省臺(tái)CMMB信源數(shù)字微波傳輸應(yīng)用方案探討

黃曉武，吳 鴻

（四川省廣播電視發(fā)射傳輸中心，四川 成都 610017）

1 引言

目前，四川省已開通18個(gè)二級(jí)城市的CMMB覆蓋和省級(jí)的BOSS系統(tǒng)。從全國省級(jí)CMMB信源傳輸?shù)姆绞絹砜?，幾乎都采用了省廣電光網(wǎng)進(jìn)行傳送。根據(jù)實(shí)際情況，四川省首次采用了廣電SDH/PDH數(shù)字微波網(wǎng)進(jìn)行全省的CMMB信源傳輸，達(dá)到了各項(xiàng)技術(shù)要求和實(shí)際效果。

2 省臺(tái)CMMB信源微波傳輸方式

隨著通信技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)上層業(yè)務(wù)和應(yīng)用類型的增加，以太網(wǎng)IP數(shù)據(jù)包是目前數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕d體，將IP包通過SDH/PDH光網(wǎng)和微波網(wǎng)，即Ethernet over SDH（EoS）進(jìn)行傳輸，如何保證傳輸?shù)母咝?、安全、靈活成為廣電、電信業(yè)研究的熱點(diǎn)問題。

由于IP幀的突發(fā)性和不定長與要求嚴(yán)格同步的SDH幀有很大區(qū)別，因而需要用鏈路層適配協(xié)議封裝IP包，速率適配，再映射到指定的SDH幀凈負(fù)荷區(qū)進(jìn)行傳輸。在接收端，通過解映射、解封裝恢復(fù)出IP包。EoS技術(shù)主要有IP包的封裝技術(shù)、虛級(jí)聯(lián)映射技術(shù)等。

1）封裝技術(shù)。對(duì)IP包封裝主要完成識(shí)別幀的起始字節(jié)和結(jié)束字節(jié)，即幀劃分；將“突出”、“間歇”的IP包變成流暢的連續(xù)數(shù)據(jù)流；增加一定的糾錯(cuò)能力。EoS對(duì)IP幀封裝的主流封裝協(xié)議有通用成幀規(guī)程（Genenric Framing Procedure，GFP）和 SDH 鏈路接入規(guī)程（Link Access Procedure-SDH，LAPS）。這兩種數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議都是面向非連接的，采用固定時(shí)隙封裝方式，都經(jīng)過CRC校驗(yàn)和X43+1多項(xiàng)式擾碼處理，實(shí)現(xiàn)可靠透?jìng)鳌７庋b協(xié)議LAPS（ITU-TX.86）是HDLC類協(xié)議改進(jìn)的一種，同PPP協(xié)議非常相似，只支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)工作，LAPS幀不需要字節(jié)填充。封裝協(xié)議GFP（ITU-TG.7041-2001）是簡化數(shù)據(jù)鏈路（Simple Data Link，SDL）協(xié)議的改進(jìn)型，與LAPS 相比較為復(fù)雜，不需要起始、結(jié)束標(biāo)示符。具備低延遲的傳輸與處理能力，更適合處理實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)和塊狀編碼的信號(hào)和高速廣域網(wǎng)的應(yīng)用。封裝后各種協(xié)議幀的長度將直接影響傳輸性能，幀長越長，出現(xiàn)錯(cuò)幀的可能性越大，出現(xiàn)誤比特的概率就越大，當(dāng)幀擴(kuò)展為原長度的2倍時(shí)，丟包率將增加約2倍，惡化了透?jìng)餍阅?。但由于短幀包含的幀頭及幀的間隔包比較多，因此長幀的吞吐量（在無幀丟失的情況下，實(shí)際可傳送數(shù)據(jù)的最大帶寬）效率高于短幀，通過實(shí)驗(yàn)，在短幀情況下，LAPS和GFP性能相差不多，但在長幀情況下，GFP的傳輸性能明顯優(yōu)于LAPS。

2）虛級(jí)聯(lián)（VCAT）技術(shù)。級(jí)聯(lián)是SDH的重要特性之一，級(jí)聯(lián)是通過把多個(gè)虛容器（VC）按要求組合起來，形成一個(gè)仍然保持比特序列完整性的單個(gè)更大的容器來使用。級(jí)聯(lián)分為連續(xù)（相鄰）級(jí)聯(lián)和虛級(jí)聯(lián)，連續(xù)級(jí)聯(lián)在整個(gè)傳輸過程中保持占用一個(gè)連續(xù)的帶寬，而虛級(jí)聯(lián)先將連續(xù)的帶寬拆分為多個(gè)獨(dú)立的VCS，各獨(dú)立的VCS分別傳送，在接收側(cè)重新組合為連續(xù)帶寬。鏈路容量調(diào)整方案為LCAS（ITU-TG.7042/Y.1305），它提供了一種虛級(jí)聯(lián)鏈路首端和末端的適配功能，也支持單向控制虛級(jí)聯(lián)組VCG中VC成員的數(shù)量，即減少和恢復(fù)虛容器的數(shù)量而不損傷帶寬。達(dá)到傳輸帶寬匹配和動(dòng)態(tài)分配管理的目的。在n STM-1帶寬內(nèi)，虛容器VC-4/3/2可形成不同的虛級(jí)聯(lián)組VCG，形成邏輯上內(nèi)部各自獨(dú)立通道，傳送不同節(jié)目包。STM-1幀中的最小顆粒為VC-12，最多可達(dá)63個(gè)VC-12的級(jí)聯(lián)。虛級(jí)聯(lián)技術(shù)提供了靈活的帶寬動(dòng)態(tài)分配，克服了帶寬不匹配的浪費(fèi)現(xiàn)象，提高了帶寬利用率。

3 四川省SDH數(shù)字微波多業(yè)務(wù)傳輸平臺(tái)

利用EoS技術(shù)將語音、視頻、數(shù)據(jù)等多種業(yè)務(wù)統(tǒng)一到SDH平臺(tái)上傳輸，同時(shí)將以太網(wǎng)的二層交換靈活性和資源優(yōu)化能力與現(xiàn)有SDH傳輸網(wǎng)相結(jié)合，從而得到一種高速、經(jīng)濟(jì)的數(shù)據(jù)接入解決方案，達(dá)到成本低廉、性價(jià)比高、組網(wǎng)強(qiáng)、可擴(kuò)展的多業(yè)務(wù)平臺(tái)（Multi-Service Transport Platform，MSTP）。MSTP基本模式如圖1所示。

四川省MSTP選用以色列ECI通訊公司生產(chǎn)的BG-40型產(chǎn)品，該產(chǎn)品將SDH系統(tǒng)的復(fù)用器、數(shù)字交叉連接器（DXC）、WDM終端、網(wǎng)絡(luò)二層交換機(jī)等多個(gè)獨(dú)立設(shè)備集成在一個(gè)2U的子架中，采用EoS技術(shù)將各種業(yè)務(wù)的公共部分統(tǒng)一集合在一起處理，其結(jié)構(gòu)由OSI的7層協(xié)議簡化至接入層、傳輸層、控制層、應(yīng)用層4層協(xié)議，達(dá)到了結(jié)構(gòu)扁平化，一套設(shè)備解決了所有業(yè)務(wù)的接入、交換和傳送，降低了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本，維護(hù)方便。BG-40原理如圖2所示。

以CMMB信源傳輸為例分述如下：

1）輸入接口級(jí)（接入層）

實(shí)現(xiàn)語音、視頻和數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)的綜合接入和匯聚。支持TDM和具有動(dòng)態(tài)的ATM業(yè)務(wù)，提供的基本配置有16路EoS內(nèi)部接口和8路10/100 Base-T接口，任一接口支持EPL，EVPL，EPLAN和EVPLAN業(yè)務(wù)，并具有QoS保證。2個(gè)千兆以太網(wǎng)口、8個(gè)E2接口、模塊化設(shè)計(jì)可配置業(yè)務(wù)擴(kuò)展卡和相關(guān)業(yè)務(wù)子卡，2路相同組播地址的CMMB IP信源分別接入不同的10/100 Base-T接口，其他接口可接入不同的電視信源，廣播信源可通過8個(gè)E1接口傳送。另外還留有SDH光/電、PDH和PCM接口。

2）分配處理級(jí)（傳輸、控制層）

該級(jí)主要完成對(duì)業(yè)務(wù)的靈活配置和處理。具有高效的帶寬利用率，內(nèi)置DXC1/0功能，可根據(jù)業(yè)務(wù)量實(shí)現(xiàn)VC-12/VC-3/VC-4高低階虛級(jí)聯(lián)和2層交換，實(shí)現(xiàn)中等容量高低階交叉矩陣，包括VC-12，VC-3，VC-4級(jí)別的交叉連接，最大為16個(gè)VC-4無阻塞、全交叉矩陣。VC的最小顆粒為VC-12，并保證每路輸出達(dá)到電信級(jí)QoS。EoS封裝協(xié)議GFP/LAPS可選，高低階VC虛級(jí)聯(lián)支持LCAS協(xié)議，可對(duì)二層以太網(wǎng)交換配置VLAN。

3）應(yīng)用層

2路CMMB信源通過SDH微波干線傳輸進(jìn)入用戶端的MSTP BG-40，經(jīng)過與發(fā)送端BG-40相反過程：去擾碼、CRC錯(cuò)誤檢驗(yàn)、去除LAPS特定的字節(jié)即解映射、解封裝，恢復(fù)兩路CMMB IP信源，送至PDH微波的10/100 Base-T/E1協(xié)議轉(zhuǎn)換器入口，或送至CMMB發(fā)射機(jī)入口。

BG-40是一個(gè)靈活的多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)，可應(yīng)用于各種配置方式。其突出的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)體現(xiàn)為：1）根據(jù)需求逐步提升業(yè)務(wù)容量?？煞浅７奖愕卦黾覵TM-1接口數(shù)量，實(shí)現(xiàn)從STM-1到STM-4的升級(jí)；2）子波長疏導(dǎo)（grooming）功能提高了光纖的利用率以及傳輸不同類型業(yè)務(wù)時(shí)的效率；3）直接提供PCM業(yè)務(wù)接口以及DXC1/0交叉連接功能，方便各種專網(wǎng)的建設(shè)和維護(hù)；4）多個(gè)ADM和完全低階交叉連接的功能使得BG-40可以作為理想的解決方案提供給用戶，以部署靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌绛h(huán)狀、網(wǎng)狀、星型等。

MSTP在應(yīng)用中遇到的問題有：由于帶寬利用率目前仍以SDH為核心，以VC-12的整數(shù)倍捆綁各種VC-3/4虛容器來匹配帶寬，因此無法根據(jù)實(shí)際傳輸流量進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整；同時(shí)需要封裝、映射復(fù)雜的鏈路層協(xié)議來完成適配，增加了開銷，占用了帶寬，降低了傳輸效率；沒有建立統(tǒng)一的網(wǎng)管和鏈路層各種協(xié)議，目前還無法實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備的MSTP之間的互聯(lián)互通。

4 四川省CMMB信源數(shù)字微波傳輸系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)方案

4.1 PDH數(shù)字微波應(yīng)用技術(shù)特點(diǎn)

該工程使用桂林南方通信設(shè)備工程公司研制開發(fā)的高性價(jià)比的第三代Smart系列PDH數(shù)字微波設(shè)備，其主要技術(shù)特征有：1）傳輸容量為45 Mbit/s；2）采用QPSK調(diào)制方式，增加了擴(kuò)捕電路，極大提高了捕捉帶寬，從而提高了設(shè)備的穩(wěn)定性與可靠性；3）對(duì)基帶處理采用了數(shù)字濾波滾降技術(shù)，滾降系數(shù)可達(dá)到0.35；4）率先在PDH領(lǐng)域采用前向糾錯(cuò)（FEC）技術(shù)，有效降低了接收信號(hào)的誤碼率，可提高6 dB的接收門限電平；5）具有完整的勤務(wù)及監(jiān)控系統(tǒng)。

4.2 PDH數(shù)字微波傳輸CMMB信源系統(tǒng)

本工程采用Ethernet over PDH（EoPDH）技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)。EoPDH與EoS相類似，也要首先對(duì)IP進(jìn)行封裝、映射、容器/虛容器的級(jí)聯(lián)或虛級(jí)聯(lián)、工作帶寬匹配或動(dòng)態(tài)調(diào)整、QoS管理、利用VLAN技術(shù)建立虛通道等。其主要技術(shù)特征有：1）IP 封裝協(xié)議 GFP-F（G.7041）；2） VCAT虛級(jí)聯(lián)和LCAS鏈路容量調(diào)整方案（G.7042）；3）Ethernet到n E1的映射采用G.7043建議；4）Ethernet到單E1的映射采用G.8040建議。

該P(yáng)DH數(shù)字微波傳輸系統(tǒng)支持基于端口的VLAN劃分，可提供8個(gè)共享式10/100 Base-T以太網(wǎng)接口，同時(shí)也支持G.703協(xié)議接口。

4.3 四川省CMMB信源微波傳輸應(yīng)用方案簡介

四川省廣電的SDH數(shù)字微波專網(wǎng)共有44個(gè)站點(diǎn)，2 200多千米，采用多業(yè)務(wù)平臺(tái)，傳輸容量為2×155 Mbit/s。將中央CMMB、四川CMMB相同組播地址不同內(nèi)容的2路IP信號(hào)，通過2路IP光纖設(shè)備送到微波機(jī)房MSTP上不同的2路10/100 Base-T入口，經(jīng)過MSTP系統(tǒng)對(duì)不同的2路IP CMMB信源進(jìn)行IP封裝，映射轉(zhuǎn)換成SDH的幀格式，進(jìn)入SDH微波信道機(jī)，通過SDH數(shù)字微波干線網(wǎng)傳輸至用戶端的MSTP系統(tǒng)，經(jīng)過解映射、解封裝，還原出2路CMMB不同的IP信源，進(jìn)入PDH微波系統(tǒng)10/100 Base-T/8E1協(xié)議轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過IP封裝、映射轉(zhuǎn)換成PDH的幀格式，進(jìn)入PDH微波信道機(jī)傳送到終端用戶8E1/10/100 Base-T協(xié)議轉(zhuǎn)換器（適配器）入口，經(jīng)過解映射、解封裝輸出中央CMMB和四川CMMB兩路IP信源，送入CMMB發(fā)射機(jī)IP交換機(jī)入口。四川省數(shù)字微波骨干網(wǎng)拓?fù)鋱D和第一期CMMB站點(diǎn)分布圖如圖3所示。

4.4 四川省CMMB信源數(shù)字微波傳輸架構(gòu)（見圖4）

CMMB發(fā)射站點(diǎn)信號(hào)來源有3個(gè)途徑：中央四套CMMB節(jié)目及數(shù)據(jù)信號(hào)，主用在CMMB發(fā)射點(diǎn)經(jīng)鑫諾3號(hào)衛(wèi)星下行，備用經(jīng)過SDH微波網(wǎng)傳送；省節(jié)目信號(hào)經(jīng)省SDH微波骨干網(wǎng)傳輸；市節(jié)目信號(hào)經(jīng)H.264編碼器進(jìn)行音/視頻編碼后，至交換機(jī)。圖中虛線為返傳監(jiān)控信號(hào)流程線。

4.5 CMMB信源傳輸應(yīng)用方案特點(diǎn)

應(yīng)用EoS和EoPDH技術(shù)，在SDH和PDH微波傳輸系統(tǒng)中直接進(jìn)行IP兩路同組播地址不同內(nèi)容的CMMB信源透?jìng)?，并且?gòu)建了CMMB全網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)在全國尚屬首次，為廣電微波網(wǎng)承載IP業(yè)務(wù)成功搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該平臺(tái)環(huán)節(jié)少而簡潔，達(dá)到了傳輸結(jié)構(gòu)扁平化。整個(gè)工程投資少、見效快；投入的設(shè)備具有兼容性和擴(kuò)展性，如PDH微波設(shè)備、10/100 Base-T/E1協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備等；充分挖掘了廣電微波網(wǎng)現(xiàn)有資源和傳輸能力，特別是PDH微波的靈活運(yùn)用，將為今后城市補(bǔ)點(diǎn)組建CMMB單頻網(wǎng)發(fā)揮其特有的優(yōu)勢(shì)，在“三網(wǎng)融合”的進(jìn)程中，為廣電整合有線、無線傳輸網(wǎng)提供了寶貴的可借鑒的成功范例。

5 小結(jié)

盡管目前全國CMMB實(shí)際覆蓋速度與當(dāng)初規(guī)劃有一定差距，但其技術(shù)層面和宏觀層面都處于良好的發(fā)展態(tài)勢(shì)。隨著國家強(qiáng)力推進(jìn)“三網(wǎng)融合”的國家信息化發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，一定要充分整合內(nèi)部資源，用好用活廣電系統(tǒng)這張有線、無線傳輸網(wǎng)，為廣電的事業(yè)建設(shè)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供強(qiáng)有力的支撐。