隨著視頻和數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務對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。從長期目標來看，當前采用的模擬下行調(diào)制解調(diào)器很難滿足成本要求。服務提供商還注意到，通過升級改造現(xiàn)有接入平臺來滿足不斷增長的帶寬需求的做法非常昂貴。
由此可見，用戶和服務供應商面臨著同一問題：模擬收發(fā)器已經(jīng)無力來滿足越來越高的帶寬需求。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，來滿足將來的帶寬需求。數(shù)字RF調(diào)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到模擬調(diào)制器的32倍，而每個QAM發(fā)射信道的功耗僅為模擬技術的大約二十分之一。
本文介紹采用直接變頻架構實現(xiàn)CCAP系統(tǒng)數(shù)字QAM調(diào)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
有線電視(CATV)的CCAP平臺( 圖1 ) 集成了兩種下行業(yè)務傳輸方式：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(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，例如：視頻點播(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158個(6MHz帶寬)QAM載波(信道)占據(jù)CCAP前端每個射頻端口的整個頻譜。每個線卡可容納最多8個~12個射頻端口，每個13RU CCAP機箱可容納5塊下行線卡。
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、可擴展性和QAM載頻捷變等特性。前期的射頻前端設備將來自多個超外差模擬發(fā)送器的QAM載波組合起來，使之位于CATV頻譜(圖2)，這種方案中的每個CCAP射頻端口功率可能需要超過300W。直接變頻發(fā)射器在數(shù)字域很容易實現(xiàn)QAM載波的上變頻(DUC)和調(diào)制，并可利用ASIC或FPGA實現(xiàn)(圖3)。由于QAM載波的整個頻譜通過單個RF鏈路發(fā)射，只有通過寬帶RF數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(RF DAC)才能實現(xiàn)這種數(shù)字架構。
直接變頻發(fā)送器在CCAP系統(tǒng)中具有明顯優(yōu)勢：整個信號處理在數(shù)字域?qū)崿F(xiàn)，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現(xiàn)非常高的信道密度，通過以下示例將很容易理解這種方法的優(yōu)勢。
MAX5880是一款驅(qū)動RF DAC的128通道DUC和QAM調(diào)制器，從FPGA接收前向糾錯(FEC)編碼的符號，執(zhí)行QAM調(diào)制、脈沖整形，以及每個QAM通道的重新采樣，然后對128路QAM通道進行組合、內(nèi)插和調(diào)制，以驅(qū)動RF DAC。RF DAC的采樣率必須高于2Gsps，用于合成整個CATV頻帶信號，它也必須滿足嚴格的DOCSIS RF指標要求。這種設計采用14位4.6Gsps的MAX5882 RF DAC。
MAX5882以超過4Gsps的刷新速率對1GHz帶寬信號進行過采樣。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))會折返至1GHz電纜頻譜內(nèi)(圖4A)。這些失真會破壞DOCSIS發(fā)送器的帶內(nèi)RF性能。使用4Gsps DAC(圖4B)時，HD2和HD3則不會折返到有效的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QAM信道時，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QAM信道的功耗節(jié)約大約95%。
總結
新一代數(shù)字調(diào)制器充分利用了現(xiàn)代化技術優(yōu)勢，例如：高性能寬帶數(shù)/模轉(zhuǎn)換器和CMOS工藝技術。數(shù)字射頻調(diào)制器是高度集成的解決方案，也滿足嚴格的DOCSIS RF性能要求。現(xiàn)在，電信公司能夠以當今的成本效率為有線電視業(yè)務服務商提供滿足未來寬帶要求的技術。