数字讯号对于微反射现象拥有更强健的抵抗能力，故能透过家庭同轴网络提供稳定可靠的视讯和高速数据传输服务。

2. 纯粹802.11 a/b/g + e网络

虽然在绝大多数情形下，这类网络都能提供涵盖整个家庭的联机范围，且其速率足以支持宽带线路分享，并把数据服务带至家中每个角落，但要提供多媒体分送服务却可能仍嫌不足。高产出作业模式最容易受到无线路径耗损和多重路径的影响，有能力支持视讯分送的作业模式也可能无法提供完整的涵盖范围。

我们可以利用无线中继器来扩大网络的支持距离，虽然中继器能扩大涵盖范围 (代价是使用额外频宽)，但若未经仔细规划，它仍无法保证提供完整涵盖范围；此外，相较于本文所建议的混合式同轴／无线网络，这种解决方案的强健性比较差，成本也更高。

3. HPNA以及有线电视HPNA (HPNA over cable)

做为一种家庭网络技术，HPNA 2.0的市场表现并不成功，虽然它的数据速率足以支持高速数据服务，但在争夺市场占有率时，却输给其它更受欢迎的无线技术。受到电话插座位置的影响，无法提供完整的涵盖范围；对许多使用者来说，以电话线路做为家庭网络也不像使用无线技术那么简单直接。事实上，发展802.11解决方案的组件和系统厂商数目已大幅增加，开发HPNA产品的组件和系统厂商却不断减少，使得这项技术因为缺少竞争而更没有吸引力。

HPNA 2.0完全不适合多媒体应用，它的实际数据速率并不足以支持视讯分送，规格中关于QoS机制的部份也极少，不但共享媒体的使用效率很低，业者也无法提供收费服务所需的QoS联机质量保证；虽然新世代的HPNA3.0标准可能会解决这个问题，但它仍会有许多其它问题，这使得HPNA 2.0无法成为具有吸引力的家庭网络技术。

也有厂商建议使用有线电视HPNA 2.0，其方法就像本文对于无线连接的建议；但是不同于提供高速模式和QoS功能的802.11g/a标准，HPNA 2.0无法透过有线电视线路分送多个MPEG串流，因为它的数据产出不足，也缺少QoS功能。

由于HPNA 2.0频带和有线电视的上行频带重迭，使得有线电视HPNA需要升频转换功能，才能避免干扰有线电视的上行传输，但这会在解决方案中引入非标准组件，迫使它采用电话线路HPNA解决方案以外的零件；此外，若要支持多厂商的操作互通性，它还需要另一套标准。频率转换也可能对标准HPNA零件造成困扰，因为HPNA2.0并不支持这种转换，这些问题再加上HPNA 2.0组件厂商很少，使得此类解决方案基本上都是厂商专属的解决方案。

不但如此，为了将同轴网络和电话网络桥接在一起，同轴线路和电话线路必须在家中某个地方相会；但在许多家庭中，同轴线路和电话插座通常分开在房间的两端，使得这两种网络的桥接并不如无线技术那么简单。

由于无线家庭网络极受欢迎，基地台可能仍需支持无线家庭网络。无论是无线掌上型装置，配备无线局域网络界面的企业计算机，以及与电话或同轴线路插座仍有一段距离的其它装置，它们都无法获得HPNA同轴／电话线路支持。相较于802.11同轴／无线解决方案，若想利用802.11来弥补HPNA的不足，反而会带来一套没有效率又冗余的解决方案。

4. 专属同轴收发器 ( 'HomeCNA' )

多家公司也推荐以同轴电缆为基础的家庭网络解决方案，它们会采用一种非标准的传输协议；事实上，透过同轴电缆提供多媒体的最佳化协议将是很好的技术解决方案，但它们被采用的可能性仍低于以现有标准为基础的解决方案，特别是802.11b/a/g之类极受欢迎的解决方案。要为有线电视家庭网络发展新的专属标准和新零件，这将是一项漫长而昂贵的提议，让多家厂商参与这项工作的机会更是非常渺茫；就算这种方法拥有许多技术优势，使它有能力成为胜过802.11b/a/g的传输协议，但它们仍将不敌于已通过实际考验的现有标准，特别是现有的802.11组件。

即使采用这种方式，机上盒除了同轴网络技术外，仍需要另一种家庭网络技术 ，让离同轴电缆插座较远的装置也能联机；相形之下，采用单一802.11界面的机上盒却可透过无线通讯和同轴线路传输数据，证明前述解决方案不但效率低，而且成本昂贵。

专属的同轴家庭网络解决方案可提供100 Mbps或是更高数据产出，超过现有802.11解决方案所能达到的54 Mbps；值得注意的是，802.11有个专门工作小组正在研究数据速率更高的802.11延伸标准，它们将为高频宽应用和服务提供更大的传输容量。

结论

我们介绍了混合式同轴／无线家庭网络的概念，它们可利用现有802.11标准和零件来支持高频宽应用及服务。由于数据速率高达54 Mbps，支持QoS功能，涵盖范围又包含整个家庭，业者取得一套解决方案，使他们能在家中每个角落，稳定的提供和分送需要高传输容量及QoS的各种服务，例如视讯分送应用。

采用现有802.11标准，业者可以获得多家厂商的零件供应，同时确保这些零件拥有良好的操作互通性；透过802.11市场的激烈竞争和庞大销售规模，将为业者带来低成本和低风险的解决方案。

802.11很受家庭和企业欢迎，许多产品也采用这种无线技术，例如内建无线网络的笔记型计算机和PDA以及802.11b保全摄影机，它们会让混合式同轴／无线802.11家庭多媒体网络的应用更广泛。