未來的娛樂系統和居家辦公環境正在迅速向更多雙向互動的模式發展，這要求提高下行帶寬和上行容量。為了在不斷發展的有線電視業務 (CATV) 中保持競爭優勢，需要采用創新技術來滿足用戶需求。基于氮化鎵 (GaN) 技術的 CATV 放大器在這一發展過程中發揮著重要作用。本博文就如何做到這一點提供了一些見解。以下內容摘自 Qorvo 白皮書“如何通過提高效率來提高CATV放大器的下行帶寬和上行容量”。

滿足更高的上行帶寬需求

在美國，混合光纖同軸 (HFC) 網絡上行流量的典型頻率分配范圍為 5 MHz 至 42 MHz。用戶活動和新的用例推動對容量的需求不斷增加。為此，一些多系統運營商 (MSO) 在可用帶寬內設置中分或高分，通過減少下行帶寬并可能縮減內容或服務，從而滿足這類需求。

為了應對這項挑戰，MSO 開始探索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。

深入了解

下載白皮書

圖 1.面向上行 (US) 和下行 (DS) 的 DOCSIS 4.0 FDX 頻譜

保持線性度

隨著網絡升級，有線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，同時需要新一代的無源和有源產品。為了滿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性輸出功率。

氮化鎵 (GaN) 器件可以提供超過必需的效率和性能，能夠滿足 DOCSIS 對 CATV 放大器的要求。在 HFC 網絡中，要實現可靠的數據傳輸和信號完整性，一致的線性度是首要要求。有源功率器件的非線性行為會降低信號質量，從而導致數字信道出現誤碼，而且有時在嘗試解調信號時會徹底失敗。

增益單元或放大器的線性度主要取決于以下因素：

半導體技術

電路設計

功耗

散熱設計

在設計 HFC 放大器時，保持較高的線性度和效率至關重要，而在這個方面，基于 GaN 的組件具有明顯的優勢。圖 2 所示為 CATV 放大器的基本組件。在線性輸出方面，HFC 放大器或節點的下行性能在很大程度上依賴于輸出級增益單元（亦稱“功率倍頻器”）。

什么是 DOCSIS？

有線電纜數據服務接口規范 (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電視 (CATV) 系統中。很多有線電視運營商使用這種標準來通過現有的混合光纖同軸 (HFC) 基礎設施提供互聯網接入。版本號有時只采用“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，能夠滿足 DOCSIS 3.1 和 DOCSIS 4.0 標準的要求。圖 3 展示了最初使用 GaAs 場效應晶體管 (FET) 實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.通過使用基于 GaN 的 FET 改進增益單元架構

圖4 通過比較有線電視增益單元架構所用材料技術的相對特性，展示了 GaN 技術的優勢，這項技術既使 MSO 能夠保持現有的放大器間距，同時又可提高線性輸出。這可很大程度地降低升級成本，并實現光纖深度解決方案，在減少或消除放大器的同時，將光纖置于離客戶更近的地方，以提供更優質的服務。

圖 4.與其他方案相比，基于 GaN 的元件特性

Qorvo 在有線電視增益單元領域的專業知識

審核編輯黃昊宇