利用 DPD和 75Ω 有线电视开关，发挥全双工 DOCSIS®3.1架构的潜能
2019年 2.月 21日
来自消费者和5G无线网络的压力正促使有线电视（有线电视）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出来、更低的误差和DPD
分布式接入架构（DAA）、光纤深度和远程物理层/远程MAC物理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，就不可能在达阿上达到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。
在之前的博客中，我们讨论了实施全双工 多西丝所面临的一些 射频挑战。为了启用 FDX两个最关键的要素包括：
- 调制误差比（梅尔）。梅尔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射频功率的同时，降低误差（梅尔更低）。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）具有相同的梅尔和输出功率，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。
相关博客文章：全双工DOCSIS 3.1助力实现10 Gbps有线电视网络
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对于梅尔的规范要求。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（发援会）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，链中射频放大器的功耗约为85W，其中72瓦来自于最后一个功率倍增器帕。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75‑Ω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
- 有线电视：有线电视
- DAA：分布式访问架构
- 数模转换器：数模转换器
- 文件：有线电缆数据服务接口规范N
- DPD：数字预失真
- FDX：全双工
- 氢氟碳化合物：混合光纤同轴
- 梅尔：调制误差比
- 爸爸：功率放大器
- 物理层：物理层
- SP4T：单刀四掷
- SPDT或SP2T：单刀双掷
- 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，电路采用一个数模转换器驱动四个输出，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（艺发局）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.个模数转换器和3.个SPDT开关，或4.个SPST开关，而不是1.个模数转换器和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、更加线性的帕输出；电流消耗减少，最重要的是，实现了FDX。
