【導讀】未來(lái)的娛樂(lè )系統和居家辦公環(huán)境正在迅速向更多雙向互動(dòng)的模式發(fā)展，這要求提高下行帶寬和上行容量。為了在不斷發(fā)展的有線(xiàn)電視業(yè)務(wù) (CATV) 中保持競爭優(yōu)勢，需要采用創(chuàng )新技術(shù)來(lái)滿(mǎn)足用戶(hù)需求?；诘?(GaN) 技術(shù)的 CATV 放大器在這一發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮著(zhù)重要作用。本博文就如何做到這一點(diǎn)提供了一些見(jiàn)解。以下內容摘自 Qorvo 白皮書(shū)“如何通過(guò)提高效率來(lái)提高 CATV 放大器的下行帶寬和上行容量”。
滿(mǎn)足更高的上行帶寬需求
在美國，混合光纖同軸 (HFC) 網(wǎng)絡(luò )上行流量的典型頻率分配范圍為 5 MHz 至 42 MHz。用戶(hù)活動(dòng)和新的用例推動(dòng)對容量的需求不斷增加。為此，一些多系統運營(yíng)商 (MSO) 在可用帶寬內設置中分或高分，通過(guò)減少下行帶寬并可能縮減內容或服務(wù)，從而滿(mǎn)足這類(lèi)需求。
為了應對這項挑戰，MSO 開(kāi)始探索 DOCSIS 3.1 或 DOCSIS 4.0 規范提供的方案。DOCSIS 3.1 中的上行容量可擴展至高達 204 MHz，而 DOCSIS 4.0 支持在全雙工 (FDX) 和擴展頻譜 DOCSIS (ESD) 中將上行容量提高至高達 684 MHz。圖 1 顯示了全雙工 (FDX) 如何使上行和下行流量共享 684 MHz 頻率范圍。
圖 1.面向上行 (US) 和下行 (DS) 的 DOCSIS 4.0 FDX 頻譜
保持線(xiàn)性度
隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )升級，有線(xiàn)電視帶寬也不斷擴展，這一趨勢促使工程師和系統架構師探索新的技術(shù)，同時(shí)需要新一代的無(wú)源和有源產(chǎn)品。為了滿(mǎn)足不斷增加的帶寬和數據速率需求，
CATV 放大器必須保持更高的線(xiàn)性輸出功率。
氮化鎵 (GaN) 器件可以提供超過(guò)必需的效率和性能，能夠滿(mǎn)足 DOCSIS 對 CATV 放大器的要求。在 HFC 網(wǎng)絡(luò )中，要實(shí)現可靠的數據傳輸和信號完整性，一致的線(xiàn)性度是首要要求。有源功率器件的非線(xiàn)性行為會(huì )降低信號質(zhì)量，從而導致數字信道出現誤碼，而且有時(shí)在嘗試解調信號時(shí)會(huì )徹底失敗。
增益單元或放大器的線(xiàn)性度主要取決于以下因素：
● 半導體技術(shù)
● 電路設計
● 功耗
● 散熱設計
在設計 HFC 放大器時(shí)，保持較高的線(xiàn)性度和效率至關(guān)重要，而在這個(gè)方面，基于 GaN 的組件具有明顯的優(yōu)勢。圖 2 所示為 CATV 放大器的基本組件。在線(xiàn)性輸出方面，HFC 放大器或節點(diǎn)的下行性能在很大程度上依賴(lài)于輸出級增益單元（亦稱(chēng)“功率倍頻器”）。
什么是 DOCSIS？
有線(xiàn)電纜數據服務(wù)接口規范 (DOCSIS) 是一種國際電信標準，它允許將高帶寬數據傳輸整合到現有有線(xiàn)電視 (CATV) 系統中。很多有線(xiàn)電視運營(yíng)商使用這種標準來(lái)通過(guò)現有的混合光纖同軸 (HFC) 基礎設施提供互聯(lián)網(wǎng)接入。版本號有時(shí)只采用“D”為前綴，而不是“DOCSIS”（例如：D3 即為 DOCSIS 3）。
圖 2.CATV 放大器框圖
GaN代表功率放大器設計的一項支持技術(shù)，能夠滿(mǎn)足 DOCSIS 3.1 和 DOCSIS 4.0 標準的要求。圖 3 展示了最初使用 GaAs 場(chǎng)效應晶體管 (FET) 實(shí)現增益單元架構的設計階段。使用基于 GaN 的元件代替 FET3 和 FET4 可顯著(zhù)提高性能，因為這些器件具有高頻運行、高電壓耐用性、高電流密度和功率處理等特性。與 GaAs 的 1 W/mm 相比，GaN 最高支持 10 W/mm。
圖 3.通過(guò)使用基于 GaN 的 FET 改進(jìn)增益單元架構
圖4 通過(guò)比較有線(xiàn)電視增益單元架構所用材料技術(shù)的相對特性，展示了 GaN 技術(shù)的優(yōu)勢，這項技術(shù)既使 MSO 能夠保持現有的放大器間距，同時(shí)又可提高線(xiàn)性輸出。這可很大程度地降低升級成本，并實(shí)現光纖深度解決方案，在減少或消除放大器的同時(shí)，將光纖置于離客戶(hù)更近的地方，以提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。
圖 4.與其他方案相比，基于 GaN 的元件特性
Qorvo 在有線(xiàn)電視增益單元領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)知識
Qorvo公司有兩款產(chǎn)品都是該領(lǐng)域不錯的設計之選：
● QPA3260 功率倍增器混合器件 – 可提供高達 1.2 Ghz 的高線(xiàn)性輸出
● QPA3315 功率倍增器混合器件 – 可在需要高達 1.8 GHz 容量的設計中支持 DOCSIS 4.0 實(shí)現
DOCSIS 3.1 和 DOCSIS4.0 標準對下行帶寬和上行容量提出了更高的要求，而 Qorvo 可幫助 MSO 利用基于 GaN 的有線(xiàn)電視信號放大增益單元來(lái)應對這項挑戰。有線(xiàn)電視設備制造商可依靠經(jīng)過(guò)驗證的解決方案，這些解決方案使用可靠耐用的元件實(shí)現更好的數據傳輸。
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