隨著視頻和數據傳輸業務對電纜帶寬需求的提高，下行數據速率正在以30%~40%的速率逐年提高。此外，消費者也希望以相同的數據速率使用家中不斷增加的互聯裝置。從長期目標來看，當前采用的模擬下行調制解調器很難滿足成本要求。服務提供商還注意到，通過升級改造現有接入平臺來滿足不斷增長的帶寬需求的做法非常昂貴。
由此可見，用戶和服務供應商面臨著同一問題：模擬收發器已經無力來滿足越來越高的帶寬需求。取而代之的是新一代數字RF調制器，它可提供高密度、低成本的解決方案，來滿足將來的帶寬需求。數字RF調制器采用直接變頻架構，使得融合接入平臺(CCAP)能夠支持整個頻帶的正交調幅(QAM)傳輸。這些數字RF調制器的容量最高可以達到模擬調制器的32倍，而每個QAM發射信道的功耗僅為模擬技術的大約二十分之一。
本文介紹采用直接變頻架構實現CCAP系統數字QAM調制器的原理和優勢。
利用直接變頻收發器取代模擬收發器的原因
有線電視(CATV)的CCAP平臺( 圖1 ) 集成了兩種下行業務傳輸方式：一種是用于視頻的邊緣QAM設備，另一種是用于高速互聯網接入的電纜調制解調器終端系統(CMTS)。QAM調制數字載波包括廣播電視和窄播業務，例如：視頻點播(VoD)、交換式數字視頻(SDV)及高速互聯網。這些載波介于50MHz~1000MHz帶寬的下行CATV頻譜。多達158個(6MHz帶寬)QAM載波(信道)占據CCAP前端每個射頻端口的整個頻譜。每個線卡可容納最多8個~12個射頻端口，每個13RU CCAP機箱可容納5塊下行線卡。
下行CCAP物理層(PHY)要求高度密集的RF調制器，所以，這些QAM調制器必須具有低功耗、可擴展性和QAM載頻捷變等特性。前期的射頻前端設備將來自多個超外差模擬發送器的QAM載波組合起來，使之位于CATV頻譜(圖2)，這種方案中的每個CCAP射頻端口功率可能需要超過300W。直接變頻發射器在數字域很容易實現QAM載波的上變頻(DUC)和調制，并可利用ASIC或FPGA實現(圖3)。由于QAM載波的整個頻譜通過單個RF鏈路發射，只有通過寬帶RF數/模轉換器(RF DAC)才能實現這種數字架構。
直接變頻發送器在CCAP系統中具有明顯優勢：整個信號處理在數字域實現，受益于CMOS工藝結構。CMOS工藝允許以較小的占位面積和低功耗實現非常高的信道密度，通過以下示例將很容易理解這種方法的優勢。
MAX5880是一款驅動RF DAC的128通道DUC和QAM調制器，從FPGA接收前向糾錯(FEC)編碼的符號，執行QAM調制、脈沖整形，以及每個QAM通道的重新采樣，然后對128路QAM通道進行組合、內插和調制，以驅動RF DAC。RF DAC的采樣率必須高于2Gsps，用于合成整個CATV頻帶信號，它也必須滿足嚴格的DOCSIS RF指標要求。這種設計采用14位4.6Gsps的MAX5882 RF DAC。
MAX5882以超過4Gsps的刷新速率對1GHz帶寬信號進行過采樣。注意，根據奈奎斯特原理，同步1GHz頻帶要求采樣率略高于2GHz。但如果使用2.5GspsDAC，由于頻率混疊，主要的諧波失真分量(例如2次諧波(HD2)和3次諧波(HD3))會折返至1GHz電纜頻譜內(圖4A)。這些失真會破壞DOCSIS發送器的帶內RF性能。使用4Gsps DAC(圖4B)時，HD2和HD3則不會折返到有效的CATV頻帶。
數字RF QAM調制器芯片組的RF輸出如圖5所示，128路6MHz帶寬通道，覆蓋1GHz頻率范圍。射頻性能完全符合DOCSIS RF要求，發送128路QAM信道時，DUC和DAC的總功耗大約為6W。與傳統的模擬RF調制器相比，每個QAM信道的功耗節約大約95%。
總結
新一代數字調制器充分利用了現代化技術優勢，例如：高性能寬帶數/模轉換器和CMOS工藝技術。數字射頻調制器是高度集成的解決方案，也滿足嚴格的DOCSIS RF性能要求?，F在，電信公司能夠以當今的成本效率為有線電視業務服務商提供滿足未來寬帶要求的技術。