數字RF調制器為有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )融合接入平臺提供高效方案

隨著(zhù)視頻和數據傳輸業(yè)務(wù)對電纜帶寬需求的提高，下行數據速率正在以30%~40%的速率逐年提高。此外，消費者也希望以相同的數據速率使用家中不斷增加的互聯(lián)裝置。從長(cháng)期目標來(lái)看，當前采用的模擬下行調制解調器很難滿(mǎn)足成本要求。服務(wù)提供商還注意到，通過(guò)升級改造現有接入平臺來(lái)滿(mǎn)足不斷增長(cháng)的帶寬需求的做法非常昂貴。

由此可見(jiàn)，用戶(hù)和服務(wù)供應商面臨著(zhù)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字RF調制器，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。數字RF調制器采用直接變頻架構，使得融合接入平臺(CCAP)能夠支持整個(gè)頻帶的正交調幅(QAM)傳輸。這些數字RF調制器的容量最高可以達到模擬調制器的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實(shí)現CCAP系統數字QAM調制器的原理和優(yōu)勢。

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( 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設備，另一種是用于高速互聯(lián)網(wǎng)接入的電纜調制解調器終端系統(CMTS)。QAM調制數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158個(gè)(6MHz帶寬)QAM載波(信道)占據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調制器，所以，這些QAM調制器必須具有低功耗、可擴展性和QAM載頻捷變等特性。前期的射頻前端設備將來(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)射器在數字域很容易實(shí)現QAM載波的上變頻(DUC)和調制，并可利用ASIC或FPGA實(shí)現(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/模轉換器(RF DAC)才能實(shí)現這種數字架構。

直接變頻發(fā)送器在CCAP系統中具有明顯優(yōu)勢：整個(gè)信號處理在數字域實(shí)現，受益于CMOS工藝結構。CMOS工藝允許以較小的占位面積和低功耗實(shí)現非常高的信道密度，通過(guò)以下示例將很容易理解這種方法的優(yōu)勢。

MAX5880是一款驅動(dòng)RF DAC的128通道DUC和QAM調制器，從FPGA接收前向糾錯(FEC)編碼的符號，執行QAM調制、脈沖整形，以及每個(gè)QAM通道的重新采樣，然后對128路Q(chēng)AM通道進(jìn)行組合、內插和調制，以驅動(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，它也必須滿(mǎn)足嚴格的DOCSIS RF指標要求。這種設計采用14位4.6Gsps的MAX5882 RF DAC。

MAX5882以超過(guò)4Gsps的刷新速率對1GHz帶寬信號進(jìn)行過(guò)采樣。注意，根據奈奎斯特原理，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(圖4A)。這些失真會(huì )破壞DOCSIS發(fā)送器的帶內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。