IP微波通信在廣播電視傳輸中的應用

岳 蕾

（甘肅省廣電局微波傳輸中心，甘肅 蘭州 730030）

0 引 言

微波是頻率在300 MHz～300 GHz的電磁波。微波頻率通常高于無線電波，其穿透、反射、吸收特點明顯。微波傳輸憑借傳輸距離短、機動性能優、工作頻寬大等優點，被廣泛應用于移動通信領域[1]?！稄V播電視和網絡視聽“十四五”科技發展規劃》明確提出有線電視網絡IP化、智慧廣電媒體平臺IP化、IP流直播、全IP化制播標準等發展方向，加快推進制播體系技術升級，如新型IP化制播網絡架構、IP化制播信號處理及安全管控技術、IP化制播互操作性測試等。

1 微波傳輸發展歷程

微波傳輸經歷了模擬微波傳輸、SDH數字微波傳輸、IP微波傳輸等不同的發展階段，如圖1所示。在模擬微波傳輸階段，視頻信號與音頻信號調制在微波信道，通過天線發射至接收站點，再利用微波收信機接收并調制視頻信號與音頻信號。早期各地廣播電視臺節目數量少，模擬微波可滿足廣播電視臺傳輸需求。隨著廣播電視行業的發展，模擬微波已難以適應現代廣播電視行業的發展現狀。模擬微波存在抗干擾能力差、大規模集成應用難度大成本高、保密性差等劣勢，廣播電視數字化的發展也使數字微波逐漸替代模擬微波[2]。

圖1 微波傳輸發展歷程

準同步數字體系（Plesiochronous Digital Hierarchy，PDH）發展形成同步數字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH），這是廣播電視行業傳輸系統的新發展[3]。SDH數字微波傳輸在接口方式、復用方式、運維管理、系統兼容等方面具有明顯優勢，適應廣播電視節目數量增加、網狀傳輸發展現狀。SDH數字微波傳輸抗干擾能力強、保密效果好，能夠有效提升廣播電視視音頻節目質量。SDH數字微波傳輸系統將廣播、電視分別編碼，通過復用適配與微波節點設備完成微波傳輸，再通過微波節點設備與解復用適配完成視頻解碼與音頻解碼，最終傳輸至相應的接收設備。SDH數字微波傳輸可完成多套標清、高清電視與多套廣播的傳輸任務，同時具備較強的擴容能力[4]。

隨著我國多網融合戰略的深入推進，廣播電視行業也在不斷推動IP化進程，IP微波傳輸在廣播電視領域的應用也在持續拓展。IP微波傳輸能夠實現節目源到各發射臺站的節目分配。隨著5G商用的逐步推進，我國5G基站總數也已超過222萬個，網絡寬帶需求大幅度提升。我國地緣遼闊，在一些光纜無法鋪設或鋪設成本較高地區，IP微波傳輸具備更大寬帶、更靈活接入等優勢。

2 IP微波通信

2.1 IP微波通信概述

IP即互聯網協議（Internet Protocol），IP微波技術即互聯網絡協議微波技術（Internet Protocol Microwave Technology，IPMT），是在SDH數字微波技術基礎上的新發展。IP微波主要包括室內模塊、室外模塊、接收天線以及中頻纜線等[5]。IP微波傳輸系統由供配電系統、接入平臺、微波單元、舊業務平臺以及新業務平臺等組成，如圖2所示。IP微波采用分組通信方式，在分組交換技術支持下，包長可變。分組交換技術可實現動態統計復用，滿足多種業務同線路共享寬帶與統計復用，極大提升寬帶利用率，目前已廣泛應用于廣播電視領域。

圖2 IP微波傳輸系統圖

2.2 IP微波通信的優勢與不足

IP微波通信與SDH微波系統相比優勢明顯。第一，IP微波通信的頻譜資源利用效率更高，配置更加靈活。在256QAM調制技術與28 MHz寬帶支持下，IP微波通信的接口速率與實際業務速率都有明顯提升，理論速率可達224 Mb·s-1，除去管道損耗，用戶實際業務速率也可達200 Mb·s-1。第二，IP微波通信支持自適應多速率調制（Adaptive Multi Rate，AMR），調制等級為QPSK、16～2048QAM，如圖3所示。在大雨天氣時雨衰明顯，空口傳輸質量較差，通過自適應調試技術進行調制降級，能夠保證重要節目安全。在傳輸質量較好時，可以通過自適應調試技術進行調制升級，以獲得較大傳輸寬帶，滿足更多業務接入需求。

圖3 自適應多速率語音編碼

IP微波通信也存在一些不足。IP微波通信采用分組交換技術，以存儲轉發、帶寬共享模式運作，在業務較多場景下，頻繁的統計復用易造成網絡擁塞與延時。在信道狀況差時會出現誤碼率、數據出錯、錯誤重發等問題，嚴重時影響業務正常使用[6]。

2.3 IP微波通信的關鍵技術

IP微波通信主要有以下關鍵技術。

（1）自適應調試技術。IP微波通信具備大帶寬、高兼容性、可靠性等特點，能夠適應QPSK、16QAM、32QAM、64QAM、128QAM、256QAM 等多種模式自適應調制，不同調制方式對應的指標如表1所示。

表1 不同調制方式對應的指標

（2）PWE3邊緣偽線仿真。在分組交換網絡中，模仿TDM、ATM、ETH等業務行為特征，有效解決舊業務平臺不支持IP協議、難以傳輸數據的問題。

（3）LAG鏈路聚合組。SDH微波系統傳輸帶寬與SDH幀大小相互限制，導致空閑帶寬分配不合理。IP微波通信充分利用LAG功能，實現多物理端口匯聚成一個邏輯端口，不同碼流信號進入微波設備后在相應的微波信道傳輸，通過接收端接收信號后再復原成原來的碼流信號，原理如圖4所示。

圖4 鏈路聚合組示意圖

3 IP微波通信在廣播電視傳輸中的應用

3.1 甘肅省廣播電視局IP化改造思路

為適應廣播電視制播傳輸IP化發展趨勢，甘肅省廣播電視局于2016年提出IP化改造試驗計劃，并于2020年完成改造建設，IP化改造取得顯著成效。改造內容主要包括IP化組網、大帶寬、對標5G、可利舊、能災備以及全覆蓋等。建設目標包括：使用原有微波天饋系統，簡化系統割接流程，提升干線微波雙向傳輸總容量，4+0配置IP化改造，每個IP微波信道優先提供1個STM-1通道，升級現有SDH傳輸平臺，支持IP和ASI、E1等信號端口接入。頻率規劃方面，優先考慮使用原有通道頻率，采用頻率復用方式，每跳微波具有5個以上的微波信道。

3.2 傳輸指標

長距鏈路使用全室內型長距微波MPT-HL，支持最高調制方式1024QAM，室內配備四個通道，干線傳輸速率可達 1 Gb·s-1，總傳輸容量可達 1.221 4Gb·s-1。短距鏈路使用室內室外型MPT-HQAM，支持最高調制方式2048QAM，配置兩個通道，總凈傳輸速率為0.688 6 Gb·s-1。自適應調制使用9500MPR系列設備，具備100 MHz·s-1速度無差錯傳輸，滿足復雜環境下的傳輸速率。

3.3 設備結構

設備結構方面，沿用原9600LSY系列設備機架進行SDH微波機架設備布局，長距離微波室內型機架MPT-HL進行長距IP微波架設，支線站點設備結構采用高性能雙極化集成天線。甘肅省廣播電視局完成SDH數字微波向IP微博通信的平滑轉換，IP微波鏈路干線傳輸率達1 Gb·s-1，SDH+IP架構光電混合傳輸網體系建成。在未來，甘肅省廣播電視局會逐步淘汰SDH微波，不斷進行系統擴容，保障超高清融媒體信號傳輸。

4 結 語

本文介紹了IP微波通信的概念、發展歷程以及關鍵技術。IP微波通信憑借其大容量帶寬、良好的接口兼容性等優勢，正逐步取代PDH、SDH數字微波，在廣播電視領域的應用也在不斷深入，有助于推動全IP架構智慧廣電制播系統建設。