如何通過提高效率來提高CATV放大器的下行帶寬和上行容量

DOCSIS 3.1 的出現(xiàn)讓 CATV 提供商能夠增加上下行容量。新一代 DOCSIS 4.0 產(chǎn)品目前正處于設(shè)計階段。使用正確的 CATV 放大器可顯著提高解決方案的效率。

未來的娛樂系統(tǒng)和居家辦公環(huán)境正在迅速向更多雙向互動的模式發(fā)展，這要求提高下行帶寬和上行容量。為了在不斷發(fā)展的有線電視業(yè)務(wù) (CATV) 中保持競爭優(yōu)勢，需要采用創(chuàng)新技術(shù)來滿足用戶需求。基于氮化鎵 (GaN) 技術(shù)的 CATV 放大器在這一發(fā)展過程中發(fā)揮著重要作用。本博文就如何做到這一點提供了一些見解。以下內(nèi)容摘自 Qorvo 白皮書“如何通過提高效率來提高 CATV 放大器的下行帶寬和上行容量”。

滿足更高的上行帶寬需求

在美國，混合光纖同軸 (HFC) 網(wǎng)絡(luò)上行流量的典型頻率分配范圍為 5 MHz 至 42 MHz。用戶活動和新的用例推動對容量的需求不斷增加。為此，一些多系統(tǒng)運營商 (MSO) 在可用帶寬內(nèi)設(shè)置中分或高分，通過減少下行帶寬并可能縮減內(nèi)容或服務(wù)，從而滿足這類需求。

圖 1.面向上行 (US) 和下行 (DS) 的 DOCSIS 4.0 FDX 頻譜。

為了應(yīng)對這項挑戰(zhàn)，MSO 開始探索 DOCSIS 3.1 或 DOCSIS 4.0 規(guī)范提供的方案。DOCSIS 3.1 中的上行容量可擴展至高達 204 MHz，而 DOCSIS 4.0 支持在全雙工 (FDX) 和擴展頻譜 DOCSIS (ESD) 中將上行容量提高至高達 684 MHz。圖 1 顯示了全雙工 (FDX) 如何使上行和下行流量共享 684 MHz 頻率范圍。

深入了解

下載白皮書 https://www.qorvo.com/feature/catv-amplifier-bandwidth-upstream-downstream-capability-efficiencies-white-paper

保持線性度

隨著網(wǎng)絡(luò)升級，有線電視帶寬也不斷擴展，這一趨勢促使工程師和系統(tǒng)架構(gòu)師探索新的技術(shù)，同時需要新一代的無源和有源產(chǎn)品。為了滿足不斷增加的帶寬和數(shù)據(jù)速率需求，CATV 放大器必須保持更高的線性輸出功率。

氮化鎵 (GaN) 器件可以提供超過必需的效率和性能，能夠滿足 DOCSIS 對 CATV 放大器的要求。在 HFC 網(wǎng)絡(luò)中，要實現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸和信號完整性，一致的線性度是首要要求。有源功率器件的非線性行為會降低信號質(zhì)量，從而導(dǎo)致數(shù)字信道出現(xiàn)誤碼，而且有時在嘗試解調(diào)信號時會徹底失敗。

增益單元或放大器的線性度主要取決于以下因素：

半導(dǎo)體技術(shù)

電路設(shè)計

功耗

散熱設(shè)計

在設(shè)計 HFC 放大器時，保持較高的線性度和效率至關(guān)重要，而在這個方面，基于 GaN 的組件具有明顯的優(yōu)勢。圖 2 所示為 CATV 放大器的基本組件。在線性輸出方面，HFC 放大器或節(jié)點的下行性能在很大程度上依賴于輸出級增益單元(亦稱“功率倍頻器”)。

圖 2.CATV 放大器框圖。

GaN 代表功率放大器設(shè)計的一項支持技術(shù)，能夠滿足 DOCSIS 3.1 和 DOCSIS 4.0 標準的要求。圖 3 展示了最初使用 GaAs 場效應(yīng)晶體管 (FET) 實現(xiàn)增益單元架構(gòu)的設(shè)計階段。使用基于 GaN 的元件代替 FET3 和 FET4 可顯著提高性能，因為這些器件具有高頻運行、高電壓耐用性、高電流密度和功率處理等特性。與 GaAs 的 1 W/mm 相比，GaN 最高支持 10 W/mm。

圖 3.通過使用基于 GaN 的 FET 改進增益單元架構(gòu)。

圖 4 通過比較有線電視增益單元架構(gòu)所用材料技術(shù)的相對特性，展示了 GaN 技術(shù)的優(yōu)勢，這項技術(shù)既使 MSO 能夠保持現(xiàn)有的放大器間距，同時又可提高線性輸出。這可很大程度地降低升級成本，并實現(xiàn)光纖深度解決方案，在減少或消除放大器的同時，將光纖置于離客戶更近的地方，以提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

圖 4.與其他方案相比，基于 GaN 的元件特性。

什么是 DOCSIS?

有線電纜數(shù)據(jù)服務(wù)接口規(guī)范 (DOCSIS) 是一種國際電信標準，它允許將高帶寬數(shù)據(jù)傳輸整合到現(xiàn)有有線電視 (CATV) 系統(tǒng)中。很多有線電視運營商使用這種標準來通過現(xiàn)有的混合光纖同軸 (HFC) 基礎(chǔ)設(shè)施提供互聯(lián)網(wǎng)接入。版本號有時只采用“D”為前綴，而不是“DOCSIS”(例如：D3 即為 DOCSIS 3)。

Qorvo 在有線電視增益單元領(lǐng)域的專業(yè)知識

Qorvo 公司有兩款產(chǎn)品都是該領(lǐng)域不錯的設(shè)計之選：

QPA3260 功率倍增器混合器件 – 可提供高達 1.2 Ghz 的高線性輸出

QPA3315 功率倍增器混合器件 – 可在需要高達 1.8 GHz 容量的設(shè)計中支持 DOCSIS 4.0 實現(xiàn)

QPA3260

https://www.qorvo.com/products/p/QPA3260

QPA3315

https://www.qorvo.com/products/p/QPA3315

DOCSIS 3.1 和 DOCSIS4.0 標準對下行帶寬和上行容量提出了更高的要求，而 Qorvo 可幫助 MSO 利用基于 GaN 的有線電視信號放大增益單元來應(yīng)對這項挑戰(zhàn)。有線電視設(shè)備制造商可依靠經(jīng)過驗證的解決方案，這些解決方案使用可靠耐用的元件實現(xiàn)更好的數(shù)據(jù)傳輸。

關(guān)于作者

Rainer Hillermeier

Qorvo 德國分部設(shè)計和運營總經(jīng)理

Rainer 負責(zé)管理 Qorvo 位于德國紐倫堡的設(shè)計和制造基地。憑借在大功率有線電視增益單元方面 20 多年的設(shè)計經(jīng)驗，Rainer 領(lǐng)導(dǎo)開發(fā)和推出了第一個 1 GHz、1.2 GHz 和當(dāng)前的 1.8 GHz 增益單元。他還率先在混合光纖同軸基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)品中采用了 GaN 半導(dǎo)體技術(shù)。

原文標題：提高帶寬，打造適應(yīng)未來發(fā)展的 CATV 解決方案

文章出處：【微信公眾號：Qorvo半導(dǎo)體】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。
審核編輯：湯梓紅