海南廣電數(shù)字微波傳輸鏈路的發(fā)展和應用

施大威，林 峰

（海南廣播電視總臺，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通。隨著微波技術的革新，20世紀80年代出現(xiàn)了準同步數(shù)字體系（Plesiochronous Digital Hierarchy，PDH）數(shù)字微波，20世紀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，為了滿足更高帶寬和傳輸業(yè)務多樣化的需求，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)在常見的IP微波傳輸。

海南屬于臺風災害多發(fā)地區(qū)，惡劣氣象頻發(fā)。例如，打破了我國2006年第8號臺風“桑美”記錄的超強臺風“威馬遜”，登陸海南時中心風力達到了17級以上，成為建國以來登陸我國的最強臺風。海南廣播電視總臺（以下簡稱海南廣電）的微波系統(tǒng)經過多年發(fā)展，經受住了海南氣象災害的考驗，為海南廣播電視信號的安全播出做出了重要貢獻。

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月正式開通，全長529 km，貫通南北。微波鏈路拓撲如圖1所示，以?？谖⒉ㄕ緸槭渍?，沿海南省中西部市縣分布，直至三亞微波站，全程共計12個微波站點，為海南省直發(fā)射臺、衛(wèi)星地球站以及沿途的市縣廣播電視臺提供中央和海南省的各個廣播電視節(jié)目信號。

圖1 海南廣電微波鏈路拓撲圖

回看海南省微波傳輸?shù)陌l(fā)展歷史，1987年正式開通模擬微波鏈路，2012年全線更新為數(shù)字微波設備，2015年逐跳擴容成2+1保護配置，2017年開始進行微波IP化改造，2020年9月全線微波鏈路完成了微波IP化的改造升級[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，并分析主要的技術方案和應用。

1.1 TDM微波階段

海口微波站始建于1987年1月，通過引進意大利的模擬微波設備，于1987年4月12日正式開通模擬微波傳輸，并在1999年9月就開通了數(shù)字微波。

在2017年進行微波IP化改造前，海口微波站采用上海貝爾阿爾卡特朗訊公司的SDH微波9600LSY系列設備，2+1系統(tǒng)配置（每個波道的傳輸速率為155 Mb·s-1的STM-1信號），工作頻率采用U6 GHz頻段。此時微波系統(tǒng)是傳統(tǒng)的TDM微波，其信號傳輸系統(tǒng)組成如圖2所示。

圖2 TDM微波階段信號傳輸系統(tǒng)框圖

從工作原理上看，9600LSY微波設備將機房復用設備獲取的155 Mb·s-1基帶信號連接到基帶子架RRA板上進行RRA處理（Radio Regenerated Adaptation，即處理基帶信號，進行無線信號的再生適配），之后經過MODEM單元調制輸出140 MHz的中頻信號。中頻信號輸出到發(fā)信機的發(fā)信本振上變頻為微波信號，再通過發(fā)信分路的濾波器，輸出復合信號到天饋線進行微波發(fā)射。接收的站點則逆向解調155 Mb·s-1信號，最后通過站內的解碼器輸出視頻、音頻信號進行使用。

1.2 IP微波階段

2017年，?？谖⒉ㄕ景裈DM微波升級為IP分組微波，在兼容原有微波機架、電源系統(tǒng)、天饋系統(tǒng)的基礎上，通過增加上海貝爾阿爾卡特朗訊公司的9500MPR無線分組微波設備，實現(xiàn)微波IP化。9500MPR微波設備是9600LSY產品的演進版本，實現(xiàn)在現(xiàn)有的9600LSY TDM平臺上平滑升級改造成為IP微波。系統(tǒng)配置從原來的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，設備共提供了五路信號波道。改造后的信號傳輸系統(tǒng)組成如圖3所示。

圖3 IP微波階段信號傳輸系統(tǒng)框圖

從工作原理上看，9500MPR微波設備的IDU室內單元將SDH業(yè)務和IP業(yè)務經過處理后通過IP數(shù)據(jù)流承載信號，再送入收發(fā)信機進行傳輸。具體由SDH接入板接收來自機房復用設備的4路155 Mb·s-1的STM-1信號，并實現(xiàn)SDH over IP封裝。而主控板和以太網處理板則可接收IP業(yè)務信號。再把以上數(shù)據(jù)通過以太網處理板的SFP口輸出IP數(shù)據(jù)流到收發(fā)信機，生成射頻信號后通過濾波器發(fā)往天線。

2 微波IP化的技術特點

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

IP微波支持分組組網技術，同時兼容TDM微波傳統(tǒng)業(yè)務，提供了E1，STM-1，ATM，GE等多種業(yè)務接口，把各個不同業(yè)務數(shù)據(jù)“幀”統(tǒng)一轉成IP數(shù)據(jù)包（其長度可變），能接入多種類型業(yè)務，提升了微波網絡的靈活性、可靠性和擴展性。

海南廣電微波鏈路使用的IP微波設備支持頻率分集（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（采用分集天線接收信號）和極化分集（采用不同極化方向傳輸信號，并開啟交叉極化干擾抑制技術XPIC），通過鏈路聚合（Link Aggregation，LAG）功能增加傳輸容量，應用了環(huán)境自適應調制技術（Adaptive Modulation），從而實現(xiàn)更高的用戶體驗質量。

2.1 交叉極化干擾抑制技術XPIC

為了充分利用頻點資源，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傳輸信號，實現(xiàn)傳輸容量加倍。為了消除兩路極化波間的交叉干擾，可以開啟XPIC交叉極化干擾抑制技術，將兩個極化波進行一定的處理（引進抵消信號），從而從被干擾的信號中恢復出原始信號。

2.2 鏈路聚合技術LAG

目前，9500MPR設備的IP微波采用4+0的系統(tǒng)配置，即把4個微波通道進行鏈路聚合傳輸，使得鏈路帶寬增加。當有任意通道故障時，其他通道負擔信號總負載的傳輸，從而實現(xiàn)鏈路通道的相互備份。系統(tǒng)把4條9500MPR的通道進行鏈路聚合后，4個通道的總傳輸容量最高可達1.221 4 Gb·s-1，而單個9600LSY設備的TDM微波通道繼續(xù)提供155 Mb·s-1的傳輸速率。

2.3 自適應調制技術AM

自適應調制即根據(jù)無線通信環(huán)境質量和服務質量（Quality of Service，QoS）要求，通過無感的動態(tài)改變調制方式，用以獲得系統(tǒng)最優(yōu)的吞吐量。頻道寬度為40 MHz時，不同調制方式的傳輸容量如表1所示。

表1 不同調制方式的傳輸容量

當某個微波通道中斷或者因傳輸環(huán)境劣化而下調了調制方式時，會導致鏈路的總帶寬降低。因此，當實際帶寬不足以傳輸所有業(yè)務數(shù)據(jù)時，IP微波系統(tǒng)就會根據(jù)預先設定的QoS策略（優(yōu)先級策略）丟棄超出傳輸容量的低級別業(yè)務，從而確保優(yōu)先級別高的重要業(yè)務數(shù)據(jù)[4]，如優(yōu)先廣播電視信號的正常傳輸。當9500MPR設備的微波通道都故障時，系統(tǒng)會通過機房前端的復用設備把所有業(yè)務自動切換到9600LSY設備的微波通道進行傳輸，但此時需手動關掉低優(yōu)先級別的IP業(yè)務，避免傳輸容量不足導致廣播電視信號傳輸異常。

3 發(fā)展規(guī)劃

現(xiàn)階段，海南廣電微波傳輸鏈路已實現(xiàn)SDH+IP架構的光電混合傳輸網。經歷了模擬微波、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)在正進入5G廣電時代?？紤]如何更好地服務于智慧廣電建設。如何在智慧廣電上做出創(chuàng)新，發(fā)揮廣電職能，需要每個廣電人展開充分的探討。

現(xiàn)有微波鏈路只是沿海南省中西部市縣分布，東部市縣則通過租用電信運營商的專用光纖傳輸?shù)綎|線城市，并配合微波鏈路形成閉環(huán)傳輸。下一步，還需爭取支持，建立東線微波傳輸鏈路，建成海南廣電微波全覆蓋傳輸?shù)沫h(huán)形保護網絡，從而進一步提高海南省廣播電視安全播出能力。同時，對于現(xiàn)有微波鏈路進一步升級擴容?？煽紤]淘汰SDH微波設備，通過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6G移動通信標準的研究進展規(guī)劃，按照移動通信技術每10年左右更新一代的規(guī)律來看，6G有望在2030年左右迎來商用。2022年，第三代合作伙伴計劃（3rd Generation Partnership Project，3GPP）正式定義了U6G（6 GHz上半段，即6 425～7 125 MHz）授權頻譜，頻段號為n104，明確了對應的網絡/終端射頻標準[5]，為后續(xù)產業(yè)鏈研發(fā)6 GHz產品提供標準依據(jù)。這樣將影響海南廣電目前正在使用的U6 GHz工作頻段，從而可能對微波傳輸發(fā)展帶來更大的影響。

4 結 語

海南廣電的微波傳輸鏈路建成至今，通過持續(xù)的升級改造，在不斷優(yōu)化、鞏固傳統(tǒng)數(shù)字微波傳輸優(yōu)勢的同時，把傳統(tǒng)微波傳輸方式升級到IP微波，從最初的155 Mb·s-1傳輸容量擴容到現(xiàn)在的1 Gb·s-1速率，很好地承擔了廣播電視安全播出的任務。未來，海南廣電的微波傳輸還將面臨不同的挑戰(zhàn)，還需繼續(xù)按國家廣播電視總局《廣播電視安全播出管理規(guī)定》62號令及微波專業(yè)實施細則要求，加強安全播出管理工作，做好設備系統(tǒng)改造及維護，做好技術保障工作。