海南廣電數(shù)字微波傳輸鏈路的發(fā)展和應(yīng)用

施大威，林 峰

（海南廣播電視總臺(tái)，海南 ?？?570206）

0 引 言

1931年，世界上建立第一條模擬微波通信鏈路開(kāi)通。隨著微波技術(shù)的革新，20世紀(jì)80年代出現(xiàn)了準(zhǔn)同步數(shù)字體系（Plesiochronous Digital Hierarchy，PDH）數(shù)字微波，20世紀(jì)90年代出現(xiàn)了同步數(shù)字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）數(shù)字微波。到了2008年，為了滿(mǎn)足更高帶寬和傳輸業(yè)務(wù)多樣化的需求，微波IP化的概念出現(xiàn)了[1]。數(shù)字微波也從TDM微波（PDH微波和SDH微波）發(fā)展到了現(xiàn)在常見(jiàn)的IP微波傳輸。

海南屬于臺(tái)風(fēng)災(zāi)害多發(fā)地區(qū)，惡劣氣象頻發(fā)。例如，打破了我國(guó)2006年第8號(hào)臺(tái)風(fēng)“桑美”記錄的超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“威馬遜”，登陸海南時(shí)中心風(fēng)力達(dá)到了17級(jí)以上，成為建國(guó)以來(lái)登陸我國(guó)的最強(qiáng)臺(tái)風(fēng)。海南廣播電視總臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)海南廣電）的微波系統(tǒng)經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，經(jīng)受住了海南氣象災(zāi)害的考驗(yàn)，為海南廣播電視信號(hào)的安全播出做出了重要貢獻(xiàn)。

1 微波系統(tǒng)演化

海南廣電微波傳輸鏈路始建于1985年，1987年8月正式開(kāi)通，全長(zhǎng)529 km，貫通南北。微波鏈路拓?fù)淙鐖D1所示，以?？谖⒉ㄕ緸槭渍荆睾Ｄ鲜≈形鞑渴锌h分布，直至三亞微波站，全程共計(jì)12個(gè)微波站點(diǎn)，為海南省直發(fā)射臺(tái)、衛(wèi)星地球站以及沿途的市縣廣播電視臺(tái)提供中央和海南省的各個(gè)廣播電視節(jié)目信號(hào)。

圖1 海南廣電微波鏈路拓?fù)鋱D

回看海南省微波傳輸?shù)陌l(fā)展歷史，1987年正式開(kāi)通模擬微波鏈路，2012年全線(xiàn)更新為數(shù)字微波設(shè)備，2015年逐跳擴(kuò)容成2+1保護(hù)配置，2017年開(kāi)始進(jìn)行微波IP化改造，2020年9月全線(xiàn)微波鏈路完成了微波IP化的改造升級(jí)[2]。

以下以海南廣電微波鏈路的首站——?？谖⒉ㄕ緸槔?，介紹其微波系統(tǒng)從TDM微波到IP微波的發(fā)展演化歷史，并分析主要的技術(shù)方案和應(yīng)用。

1.1 TDM微波階段

?？谖⒉ㄕ臼冀ㄓ?987年1月，通過(guò)引進(jìn)意大利的模擬微波設(shè)備，于1987年4月12日正式開(kāi)通模擬微波傳輸，并在1999年9月就開(kāi)通了數(shù)字微波。

在2017年進(jìn)行微波IP化改造前，?？谖⒉ㄕ静捎蒙虾Ｘ悹柊柨ㄌ乩视嵐镜腟DH微波9600LSY系列設(shè)備，2+1系統(tǒng)配置（每個(gè)波道的傳輸速率為155 Mb·s-1的STM-1信號(hào)），工作頻率采用U6 GHz頻段。此時(shí)微波系統(tǒng)是傳統(tǒng)的TDM微波，其信號(hào)傳輸系統(tǒng)組成如圖2所示。

圖2 TDM微波階段信號(hào)傳輸系統(tǒng)框圖

從工作原理上看，9600LSY微波設(shè)備將機(jī)房復(fù)用設(shè)備獲取的155 Mb·s-1基帶信號(hào)連接到基帶子架RRA板上進(jìn)行RRA處理（Radio Regenerated Adaptation，即處理基帶信號(hào)，進(jìn)行無(wú)線(xiàn)信號(hào)的再生適配），之后經(jīng)過(guò)MODEM單元調(diào)制輸出140 MHz的中頻信號(hào)。中頻信號(hào)輸出到發(fā)信機(jī)的發(fā)信本振上變頻為微波信號(hào)，再通過(guò)發(fā)信分路的濾波器，輸出復(fù)合信號(hào)到天饋線(xiàn)進(jìn)行微波發(fā)射。接收的站點(diǎn)則逆向解調(diào)155 Mb·s-1信號(hào)，最后通過(guò)站內(nèi)的解碼器輸出視頻、音頻信號(hào)進(jìn)行使用。

1.2 IP微波階段

2017年，海口微波站把TDM微波升級(jí)為IP分組微波，在兼容原有微波機(jī)架、電源系統(tǒng)、天饋系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)增加上海貝爾阿爾卡特朗訊公司的9500MPR無(wú)線(xiàn)分組微波設(shè)備，實(shí)現(xiàn)微波IP化。9500MPR微波設(shè)備是9600LSY產(chǎn)品的演進(jìn)版本，實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)有的9600LSY TDM平臺(tái)上平滑升級(jí)改造成為IP微波。系統(tǒng)配置從原來(lái)的2+1變?yōu)楝F(xiàn)在的4+0方式，并保留1組9600LSY微波通道作為第五路傳輸通道。因此，設(shè)備共提供了五路信號(hào)波道。改造后的信號(hào)傳輸系統(tǒng)組成如圖3所示。

圖3 IP微波階段信號(hào)傳輸系統(tǒng)框圖

從工作原理上看，9500MPR微波設(shè)備的IDU室內(nèi)單元將SDH業(yè)務(wù)和IP業(yè)務(wù)經(jīng)過(guò)處理后通過(guò)IP數(shù)據(jù)流承載信號(hào)，再送入收發(fā)信機(jī)進(jìn)行傳輸。具體由SDH接入板接收來(lái)自機(jī)房復(fù)用設(shè)備的4路155 Mb·s-1的STM-1信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)SDH over IP封裝。而主控板和以太網(wǎng)處理板則可接收IP業(yè)務(wù)信號(hào)。再把以上數(shù)據(jù)通過(guò)以太網(wǎng)處理板的SFP口輸出IP數(shù)據(jù)流到收發(fā)信機(jī)，生成射頻信號(hào)后通過(guò)濾波器發(fā)往天線(xiàn)。

2 微波IP化的技術(shù)特點(diǎn)

TDM數(shù)字微波采用時(shí)分復(fù)用技術(shù)，在時(shí)域上將信道進(jìn)行多路信號(hào)復(fù)用，使得同一個(gè)信道可以傳輸多路信號(hào)[3]。但每個(gè)信號(hào)也必須時(shí)刻占有分配的固定帶寬，單個(gè)波道的最大帶寬固定為155 Mb·s-1?，F(xiàn)如今，隨著高清電視甚至更高碼率的4K、8K電視信號(hào)的普及推廣，傳統(tǒng)的TDM傳輸模式已不能滿(mǎn)足目前廣播電視行業(yè)高速率、多業(yè)務(wù)傳輸需求。

IP微波支持分組組網(wǎng)技術(shù)，同時(shí)兼容TDM微波傳統(tǒng)業(yè)務(wù)，提供了E1，STM-1，ATM，GE等多種業(yè)務(wù)接口，把各個(gè)不同業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)“幀”統(tǒng)一轉(zhuǎn)成IP數(shù)據(jù)包（其長(zhǎng)度可變），能接入多種類(lèi)型業(yè)務(wù)，提升了微波網(wǎng)絡(luò)的靈活性、可靠性和擴(kuò)展性。

海南廣電微波鏈路使用的IP微波設(shè)備支持頻率分集（采用不同收發(fā)頻率，波道間隔為40 MHz，收發(fā)頻率間隔為340 MHz）、空間分集（采用分集天線(xiàn)接收信號(hào)）和極化分集（采用不同極化方向傳輸信號(hào)，并開(kāi)啟交叉極化干擾抑制技術(shù)XPIC），通過(guò)鏈路聚合（Link Aggregation，LAG）功能增加傳輸容量，應(yīng)用了環(huán)境自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)（Adaptive Modulation），從而實(shí)現(xiàn)更高的用戶(hù)體驗(yàn)質(zhì)量。

2.1 交叉極化干擾抑制技術(shù)XPIC

為了充分利用頻點(diǎn)資源，海南廣電微波部分樞紐站采用了水平極化和垂直極化兩路極化波來(lái)傳輸信號(hào)，實(shí)現(xiàn)傳輸容量加倍。為了消除兩路極化波間的交叉干擾，可以開(kāi)啟XPIC交叉極化干擾抑制技術(shù)，將兩個(gè)極化波進(jìn)行一定的處理（引進(jìn)抵消信號(hào)），從而從被干擾的信號(hào)中恢復(fù)出原始信號(hào)。

2.2 鏈路聚合技術(shù)LAG

目前，9500MPR設(shè)備的IP微波采用4+0的系統(tǒng)配置，即把4個(gè)微波通道進(jìn)行鏈路聚合傳輸，使得鏈路帶寬增加。當(dāng)有任意通道故障時(shí)，其他通道負(fù)擔(dān)信號(hào)總負(fù)載的傳輸，從而實(shí)現(xiàn)鏈路通道的相互備份。系統(tǒng)把4條9500MPR的通道進(jìn)行鏈路聚合后，4個(gè)通道的總傳輸容量最高可達(dá)1.221 4 Gb·s-1，而單個(gè)9600LSY設(shè)備的TDM微波通道繼續(xù)提供155 Mb·s-1的傳輸速率。

2.3 自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)AM

自適應(yīng)調(diào)制即根據(jù)無(wú)線(xiàn)通信環(huán)境質(zhì)量和服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service，QoS）要求，通過(guò)無(wú)感的動(dòng)態(tài)改變調(diào)制方式，用以獲得系統(tǒng)最優(yōu)的吞吐量。頻道寬度為40 MHz時(shí)，不同調(diào)制方式的傳輸容量如表1所示。

表1 不同調(diào)制方式的傳輸容量

當(dāng)某個(gè)微波通道中斷或者因傳輸環(huán)境劣化而下調(diào)了調(diào)制方式時(shí)，會(huì)導(dǎo)致鏈路的總帶寬降低。因此，當(dāng)實(shí)際帶寬不足以傳輸所有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)時(shí)，IP微波系統(tǒng)就會(huì)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的QoS策略（優(yōu)先級(jí)策略）丟棄超出傳輸容量的低級(jí)別業(yè)務(wù)，從而確保優(yōu)先級(jí)別高的重要業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)[4]，如優(yōu)先廣播電視信號(hào)的正常傳輸。當(dāng)9500MPR設(shè)備的微波通道都故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)機(jī)房前端的復(fù)用設(shè)備把所有業(yè)務(wù)自動(dòng)切換到9600LSY設(shè)備的微波通道進(jìn)行傳輸，但此時(shí)需手動(dòng)關(guān)掉低優(yōu)先級(jí)別的IP業(yè)務(wù)，避免傳輸容量不足導(dǎo)致廣播電視信號(hào)傳輸異常。

3 發(fā)展規(guī)劃

現(xiàn)階段，海南廣電微波傳輸鏈路已實(shí)現(xiàn)SDH+IP架構(gòu)的光電混合傳輸網(wǎng)。經(jīng)歷了模擬微波、數(shù)字微波（TDM微波、IP微波）階段之后，海南廣電微波傳輸現(xiàn)在正進(jìn)入5G廣電時(shí)代?？紤]如何更好地服務(wù)于智慧廣電建設(shè)。如何在智慧廣電上做出創(chuàng)新，發(fā)揮廣電職能，需要每個(gè)廣電人展開(kāi)充分的探討。

現(xiàn)有微波鏈路只是沿海南省中西部市縣分布，東部市縣則通過(guò)租用電信運(yùn)營(yíng)商的專(zhuān)用光纖傳輸?shù)綎|線(xiàn)城市，并配合微波鏈路形成閉環(huán)傳輸。下一步，還需爭(zhēng)取支持，建立東線(xiàn)微波傳輸鏈路，建成海南廣電微波全覆蓋傳輸?shù)沫h(huán)形保護(hù)網(wǎng)絡(luò)，從而進(jìn)一步提高海南省廣播電視安全播出能力。同時(shí)，對(duì)于現(xiàn)有微波鏈路進(jìn)一步升級(jí)擴(kuò)容?？煽紤]淘汰SDH微波設(shè)備，通過(guò)增加微波通道的方式，提升鏈路傳輸容量到7+0配置。

另外，根據(jù)中國(guó)6G移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)的研究進(jìn)展規(guī)劃，按照移動(dòng)通信技術(shù)每10年左右更新一代的規(guī)律來(lái)看，6G有望在2030年左右迎來(lái)商用。2022年，第三代合作伙伴計(jì)劃（3rd Generation Partnership Project，3GPP）正式定義了U6G（6 GHz上半段，即6 425～7 125 MHz）授權(quán)頻譜，頻段號(hào)為n104，明確了對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)/終端射頻標(biāo)準(zhǔn)[5]，為后續(xù)產(chǎn)業(yè)鏈研發(fā)6 GHz產(chǎn)品提供標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)。這樣將影響海南廣電目前正在使用的U6 GHz工作頻段，從而可能對(duì)微波傳輸發(fā)展帶來(lái)更大的影響。

4 結(jié) 語(yǔ)

海南廣電的微波傳輸鏈路建成至今，通過(guò)持續(xù)的升級(jí)改造，在不斷優(yōu)化、鞏固傳統(tǒng)數(shù)字微波傳輸優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，把傳統(tǒng)微波傳輸方式升級(jí)到IP微波，從最初的155 Mb·s-1傳輸容量擴(kuò)容到現(xiàn)在的1 Gb·s-1速率，很好地承擔(dān)了廣播電視安全播出的任務(wù)。未來(lái)，海南廣電的微波傳輸還將面臨不同的挑戰(zhàn)，還需繼續(xù)按國(guó)家廣播電視總局《廣播電視安全播出管理規(guī)定》62號(hào)令及微波專(zhuān)業(yè)實(shí)施細(xì)則要求，加強(qiáng)安全播出管理工作，做好設(shè)備系統(tǒng)改造及維護(hù)，做好技術(shù)保障工作。