淺析分組微波方案在移動回傳網(wǎng)中的應(yīng)用及發(fā)展

孫三戰(zhàn)

【摘要】 本文對分組微波技術(shù)在LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的應(yīng)用做了研究和分析，首先微波的發(fā)展和應(yīng)用場景進(jìn)行概述，然后對分組微波方案的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了分析，最后介紹了分組微波在LTE移動回傳網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向。 在LTE時代，分組微波技術(shù)作為光纖直連的最佳補(bǔ)充方案，將成為LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的研究和應(yīng)用熱點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】 LTE 微波 分組微波

從2013年開始，LTE基站在國內(nèi)開始大量部署，LTE移動回傳網(wǎng)絡(luò)成為各大運(yùn)營商重點(diǎn)關(guān)注和建設(shè)的對象，截至2014年12月，僅中國移動完成建設(shè)70萬個4G基站，綜合聯(lián)通和電信的4G基站建設(shè)，全國4G基站建設(shè)總數(shù)將超過80萬個，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過3G時代的基站建設(shè)速度和密度由于早在3G時代。承載4G基站的分組接入設(shè)備之間采用光纖直連，對于主城區(qū)或者市區(qū)等光纖光纜已覆蓋的區(qū)域來說，光纖直連不是難事；但是對于郊區(qū)、農(nóng)村、山區(qū)、海島等光纖光纜未覆蓋的區(qū)域，鋪設(shè)光纜或者海纜需要耗費(fèi)大量的時間和人力、財(cái)力等。因此各大運(yùn)營商考慮將分組微波技術(shù)引入作為光纖光纜直連的替代方案。

分組微波技術(shù)將在LTE時代扮演著重要角色，主要解決光纖部署困難地區(qū)的基站回傳和熱點(diǎn)地區(qū)快速覆蓋等應(yīng)用需求，目前分組微波設(shè)備已在亞非拉美等地區(qū)應(yīng)用在LTE移動回傳網(wǎng)絡(luò)中。本文分別從微波技術(shù)的發(fā)展，微波技術(shù)的應(yīng)用場景，分組微波的優(yōu)勢以及分組微波技術(shù)的發(fā)展等四個方面闡述分組微波技術(shù)方案在LTE移動回傳網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。

一、微波的發(fā)展

伴隨移動通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，微波的發(fā)展分為三個階段：

1）TDM微波。。2G和3G早期的網(wǎng)絡(luò)主要是TDM語音業(yè)務(wù)，其應(yīng)用特點(diǎn)是業(yè)務(wù)傳送帶寬固定， TDM微波采用QPSK～128QAM固定調(diào)制方式，帶寬低；接入采用PDH微波，匯聚采用SDH微波，以太網(wǎng)業(yè)務(wù)采用EOS（Ethernet over SDH）方式進(jìn)行封裝。在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)大量出現(xiàn)后，TDM微波缺陷明顯

2）混合（TDM+Ethernet）微波。隨著3G的普及，尤其是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的爆炸式增長，使得3G基站Iub接口帶寬增大且動態(tài)變化?；旌衔⒉ǔ休dTDM業(yè)務(wù)和Ethernet業(yè)務(wù)，調(diào)制方式采用QPSK～256QAM，并引入了AM（自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)），可以動態(tài)自適應(yīng)的提供大帶寬。在3G時代，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量的增加，對基站回傳網(wǎng)傳送帶寬將會產(chǎn)生更大的需求，那么在原有TDM微波設(shè)備上增加分組交換能力無疑是移動回傳網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)過渡期的最佳解決方案。

3）分組微波。4G時代的到來，混合微波對于移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的快速演進(jìn)趨勢也出現(xiàn)了瓶頸，特別就是混合所能提供的最大帶寬已不能滿足4G時代的移動帶寬需求。相對于TDM微波和混合微波，分組微波可采用QPSK～2056QAM自適應(yīng)調(diào)制模式，提供超大帶寬，任何業(yè)務(wù)都可以封裝進(jìn)是3G/4G 業(yè)務(wù)全I(xiàn)P化的最佳方案。

微波技術(shù)的發(fā)展，如圖1所示。

二、微波技術(shù)的應(yīng)用場景

微波技術(shù)的應(yīng)用場景主要有以下幾個方面：1）應(yīng)急通信場景。由于應(yīng)急通信對于傳輸容量需求小，主要考慮架設(shè)的靈活性、易用性 ，采用微波是最佳解決方案。如遭遇火災(zāi)、地震、洪澇等自然災(zāi)害區(qū)域的應(yīng)急通信。2）光纖與微波混合組網(wǎng)。通過接入層光纖和微波混合組網(wǎng)完成接入層成環(huán)需求，對于光纖暫未鋪設(shè)到位，或光纖鋪設(shè)成本較高，而又有通信需求的場景。如圖2所示。3）微波備份應(yīng)用。微波鏈路作為備用通信通道，在光纖鏈路發(fā)生故障時，仍能保證通信業(yè)務(wù)的正常，通常微波備份方案用來保護(hù)非常重要的客戶業(yè)務(wù)，如軍事、金融、政府等。 4）山區(qū)通信應(yīng)用。較之平原和丘陵地區(qū)，山區(qū)鋪設(shè)光纖光纜的周期長，難度大。另外山區(qū)通信有以下幾個特點(diǎn)：以語音業(yè)務(wù)為主，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)較少；帶狀連續(xù)覆蓋；包含各種未知地形地貌和氣候；兼顧山區(qū)高速公路和鐵路。5）專網(wǎng)通信應(yīng)用。對于大型企業(yè)廠區(qū)之間或者分公司之間通信網(wǎng)絡(luò)傳輸需求，可使用微波傳輸方案，具備架設(shè)周期短，建網(wǎng)快等優(yōu)勢，可以根據(jù)需求靈活更改站址。6）海島通信應(yīng)用。采用海底光纜施工困難，成本高，島上基站無法回傳，采用大容量微波是最佳解決方案

三、分組微波方案技術(shù)特點(diǎn)分析

1）調(diào)制方式。分組微波支持固定調(diào)制（Fixed Modulation）和自適應(yīng)調(diào)制（Adaptive Modulation）兩種方式。

固定調(diào)制方式（Fixed Modulation）是在微波鏈路運(yùn)行狀態(tài)下，采用恒定的調(diào)制模式進(jìn)行工作的一種調(diào)制方式。采用固定調(diào)制方式時，可通過軟件設(shè)置使用的調(diào)制模式，調(diào)制方式可設(shè)置QPSK～256QAM。

自適應(yīng)調(diào)制（Adaptive Modulation）是一項(xiàng)根據(jù)信道質(zhì)量自動調(diào)整調(diào)制模式的技術(shù)，在相同的波道間隔下，調(diào)制模式不同，微波的業(yè)務(wù)帶寬也不同。在信道質(zhì)量良好時（如晴天），設(shè)備采用高調(diào)制模式，盡力傳送更多的用戶業(yè)務(wù)。當(dāng)信道質(zhì)量惡化時（如雷雨、大霧天氣），網(wǎng)元采用低調(diào)制模式方式，只傳送可用帶寬內(nèi)的高優(yōu)先級業(yè)務(wù)（比如 語音，信令等業(yè)務(wù)），以提高鏈路的抗干擾能力，保證高優(yōu)先級業(yè)務(wù)的鏈路可用性。

2）分組承載方案。采用MPLS（多協(xié)議標(biāo)簽交換）/ PWE3（偽線封裝）技術(shù)。當(dāng)接入TDM E1業(yè)務(wù)時，通過PWE3技術(shù)實(shí)現(xiàn)CES電路仿真，將E1業(yè)務(wù)封裝為PW報(bào)文。各種業(yè)務(wù)封裝后形成的PW報(bào)文，經(jīng)過分組處理平臺統(tǒng)一處理后傳送到微波端口，映射成微波幀，從而實(shí)現(xiàn)在分組微波統(tǒng)一傳送各種類型的業(yè)務(wù)。如下圖3所示。

3）帶寬提升方案。主要包括CCDP+XPIC方案和空口鏈路聚合PLA方案。CCDP（同波道雙極化）是一種在一個信道中采用水平極化波和垂直極化波傳輸兩路信號的技術(shù)，采用此技術(shù)可以使傳輸帶寬加倍，但是水平和垂直兩個方向的波，極易闡述交叉極化的干擾，配合XPIC（交叉極化消除）技術(shù)，可以消除交叉極化的干擾，最終達(dá)到帶寬提升的效果。

空口鏈路聚合PLA方案，類似傳輸設(shè)備支持的鏈路聚合技術(shù)。如果是分組業(yè)務(wù)，2個業(yè)務(wù)流可以集合到一個用戶接口，相當(dāng)于業(yè)務(wù)帶寬加倍。另外還可以實(shí)現(xiàn)微波鏈路保護(hù)，即如果一個鏈路中斷，它的全部業(yè)務(wù)將集中到剩余的鏈路。

4）QoS方案。分組微波技術(shù)支持從微波鏈路到光纖鏈路的端到端的QoS，如圖4所示?？梢詫?shí)現(xiàn)分級按類的業(yè)務(wù)保障：每個基站/用戶/用戶組的多種業(yè)務(wù)，精細(xì)調(diào)度，保證網(wǎng)絡(luò)資源充分利用，容納更多用戶，AM結(jié)合QoS技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)的可靠性與業(yè)務(wù)容量的最優(yōu)化。

5）業(yè)務(wù)保護(hù)方案。如圖7所示，全微波組網(wǎng)或者微波與光纖混合組網(wǎng)的保護(hù)方案主要分為三種：網(wǎng)絡(luò)級保護(hù)、設(shè)備級保護(hù)、微波鏈路保護(hù)。 分組微波技術(shù)中的三種級別的保護(hù)，均是微波技術(shù)和分組技術(shù)進(jìn)行硬件層面和軟件層面的配合，下面重點(diǎn)介紹一下微波鏈路保護(hù)中的HSB+SD（熱備份+波道側(cè)空間分級）保護(hù)。如上圖5所示。

發(fā)送方向：在1+1 SD配置時，正常情況下，備用 ODU處于靜默狀態(tài)，不發(fā)射頻信號，交叉板選收主用中頻單板的業(yè)務(wù)從業(yè)務(wù)單板來的信號經(jīng)過交換單元雙發(fā)到主用和備用中頻單板，然后分別發(fā)送到主用和備用ODU，但只有主用ODU將射頻信號發(fā)送天線后發(fā)射出去；

接收方向：兩個天線分別接收射頻信號送給主用和備用ODU，然后送給主用和備用中頻單板，再送給交換單元，交換單元選收主用中頻板的業(yè)務(wù)送給業(yè)務(wù)單板，正常情況下中頻板選收本板的業(yè)務(wù)。當(dāng)HSB+SD保護(hù)生效時，接收方向的業(yè)務(wù)流向?yàn)?，從備用天線到備用ODU，再到備用中頻板，主用中頻板，然后經(jīng)過交換單元送給業(yè)務(wù)板

6）同步方案。同步時鐘源在承載網(wǎng)核心層設(shè)備主備注入，通過逐跳1588v2全BC模式同步時間和頻率到接入端。各節(jié)點(diǎn)支持BMC算法跟蹤主時鐘源，基站提取鏈路時鐘，實(shí)現(xiàn)時間同步；以太信號以 8B/10B 的方式編碼，采用同步以太技術(shù)，節(jié)點(diǎn)從中恢復(fù)出數(shù)據(jù)和時鐘信號，達(dá)到時鐘頻率同步。

四、分組微波應(yīng)用展望

1）分組微波設(shè)備形態(tài)的發(fā)展。目前主流的PTN廠家，都在其PTN設(shè)備上開發(fā)出支持分組微波的接口或者板卡。常規(guī)的微波設(shè)備組成主要包括IDU（室內(nèi)單元）+ODU（室外單元）+天線，而分組微波產(chǎn)品則會朝著更集成的方向發(fā)展，如圖6所示。

2）E-BAND頻段的使用。2000年，ITU-R和ETSI標(biāo)準(zhǔn)組織進(jìn)行了高頻段71～76GHz和81～86GHz微波的劃分，即E-BAND頻段。相對于傳統(tǒng)頻段，E-Band頻率資源豐富，比傳統(tǒng)頻段（6～42GHZ）支持更大的帶寬，單頻點(diǎn)帶寬達(dá)到了2.5Gbps，后續(xù)可發(fā)展10Gbps，是短距離（2～3KM）、大帶寬傳輸（2.5Gbps以上）的最佳解決方案。

五、 總結(jié)

隨著LTE網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展以及大帶寬業(yè)務(wù)的逐漸加載，分組微波技術(shù)支持大帶寬、豐富的QoS功能、完善的保護(hù)機(jī)制、高精度的時間同步功能，作為光纖的有力補(bǔ)充，必將成為移動回傳網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的加速器。

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