提高带宽，打造适应未来发展的CATV解决方案

在美国，混合光纤同轴 (HFC) 网络上行流量的典型频率分配范围为 5 MHz 至 42 MHz。用户活动和新的用例推动对容量的需求不断增加。为此，一些多系统运营商 (MSO) 在可用带宽内设置中分或高分，通过减少下行带宽并可能缩减内容或服务，从而满足这类需求。

图 1.面向上行 (US) 和下行 (DS) 的 DOCSIS 4.0 FDX 频谱。

为了应对这项挑战，MSO 开始探索 DOCSIS 3.1 或 DOCSIS 4.0 规范提供的方案。DOCSIS 3.1 中的上行容量可扩展至高达 204 MHz，而 DOCSIS 4.0 支持在全双工 (FDX) 和扩展频谱 DOCSIS (ESD) 中将上行容量提高至高达 684 MHz。图 1 显示了全双工 (FDX) 如何使上行和下行流量共享 684 MHz 频率范围。

随着网络升级，有线电视带宽也不断扩展，这一趋势促使工程师和系统架构师探索新的技术，同时需要新一代的无源和有源产品。为了满足不断增加的带宽和数据速率需求，CATV 放大器必须保持更高的线性输出功率。

氮化镓 (GaN) 器件可以提供超过必需的效率和性能，能够满足 DOCSIS 对 CATV 放大器的要求。在 HFC 网络中，要实现可靠的数据传输和信号完整性，一致的线性度是首要要求。有源功率器件的非线性行为会降低信号质量，从而导致数字信道出现误码，而且有时在尝试解调信号时会彻底失败。

增益单元或放大器的线性度主要取决于以下因素：

在设计 HFC 放大器时，保持较高的线性度和效率至关重要，而在这个方面，基于 GaN 的组件具有明显的优势。图 2 所示为 CATV 放大器的基本组件。在线性输出方面，HFC 放大器或节点的下行性能在很大程度上依赖于输出级增益单元（亦称“功率倍频器”）。

图 2.CATV 放大器框图。

GaN 代表功率放大器设计的一项支持技术，能够满足 DOCSIS 3.1 和 DOCSIS 4.0 标准的要求。图 3 展示了最初使用 GaAs 场效应晶体管 (FET) 实现增益单元架构的设计阶段。使用基于 GaN 的元件代替 FET3 和 FET4 可显著提高性能，因为这些器件具有高频运行、高电压耐用性、高电流密度和功率处理等特性。与 GaAs 的 1 W/mm 相比，GaN 最高支持 10 W/mm。

图 3.通过使用基于 GaN 的 FET 改进增益单元架构。

图 4 通过比较有线电视增益单元架构所用材料技术的相对特性，展示了 GaN 技术的优势，这项技术既使 MSO 能够保持现有的放大器间距，同时又可提高线性输出。这可很大程度地降低升级成本，并实现光纤深度解决方案，在减少或消除放大器的同时，将光纤置于离客户更近的地方，以提供更优质的服务。

图 4.与其他方案相比，基于 GaN 的元件特性。

Qorvo 公司有两款产品都是该领域不错的设计之选：

DOCSIS 3.1 和 DOCSIS4.0 标准对下行带宽和上行容量提出了更高的要求，而 Qorvo 可帮助 MSO 利用基于 GaN 的有线电视信号放大增益单元来应对这项挑战。有线电视设备制造商可依靠经过验证的解决方案，这些解决方案使用可靠耐用的元件实现更好的数据传输。

Rainer Hillermeier

Qorvo 德国分部设计和运营总经理

Rainer 负责管理 Qorvo 位于德国纽伦堡的设计和制造基地。凭借在大功率有线电视增益单元方面 20 多年的设计经验，Rainer 领导开发和推出了第一个 1 GHz、1.2 GHz 和当前的 1.8 GHz 增益单元。他还率先在混合光纤同轴基础设施产品中采用了 GaN 半导体技术。