全双工DOCSIS 3.1助力实现10 Gbps有线电视网络
2018年 6.月 26日
5G是移动设备和蜂窝基础设施的年度热词，而有线电视基础设施也正尽己所能来提升系统容量，支持向5G过渡。
DOCSIS 3.1的当前现状
多西丝即有线电缆数据服务接口规范）于20世纪90年代后期推出，当时有线电视行业正由模拟传输系统转向数字传输系统。DOCSIS 1.0允许数字信号通过现有的模拟同轴电缆系统传输，而多西丝规范的后续版本为系统带来了更高的数据速率和性能，如下表所示。
美国多家美索（包括康卡斯特公司、领先媒体和美的）已在多个城市部署了DOCSIS 3.1，并且2018年可能还会有更多的美索实施部署。
向全双工DOCSIS 3.1迁移
即使采用最新的DOCSIS 3.1，有线行业氢氟碳化合物网络的上行容量可能还是不能满足长远需求。实现10 Gbps对称型流传输（即下行和上行双向10 Gbps）目标，出于以下几个原因：
- 诸如光纤之类的竞争技术已能实现10 Gbps对称传输。有线电视运营商需要达到10 Gbps的上行速度，才能保持对于谷歌光纤、光纤到户（FTTH）和无源光纤网络（PON）的竞争力，后几者已能实现10 Gbps的上行传输速率。
- 新兴应用要求更快的上行和下行速率。当前的上行容量也许足以满足现有应用，例如流媒体视频或脸谱网直播。但有线电视网络仍需要大幅提高其上行容量，以支持新的用户体验和未来应用，如虚拟现实、自动驾驶汽车、传感器网络、互联智能家居等其他应用。这些新应用将带来上行和下行传输数据量的指数级增长。
- 有线和光纤网络需要支持5G应用不断增长的带宽和数据需求。随着蜂窝网络在未来几年内升级至5G，有线和光纤网络也需要提高其容量，协助整个基础设施支持5G。
最具挑战性的难题是拆除现有同轴电缆或升级主控端的代价高昂。而有线美索希望延长其现有铜线同轴网络的使用寿命，并正在寻求替代方法来提高有线电视网络的带宽。全双工（FDX）DOCSIS就是他们的解决方案。
全双工多西丝是DOCSIS 3.1规范的衍生版，它大幅提高了上行容量，并使有线美索的上行和下行速率均可达到10 Gbps。
思科公司和英特尔公司于2017年春季和秋季在安加公司和SCTE上进行了概念验证演示，证明了都不会的可行性，有线电视实验室也于2017年10月发布了全双工DOCSIS 3.1规范正式版。自此，供应商开始大张旗鼓地开发支持都不会的节点和调制解调器，首个康卡斯特公司的都不会节点预期将于今年夏季投入初始试验。2018年底或2019年初应该可以看到一些美索的现场测试，并且2019年将会实施首个北美地区都不会商用部署。
今日FDD，明日都不会
有线电视系统支持50兆赫至1.2 GHz固定频段中的每个传输频率。自20世纪70年代以来，有线电视网络就一直采用频分双工(FDD)技术，其上行和下行数据传输之间的频段是分开的。FDD传输的上行和下行信号不会相互干扰，因为其频率不会重叠，如下图所示。
为了实现10 Gbps完全对称流传输，有线电视系统必须从FDD转变为全双工。采用FDX-DOCSIS技术时，美索可以使用全频段同时进行上行和下行双向传输，可在某些频率上重叠传输。
应对DOCSIS FDX的射频挑战
实现全双工对称流传输需要面临许多挑战。我们来探讨一些最大的挑战。
- F深度光纤（纤维深）网络第一步，有线运营商将更多功能从主控端迁至现场。主控端庞大且昂贵，需要巨额资本支出和维护费用。为了实现都不会并降低成本，美索将光纤电缆推入网络的更深层，迁移至具有数字远程物理层节点的N+0网络。在深度光纤网络中，节点中只有一个放大器；无需连接额外的放大器。为了实现都不会，还需要在远程物理层节点进行许多技术创新和升级，例如回声消除、耦合器和节点的其他复杂部分。
- 更高复合输出功率。采用都不会可提高复合功率，以支持倾斜、回声消除和其他需求。对于目前的DOCSIS 3.1远程物理层深度光纤应用，放大器的输出要求为76.8 dBmV。其挑战在于这超出了目前市场上大多数放大器的能力。
- E回声消除。试想您正在提高嗓门大声喊叫，而街对面有个人正对您轻声低语。同时，您身处都市峡谷中，喊叫的回声甚至比低语声更响。这实质上就是FDX DOCSIS 3.1面临的挑战。有线远程物理层节点必须消除所有回声，忽略“喊叫声”（下行传输信号），并从上行传输中获取微弱的接收信号。
回声消除是都不会的最大挑战之一。这将需要一些非常复杂的数字信号处理（DSP），而这在目前节点中尚不具备，它也会增加对节点处理能力的要求。总体上，处理回声消除会增加功率消耗。
开发符合直流功率目标的元件并获取合适的回声消除技术是一场竞技。
- 调制误差比(MER)。都不会最大的射频挑战是梅尔，它测量符号点在星座图中的分布状况，以及由此产生的调制误差。梅尔包括来自所有离散杂散噪声、载波泄漏、时钟线路、合成器产品、线性和非线性失真、其他不需要的发射器和接收器产品、入口以及相似通道内缺陷的各种影响。从本质上讲，都不会的挑战是试图以极低的直流功率获得很高的射频功率，并且误差很小（低梅尔）。
- 数字预失真（DPD）。DPD用于提高功率放大器的效率。DPD算法可预测放大器的非线性行为，对其进行修正并降低放大器功耗，从而可实现远程物理层和节点+0。为了采用都不会，器件需要针对DPD进行优化。采用DPD算法将带来更高的效率、更优的ACPR（线性度）和更低的梅尔，并能降低运营及有线提供商成本。
库沃提供的支持都不会的产品
全双工多西丝是一个复杂的领域，库夫罗正与众多客户携手合作，开发符合都不会严苛要求的元件和解决方案。以下是我们提供的一些支持全双工多西丝的特色产品。
更高复合输出功率：库沃RFPD3580混合式赣放大器
库沃凭借RFPD3580混合式赣有线电视放大器，成为目前业界唯一全面量产提供复合输出功率高达76.8 dBmV放大器的供应商。
针对数字预失真（DPD）进行了优化：QPA3250混合式功率倍增器
DPD已在众多无线器件中得到广泛应用，但该技术在有线电视中还不常见。我们正与DPD主要开发商合作，以优化我们的有线电视器件应用射频解决方案，如QPA3250是一款针对都不会的DPD进行优化的混合式功率倍增器。这些器件可实现同样的梅尔和输出功率，而电流却更低。QPA3250将于2018年底发布。
适合信号倾斜调整的即插即用型单个元件：QPC7336 DOCSIS 3.1可变均衡器
对信号进行倾斜调整的电路称为均衡器。目前，在大多数节点中，通过插入塑料插件式模块进行所需的信号倾斜调整。不幸的是，这种方法并不总能达到理想效果，因为其倾斜值是固定值（如10 dB）。
相比之下，我们的QPC7336采用最新的绝缘硅片（SOI）技术，可提供所需的倾斜范围。QPC7336能够提供5 - 15分贝的倾斜范围，可通过微控制器和DAC（数模转换器）进行控制。
在大多数氢氟碳化合物系统中，放大器的倾斜通常设为两级。通过在一个插槽中采用我们的两个器件，有线运营商可以灵活地远程改变倾斜度，无需向实际地点派遣维修车。这是一种创新方式，我们非常自豪能拥有这项技术的少数解决方案之一。
支持都不会的反向放大器：QPB8896平衡式反向路径放大器
除了下行传输解决方案之外，我们还提供QPB8896，一款支持都不会的反向放大器，支持5 - 700 MHz都不会上行传输。这款放大器具有非常低的噪声和高增益，将于2018年中上市。
