為了實(shí)現(xiàn) FDX DOCSIS? 3.1 和 10 Gbps 對(duì)稱(chēng)流傳輸，需要啟用高度線(xiàn)性化的設(shè)備，以支持?jǐn)?shù)字預(yù)失真 (DPD)，包括 75Ω 有線(xiàn)電視開(kāi)關(guān)。探索 DPD 如何在有線(xiàn)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(kāi)關(guān)。

來(lái)自消費(fèi)者和 5G 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的壓力正促使有線(xiàn)電視 (CATV) 提供商比過(guò)去更積極地謀求發(fā)展。目前，有線(xiàn)電視行業(yè)正有條不紊地制定下一代有線(xiàn)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(xiàn)性的設(shè)備，以支持?jǐn)?shù)字預(yù)失真 (DPD)，包括 75Ω 有線(xiàn)電視開(kāi)關(guān)。本博客探索了 DPD 如何在有線(xiàn)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(kāi)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(hù)的光纖節(jié)點(diǎn)。但是，如果不針對(duì) 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(wú)法保有與 5G 蜂窩基礎(chǔ)設(shè)施競(jìng)爭(zhēng)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(xiàn)電視系統(tǒng)中測(cè)量誤差和線(xiàn)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(hào)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(wú)線(xiàn)市場(chǎng)上得到了廣泛的應(yīng)用，但在有線(xiàn)電視網(wǎng)絡(luò)中卻沒(méi)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(xiàn)電視網(wǎng)絡(luò)

簡(jiǎn)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(xiàn)性度），才能最終滿(mǎn)足 FDX 對(duì)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(xiàn)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(xiàn)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(cè)放大器的非線(xiàn)性行為，并在功率放大器的輸入端注入反向信號(hào)，從而減少放大器的非線(xiàn)性行為，解決整體的電流消耗問(wèn)題。下圖展示了帶 DPD 和 不帶 DPD 的功率放大器的非線(xiàn)性特性。

對(duì)于有線(xiàn)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(guò)耦合器測(cè)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(xiàn)性度最差。然后電路會(huì)基于最差的測(cè)量值來(lái)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(xiàn)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(tái)設(shè)備比在沒(méi)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(lái)自于最后一個(gè)功率倍增器 PA。使用 DPD 可對(duì)每個(gè)功率放大器進(jìn)行線(xiàn)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(xiàn)纜光纖節(jié)點(diǎn)中啟用 DPD 需要 75?Ω 的開(kāi)關(guān)。何時(shí)應(yīng)選擇 SPST、SPDT 或 SP4T 開(kāi)關(guān)？這完全由節(jié)點(diǎn)的幾何形狀（物理布局）決定。場(chǎng)中的節(jié)點(diǎn)在盒子兩側(cè)可能都有輸出，其軌跡可能無(wú)法進(jìn)入單個(gè) SP4T 開(kāi)關(guān)。

對(duì)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(hù)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(yǔ)表

ACPR:鄰道功率比

ADC:模數(shù)轉(zhuǎn)換器

CATV:有線(xiàn)電視

DAA:分布式訪問(wèn)架構(gòu)

DAC:數(shù)模轉(zhuǎn)換器

DOCSIS:有線(xiàn)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(kāi)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(cè) 4 個(gè)功率放大器。它使用一個(gè) SP4T 開(kāi)關(guān)、一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 和 DPD 算法來(lái)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(kāi)關(guān)。這種方法使用 1 個(gè) ADC 和 3 個(gè) SPDT 開(kāi)關(guān)，或 4 個(gè) SPST 開(kāi)關(guān)，而不是 1 個(gè) ADC 和 1 個(gè) SP4T 開(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)，而第二個(gè)示意圖使用了 4 個(gè) SPST 開(kāi)關(guān)。

吸收式/反射式開(kāi)關(guān)

除了開(kāi)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(kāi)關(guān)類(lèi)型也很重要。您可以選擇吸收式開(kāi)關(guān)或反射式開(kāi)關(guān)。它們的主要區(qū)別如下：

吸收式開(kāi)關(guān)：

當(dāng)開(kāi)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(kāi)關(guān)所致）

更低功耗（端接所致）

更高成本

反射式開(kāi)關(guān)：

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

更低隔離

更出色的插入損耗

更高功率處理

開(kāi)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(duì)于設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵，則選擇反射式開(kāi)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(qǐng)選擇吸收式開(kāi)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(lái)購(gòu)買(mǎi)額外的組件及開(kāi)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(xiàn)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(kāi)關(guān)產(chǎn)品組合

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

QPC4270: 75-ohm SPST 吸收式開(kāi)關(guān)

QPC3024: 75-ohm SPDT吸收式開(kāi)關(guān)

QPC7512: 75-ohm SPDT反射式開(kāi)關(guān)

QPC6742: 75-ohm SP4T反射式開(kāi)關(guān)

審核編輯黃昊宇