如何通過(guò)提高效率來(lái)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(jì)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(lái)的娛樂(lè)系統(tǒng)和居家辦公環(huán)境正在迅速向更多雙向互動(dòng)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(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，需要采用創(chuàng)新技術(shù)來(lái)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(guò)程中發(fā)揮著重要作用。本博文就如何做到這一點(diǎn)提供了一些見(jiàn)解。以下內(nèi)容摘自 Qorvo 白皮書(shū)“如何通過(guò)提高效率來(lái)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(guó)，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(dòng)和新的用例推動(dòng)對(duì)容量的需求不斷增加。為此，一些多系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商 (MSO) 在可用帶寬內(nèi)設(shè)置中分或高分，通過(guò)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(duì)這項(xiàng)挑戰(zhàn)，MSO 開(kāi)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(kuò)展至高達(dá) 204 MHz，而 DOCSIS 4.0 支持在全雙工 (FDX) 和擴(kuò)展頻譜 DOCSIS (ESD) 中將上行容量提高至高達(dá) 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(shū) 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(jí)，有線電視帶寬也不斷擴(kuò)展，這一趨勢(shì)促使工程師和系統(tǒng)架構(gòu)師探索新的技術(shù)，同時(shí)需要新一代的無(wú)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(guò)必需的效率和性能，能夠滿足 DOCSIS 對(duì) CATV 放大器的要求。在 HFC 網(wǎng)絡(luò)中，要實(shí)現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸和信號(hào)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(huì)降低信號(hào)質(zhì)量，從而導(dǎo)致數(shù)字信道出現(xiàn)誤碼，而且有時(shí)在嘗試解調(diào)信號(hào)時(shí)會(huì)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(jì)

功耗

散熱設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì) HFC 放大器時(shí)，保持較高的線性度和效率至關(guān)重要，而在這個(gè)方面，基于 GaN 的組件具有明顯的優(yōu)勢(shì)。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(diǎn)的下行性能在很大程度上依賴于輸出級(jí)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(jì)的一項(xiàng)支持技術(shù)，能夠滿足 DOCSIS 3.1 和 DOCSIS 4.0 標(biāo)準(zhǔn)的要求。圖 3 展示了最初使用 GaAs 場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (FET) 實(shí)現(xiàn)增益單元架構(gòu)的設(shè)計(jì)階段。使用基于 GaN 的元件代替 FET3 和 FET4 可顯著提高性能，因?yàn)檫@些器件具有高頻運(yùn)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(guò)使用基于 GaN 的 FET 改進(jìn)增益單元架構(gòu)。

圖 4 通過(guò)比較有線電視增益單元架構(gòu)所用材料技術(shù)的相對(duì)特性，展示了 GaN 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，這項(xiàng)技術(shù)既使 MSO 能夠保持現(xiàn)有的放大器間距，同時(shí)又可提高線性輸出。這可很大程度地降低升級(jí)成本，并實(shí)現(xiàn)光纖深度解決方案，在減少或消除放大器的同時(shí)，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(guó)際電信標(biāo)準(zhǔn)，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(yùn)營(yíng)商使用這種標(biāo)準(zhǔn)來(lái)通過(guò)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(hào)有時(shí)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(shí)

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

QPA3260 功率倍增器混合器件 – 可提供高達(dá) 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(dá) 1.8 GHz 容量的設(shè)計(jì)中支持 DOCSIS 4.0 實(shí)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(biāo)準(zhǔn)對(duì)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(hào)放大增益單元來(lái)應(yīng)對(duì)這項(xiàng)挑戰(zhàn)。有線電視設(shè)備制造商可依靠經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的解決方案，這些解決方案使用可靠耐用的元件實(shí)現(xiàn)更好的數(shù)據(jù)傳輸。

關(guān)于作者

Rainer Hillermeier

Qorvo 德國(guó)分部設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)總經(jīng)理

Rainer 負(fù)責(zé)管理 Qorvo 位于德國(guó)紐倫堡的設(shè)計(jì)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(jì)經(jīng)驗(yàn)，Rainer 領(lǐng)導(dǎo)開(kāi)發(fā)和推出了第一個(gè) 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(biāo)題：提高帶寬，打造適應(yīng)未來(lái)發(fā)展的 CATV 解決方案

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審核編輯：湯梓紅