數(shù)字正交幅度調(diào)制調(diào)制器的概念和優(yōu)勢 支持電纜接入平臺系統(tǒng)

數(shù)字射頻調(diào)制器是一種滿足嚴(yán)格的 DOCSIS 射頻性能要求的集成解決方案，它利用了高性能寬帶數(shù)模轉(zhuǎn)換和 CMOS 技術(shù)縮放等現(xiàn)代技術(shù)。本應(yīng)用筆記介紹了數(shù)字正交幅度調(diào)制（QAM）調(diào)制器的概念和優(yōu)勢，該調(diào)制器采用直接RF架構(gòu)支持電纜接入平臺（CCAP）系統(tǒng)。

介紹

對視頻和數(shù)據(jù)等有線寬帶數(shù)字服務(wù)的需求正在以每年30%至40%的速度提高下游數(shù)據(jù)速率。與此同時，消費者希望在家中為越來越多的連接設(shè)備花費大致相同的費用。事實證明，使用模擬技術(shù)的當(dāng)前一代下游調(diào)制器在長期內(nèi)成本高昂。服務(wù)提供商發(fā)現(xiàn)，通過使用現(xiàn)有接入平臺的增量升級來滿足不斷增長的帶寬需求過于昂貴。

最終，用戶和提供商面臨的問題是相同的：滿足帶寬需求。模擬變送器不再是答案。相反，新一代數(shù)字RF調(diào)制器提供了高密度和低成本的解決方案，以滿足未來的帶寬要求。數(shù)字射頻調(diào)制器采用直接射頻架構(gòu)，可實現(xiàn)用于全頻譜正交幅度調(diào)制（QAM）傳輸?shù)娜诤想娎|接入平臺（CCAP）。這些數(shù)字RF調(diào)制器的容量也是模擬調(diào)制器的32倍，每個發(fā)射QAM通道的功耗是模擬調(diào)制器的二十分之一。

本應(yīng)用筆記介紹了數(shù)字QAM調(diào)制器的概念和優(yōu)勢，該調(diào)制器采用直接RF架構(gòu)支持CCAP系統(tǒng)。

為什么直接射頻發(fā)射器要取代模擬發(fā)射器

有線電視 （CATV） 的 CCAP（圖 1）結(jié)合了邊緣 QAM 設(shè)備傳輸?shù)囊曨l和電纜調(diào)制解調(diào)器終端系統(tǒng) （CMTS） 傳輸?shù)母咚倩ヂ?lián)網(wǎng)接入服務(wù)。傳輸?shù)腝AM調(diào)制數(shù)字載波包括廣播電視和窄播服務(wù)，如視頻點播（VoD）、交換數(shù)字視頻（SDV）和高速互聯(lián)網(wǎng)。這些載波填充50MHz至1000MHz帶寬的下游CATV頻譜。多達(dá) 158 個（6MHz 寬）QAM 載波（通道）從 CCAP 前端中的單個射頻端口占用整個頻譜。單個線卡中最多存在 8 到 12 個 RF 端口，單個 13RU CCAP 機(jī)箱中可以存在五個以上的下行線卡。

圖1.有線電視頻譜包括廣播和窄播服務(wù)。

下游 CCAP 物理層 （PHY） 需要高密度的射頻調(diào)制器。反過來，這些QAM調(diào)制器必須具有低功耗、可擴(kuò)展性和QAM載波敏捷性。在老一代前端中，來自多個超外差模擬發(fā)射器的 QAM 載波組合在一起，以完全填充 CATV 頻譜（圖 2）。但是，該方法可能需要單個CCAP RF端口超過300W。然而，直接RF發(fā)射器（圖3）在數(shù)字域中輕松執(zhí)行QAM載波的數(shù)字上變頻（DUC）和調(diào)制，并且可以在ASIC或現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）中實現(xiàn)。這種類型的數(shù)字架構(gòu)僅由寬帶RF數(shù)模轉(zhuǎn)換器（RF DAC）實現(xiàn)，因為QAM載波的整個頻譜由單個RF鏈傳輸。

圖2.老一代模擬上變頻器結(jié)合了多個模擬發(fā)射器。

圖3.直接RF發(fā)射器是單個信號鏈。

在CCAP系統(tǒng)中，直接RF發(fā)射器有一個顯著的優(yōu)勢：現(xiàn)在在數(shù)字域中實現(xiàn)的整個信號處理可以從CMOS工藝幾何形狀中受益。CMOS工藝允許在小尺寸和低功耗下實現(xiàn)更高的通道密度。通過一個例子很容易看出這種方法的好處。

MAX5880為128通道DUC和QAM調(diào)制器，用于驅(qū)動RF DAC（圖4）。它接受來自FPGA的前向糾錯（FEC）編碼符號，執(zhí)行QAM調(diào)制、脈沖整形和每個QAM通道的重采樣。然后，它組合、插值和調(diào)制多達(dá)128個QAM通道，以驅(qū)動RF DAC。RF DAC的采樣速率必須大于2Gsps才能合成整個CATV頻段;它還必須滿足嚴(yán)格的 DOCSIS? 射頻性能要求。本設(shè)計采用14位4.6Gsps MAX5882 RF DAC。

圖4.MAX5880為128通道DUC和QAM調(diào)制器，驅(qū)動MAX5882 RF DAC。

MAX5882對1GHz頻段進(jìn)行過采樣，更新速率超過4Gsps。請注意，根據(jù)奈奎斯特定理，合成2GHz頻段需要略高于1GHz的采樣率。但是，如果使用 2.5Gsps DAC，則二次諧波 （HD2） 和三次諧波 （HD3） 等主要諧波失真產(chǎn)物會因混疊而折回 1GHz 電纜頻譜（圖 5A）。這些失真產(chǎn)品可能違反 DOCSIS? 發(fā)射機(jī)的帶頻性能要求。但是，如果使用4Gsps DAC（圖5B），HD2和HD3永遠(yuǎn)不會折回CATV頻段。

圖5.使用 2.5Gsps DAC （5A） 和 4Gsps DAC （5B） 合成電纜頻段。

數(shù)字RF QAM調(diào)制器芯片組的RF輸出如圖6所示，適用于128GHz范圍內(nèi)6MHz寬的1個通道。射頻性能完全符合 DOCSIS 射頻要求。DUP和DAC總共耗散約6W，用于傳輸128個QAM通道。與傳統(tǒng)的模擬RF調(diào)制器相比，每個QAM通道的功耗可節(jié)省約95%。每個芯片均為 17mm x 17mm，采用 256 引腳 CSBGA 封裝，從而實現(xiàn)下游 CCAP 線卡所需的射頻端口密度。

圖6.電纜RF頻譜為128個QAM通道，使用DUC（MAX5880）和RF DAC（MAX5882）芯片組。

總結(jié)

新型數(shù)字RF調(diào)制器利用了高性能寬帶數(shù)模轉(zhuǎn)換和CMOS技術(shù)縮放等現(xiàn)代技術(shù)。數(shù)字射頻調(diào)制器是一種高度集成的解決方案，還滿足嚴(yán)格的 DOCSIS 射頻性能要求。電信公司現(xiàn)在有機(jī)會為有線服務(wù)提供商提供技術(shù)，以滿足明天的寬帶需求，而且在今天具有成本效益。

審核編輯：郭婷