隨著視頻和數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)對(duì)電纜帶寬需求的提高，下行數(shù)據(jù)速率正在以30%~40%的速率逐年提高。此外，消費(fèi)者也希望以相同的數(shù)據(jù)速率使用家中不斷增加的互聯(lián)裝置。從長(zhǎng)期目標(biāo)來(lái)看，當(dāng)前采用的模擬下行調(diào)制解調(diào)器很難滿(mǎn)足成本要求。服務(wù)提供商還注意到，通過(guò)升級(jí)改造現(xiàn)有接入平臺(tái)來(lái)滿(mǎn)足不斷增長(zhǎng)的帶寬需求的做法非常昂貴。
由此可見(jiàn)，用戶(hù)和服務(wù)供應(yīng)商面臨著同一問(wèn)題：模擬收發(fā)器已經(jīng)無(wú)力來(lái)滿(mǎn)足越來(lái)越高的帶寬需求。取而代之的是新一代數(shù)字RF調(diào)制器，它可提供高密度、低成本的解決方案，來(lái)滿(mǎn)足將來(lái)的帶寬需求。數(shù)字RF調(diào)制器采用直接變頻架構(gòu)，使得融合接入平臺(tái)(CCAP)能夠支持整個(gè)頻帶的正交調(diào)幅(QAM)傳輸。這些數(shù)字RF調(diào)制器的容量最高可以達(dá)到模擬調(diào)制器的32倍，而每個(gè)QAM發(fā)射信道的功耗僅為模擬技術(shù)的大約二十分之一。
本文介紹采用直接變頻架構(gòu)實(shí)現(xiàn)CCAP系統(tǒng)數(shù)字QAM調(diào)制器的原理和優(yōu)勢(shì)。
利用直接變頻收發(fā)器取代模擬收發(fā)器的原因
有線(xiàn)電視(CATV)的CCAP平臺(tái)( 圖1 ) 集成了兩種下行業(yè)務(wù)傳輸方式：一種是用于視頻的邊緣QAM設(shè)備，另一種是用于高速互聯(lián)網(wǎng)接入的電纜調(diào)制解調(diào)器終端系統(tǒng)(CMTS)。QAM調(diào)制數(shù)字載波包括廣播電視和窄播業(yè)務(wù)，例如：視頻點(diǎn)播(VoD)、交換式數(shù)字視頻(SDV)及高速互聯(lián)網(wǎng)。這些載波介于50MHz~1000MHz帶寬的下行CATV頻譜。多達(dá)158個(gè)(6MHz帶寬)QAM載波(信道)占據(jù)CCAP前端每個(gè)射頻端口的整個(gè)頻譜。每個(gè)線(xiàn)卡可容納最多8個(gè)~12個(gè)射頻端口，每個(gè)13RU CCAP機(jī)箱可容納5塊下行線(xiàn)卡。
下行CCAP物理層(PHY)要求高度密集的RF調(diào)制器，所以，這些QAM調(diào)制器必須具有低功耗、可擴(kuò)展性和QAM載頻捷變等特性。前期的射頻前端設(shè)備將來(lái)自多個(gè)超外差模擬發(fā)送器的QAM載波組合起來(lái)，使之位于CATV頻譜(圖2)，這種方案中的每個(gè)CCAP射頻端口功率可能需要超過(guò)300W。直接變頻發(fā)射器在數(shù)字域很容易實(shí)現(xiàn)QAM載波的上變頻(DUC)和調(diào)制，并可利用ASIC或FPGA實(shí)現(xiàn)(圖3)。由于QAM載波的整個(gè)頻譜通過(guò)單個(gè)RF鏈路發(fā)射，只有通過(guò)寬帶RF數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(RF DAC)才能實(shí)現(xiàn)這種數(shù)字架構(gòu)。
直接變頻發(fā)送器在CCAP系統(tǒng)中具有明顯優(yōu)勢(shì)：整個(gè)信號(hào)處理在數(shù)字域?qū)崿F(xiàn)，受益于CMOS工藝結(jié)構(gòu)。CMOS工藝允許以較小的占位面積和低功耗實(shí)現(xiàn)非常高的信道密度，通過(guò)以下示例將很容易理解這種方法的優(yōu)勢(shì)。
MAX5880是一款驅(qū)動(dòng)RF DAC的128通道DUC和QAM調(diào)制器，從FPGA接收前向糾錯(cuò)(FEC)編碼的符號(hào)，執(zhí)行QAM調(diào)制、脈沖整形，以及每個(gè)QAM通道的重新采樣，然后對(duì)128路Q(chēng)AM通道進(jìn)行組合、內(nèi)插和調(diào)制，以驅(qū)動(dòng)RF DAC。RF DAC的采樣率必須高于2Gsps，用于合成整個(gè)CATV頻帶信號(hào)，它也必須滿(mǎn)足嚴(yán)格的DOCSIS RF指標(biāo)要求。這種設(shè)計(jì)采用14位4.6Gsps的MAX5882 RF DAC。
MAX5882以超過(guò)4Gsps的刷新速率對(duì)1GHz帶寬信號(hào)進(jìn)行過(guò)采樣。注意，根據(jù)奈奎斯特原理，同步1GHz頻帶要求采樣率略高于2GHz。但如果使用2.5GspsDAC，由于頻率混疊，主要的諧波失真分量(例如2次諧波(HD2)和3次諧波(HD3))會(huì)折返至1GHz電纜頻譜內(nèi)(圖4A)。這些失真會(huì)破壞DOCSIS發(fā)送器的帶內(nèi)RF性能。使用4Gsps DAC(圖4B)時(shí)，HD2和HD3則不會(huì)折返到有效的CATV頻帶。
數(shù)字RF QAM調(diào)制器芯片組的RF輸出如圖5所示，128路6MHz帶寬通道，覆蓋1GHz頻率范圍。射頻性能完全符合DOCSIS RF要求，發(fā)送128路Q(chēng)AM信道時(shí)，DUC和DAC的總功耗大約為6W。與傳統(tǒng)的模擬RF調(diào)制器相比，每個(gè)QAM信道的功耗節(jié)約大約95%。
總結(jié)
新一代數(shù)字調(diào)制器充分利用了現(xiàn)代化技術(shù)優(yōu)勢(shì)，例如：高性能寬帶數(shù)/模轉(zhuǎn)換器和CMOS工藝技術(shù)。數(shù)字射頻調(diào)制器是高度集成的解決方案，也滿(mǎn)足嚴(yán)格的DOCSIS RF性能要求。現(xiàn)在，電信公司能夠以當(dāng)今的成本效率為有線(xiàn)電視業(yè)務(wù)服務(wù)商提供滿(mǎn)足未來(lái)寬帶要求的技術(shù)。