全雙工 DOCSIS 3.1 助力實現(xiàn) 10 Gbps 有線電視網(wǎng)絡(luò)

5G是移動設(shè)備和蜂窩基礎(chǔ)設(shè)施的年度熱詞，而有線電視基礎(chǔ)設(shè)施也正盡己所能來提升系統(tǒng)容量，支持向 5G 過渡。

DOCSIS 3.1 的當前現(xiàn)狀

DOCSIS 即有線電纜數(shù)據(jù)服務(wù)接口規(guī)范）于 20 世紀 90 年代后期推出，當時有線電視行業(yè)正由模擬傳輸系統(tǒng)轉(zhuǎn)向數(shù)字傳輸系統(tǒng)。DOCSIS 1.0 允許數(shù)字信號通過現(xiàn)有的模擬同軸電纜系統(tǒng)傳輸，而 DOCSIS 規(guī)范的后續(xù)版本為系統(tǒng)帶來了更高的數(shù)據(jù)速率和性能，如下表所示。

美國多家MSO（包括Comcast、Mediacom和Midco）已在多個城市部署了DOCSIS 3.1，并且 2018 年可能還會有更多的 MSO 實施部署。

向全雙工 DOCSIS 3.1 遷移

即使采用最新的 DOCSIS 3.1，有線行業(yè) HFC 網(wǎng)絡(luò)的上行容量可能還是不能滿足長遠需求。實現(xiàn) 10 Gbps對稱型流傳輸（即下行和上行雙向 10 Gbps）目標，出于以下幾個原因：

諸如光纖之類的競爭技術(shù)已能實現(xiàn)10 Gbps對稱傳輸。CATV 運營商需要達到 10 Gbps 的上行速度，才能保持對于 Google 光纖、光纖到戶(FTTH)和無源光纖網(wǎng)絡(luò) (PON) 的競爭力，后幾者已能實現(xiàn) 10 Gbps 的上行傳輸速率。

新興應(yīng)用要求更快的上行和下行速率。當前的上行容量也許足以滿足現(xiàn)有應(yīng)用，例如流媒體視頻或 Facebook 直播。但有線電視網(wǎng)絡(luò)仍需要大幅提高其上行容量，以支持新的用戶體驗和未來應(yīng)用，如虛擬現(xiàn)實、自動駕駛汽車、傳感器網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)智能家居等其他應(yīng)用。這些新應(yīng)用將帶來上行和下行傳輸數(shù)據(jù)量的指數(shù)級增長。

有線和光纖網(wǎng)絡(luò)需要支持5G應(yīng)用不斷增長的帶寬和數(shù)據(jù)需求。隨著蜂窩網(wǎng)絡(luò)在未來幾年內(nèi)升級至 5G，有線和光纖網(wǎng)絡(luò)也需要提高其容量，協(xié)助整個基礎(chǔ)設(shè)施支持 5G。

最具挑戰(zhàn)性的難題是拆除現(xiàn)有同軸電纜或升級主控端的代價高昂。而有線 MSO 希望延長其現(xiàn)有銅線同軸網(wǎng)絡(luò)的使用壽命，并正在尋求替代方法來提高有線電視網(wǎng)絡(luò)的帶寬。全雙工 (FDX) DOCSIS 就是他們的解決方案。

全雙工DOCSIS是 DOCSIS 3.1 規(guī)范的衍生版，它大幅提高了上行容量，并使有線 MSO 的上行和下行速率均可達到 10 Gbps。

思科公司和英特爾公司于 2017 年春季和秋季在 ANGA COM 和 SCTE 上進行了概念驗證演示，證明了 FDX 的可行性，CableLabs 也于 2017 年 10 月發(fā)布了全雙工DOCSIS 3.1規(guī)范正式版。自此，供應(yīng)商開始大張旗鼓地開發(fā)支持 FDX 的節(jié)點和調(diào)制解調(diào)器，首個 Comcast 的 FDX 節(jié)點預(yù)期將于今年夏季投入初始試驗。2018 年底或 2019 年初應(yīng)該可以看到一些 MSO 的現(xiàn)場測試，并且 2019 年將會實施首個北美地區(qū) FDX 商用部署。

術(shù)語表

ACPR: 鄰道功率比

CATV: 有線電視

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

FDD: 頻分雙工

FDX: 全雙工

FTTH:光纖到戶

HFC: 混合光纖同軸

MER:調(diào)制誤差比

MSO:多系統(tǒng)運營商

PHY:物理層

PON: 無源光纖網(wǎng)絡(luò)

RFoG: 光纖射頻傳輸

RPD:遠程 PHY 設(shè)備

RPHY:遠程 PHY

今日 FDD，明日 FDX

有線電視系統(tǒng)支持 50 MHz 至 1.2 GHz 固定頻段中的每個傳輸頻率。自 20 世紀 70 年代以來，CATV 網(wǎng)絡(luò)就一直采用頻分雙工(FDD)技術(shù)， 其上行和下行數(shù)據(jù)傳輸之間的頻段是分開的。FDD 傳輸?shù)纳闲泻拖滦?a target="_blank">信號不會相互干擾，因為其頻率不會重疊，如下圖所示。

為了實現(xiàn) 10 Gbps 完全對稱流傳輸，有線電視系統(tǒng)必須從 FDD 轉(zhuǎn)變?yōu)槿p工。采用 FDX DOCSIS 技術(shù)時，MSO 可以使用全頻段同時進行上行和下行雙向傳輸，可在某些頻率上重疊傳輸。

應(yīng)對 DOCSIS FDX 的 RF 挑戰(zhàn)

實現(xiàn)全雙工對稱流傳輸需要面臨許多挑戰(zhàn)。我們來探討一些最大的挑戰(zhàn)。

F深度光纖(Fiber Deep)網(wǎng)絡(luò)第一步，有線運營商將更多功能從主控端遷至現(xiàn)場。主控端龐大且昂貴，需要巨額資本支出和維護費用。為了實現(xiàn) FDX 并降低成本，MSO 將光纖電纜推入網(wǎng)絡(luò)的更深層，遷移至具有數(shù)字遠程PHY節(jié)點的 N+0 網(wǎng)絡(luò)。在深度光纖網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點中只有一個放大器；無需連接額外的放大器。為了實現(xiàn) FDX，還需要在遠程 PHY 節(jié)點進行許多技術(shù)創(chuàng)新和升級，例如回聲消除、耦合器和節(jié)點的其他復(fù)雜部分。

更高復(fù)合輸出功率。采用 FDX 可提高復(fù)合功率，以支持傾斜、回聲消除和其他需求。對于目前的 DOCSIS 3.1 遠程 PHY 深度光纖應(yīng)用，放大器的輸出要求為 76.8 dBmV。其挑戰(zhàn)在于這超出了目前市場上大多數(shù)放大器的能力。

E回聲消除。試想您正在提高嗓門大聲喊叫，而街對面有個人正對您輕聲低語。同時，您身處都市峽谷中，喊叫的回聲甚至比低語聲更響。這實質(zhì)上就是 FDX DOCSIS 3.1 面臨的挑戰(zhàn)。有線遠程 PHY 節(jié)點必須消除所有回聲，忽略“喊叫聲”（下行傳輸信號），并從上行傳輸中獲取微弱的接收信號。

回聲消除是 FDX 的最大挑戰(zhàn)之一。這將需要一些非常復(fù)雜的數(shù)字信號處理 (DSP)，而這在目前節(jié)點中尚不具備，它也會增加對節(jié)點處理能力的要求?？傮w上，處理回聲消除會增加功率消耗。

開發(fā)符合直流功率目標的元件并獲取合適的回聲消除技術(shù)是一場競技。

調(diào)制誤差比(MER)。FDX 最大的 RF 挑戰(zhàn)是MER，它測量符號點在星座圖中的分布狀況，以及由此產(chǎn)生的調(diào)制誤差。MER 包括來自所有離散雜散噪聲、載波泄漏、時鐘線路、合成器產(chǎn)品、線性和非線性失真、其他不需要的發(fā)射器和接收器產(chǎn)品、入口以及相似通道內(nèi)缺陷的各種影響。從本質(zhì)上講，F(xiàn)DX 的挑戰(zhàn)是試圖以極低的直流功率獲得很高的 RF 功率，并且誤差很小（低 MER）。

數(shù)字預(yù)失真(DPD)。DPD 用于提高功率放大器的效率。DPD 算法可預(yù)測放大器的非線性行為，對其進行修正并降低放大器功耗，從而可實現(xiàn)遠程 PHY 和節(jié)點+0。為了采用 FDX，器件需要針對 DPD 進行優(yōu)化。采用 DPD 算法將帶來更高的效率、更優(yōu)的ACPR（線性度）和更低的 MER，并能降低運營及有線提供商成本。

Qorvo 提供的支持 FDX 的產(chǎn)品

全雙工 DOCSIS 是一個復(fù)雜的領(lǐng)域，Qovro 正與眾多客戶攜手合作，開發(fā)符合 FDX 嚴苛要求的元件和解決方案。以下是我們提供的一些支持全雙工 DOCSIS 的特色產(chǎn)品。

更高復(fù)合輸出功率：Qorvo RFPD3580 混合式 GaN 放大器

Qorvo 憑借RFPD3580混合式 GaN CATV 放大器，成為目前業(yè)界唯一全面量產(chǎn)提供復(fù)合輸出功率高達 76.8 dBmV 放大器的供應(yīng)商。

針對數(shù)字預(yù)失真 (DPD) 進行了優(yōu)化：QPA3250 混合式功率倍增器

DPD 已在眾多無線器件中得到廣泛應(yīng)用，但該技術(shù)在 CATV 中還不常見。我們正與 DPD 主要開發(fā)商合作，以優(yōu)化我們的CATV器件應(yīng)用 RF 解決方案，如QPA3250是一款針對 FDX 的 DPD 進行優(yōu)化的混合式功率倍增器。這些器件可實現(xiàn)同樣的 MER 和輸出功率，而電流卻更低。QPA3250 將于 2018 年底發(fā)布。

適合信號傾斜調(diào)整的即插即用型單個元件：QPC7336 DOCSIS 3.1 可變均衡器

對信號進行傾斜調(diào)整的電路稱為均衡器。目前，在大多數(shù)節(jié)點中，通過插入塑料插件式模塊進行所需的信號傾斜調(diào)整。不幸的是，這種方法并不總能達到理想效果，因為其傾斜值是固定值（如 10 dB）。

相比之下，我們的QPC7336采用最新的絕緣硅片 (SOI) 技術(shù)，可提供所需的傾斜范圍。QPC7336 能夠提供 5-15 dB 的傾斜范圍，可通過微控制器和 DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）進行控制。

在大多數(shù) HFC 系統(tǒng)中，放大器的傾斜通常設(shè)為兩級。通過在一個插槽中采用我們的兩個器件，有線運營商可以靈活地遠程改變傾斜度，無需向?qū)嶋H地點派遣維修車。這是一種創(chuàng)新方式，我們非常自豪能擁有這項技術(shù)的少數(shù)解決方案之一。

支持 FDX 的反向放大器：QPB8896 平衡式反向路徑放大器

除了下行傳輸解決方案之外，我們還提供QPB8896，一款支持 FDX 的反向放大器，支持 5-700 MHz FDX 上行傳輸。這款放大器具有非常低的噪聲和高增益，將于 2018 年中上市。

FDX：確保正確抉擇的競技

雖然全雙工 DOCSIS 3.1 在開發(fā)和部署中面臨著眾多挑戰(zhàn)，但這是業(yè)界激動人心的時刻。有線制造商正與包括 Qorvo 在內(nèi)的 RF 提供商密切合作，以幫助降低總體直流功率，提高總體射頻功率并設(shè)計定制型解決方案。

如需了解 Qorvo DOCSIS 3.1和全雙工解決方案的更多信息，請下載我們的CATV產(chǎn)品選擇指南或查看本篇博客文章中所提到的產(chǎn)品詳情：

RFPD3580

QPA3250

QPC7336

QPB8896

審核編輯黃昊宇