[分享] 专家笔记：如何通过灵活上行架构满足更高分频要求？

自2021年3月以来，宽带混合光纤同轴电缆(HFC)网络的需求空前高涨。全球互联网流量在此期间增长了25%至45%。世界各地的多系统运营商(MSO)都在着手评估最新的DOCSIS规范，以升级其当前网络，满足日益增长的需求。

目前，大多数HFC网络中最薄弱的环节是上行传输能力。DOCSIS 3.1和DOCSIS 4.0将有助于MSO提高上行容量和速度。DOCSIS 3.1和DOCSIS 4.0的优势之一是能够提供更高的上行频率分频，从而在HFC网络中实现更大带宽和更高容量。

本文重点介绍放大器和节点中支持此类较高频率分频的上行架构，以及Qorvo产品如何帮助网络设备制造商提供灵活的网络架构，以满足MSO的各种需求。

当前上行容量和扩容

随着流媒体内容、视频会议等应用的需求日益增加，超越传统的5-42MHz和5-85MHz上行分频容量已势在必行。DOCSIS 3.1目前支持204MHz的“高分频”，还可使用高达96Mhz带宽的正交频分多址接入(OFDMA)技术。下行链路中可采用OFDM实现电缆设备的单用户广播信道；而上行链路中OFDMA采用“多址”形式，允许多个客户通过时分多址形式(TDMA)共享一个信道。
OFDM使用多个正交间隔的QAM（正交幅度调制）子载波形成一个信道，这些子载波带宽较窄，对于OFDM阶数高达4096QAM，对于OFDMA阶数高达1024QAM（可选择更高阶的QAM）。在类似带宽上，OFDM的有效载荷容量比256QAM更高。通过升高或降低每个子载波的调制阶数，能够动态适应当前信道条件，尽可能以最佳容量保持信号完整性。
扩展频谱DOCSIS（ESD, DOCSIS 4.0）和全双工技术为实现下行和上行承载容量扩展目标提供了新标准。两种标准均支持将上行放大器的最大可用带宽扩展至684MHz。

图1：DOCSIS 4.0 ESD频谱以及上行(US)和下行(DS)之间的分频。

图2：面向上行(US)和下行(DS)的DOCSIS 4.0 FDX频谱。

上行计划的带宽增加时，上行放大器MMIC的性能会相应提高。我们需要考虑复合信号电平的总体要求、损耗和倾斜水平，随着带宽和倾斜度的增加，这些因素将成为更大的问题。
由于全双工架构利用相同带宽内上行和下行的同时运行，因此更容易依赖高达684MHz的带宽，而扩展频谱DOCSIS作为频分双工方案(FDD)则必须平衡上行和下行之间的带宽要求。从图1中可以直观地看出，增加上行带宽会减少下行路径的可用带宽，而在图3中可以看出，相对于新的1.8GHz ESD分频，使用现有SC-QAM数据速率对实际吞吐量有更直接的影响。

图3：上行带宽增加对SC-QAM数据吞吐量的影响。

如果在上行和下行频段计划的允许范围内尽可能增多OFDM和OFDMA信道（图4），我们会发现，增加OFDM确实可以提升数据容量，但仍然需要同时权衡考虑带宽，因此运营商还是会放弃最大上行带宽，倾向于通过204MHz和396MHz等分频来推行1Gbit和2Gbit上行服务和实现10Gbit下行速率。

图4：通过使用OFDM提高数据吞吐量和上行带宽。

Qorvo上行解决方案

传统D3.0上行应用会在目标带宽为42MHz或85MHz时使用窄带MMIC或晶体管。为适应不断发展的DOCSIS 4.0市场，MMIC提供的全带宽需高达684 MHz才能满足FDX的要求并支持扩展频谱应用。
Qorvo的解决方案是一种模块化方案，由小尺寸、低功耗放大器以及衰减器、均衡器和开关构成，便于客户将器件放置在终端应用中的所需位置。Qorvo向富有挑战性的新市场推出一系列放大器产品，如图5所示。

图5：Qorvo的模块化解决方案。

Qorvo部分产品噪声系数极低，可构建覆盖整个带宽的出色驱动器IC。这些采用SOIC8封装的IC均引脚兼容，增益范围为12dB至25dB，能够支持高达684MHz的所有可用分频。由于具有相同的引脚排列，可轻松实现所需的增益、输出功率、线性度和NPR特性组合，从而满足从5MHz到684MHz 的所有上行应用要求。

除放大器MMIC外，Qorvo还为上行器件设计人员提供控制产品，想要了解更多相关内容，可以点此进入原文查看