基于数字RF调制器的有线网络融合设计方案

　　用户和服务供应商面临着同一问题：模拟收发器已经无力来满足越来越高的带宽需求。取而代之的是新一代数字RF调制器，它可提供高密度、低成本的解决方案，来满足将来的带宽需求。数字RF调制器采用直接变频架构，使得融合接入平台（CCAP）能够支持整个频带的正交调幅（QAM）传输。这些数字RF调制器的容量可以达到模拟调制器的32倍，而每个QAM发射信道的功耗仅为模拟技术的大约二十分之一。

　　本文介绍采用直接变频架构实现CCAP系统数字QAM调制器的原理和优势。

　　利用直接变频收发器取代模拟收发器的原因

　　有线电视（CATV）的CCAP平台（ 图1 ） 集成了两种下行业务传输方式：一种是用于视频的边缘QAM设备，另一种是用于高速互联网接入的电缆调制解调器终端系统（CMTS）。QAM调制数字载波包括广播电视和窄播业务，例如：视频点播（VoD）、交换式数字视频（SDV）及高速互联网。这些载波介于50MHz~1000MHz带宽的下行CATV频谱。多达158个（6MHz带宽）QAM载波（信道）占据CCAP前端每个射频端口的整个频谱。每个线卡可容纳多8个~12个射频端口，每个13RU CCAP机箱可容纳5块下行线卡。

　　下行CCAP物理层（PHY）要求高度密集的RF调制器，所以，这些QAM调制器必须具有低功耗、可扩展性和QAM载频捷变等特性。前期的射频前端设备将来自多个超外差模拟发送器的QAM载波组合起来，使之位于CATV频谱（图2），这种方案中的每个CCAP射频端口功率可能需要超过300W.直接变频发射器在数字域很容易实现QAM载波的上变频（DUC）和调制，并可利用ASIC或FPGA实现（图3）。由于QAM载波的整个频谱通过单个RF链路发射，只有通过宽带RF数/模转换器（RF DAC）才能实现这种数字架构。

　　直接变频发送器在CCAP系统中具有明显优势：整个信号处理在数字域实现，受益于CMOS工艺结构。CMOS工艺允许以较小的占位面积和低功耗实现非常高的信道密度，通过以下示例将很容易理解这种方法的优势。

　　MAX5880是一款驱动RF DAC的128通道DUC和QAM调制器，从FPGA接收前向纠错（FEC）编码的符号，执行QAM调制、脉冲整形，以及每个QAM通道的重新采样，然后对128路QAM通道进行组合、内插和调制，以驱动RF DAC.RF DAC的采样率必须高于2Gsps,用于合成整个CATV频带信号，它也必须满足严格的DOCSIS RF指标要求。这种设计采用14位4.6Gsps的MAX5882 RF DAC.

　　MAX5882以超过4Gsps的刷新速率对1GHz带宽信号进行过采样。注意，根据奈奎斯特原理，同步1GHz频带要求采样率略高于2GHz.但如果使用2.5GspsDAC,由于频率混叠，主要的谐波失真分量（例如2次谐波（HD2）和3次谐波（HD3））会折返至1GHz电缆频谱内（图4A）。这些失真会破坏DOCSIS发送器的带内RF性能。使用4Gsps DAC（图4B）时，HD2和HD3则不会折返到有效的CATV频带。

图4 实用2.5Gsps DAC（4A）和4GsbsDAC（4B）合成电缆频带

　　数字RF QAM调制器芯片组的RF输出如图5所示，128路6MHz带宽通道，覆盖1GHz频率范围。射频性能完全符合DOCSIS RF要求，发送128路QAM信道时，DUC和DAC的总功耗大约为6W.与传统的模拟RF调制器相比，每个QAM信道的功耗节约大约95%.

　　总结

　　新一代数字调制器充分利用了现代化技术优势，例如：高性能宽带数/模转换器和CMOS工艺技术。数字射频调制器是高度集成的解决方案，也满足严格的DOCSIS RF性能要求。现在，电信公司能够以当今的成本效率为有线电视业务服务商提供满足未来宽带要求的技术。