5G是移動設備和蜂窩基礎設施的年度熱詞，而有線電視基礎設施也正盡己所能來提升系統容量，支持向5G 過渡。

目前正在開發的一項突破性的 CATV 技術是全雙工 DOCSIS 3.1，全雙工DOCSIS 3.1（簡稱 FDX）是 CATV 運營商力圖增加其 HFC 網絡容量，以支持下一代數據需求的一種方法。它將大幅提高現有混合光纖同軸 (HFC) 有線電視網絡的上行容量。什么是全雙工 DOCSIS？它與目前部署的 DOCSIS3.1 技術有何不同？這個新標準有哪些挑戰？下面我們就來探討一下。

DOCSIS 3.1 的當前現狀

DOCSIS（即有線電纜數據服務接口規范）于 20 世紀 90 年代后期推出，當時有線電視行業正由模擬傳輸系統轉向數字傳輸系統。DOCSIS 1.0 允許數字信號通過現有的模擬同軸電纜系統傳輸，而 DOCSIS 規范的后續版本為系統帶來了更高的數據速率和性能，如下表所示。

美國多家MSO（包括Comcast、Mediacom和Midco）已在多個城市部署了DOCSIS 3.1，并且 2018 年可能還會有更多的 MSO 實施部署。

向全雙工 DOCSIS 3.1 遷移

即使采用最新的 DOCSIS 3.1，有線行業 HFC 網絡的上行容量可能還是不能滿足長遠需求。實現 10 Gbps 對稱型流傳輸（即下行和上行雙向 10 Gbps）目標，出于以下幾個原因：

①諸如光纖之類的競爭技術已能實現 10 Gbps 對稱傳輸。CATV 運營商需要達到 10 Gbps 的上行速度，才能保持對于 Google 光纖、光纖到戶 (FTTH)和無源光纖網絡 (PON) 的競爭力，后幾者已能實現 10 Gbps 的上行傳輸速率。

②新興應用要求更快的上行和下行速率。當前的上行容量也許足以滿足現有應用，例如流媒體視頻或 Facebook 直播。但有線電視網絡仍需要大幅提高其上行容量，以支持新的用戶體驗和未來應用，如虛擬現實、自動駕駛汽車、傳感器網絡、互聯智能家居等其他應用。這些新應用將帶來上行和下行傳輸數據量的指數級增長。

③有線和光纖網絡需要支持 5G 應用不斷增長的帶寬和數據需求。隨著蜂窩網絡在未來幾年內升級至 5G，有線和光纖網絡也需要提高其容量，協助整個基礎設施支持 5G。

最具挑戰性的難題是拆除現有同軸電纜或升級主控端的代價高昂。而有線 MSO 希望延長其現有銅線同軸網絡的使用壽命，并正在尋求替代方法來提高有線電視網絡的帶寬。全雙工 (FDX) DOCSIS 就是他們的解決方案。

全雙工 DOCSIS是 DOCSIS 3.1 規范的衍生版，它大幅提高了上行容量，并使有線 MSO 的上行和下行速率均可達到 10 Gbps。

思科公司和英特爾公司于 2017 年春季和秋季在 ANGA COM 和 SCTE 上進行了 概念驗證演示，證明了 FDX 的可行性，CableLabs 也于 2017 年 10 月發布了全雙工 DOCSIS 3.1 規范正式版。自此，供應商開始大張旗鼓地開發支持 FDX 的節點和調制解調器，首個 Comcast 的 FDX 節點預期將于今年夏季投入初始試驗。2018 年底或 2019 年初應該可以看到一些 MSO 的現場測試，并且 2019 年將會實施首個北美地區 FDX 商用部署。

術語表

今日 FDD，明日 FDX

有線電視系統支持 50 MHz 至 1.2 GHz 固定頻段中的每個傳輸頻率。自 20 世紀 70 年代以來，CATV 網絡就一直采用頻分雙工 (FDD)技術， 其上行和下行數據傳輸之間的頻段是分開的。FDD 傳輸的上行和下行信號不會相互干擾，因為其頻率不會重疊，如下圖所示。

為了實現 10 Gbps 完全對稱流傳輸，有線電視系統必須從 FDD 轉變為全雙工。采用 FDX DOCSIS 技術時，MSO 可以使用全頻段同時進行上行和下行雙向傳輸，可在某些頻率上重疊傳輸。

應對 DOCSIS FDX 的 RF 挑戰

實現全雙工對稱流傳輸需要面臨許多挑戰。我們來探討一些最大的挑戰。

1深度光纖 (Fiber Deep)網絡第一步，有線運營商將更多功能從主控端遷至現場。主控端龐大且昂貴，需要巨額資本支出和維護費用。為了實現 FDX 并降低成本，MSO 將光纖電纜推入網絡的更深層，遷移至具有數字遠程 PHY 節點的 N+0 網絡。在深度光纖網絡中，節點中只有一個放大器；無需連接額外的放大器。為了實現 FDX，還需要在遠程 PHY 節點進行許多技術創新和升級，例如回聲消除、耦合器和節點的其他復雜部分。2更高復合輸出功率。采用 FDX 可提高復合功率，以支持傾斜、回聲消除和其他需求。對于目前的 DOCSIS 3.1 遠程 PHY 深度光纖應用，放大器的輸出要求為 76.8 dBmV。其挑戰在于這超出了目前市場上大多數放大器的能力。3

回聲消除。試想您正在提高嗓門大聲喊叫，而街對面有個人正對您輕聲低語。同時，您身處都市峽谷中，喊叫的回聲甚至比低語聲更響。這實質上就是 FDX DOCSIS 3.1 面臨的挑戰。有線遠程 PHY 節點必須消除所有回聲，忽略“喊叫聲”（下行傳輸信號），并從上行傳輸中獲取微弱的接收信號。

回聲消除是 FDX 的最大挑戰之一。這將需要一些非常復雜的數字信號處理 (DSP)，而這在目前節點中尚不具備，它也會增加對節點處理能力的要求。總體上，處理回聲消除會增加功率消耗.開發符合直流功率目標的元件并獲取合適的回聲消除技術是一場競技。

4調制誤差比 (MER)。FDX 最大的 RF 挑戰是 MER，它測量符號點在星座圖中的分布狀況，以及由此產生的調制誤差。MER 包括來自所有離散雜散噪聲、載波泄漏、時鐘線路、合成器產品、線性和非線性失真、其他不需要的發射器和接收器產品、入口以及相似通道內缺陷的各種影響。從本質上講，FDX 的挑戰是試圖以極低的直流功率獲得很高的 RF 功率，并且誤差很小（低 MER）。5數字預失真 (DPD)。DPD用于提高功率放大器的效率。DPD 算法可預測放大器的非線性行為，對其進行修正并降低放大器功耗，從而可實現遠程 PHY 和節點+0。為了采用 FDX，器件需要針對 DPD 進行優化。采用 DPD 算法將帶來更高的效率、更優的 ACPR（線性度）和更低的 MER，并能降低運營及有線提供商成本。Qorvo 提供的支持 FDX 的產品

全雙工 DOCSIS 是一個復雜的領域，Qovro 正與眾多客戶攜手合作，開發符合 FDX 嚴苛要求的元件和解決方案。以下是我們提供的一些支持全雙工 DOCSIS 的特色產品：

更高復合輸出功率：Qorvo RFPD3580 混合式 GaN 放大器

Qorvo 憑借RFPD3580混合式 GaN CATV 放大器，成為目前業界唯一全面量產提供復合輸出功率高達 76.8 dBmV 放大器的供應商。

針對數字預失真 (DPD) 進行了優化：QPA3250 混合式功率倍增器

DPD 已在眾多無線器件中得到廣泛應用，但該技術在 CATV 中還不常見。我們正與 DPD 主要開發商合作，以優化我們的 CATV 器件應用 RF 解決方案，如QPA3250是一款針對 FDX 的 DPD 進行優化的混合式功率倍增器。這些器件可實現同樣的 MER 和輸出功率，而電流卻更低。QPA3250 將于 2018 年底發布。

適合信號傾斜調整的即插即用型單個元件：QPC7336 DOCSIS 3.1可變均衡器

對信號進行傾斜調整的電路稱為均衡器。目前，在大多數節點中，通過插入塑料插件式模塊進行所需的信號傾斜調整。不幸的是，這種方法并不總能達到理想效果，因為其傾斜值是固定值（如 10 dB）。

相比之下，我們的QPC7336采用最新的絕緣硅片 (SOI) 技術，可提供所需的傾斜范圍。QPC7336 能夠提供 5-15 dB 的傾斜范圍，可通過微控制器和 DAC（數模轉換器）進行控制。

在大多數 HFC 系統中，放大器的傾斜通常設為兩級。通過在一個插槽中采用我們的兩個器件，有線運營商可以靈活地遠程改變傾斜度，無需向實際地點派遣維修車。這是一種創新方式，我們非常自豪能擁有這項技術的少數解決方案之一。

支持 FDX 的反向放大器：QPB8896 平衡式反向路徑放大器

除了下行傳輸解決方案之外，我們還提供QPB8896，一款支持 FDX 的反向放大器，支持 5-700 MHz FDX 上行傳輸。這款放大器具有非常低的噪聲和高增益，將于 2018 年中上市。

FDX：確保正確抉擇的競技

雖然全雙工 DOCSIS 3.1 在開發和部署中面臨著眾多挑戰，但這是業界激動人心的時刻。有線制造商正與包括 Qorvo 在內的 RF 提供商密切合作，以幫助降低總體直流功率，提高總體射頻功率并設計定制型解決方案。