IP微波在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的應(yīng)用分析

（中國(guó)聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院，北京 100044）

1 引言

隨著LTE的建設(shè)，eNodeB的數(shù)量將呈爆炸式增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，并且越來(lái)越密集。在LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過(guò)程中，回傳的光纖鋪設(shè)成本隨之提高，接入點(diǎn)獲取也將遇到越來(lái)越大的困難。作為光網(wǎng)補(bǔ)網(wǎng)最適合的回傳設(shè)備，IP微波是順應(yīng)LTE時(shí)代的產(chǎn)物，具有大帶寬、高可靠、強(qiáng)IP特性，并能與光傳輸設(shè)備互通，使其成為L(zhǎng)TE回傳的一種重要方式[1-4]。目前全球有許多運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)實(shí)現(xiàn)用IP微波作為L(zhǎng)TE回傳[5-9]，高質(zhì)量的IP微波毋庸置疑必將成為L(zhǎng)TE/LTE-A回傳網(wǎng)絡(luò)建設(shè)優(yōu)化的生力軍[10-11]。本文將從IP微波的產(chǎn)品生態(tài)和典型應(yīng)用案例出發(fā)，分析IP微波部署中的關(guān)鍵問(wèn)題、設(shè)備選型和網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)過(guò)程中面臨的風(fēng)險(xiǎn)等，為運(yùn)營(yíng)商提供了詳細(xì)的IP微波應(yīng)用建議。

2 IP微波產(chǎn)品生態(tài)

2.1 IP微波設(shè)備形態(tài)

對(duì)IP微波設(shè)備的分類(lèi)方法有：設(shè)備結(jié)構(gòu)、工作頻率、業(yè)務(wù)映射和處理方法，不同的設(shè)備形態(tài)可適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景。

依據(jù)設(shè)備結(jié)構(gòu)的不同，IP微波分為全室內(nèi)微波、分體式微波、全室外微波。具體如表1所示：

表1 IP微波設(shè)備結(jié)構(gòu)分類(lèi)

依據(jù)工作頻率，IP微波主要分為：

（1）傳統(tǒng)IP微波：工作頻率為6—42GHz，該頻段是目前產(chǎn)品最為成熟、應(yīng)用最為廣泛的頻段，部分國(guó)內(nèi)廠家只支持6—23GHz。

（2）E波段IP微波：工作頻率為71—76GHz、81—86GHz，國(guó)內(nèi)目前尚未完全開(kāi)放該頻段，部分廠家已有產(chǎn)品商用。

依據(jù)業(yè)務(wù)映射和處理方法，IP微波分為：

（1）混合（Hybrid）分組微波：其中TDM（Time Division Multiplexing，時(shí)分復(fù)用）業(yè)務(wù)通過(guò)原生方式直接映射到微波幀，分組業(yè)務(wù)通過(guò)分組報(bào)文的方式直接映射到微波幀。

（2）純分組（Packet）微波：TDM業(yè)務(wù)和分組業(yè)務(wù)通過(guò)統(tǒng)一的分組處理后映射到微波幀進(jìn)行傳送，其中分組業(yè)務(wù)通過(guò)分組報(bào)文的方式直接映射到微波幀，TDM業(yè)務(wù)通過(guò)CES（Circuit Emulation Service，電路仿真業(yè)務(wù)）映射到分組報(bào)文后再映射到微波幀。

混合分組微波是目前IP微波的主流，而純分組微波是IP微波的發(fā)展趨勢(shì)。兩套IP微波設(shè)備形成一跳收發(fā)微波鏈路，多方向分體式IP微波設(shè)備可支持多個(gè)ODU（Outdoor Unit，室外單元）+天線，從而匯聚來(lái)自多個(gè)鏈路的業(yè)務(wù)。采用多個(gè)ODU可通過(guò)鏈路聚合實(shí)現(xiàn)大帶寬傳輸，能夠做到幾百兆甚至G比特級(jí)別的傳輸帶寬。

2.2 當(dāng)前IP微波廠家市場(chǎng)占有情況

圖1為主要IP微波廠家的市場(chǎng)占有情況，其中愛(ài)立信、華為、NEC為全球市場(chǎng)占有量最大的3個(gè)廠家。

圖1 主要IP微波廠家的市場(chǎng)占有情況

3 產(chǎn)品典型應(yīng)用案例技術(shù)介紹

新建任意一跳微波鏈路時(shí)，需要為其選定合適的傳輸頻率、天線口徑、傳輸波道帶寬、調(diào)制方式、發(fā)射功率、鏈路保護(hù)方法、設(shè)備選型等，而這些參數(shù)通常由微波鏈路的鏈路環(huán)境、站點(diǎn)情況和通信要求決定。

3.1 鏈路規(guī)劃方法

鏈路規(guī)劃需要滿(mǎn)足如下：

（1）微波鏈路衰耗

公式如下：

其中，F(xiàn)為發(fā)射頻率，單位為GHz；D為傳輸距離，單位為km。因此，頻率越高，鏈路衰耗就越大。

（2）發(fā)射功率

輸出功率跟調(diào)制模式相關(guān)，調(diào)制模式越高，輸出功率就越小。

（3）接收靈敏度

接收靈敏度跟波道帶寬和調(diào)制模式相關(guān)，波道越寬或調(diào)制模式越高，靈敏度就越差。另外，靈敏度跟頻段也有關(guān)系，頻率越高，靈敏度相對(duì)就越差。如6GHz頻段，3.5M帶寬、QPSK（Quadrature Phase Shift Keying，正交相移鍵控）調(diào)制模式的靈敏度是最高的。

（4）天線增益

天線口徑?jīng)Q定天線增益。相同頻段口徑越大，增益就越高，但半功率角越??；相同口徑頻率越高，增益就越高，但半功率角也越小。

（5）鏈路衰耗儲(chǔ)備

鏈路衰耗儲(chǔ)備由鏈路環(huán)境和鏈路可用度要求決定，微波鏈路所處雨區(qū)越大，單位距離雨衰就越大，傳輸距離也越短。鏈路可用度要求越高，需要的衰落儲(chǔ)備就越大，傳輸距離也越短。微波鏈路客戶(hù)一般要求是5個(gè)9（99.999%，一年中斷5分鐘），鏈路可用度一般可由廠家微波鏈路規(guī)劃工具計(jì)算得到。

（6）調(diào)制方式

調(diào)制方式?jīng)Q定于微波鏈路的空口容量，即該鏈路的通信要求。

下面將通過(guò)以下典型應(yīng)用案例來(lái)介紹微波鏈 路規(guī)劃方法。

3.2 海島長(zhǎng)距離綜合業(yè)務(wù)承載

2013年中國(guó)聯(lián)通利用微波技術(shù)鏈接了海島之間及海島與大陸的通信，以承載大客戶(hù)專(zhuān)線（中國(guó)海油、島上五星級(jí)酒店等）、固定寬帶和移動(dòng)通信業(yè)務(wù)等。站點(diǎn)部署如圖2所示，系統(tǒng)共有四跳，其中最長(zhǎng)的為35.37km。

圖2 珠海聯(lián)通海島通信拓?fù)涫疽鈭D

微波鏈路部署在島嶼之間，受水域地理?xiàng)l件限制，不利于微波傳輸（存在平面反射）。當(dāng)?shù)嘏_(tái)風(fēng)和海水腐蝕自然條件要求ODU能抗10級(jí)臺(tái)風(fēng)，并有較強(qiáng)的抗腐蝕能力。由于通信距離較遠(yuǎn)，視通沒(méi)有阻擋。因此，要求能夠接入抗臺(tái)風(fēng)與海水腐蝕等惡劣自然環(huán)境，通信容量為600Mbps以上。站點(diǎn)具有室外小機(jī)房條件。

為了提高微波鏈路的穩(wěn)定性和傳輸鏈路距離，本鏈路應(yīng)采用分體式傳輸設(shè)備，并需要通過(guò)空分技術(shù)來(lái)滿(mǎn)足鏈路環(huán)境要求。工作頻段在7GHz頻點(diǎn)，利用28MHz帶寬、128QAM+XPIC方式實(shí)現(xiàn)624Mbps的吞吐量。采用2.4m/1.8m口徑天線，發(fā)射功率為22dBm，衰落余量為31.77，微波鏈路采用1+1 SD分集提高鏈路穩(wěn)定性，鏈路的穩(wěn)定性可達(dá)99.998 25%（一年中斷9分鐘）。IP微波設(shè)備的室內(nèi)單元放置在全室外小機(jī)房中。從2013年底開(kāi)通日起至今已經(jīng)歷了10次大風(fēng)（7級(jí)），業(yè)務(wù)運(yùn)行良好。

淇澳北大-桂山島鏈路案例鏈路規(guī)劃如表2所示：

表2 淇澳北大-桂山島鏈路案例鏈路規(guī)劃

3.3 3G+LTE末端回傳及全室外設(shè)備在城區(qū)的應(yīng)用

在光纖不可達(dá)的情況下解決3G/4G基站的業(yè)務(wù)傳輸是IP微波技術(shù)中常見(jiàn)的應(yīng)用場(chǎng)景，特別是在城區(qū)光纖建設(shè)困難的場(chǎng)景下。2014年中國(guó)聯(lián)通在廣州市內(nèi)的建設(shè)案例如下：

接入站點(diǎn)（省電技校西）具有機(jī)房條件，上游站點(diǎn)（柯木華美南）為全室外站點(diǎn)，要求能夠滿(mǎn)足3G/LTE的混合業(yè)務(wù)傳輸，傳輸容量不低于400Mbps。該微波鏈路位于城市環(huán)境，傳輸距離為1km左右，視通沒(méi)有阻擋。由于廣東地區(qū)氣候條件以亞熱帶季風(fēng)氣候?yàn)橹?，且大氣折射梯度相?duì)穩(wěn)定，折射概率小于5%（-100Nunits/km），同時(shí)參與外場(chǎng)測(cè)試的微波鏈路距離較短，因此大氣傳輸條件較為穩(wěn)定，多徑傳輸影響相對(duì)較小。廣東地區(qū)每年99.99%的時(shí)間內(nèi)最大降雨量每小時(shí)不超過(guò)95mm，屬于N性雨區(qū)（源自ITU相關(guān)建議），故微波鏈路傳輸性能主要受降雨衰落的影響。

考慮到站點(diǎn)情況及通信距離，該鏈路利用分體式設(shè)備（省電技校西）和全室外設(shè)備（柯木華美南）在13GHz頻點(diǎn)上，56MHz帶寬內(nèi)采用512QAM實(shí)現(xiàn)400Mbps的吞吐量。采用0.6m口徑天線，發(fā)射功率為11dBm，衰落余量為29.9dB，鏈路的穩(wěn)定性可達(dá)99.999 999 55%（一年中斷2秒）。目前3G和LTE業(yè)務(wù)已經(jīng)由測(cè)試的微波系統(tǒng)進(jìn)行承載，運(yùn)行穩(wěn)定。

省電技校西-柯木華美南鏈路案例鏈路規(guī)劃如表3所示：

表3 省電技校西-柯木華美南鏈路案例鏈路規(guī)劃

4 IP微波部署應(yīng)用場(chǎng)景及部署建議

4.1 IP微波應(yīng)用定位與應(yīng)用場(chǎng)景

IP微波可應(yīng)用于以下視距場(chǎng)景中：

（1）IP微波在3G/LTE末端回傳網(wǎng)的接入，作為中國(guó)聯(lián)通IP RAN回傳網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充，可實(shí)現(xiàn)末端基站業(yè)務(wù)回傳。

（2）IP微波對(duì)IP RAN光纖網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)網(wǎng)。

（3）IP微波應(yīng)用于海島等特殊場(chǎng)景。

（4）IP微波解決光纖缺失場(chǎng)景下的綜合業(yè)務(wù)承載。

（5）應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)。

（6）具有快速網(wǎng)絡(luò)開(kāi)通需求的區(qū)域。

4.2 部署中的關(guān)鍵問(wèn)題

從上述應(yīng)用案例中可以分析得出，在部署應(yīng)用時(shí)應(yīng)關(guān)注以下問(wèn)題：

（1）IP微波部署需滿(mǎn)足視距傳輸條件：當(dāng)前微波通信仍限于視距傳輸，微波鏈路部署時(shí)需要注意微波設(shè)備天線的掛高和選址，從而形成視距傳輸。

（2）IP微波部署應(yīng)合理規(guī)劃鏈路冗余，并配合自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)和功率自適應(yīng)控制技術(shù)，以保障傳輸?shù)目煽啃裕河捎贗P微波鏈路受雨衰影響大，因此在應(yīng)用中需保證傳輸?shù)目煽啃?，?yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件、傳輸環(huán)境及距離，規(guī)劃合理的鏈路冗余，選擇合適的設(shè)備和天線口徑。

（3）IP微波鏈路部署應(yīng)考慮其靈活性和可擴(kuò)展能力，以便于在回傳需求擴(kuò)展或?qū)又髟O(shè)備改變時(shí)，可以簡(jiǎn)便地?cái)U(kuò)容與升級(jí)。

（4）IP微波設(shè)備需滿(mǎn)足不同廠家本地承載網(wǎng)的同步要求；在采用1588 V2同步技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)中，建議不開(kāi)啟幀頭壓縮技術(shù)，以免影響同步性能。

（5）同頻或緊鄰頻IP微波鏈路應(yīng)予以地理隔離，以避免微波設(shè)備間干擾。

（6）IP微波室外設(shè)備需要適應(yīng)室外工作環(huán)境：應(yīng)具備良好的防水、防塵、防雷電能力，能在一定低溫、高溫等環(huán)境下工作。

（7）微波鏈路的穩(wěn)定通信有賴(lài)于微波設(shè)備的安裝工藝。

4.3 IP微波設(shè)備選型

IP微波設(shè)備的選擇需要綜合考慮站點(diǎn)的區(qū)域特點(diǎn)以及通信要求，具體如下：

（1）首先要能夠滿(mǎn)足站點(diǎn)的混合業(yè)務(wù)接口和微波鏈路方向需求。

（2）需充分考慮站點(diǎn)供電及塔桅情況。

（3）能夠滿(mǎn)足地市公司對(duì)微波設(shè)備的網(wǎng)管需求。

（4）應(yīng)充分考慮通信距離選擇合適的頻點(diǎn)、ODU發(fā)射功率及天線口徑。全室內(nèi)設(shè)備通常用于匯聚點(diǎn)回傳或長(zhǎng)距離傳輸；低頻點(diǎn)、大功率ODU和大口徑天線通常用于長(zhǎng)距離傳輸；高頻點(diǎn)及小口徑天線通常用于城域網(wǎng)接入環(huán)。

4.4 網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)過(guò)程中IP微波系統(tǒng)面臨的風(fēng)險(xiǎn)分析

微波頻段非運(yùn)營(yíng)商固有頻段，部署微波鏈路時(shí)向地市無(wú)線電管理委員會(huì)申請(qǐng)即可使用。隨著日后LTE，特別是Small Cell的大規(guī)模部署，IP微波的部署量有可能出現(xiàn)激增現(xiàn)象。因此，在未來(lái)網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)中，IP微波系統(tǒng)可能面臨如下風(fēng)險(xiǎn)：

（1）微波鏈路間出現(xiàn)干擾。

（2）目前本地網(wǎng)網(wǎng)管沒(méi)有IP微波設(shè)備網(wǎng)管功能（可升級(jí)或購(gòu)買(mǎi)微波小網(wǎng)管實(shí)現(xiàn)微波網(wǎng)管功能），微波設(shè)備激增將導(dǎo)致維護(hù)難度加大。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)IP微波設(shè)備的研究和中國(guó)聯(lián)通在LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的IP微波應(yīng)用案例，提出了IP微波部署的應(yīng)用場(chǎng)景、部署中的關(guān)鍵問(wèn)題等。一方面，IP微波設(shè)備具備大容量、業(yè)務(wù)接口豐富、開(kāi)通快等優(yōu)點(diǎn)；另一方面，微波通信又受到視距通信的限制。因此，運(yùn)營(yíng)商應(yīng)根據(jù)實(shí)際的部署需求與站點(diǎn)環(huán)境來(lái)選擇最優(yōu)的部署方式及設(shè)備形態(tài)。

[1] 李明勇. IP微波的先進(jìn)性[J]. 科技致富向?qū)? 2012(17):396.

[2] 楊波,王獻(xiàn)森,梅儀國(guó),等. IP微波承載LTE基站接入的應(yīng)用探討[J]. 電信網(wǎng)技術(shù), 2015(6): 45-52.

[3] 白輝森,張蒙. 面向LTE接入的海島傳輸解決方案[J]. 通訊世界, 2014(10): 26-27.

[4] 趙光磊. 多種回傳技術(shù)確保LTE網(wǎng)絡(luò)無(wú)縫體驗(yàn)[J]. 通信世界, 2013(23): 42.

[5] 陳丹,聶昌,裴郁杉. IP微波在3G/LTE移動(dòng)回傳網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用研究[A]. 2014全國(guó)無(wú)線及移動(dòng)通信學(xué)術(shù)大會(huì)論文集[C]. 北京: 人民郵電出版社, 2014: 84-87.

[6] 殷曉偉. 現(xiàn)代微波傳輸技術(shù)的演進(jìn)與應(yīng)用[J]. 數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用, 2014(5): 40-41.

[7] 李偉,趙俊峰,李芳. 分組微波技術(shù)在LTE移動(dòng)回傳網(wǎng)中的應(yīng)用[EB/OL]. (2014-01-06). http://view.catr.cn/jshqsh/201401/t20140106_991023.html.

[8] 完瑞萍. IP微波在咸陽(yáng)機(jī)場(chǎng)SDH通信網(wǎng)中的應(yīng)用[J]. 中國(guó)新通信, 2015(4): 71.

[9] 翁先正. IP微波助推貴州移動(dòng)傳送網(wǎng)應(yīng)急通信建設(shè)[J].中國(guó)新通信, 2012(12): 13-15.

[10] 潘景勝. 移動(dòng)寬帶掀建設(shè)高潮 微波傳輸挑起大梁[J].電信技術(shù), 2011(9): 134-135.

[11] 中國(guó)信息產(chǎn)業(yè)網(wǎng). IP微波：LTE回傳網(wǎng)絡(luò)建設(shè)生力軍[EB/OL]. (2013-07-03). http://www.cnii.com.cn/wireless/2013-07/03/content_1175154_2.htm.