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利用 DPD 和 75Ω 有线电视开关，发挥全双工 DOCSIS 3.1 架构的潜能

时间：2019-03-15 14:40来源：21Dianyuan

摘要：为了实现FDXDOCSIS®31和10Gbps对称流传输，需要启用高度线性化的设备，以支持数字预失真(DPD)，包括75Ω有线电视开关。探索DPD如何在有线电视光纤节点上工作，了解如何为您的应用选择合适的开关。

为了实现 FDX DOCSIS^® 3.1 和 10 Gbps 对称流传输，需要启用高度线性化的设备，以支持数字预失真 (DPD)，包括 75Ω 有线电视开关。探索 DPD 如何在有线电视光纤节点上工作，了解如何为您的应用选择合适的开关。

来自消费者和 5G 无线网络的压力正促使有线电视 (CATV) 提供商比过去更积极地谋求发展。目前，有线电视行业正有条不紊地制定下一代有线电视生态系统的新标准，其中包括全双工 (FDX) DOCSIS 3.1，它承诺在现有的光纤同轴 (HFC) 混合系统的上游和下游提供 10 Gbps 数据传输速率。但是，要实现 FDX，需要启动高度线性的设备，以支持数字预失真 (DPD)，包括 75Ω 有线电视开关。本博客探索了 DPD 如何在有线电视光纤节点上工作，助您了解如何为自己的应用选择合适的开关。

FDX 需要更高的 P_out、更低的误差和 DPD
分布式接入架构 (DAA)、光纤深度和远程 PHY/远程 MAC PHY 正将某些功能从主控端移动到更靠近用户的光纤节点。但是，如果不针对 DOCSIS 3.1 FDX 架构进行设计，就不可能在 DAA 上达到 10 Gbps 的上游和下游数据传输速率，也无法保有与 5G 蜂窝基础设施竞争的能力。

为了启用 FDX，两个最关键的要素包括：

调制误差比 (MER)。MER 是有线电视系统中测量误差和线性度的一种方法。FDX 面临的挑战在于获得大量 RF 功率的同时，降低误差（MER 更低）。要做到这一点，就需要 DPD。

数字预失真 (DPD)。DPD 是一种利用数字信号处理技术消除失真的软件方法。它允许功率放大器 (PA) 具有相同的 MER 和输出功率，但电流更低，要达到 FDX 更高的功率输出要求，这些都是必不可少的。这种技术在无线市场上得到了广泛的应用，但在有线电视网络中却没有那么普遍。

简而言之，功率放大器需要提高效率，达到 76.8 dBmV 复合输出功率，且具备更出色的 ACPR（线性度），才能最终满足 FDX 对于 MER 的规范要求。尽管功率放大器硬件实现了大部分的线性度改进，DPD 在这方面的贡献较小，但这部分贡献却不可或缺。

数字预失真在有线电视节点上如何工作
在更高水平上，DPD 可模仿并预测放大器的非线性行为，并在功率放大器的输入端注入反向信号，从而减少放大器的非线性行为，解决整体的电流消耗问题。下图展示了带 DPD 和不带 DPD 的功率放大器的非线性特性。

对于有线电视光纤节点，节点中的数模转换器 (DAC) 电路使用软件，通过耦合器测量每个功率放大器输出，以此确定哪个功率放大器的线性度最差。然后电路会基于最差的测量值来计算 DPD 算法，并从下游将校正结果发送给所有功率放大器。线性度最差的设备得到最大程度的校正，最终结果就是，多台设备比在没有采用 DPD 算法时更出色地运行。

在典型的四端口节点中，链中 RF 放大器的功耗约为 85W，其中 72W 来自于最后一个功率倍增器 PA。使用 DPD 可对每个功率放大器进行线性化处理，并将总功耗降低多达 20%。

面向 DPD 的 SP4T、SPDT 或 SPST 解决方案
在线缆光纤节点中启用 DPD 需要 75Ω 的开关。何时应选择 SPST、SPDT 或 SP4T 开关？这完全由节点的几何形状（物理布局）决定。场中的节点在盒子两侧可能都有输出，其轨迹可能无法进入单个 SP4T 开关。

对于 DPD，不存在唯一正确的设计方法。最终的设计方法要以客户的应用、布局、偏好以及性能需求和成本为基础决定。

术语表
ACPR：邻道功率比
ADC：模数转换器
CATV：有线电视
DAA：分布式访问架构
DAC：数模转换器
DOCSIS：有线电缆数据服务接口规范
DPD：数字预失真
FDX：全双工
HFC：混合光纤同轴
MER：调制误差比
PA：功率放大器
PHY：物理层
SP4T：单刀双掷
SPDT 或 SP2T: single pole, double throw
SPST：单刀单掷

下方的框图展示了在四端口光纤节点中实施 DPD 的三种不同设计方法：

1 个 DPD 通道 + 1 个 SP4T 开关。在标准四端口光纤节点中，电路采用一个 DAC 驱动四个输出，以此监测 4 个功率放大器。它使用一个 SP4T 开关、一个模数转换器 (ADC) 和 DPD 算法来调节所有四个功率放大器。

1 个 DPD 通道 + 3-4 个开关。这种方法使用 1 个 ADC 和 3 个 SPDT 开关，或 4 个 SPST 开关，而不是 1 个 ADC 和 1 个 SP4T 开关。4 个输出放大器均可单独监控，以确定最佳的 DPD 校正因数。这种方法使用了更多的组件和开关，但是它可以提供更精确的输出，或者在单独的节点设计中更出色地工作。下面的第一个示意图使用了 3 个 SPDT 开关，而第二个示意图使用了 4 个 SPST 开关。

吸收式/反射式开关
除了开关和掷的数量之外，为这些 DPD 节点应用选择正确的开关类型也很重要。您可以选择吸收式开关或反射式开关。它们的主要区别如下：

吸收式开关：
- 当开关“关闭”时，内部端接至 75Ω
- 更高隔离度
- 更高插入损耗（额外的内部开关所致）
- 更低功耗（端接所致）
- 更高成本

反射式开关：
- 内部不端接，在开关“关闭”时保持开启
- 更低隔离
- 更出色的插入损耗
- 更高功率处理
- 开关时间更快
- 更低成本

最终选择哪种，取决于成本与性能。如果功率处理和较低的插入损耗对于设计非常关键，则选择反射式开关。如果更高的隔离度非常重要，且设计可以处理额外的插入损耗和更高成本，请选择吸收式开关。

总结

实施 DPD 时，需要更多的设计资源和更多成本来购买额外的组件及开关。但是，其优点大于缺点，因为您可以获得自适应系数；自我校准、更加线性的 PA 输出；电流消耗减少，最重要的是，实现了 FDX。

Qorvo 适用于 DPD 的 75Ω 开关产品组合
• QPC4270：75Ω SPST 吸收式开关
• QPC3024：75Ω SPDT 吸收式开关
• QPC7512：75Ω SPDT 反射式开关
• QPC6742：75Ω SP4T 反射式开关

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