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(kāi)關(guān)

為了實(shí)現(xiàn) FDX DOCSIS? 3.1 和 10 Gbps 對(duì)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(kāi)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(kāi)關(guān)。

來(lái)自消費(fèi)者和 5G 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的壓力正促使有線電視 (CATV) 提供商比過(guò)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(kāi)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(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。

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(cè)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(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)線市場(chǎng)上得到了廣泛的應(yīng)用，但在有線電視網(wǎng)絡(luò)中卻沒(méi)有那么普遍。

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（線性度），才能最終滿足 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(cè)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(hào)，從而減少放大器的非線性行為，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性特性。

對(duì)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(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(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：有線電視

DAA：分布式訪問(wèn)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

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：?jiǎn)蔚峨p擲

SPDT 或 SP2T: single pole, double throw

SPST：?jiǎn)蔚秵螖S

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

QPC4270：75Ω SPST吸收式開(kāi)關(guān)

QPC3024：75Ω SPDT吸收式開(kāi)關(guān)

QPC7512：75Ω SPDT反射式開(kāi)關(guān)

QPC6742：75Ω SP4T反射式開(kāi)關(guān)