IP微波與SDH微波的對比和選擇

鐘 琦

廣東省廣播電視技術(shù)中心 廣東省 廣州市 510000

在廣播電視微波電路出現(xiàn)之前，廣播電視發(fā)射臺無線發(fā)射覆蓋使用的信號源采用差轉(zhuǎn)方式獲取，覆蓋質(zhì)量差且不穩(wěn)定。廣播電視微波電路最早出現(xiàn)在上個世紀80年代初，為廣播電視各發(fā)射臺提供了優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定的信號源，是當時長距離傳送廣播電視節(jié)目信號源的唯一手段，大大提升了廣播電視無線覆蓋的質(zhì)量。早期的廣播電視微波電路是模擬微波，使用的時期是上世紀80年代初到90年代中后期。20世紀末至21世紀初，是模擬微波向SDH微波過渡的時段，相對模擬微波，SDH微波有頻譜利用率高，傳輸帶寬高和運行穩(wěn)定的特點，很快就成為廣播電視微波電路的主流，也把廣播電視節(jié)目的傳輸質(zhì)量和數(shù)量提升了一個大的臺階。

在進入新媒體時代，特別是互聯(lián)網(wǎng)的快速蓬勃發(fā)展，IP傳輸、IP接入所具備的高效帶寬利用性、業(yè)務調(diào)配靈活性、接口統(tǒng)一性迅速成為絕對的主流，IP微波也應潮而生，帶來了傳輸帶寬利用率和靈活性的進步。SDH微波對于模擬微波是劃時代的進步，SDH微波和IP微波同屬數(shù)字時代的傳輸設備，具有設備穩(wěn)定、可靠的共同點，在傳輸體制上的安全性、便利性和可靠性有所不同，在廣播電視節(jié)目傳輸領(lǐng)域，該如何選擇是我們要結(jié)合實際考慮的問題。本文通過多方面對比IP微波和SDH微波的優(yōu)缺點，闡述兩者不同的應用重點，結(jié)合實際情況來做出選擇。

1 IP微波和SDH的對比

1.1 傳輸效率

傳輸效率即傳輸帶寬的利用率。

如圖1所示，SDH微波傳輸是嚴格按通道（頻點）來劃分傳輸帶寬的，每通道帶寬要預留出OAM的開銷帶寬，可用于業(yè)務傳輸?shù)膬魩捈s占總帶寬的80%左右。而且當需要傳輸?shù)目偣?jié)目帶寬不能恰好用完傳輸帶寬時，各波道的剩余傳輸帶寬不能組合，只能閑置不可用。保護通道在正常傳輸時也是處于閑置狀態(tài)，因此SDH的傳輸效率相對較低?；贗P傳輸協(xié)議的特點，IP微波具有空口業(yè)務聚合功能，該功能把所有通道（包括保護通道）的傳輸帶寬聚合在一起，對于傳輸?shù)墓?jié)目業(yè)務，傳輸帶寬連續(xù)可用，不會出現(xiàn)剩余閑置不可用的帶寬。傳輸?shù)墓?jié)目業(yè)務對某個具體傳輸通道不可見，由IP微波系統(tǒng)按業(yè)務級別和所需帶寬自動調(diào)配可用的傳輸帶寬。由此可見，IP微波的傳輸帶寬的利用率要高于SDH微波，這在傳輸帶寬有限的微波傳輸里具有很高的實用意義。

圖1 傳輸效率對比圖

1.2 傳輸頻帶利用率

在SDH嚴格業(yè)務分叉復用速率的傳輸體制下，SDH微波的無線調(diào)制方式采用的是固定的調(diào)制方式，考慮抗衰落儲備，常見的是調(diào)制是64QAM或者128QAM，也就是說SDH微波每個傳輸通道的傳輸帶寬是固定的，比如155M。而IP傳輸協(xié)議并沒有嚴格的業(yè)務速率劃分，所以基于IP傳輸協(xié)議的IP微波無線調(diào)制方式采用了自適應調(diào)制階數(shù)可變（AMR）的調(diào)制方式，如圖2所示，根據(jù)傳輸條件的變化，調(diào)制階數(shù)可從QPSK、16QAM到2048QAM之間變動，傳輸帶寬也可變的。表1所示是某一廠商設備的可變調(diào)制方式的各項指標，從中可看出最大傳輸速率是最小傳輸速率的約5.5倍，系統(tǒng)增益相差34.5dB。在實際應用中，選擇合適的站距，在大多數(shù)穩(wěn)定的天氣條件下，調(diào)制方式可以長期處于高階數(shù)狀態(tài)，傳輸帶寬可以極大的擴展，傳輸頻帶的利用率可以極大的提高；在極端惡劣的天氣條件下，最低階數(shù)的QPSK調(diào)制具備121.5dB的系統(tǒng)增益，足以抵抗絕大多數(shù)的極端惡劣天氣條件，而且還有56M的傳輸帶寬，可以保證極重要的節(jié)目業(yè)務傳輸。所以說相對SDH微波，IP微波的傳輸頻帶利用率要比SDH微波的高。

圖2 自適應可變調(diào)制方式

表1 不同調(diào)制方式對應的指標

1.3 傳輸時延（SDH傳輸時延低，SDH勝）

傳輸時延由串行時延、傳播時延和處理時延3個部分組成，其中串行時延跟傳輸幀的大小有關(guān)，在目前設備器件的處理速度上，IP微波和SDH微波串行時延基本相當；傳播時延與傳輸介質(zhì)相關(guān)，IP微波和SDH微波都是無線傳輸，兩者的傳播時延一致；IP微波和SDH微波的傳輸時延的區(qū)別主要在處理時延上，SDH微波的處理時延要低于IP微波的處理時延。SDH微波傳輸是面向連接的同步傳輸方式，業(yè)務調(diào)度一旦完成，就形成固定的傳輸通道連接，處理時延低且固定。IP微波建立在IP傳輸協(xié)議上的傳輸方式，是虛擬通道連接，根據(jù)業(yè)務傳輸需要建立虛擬傳輸通道，處理時延即建立虛擬傳輸通道的過程所需時間，這與傳輸帶寬的負荷情況和路由尋址時間相關(guān)，所以IP微波的處理時延要比SDH微波處理時延長且不固定，這是IP微波業(yè)務調(diào)度靈活所付出的代價。近期也出現(xiàn)了IP微波引入外部時鐘的做法，但由于IP傳輸分組交換和虛擬通道的傳輸方式，收效甚微，甚至在大型的IP網(wǎng)絡中，幾乎沒有作用。

1.4 業(yè)務調(diào)度

IP微波在業(yè)務調(diào)度方面要遠比SDH微波靈活。SDH微波的業(yè)務傳輸要嚴格遵守E1、DS3和STM-1的復用關(guān)系，在每個傳輸節(jié)點的業(yè)務上下都要嚴格設計帶寬的使用，以免造成帶寬浪費，而且還要不斷進行復用和解復用的過程，業(yè)務調(diào)度復雜、僵化。IP微波組成的傳輸網(wǎng)就是個IP網(wǎng)絡，對于業(yè)務來說跟普通的IP網(wǎng)絡沒什么兩樣。IP微波的業(yè)務調(diào)度使用的是IP路由策略，具備IP傳輸協(xié)議的單播、組播、廣播的傳輸方式，每個傳輸節(jié)點和上下業(yè)務端口、設備都擁有獨立唯一的IP地址，業(yè)務調(diào)度基于IP地址，調(diào)度靈活、直觀、簡易。

1.5 業(yè)務分級（IP網(wǎng)絡提供QOS、AMR機制，IP勝）

SDH微波傳輸業(yè)務的分級是根據(jù)傳輸波道的優(yōu)先級來定義的，比如有標志為1、2、3、4的4個傳輸波道，定義1波道優(yōu)先級最高，4波道為保護波道，在出現(xiàn)多波道傳輸中斷情況下，1波道會被優(yōu)先被保護。按1波道傳輸帶寬為155M，標清節(jié)目可傳24套以上，高清節(jié)目可傳9套以上，在優(yōu)先級最高的1波道里，所有節(jié)目的級別是一樣的，無法再按單個節(jié)目或者多個節(jié)目分組設置更加細致的優(yōu)先級別。

IP微波如上所述，所有傳輸波道的傳輸帶寬糅合在一起，統(tǒng)一調(diào)配，系統(tǒng)按業(yè)務級別和所需帶寬自動調(diào)配可用的傳輸帶寬，某個節(jié)目的傳輸不固定在某個傳輸波道上，兩者沒有固定的指配關(guān)系。IP微波的業(yè)務分級可按單個節(jié)目來定義優(yōu)先級別，通過QOS、AMR機制來保障優(yōu)先級高的節(jié)目傳輸，特別是在極端傳輸條件下保障極端重要節(jié)目的傳輸。

所以IP微波的業(yè)務分級要比SDH微波更加靈活高效，特別對微波電路有限帶寬下分級保護特別重要的廣播電視節(jié)目非常有意義。

1.6 安全可靠性

SDH微波使用SDH傳輸標準，采用的是面向端到端連接的傳輸方式，具有傳輸糾錯機制，自愈環(huán)保護機制，SNCP、MSP電路級別的倒換方式等保護機制，這些保護機制的切換時間都可小于10ms，這個時間在廣播電視畫面上可以忽略。IP微波使用的IP傳輸協(xié)議，不具備傳輸糾錯能力，采用的是以太網(wǎng)的保護方式，包括了RSTP、MSTP切換機制和ERPS以太網(wǎng)環(huán)保護機制，這些保護機制的切換時間高達50ms，甚至更高，會在廣播電視畫面上產(chǎn)生劣傳甚至中斷的效果。所以在系統(tǒng)保護，安全可靠性方面，SDH微波要比IP微波相對強一些。

1.7 接口兼容性

SDH微波提供的接口如2M、34M、45M、155M甚至更高的622M的SDH標準接口，這些接口在目前常見的終端設備如視音頻編解碼器、流媒體服務器、視音頻監(jiān)控系統(tǒng)等基本上見不到了?；ヂ?lián)網(wǎng)的發(fā)展和萬物互聯(lián)的發(fā)展方向，IP傳輸協(xié)議和傳輸接口已經(jīng)是絕對的主流，無論家用的終端設備還是專業(yè)的終端設備，都采用了IP傳輸接口及統(tǒng)一接口形式，這使得IP接口的設備互聯(lián)互通非常的靈活方便?？梢哉f，目前SDH傳輸已經(jīng)不再直接接入終端設備，而是作為長距離大容量的長途干線傳輸，在超大容量的光纖傳輸上，SDH傳輸?shù)牡蜁r延、高可靠性使其占據(jù)主要位置。

但對于廣播電視微波電路來說，微波傳輸帶寬相對光纖要小，傳輸業(yè)務主要是廣播電視節(jié)目，廣播電視的編解碼、流媒體等終端設備為了接入互聯(lián)網(wǎng)，主流接口也已經(jīng)是IP接口，甚至IP接口是唯一接口。因此提供IP接口的IP微波更能兼容目前大部分終端設備和網(wǎng)絡設備，更有利于微波電路的業(yè)務延展性和適應性，更能促進微波電路的業(yè)務發(fā)展。

1.8 維護管理

采用SDH傳輸標準的SDH微波，付出占用傳輸帶寬的代價，提供了用于傳輸系統(tǒng)維護管理的豐富開銷，可用于傳輸線路故障定位、誤碼檢測，設備運行狀態(tài)監(jiān)測、保護切換等維護管理的功能，使技術(shù)維護人員便于監(jiān)控電路運行狀態(tài)，快速處理線路故障等等維護工作。IP微波使用的IP協(xié)議沒有用于傳輸系統(tǒng)維護的開銷，傳輸帶寬利用相對是高了，但技術(shù)維護人員難以主動掌握電路運行狀態(tài)、故障處理需時較長，無法形成系統(tǒng)維護的體制。針對IP傳輸這個弱點，IP微波在微波傳輸幀上發(fā)展出用于監(jiān)控設備、保護切換等有限的開銷字節(jié)，彌補IP微波的維護管理弱點。

還有近期出現(xiàn)PTN傳輸網(wǎng)絡，這主要是建立在光傳輸?shù)囊环N網(wǎng)絡構(gòu)架，提供適合IP業(yè)務傳輸通道的基礎(chǔ)上繼承了SDH技術(shù)的OAM機制，提高了IP網(wǎng)絡保護切換、錯誤檢查、故障定位和通道監(jiān)控能力，以及降低傳輸時延。由于引入了大量的額外開銷，大幅降低了傳輸資源的利用效率且分組交換能力弱，因此主要應用在不受傳輸資源限制的光傳輸網(wǎng)絡，IP微波網(wǎng)絡傳輸資源受限，基本無法應用PTN。

2 IP微波和SDH微波的選擇

綜上所述，我們在進行舊SDH微波電路改造時，可以按以下3種情況來選擇IP微波或者SDH微波。

2.1 傳統(tǒng)廣播電視節(jié)目傳輸所需帶寬占大部分傳輸總帶寬的情況

這種情況推薦選擇SDH微波，理由是微波電路傳輸業(yè)務比較單一，業(yè)務傳輸架構(gòu)形成后經(jīng)常改動機會很小，可利用SDH時延低、安全可靠性相對高和維護管理能力較強的優(yōu)點，確保廣播電視節(jié)目傳輸安全。由于廣播電視節(jié)目已占用了大部分的傳輸帶寬，剩余的少量帶寬如需要傳輸如監(jiān)控信息和窄帶數(shù)據(jù)的IP業(yè)務，可通過加裝IP接口板卡，采用IP OVER SDH的方式來實現(xiàn)。

2.2 傳統(tǒng)廣播電視節(jié)目傳輸所需帶寬占一半傳輸總帶寬的情況

這種情況傾向于推薦選擇IP微波，理由是微波電路除了傳輸傳統(tǒng)廣播電視節(jié)目外，還需要傳輸其他業(yè)務流，而其他業(yè)務流可以預見基本是IP接口的業(yè)務流，所以選擇IP微波適合業(yè)務的發(fā)展。廣播電視節(jié)目傳輸?shù)陌踩钥刹捎脛澐謱Ｓ霉潭ㄍǖ?、保護環(huán)等帶寬利用率不高的方式來提高。

也可以考慮一半頻點選擇SDH微波，另一半頻點選擇IP微波，傳統(tǒng)廣播電視節(jié)目傳輸安全和IP業(yè)務流都可兼顧，不足之處就是會降低了頻帶利用率。

2.3 傳統(tǒng)廣播電視節(jié)目傳輸所需帶寬占小部分傳輸總帶寬的情況

這種情況推薦選擇IP微波，理由是傳統(tǒng)廣播電視節(jié)目業(yè)務量小，即使采用專用通道占用的帶寬也有限，更多的傳輸帶寬是面向IP業(yè)務流，所以選擇IP微波才能更好的發(fā)揮微波電路的作用。

最后有一點需要提出的是，目前大多數(shù)的微波電路信號源視音頻編碼前端還不是IP架構(gòu)的，即使改造成了IP微波，還不能充分發(fā)揮IP傳輸靈活高效的特點。只有從前端設備到傳輸通道再到終端設備都改造成IP架構(gòu)，才能徹底的成為一個端到端的廣播電視微波傳輸IP網(wǎng)絡。無論如何，IP傳輸是未來發(fā)展的趨勢，IP微波才是我們最終的選擇。