利用 DPD 和 75Ω 有線電視開關(guān)，發(fā)揮全雙工 DOCSIS? 3.1 架構(gòu)的潛能

為了實(shí)現(xiàn) FDX DOCSIS? 3.1 和 10 Gbps 對稱流傳輸，需要啟用高度線性化的設(shè)備，以支持?jǐn)?shù)字預(yù)失真 (DPD)，包括 75Ω 有線電視開關(guān)。探索 DPD 如何在有線電視光纖節(jié)點(diǎn)上工作，了解如何為您的應(yīng)用選擇合適的開關(guān)。

來自消費(fèi)者和 5G 無線網(wǎng)絡(luò)的壓力正促使有線電視 (CATV) 提供商比過去更積極地謀求發(fā)展。目前，有線電視行業(yè)正有條不紊地制定下一代有線電視生態(tài)系統(tǒng)的新標(biāo)準(zhǔn)，其中包括全雙工 (FDX) DOCSIS 3.1，它承諾在現(xiàn)有的光纖同軸 (HFC) 混合系統(tǒng)的上游和下游提供 10 Gbps 數(shù)據(jù)傳輸速率。

但是，要實(shí)現(xiàn) FDX，需要啟動(dòng)高度線性的設(shè)備，以支持?jǐn)?shù)字預(yù)失真 (DPD)，包括 75Ω 有線電視開關(guān)。本博客探索了 DPD 如何在有線電視光纖節(jié)點(diǎn)上工作，助您了解如何為自己的應(yīng)用選擇合適的開關(guān)。

FDX 需要更高的 Pout、更低的誤差和 DPD

分布式接入架構(gòu)(DAA)、光纖深度和遠(yuǎn)程PHY/遠(yuǎn)程MAC PHY正將某些功能從主控端移動(dòng)到更靠近用戶的光纖節(jié)點(diǎn)。但是，如果不針對 DOCSIS 3.1 FDX 架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，就不可能在 DAA 上達(dá)到 10 Gbps 的上游和下游數(shù)據(jù)傳輸速率，也無法保有與 5G 蜂窩基礎(chǔ)設(shè)施競爭的能力。

在之前的博客中，我們討論了實(shí)施全雙工 DOCSIS 所面臨的一些 RF 挑戰(zhàn)。為了啟用 FDX，兩個(gè)最關(guān)鍵的要素包括：

調(diào)制誤差比(MER)。MER 是有線電視系統(tǒng)中測量誤差和線性度的一種方法。FDX 面臨的挑戰(zhàn)在于獲得大量 RF 功率的同時(shí)，降低誤差（MER 更低）。要做到這一點(diǎn)，就需要 DPD。

數(shù)字預(yù)失真(DPD)。DPD 是一種利用數(shù)字信號處理技術(shù)消除失真的軟件方法。它允許功率放大器 (PA) 具有相同的 MER 和輸出功率，但電流更低，要達(dá)到 FDX 更高的功率輸出要求，這些都是必不可少的。這種技術(shù)在無線市場上得到了廣泛的應(yīng)用，但在有線電視網(wǎng)絡(luò)中卻沒有那么普遍。

相關(guān)博客文章：全雙工DOCSIS 3.1助力實(shí)現(xiàn)10 Gbps有線電視網(wǎng)絡(luò)

簡而言之，功率放大器需要提高效率，達(dá)到 76.8 dBmV 復(fù)合輸出功率，且具備更出色的ACPR（線性度），才能最終滿足 FDX 對于 MER 的規(guī)范要求。盡管功率放大器硬件實(shí)現(xiàn)了大部分的線性度改進(jìn)，DPD 在這方面的貢獻(xiàn)較小，但這部分貢獻(xiàn)卻不可或缺。

數(shù)字預(yù)失真在有線電視節(jié)點(diǎn)上如何工作

在更高水平上，DPD 可模仿并預(yù)測放大器的非線性行為，并在功率放大器的輸入端注入反向信號，從而減少放大器的非線性行為，解決整體的電流消耗問題。下圖展示了帶 DPD 和 不帶 DPD 的功率放大器的非線性特性。

對于有線電視光纖節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)中的數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC) 電路使用軟件，通過耦合器測量每個(gè)功率放大器輸出，以此確定哪個(gè)功率放大器的線性度最差。然后電路會(huì)基于最差的測量值來計(jì)算 DPD 算法，并從下游將校正結(jié)果發(fā)送給所有功率放大器。線性度最差的設(shè)備得到最大程度的校正，最終結(jié)果就是，多臺設(shè)備比在沒有采用 DPD 算法時(shí)更出色地運(yùn)行。

在典型的四端口節(jié)點(diǎn)中，鏈中 RF 放大器的功耗約為 85W，其中 72W 來自于最后一個(gè)功率倍增器 PA。使用 DPD 可對每個(gè)功率放大器進(jìn)行線性化處理，并將總功耗降低多達(dá) 20%。

面向 DPD 的 SP4T、SPDT 或 SPST 解決方案

在線纜光纖節(jié)點(diǎn)中啟用 DPD 需要 75?Ω 的開關(guān)。何時(shí)應(yīng)選擇 SPST、SPDT 或 SP4T 開關(guān)？這完全由節(jié)點(diǎn)的幾何形狀（物理布局）決定。場中的節(jié)點(diǎn)在盒子兩側(cè)可能都有輸出，其軌跡可能無法進(jìn)入單個(gè) SP4T 開關(guān)。

對于 DPD，不存在唯一正確的設(shè)計(jì)方法。最終的設(shè)計(jì)方法要以客戶的應(yīng)用、布局、偏好以及性能需求和成本為基礎(chǔ)決定。

術(shù)語表

ACPR:鄰道功率比

ADC:模數(shù)轉(zhuǎn)換器

CATV:有線電視

DAA:分布式訪問架構(gòu)

DAC:數(shù)模轉(zhuǎn)換器

DOCSIS:有線電纜數(shù)據(jù)服務(wù)接口規(guī)范n

DPD:數(shù)字預(yù)失真

FDX:全雙工

HFC:混合光纖同軸

MER:調(diào)制誤差比

PA:功率放大器

PHY:物理層

SP4T:單刀四擲

SPDTorSP2T:單刀雙擲

SPST:單刀單擲

下方的框圖展示了在四端口光纖節(jié)點(diǎn)中實(shí)施 DPD 的三種不同設(shè)計(jì)方法：

1個(gè)DPD通道+ 1個(gè)SP4T開關(guān)。在標(biāo)準(zhǔn)四端口光纖節(jié)點(diǎn)中，電路采用一個(gè) DAC 驅(qū)動(dòng)四個(gè)輸出，以此監(jiān)測 4 個(gè)功率放大器。它使用一個(gè) SP4T 開關(guān)、一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 和 DPD 算法來調(diào)節(jié)所有四個(gè)功率放大器。

1個(gè)DPD通道+ 3-4個(gè)開關(guān)。這種方法使用 1 個(gè) ADC 和 3 個(gè) SPDT 開關(guān)，或 4 個(gè) SPST 開關(guān)，而不是 1 個(gè) ADC 和 1 個(gè) SP4T 開關(guān)。4 個(gè)輸出放大器均可單獨(dú)監(jiān)控，以確定最佳的 DPD 校正因數(shù)。這種方法使用了更多的組件和開關(guān)，但是它可以提供更精確的輸出，或者在單獨(dú)的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中更出色地工作。下面的第一個(gè)示意圖使用了 3 個(gè) SPDT 開關(guān)，而第二個(gè)示意圖使用了 4 個(gè) SPST 開關(guān)。

吸收式/反射式開關(guān)

除了開關(guān)和擲的數(shù)量之外，為這些 DPD 節(jié)點(diǎn)應(yīng)用選擇正確的開關(guān)類型也很重要。您可以選擇吸收式開關(guān)或反射式開關(guān)。它們的主要區(qū)別如下：

吸收式開關(guān)：

當(dāng)開關(guān)“關(guān)閉”時(shí)，內(nèi)部端接至 75Ω

更高隔離度

更高插入損耗（額外的內(nèi)部開關(guān)所致）

更低功耗（端接所致）

更高成本

反射式開關(guān)：

內(nèi)部不端接，在開關(guān)“關(guān)閉”時(shí)保持開啟

更低隔離

更出色的插入損耗

更高功率處理

開關(guān)時(shí)間更快

更低成本

最終選擇哪種，取決于成本與性能。如果功率處理和較低的插入損耗對于設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵，則選擇反射式開關(guān)。如果更高的隔離度非常重要，且設(shè)計(jì)可以處理額外的插入損耗和更高成本，請選擇吸收式開關(guān)。

總結(jié)

實(shí)施 DPD 時(shí)，需要更多的設(shè)計(jì)資源和更多成本來購買額外的組件及開關(guān)。但是，其優(yōu)點(diǎn)大于缺點(diǎn)，因?yàn)槟梢垣@得自適應(yīng)系數(shù)；自我校準(zhǔn)、更加線性的 PA 輸出；電流消耗減少，最重要的是，實(shí)現(xiàn)了 FDX。

Qorvo 適用于 DPD 的 75Ω 開關(guān)產(chǎn)品組合

如需進(jìn)一步了解如何使用我們的 75Ω 開關(guān)在光纖節(jié)點(diǎn)中支持 DPD，請查看以下產(chǎn)品或者我們的有線電視應(yīng)用信息的交互式框圖：

QPC4270: 75-ohm SPST 吸收式開關(guān)

QPC3024: 75-ohm SPDT吸收式開關(guān)

QPC7512: 75-ohm SPDT反射式開關(guān)

QPC6742: 75-ohm SP4T反射式開關(guān)

審核編輯黃昊宇