Enabling 10 Gbps Cable Networks with Full Duplex DOCSIS 3.1
2018年6月7日
5Gis the buzz word of the year for移动设备和cellular infrastructure— but有线电视基础设施is doing its part to upgrade its system capacity and support the transition to 5G.
目前正在开发的一个突破性的CATV技术是全双工DOCSIS 3.1，这将显着提高现有混合光纤同轴（HFC）电缆网络的上游能力。什么是全双工DOCSIS？如何与今天部署的DOCSIS 3.1技术不同？这个新标准的挑战是什么？让我们探索。
The state of DOCSIS 3.1 today
DOCSIS（或电缆服务接口规范的数据）起源于20世纪90年代后期，当电缆行业从模拟到数字传输系统移动时。DOCSIS 1.0允许数字信号通过现有的模拟同轴电缆系统传输，并且随后的DOCSIS规范的版本为系统带来了增加的数据速度和能力，如下表所示。
一些人MSO.在美国，包括康卡斯特,Mediacom和Midco, have already deployedDOCSIS 3.1到多个城市，2018年可能会看到更多MSO中的更多部署。
移动到全双工DOCSIS 3.1
即使使用最新的DOCSIS 3.1，电缆行业的HFC网络的上游容量也可能在长期运行中不够。目标是达到10 Gbpssymmetrical streaming- 或者向下游双向进行10 Gbps和上游 - 有几个原因：
- 竞争技术，如纤维，可以对称地达到10 Gbps。CATV运营商需要达到上游10 Gbps，以保持谷歌光纤竞争，纤维到家庭（FTTH）和被动光网络（PONS），其可以在上游传输10 Gbps。
- 新兴应用程序将需要更快的上游和下游速度。目前上游容量可能足以用于现有的使用情况，例如流媒体视频或Facebook Live。但有线网络需要大大提高其上游能力，以支持新的用户体验和未来，如虚拟现实，autonomous cars, sensor networks, connected智能家园和others. These new use cases will exponentially increase the amount of data being transmitted upstream and downstream.
- 电缆和光纤网络需要支持增长的带宽和5G的数据要求。随着蜂窝网络在未来几年升级到5G，电缆和光纤网络还需要提高其帮助整体基础设施支持5G的能力。
The most challenging problem is that it’s expensive to tear up existing coaxial cable or upgrade the head end. Instead, cable MSOs want to make their existing copper coaxial networks last longer and are looking for alternative ways to increase the bandwidth of cable networks. Full Duplex (FDX) DOCSIS is their answer.
全双工DOCSIS是DOCSIS 3.1规范的延伸，显着提高了上游容量，并允许电缆MSO在下游达到10个Gbps速度和upstream.
思科和英特尔有验证概念演示at ANGA COM and SCTE in the spring and fall of 2017 to show that FDX is possible, and CableLabs released the最终全双工DOCSIS 3.1规范从2017年10月。从那时起，供应商正在狂热地致力于开发节点和调制解调器来支持FDX，而第一个FDX节点由于康布斯今年夏天进行初步试验。我们应该在2018年底或2019年初开始从一些MSO的现场试验，以及2019年FDX的第一个北美商业部署。
FDD今天，明天FDX
The cable system transmits every frequency in a solid band, from 50 MHz to 1.2 GHz. Since the 1970s, the CATV network has used频分双工（FDD），频谱在上游和下游数据传输之间分开。在FDD中，上游和下游信号不会干扰，因为它们不会重叠，如下图所示。
为了实现完整的10 Gbps对称流，电缆系统必须从FDD变为full duplex。在FDX DOCSIS中，MSO可以在两个方向上同时使用全频谱和下游传输，在某些频率下具有重叠的传输。
解决DOCSIS FDX的RF挑战
实现全双工对称流媒体面临许多挑战。让我们来看看一些最大的一些。
- 光纤深网络。作为第一步，电缆运营商从头端移动到该字段的更多功能。头端很大，昂贵，具有巨大的资本开支和保养。为了实现FDX并保持成本，MSO将在网络中推送光纤电缆，迁移到N + 0网络与数字远程PHY节点。In a纤维深网络, there’s only one amplifier, in the node; no additional amplifier follows it. For FDX to work, a lot of technology still must be invented and upgraded in the remote PHY node, such as echo cancellation, couplers and other intricate parts of the node.
- 更高的复合输出功率。使用FDX时，复合功率会增加，以支持倾斜，回声消除等要求。对于DocSIS 3.1远程PHY光纤深度应用，放大器输出要求为76.8 DBMV。这一挑战是，这超出了今天市场上大多数放大器的能力。
- 回声消除。想象一下，如果你在肺部顶部大喊大叫，而街对面的某人是对你窃窃私语。与此同时，你在一个城市峡谷，甚至比耳语更响亮。这基本上是FDX DOCSIS 3.1的挑战。电缆远程PHY节点必须取消所有回波，忽略它的喊叫（下游传输信号），并从上游传输监听下微弱接收信号。
回声取消是FDX的最大挑战之一。它需要一些非常复杂的数字信号处理（DSP），目前不在节点中，这也将增加节点的处理电源要求。结合，回声消除的加工能力增加了几瓦的功率。
它是开发符合直流电源目标的组件的种族，并获得回声取消技术。
- Modulation error ratio (MER).FDX的最大RF挑战是Mer.，这措施如何在星座中的符号点散布，因此是在调制中存在的错误。MER包括所有离散的杂散噪声，载体泄漏，时钟线，合成器产品，线性和非线性扭曲，其他不期望的发射机和接收器产品，进入和类似的通道内损伤。基本上，FDX的挑战正试图通过很少的直流电源和极少的错误（低MES）来获得大量的RF功率。
- 数字预失真（DPD）。DPD.is used to increase the efficiency of the power amplifier. DPD algorithms predict the nonlinear behavior of the amplifier, correct for it and save power from the amplifier so you can have a remote PHY and node+0. To do FDX, devices will need to be optimized for DPD. Employing DPD algorithms will bring higher efficiency, betterACPR.(linearity) and better MER, as well as lower operational and cable provider costs.
Qorvo.’s FDX-ready product offerings
全双工DOCSIS是一个复杂的空间，但Qorvo与许多客户一起工作，以开发满足FDX严格要求的组件和解决方案。以下是我们的一些特色产品产品，以支持全双工DOCSIS。
Higher composite output power: Qorvo RFPD3580 hybrid GaN amplifier
Qorvo目前是唯一一个全部生产的供应商，带有放大器提供最高的76.8 DBMV复合输出电源，我们的RFPD3580hybrid GaN CATV amplifier.
Optimized for digital predistortion (DPD): QPA3250 hybrid power doubler
DPD用于许多无线设备，但该技术在CATV中不常见。我们正在使用关键的DPD开发人员来优化我们的RF解决方案CATV设备- 如那个QPA3250，用于FDX中的DPD优化的混合动力倍增器放大器。这些设备将实现相同的MER和输出功率，但在较低的电流下。QPA3250将于2018年底发布。
即插即用单一组件倾斜:QPC7336 DOCSIS 3.1 variable equalizer
将倾斜放在信号上的电路称为均衡器。如今，在大多数节点中，插入塑料插件模块应用所需的倾斜。不幸的是，这并不总是理想的，因为倾斜值是固定的（例如，10 dB）。
In contrast, ourQPC7336.在绝缘体（SOI）技术上使用最新的硅，提供所需倾斜的范围。QPC7336能够倾斜范围5-15dB，其可以使用微控制器和DAC（数模转换器）来控制。
在大多数HFC系统中，倾斜通常设置在放大器中的两个阶段。通过在插座中使用我们的两个设备，电缆运营商具有更改倾斜度的灵活性远程，不必将维修卡车发送到物理位置。这是一种创新的方法，我们很自豪能拥有这项技术的少数解决方案之一。
FDX.-ready reverse amplifier: QPB8896 balanced return path amplifier
除了我们对下游传输的解决方案，我们还有QPB8896.，一个支持5-700 MHz FDX上游传输的FDX就绪的反向放大器。该放大器具有非常低的噪声和高增益，将于2018年中期提供。
FDX.: A race to get it right
全双工DOCSIS 3.1面临着发展和部署的许多挑战，但它在行业中是一个激动人心的时刻。电缆制造商正直接与RF提供商一起工作，包括Qorvo，帮助降低整体直流电源，增加整体RF功率，以及设计定制解决方案。
要了解有关Qorvo为DocSIS 3.1和全双工的解决方案的更多信息，请下载我们的CATV产品选择指南or view details for the products mentioned in this blog post:
Qorvo CATV产品选择指南
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