基于5G微波技術(shù)的音頻傳輸系統(tǒng)改造

王志杰 曹桔香

1．2．北京廣播電視臺 北京市 100022

1 引 言

北京臺音頻節(jié)目匯聚在建外核心機(jī)房，通過光纖通路和微波通路把音頻信號分別送往遠(yuǎn)端發(fā)射站點(diǎn)。經(jīng)過核心播控系統(tǒng)改造已完成遠(yuǎn)端音頻子矩陣和三選二切換器的升級，已完成光通路改造。微波傳輸系統(tǒng)已運(yùn)行十多年，設(shè)備的擴(kuò)展性、智能化都有很多的不足，且在近期微波系統(tǒng)出現(xiàn)多次故障，可靠性急劇下降，無法滿足國家廣電總局第62號令《廣播電視安全播出管理規(guī)定》的相關(guān)要求，有著很大的安全播出隱患。隨著北京臺整體技術(shù)系統(tǒng)的改進(jìn)，各類業(yè)務(wù)的增加，大帶寬數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨笤絹碓蕉?，現(xiàn)有微波系統(tǒng)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前和今后業(yè)務(wù)發(fā)展的需要，因此急需對現(xiàn)有微波傳輸系統(tǒng)進(jìn)行全面改造，以符合國家廣電總局要求，也確保節(jié)目安全傳輸，降低重大事故影響。本項(xiàng)目2019年立項(xiàng)，2020年實(shí)施完成系統(tǒng)升級改造，系統(tǒng)上線運(yùn)行至今穩(wěn)定可靠，系統(tǒng)維護(hù)性強(qiáng)。

2 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目新建4跳微波鏈路替換原有NEC的PDH微波，組網(wǎng)方式、頻段及站址和原有網(wǎng)絡(luò)相同，仍采用星型組網(wǎng)，頻段為13G，北京臺微波站址系統(tǒng)如圖1所示，每跳與建外中心站點(diǎn)的距離如表1所示。每跳鏈路均為1+0XPIC配置，使用1個28MHz波道的垂直極化與水平極化同時(shí)傳輸，垂直和水平極化各200Mbps容量，鏈路總?cè)萘?00Mbps。另外為滿足日常維護(hù)和管理需要，新搭建了1套微波網(wǎng)管系統(tǒng)。本項(xiàng)目采取逐跳對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行替換，最終實(shí)現(xiàn)對全網(wǎng)的替換，替換后新系統(tǒng)的空口容量達(dá)到每跳400M，可用度在99.999%以上。微波網(wǎng)管系統(tǒng)搭在建外中心站點(diǎn)，通過建外中心站點(diǎn)往4個發(fā)射站點(diǎn)傳送音頻和管理信息，4個發(fā)射站點(diǎn)把遠(yuǎn)端信息通過微波系統(tǒng)傳回至中心站點(diǎn)，通過網(wǎng)管系統(tǒng)可以查看各個發(fā)射站點(diǎn)信息。

圖1 北京臺微波站址系統(tǒng)

3 微波系統(tǒng)

本微波系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖2所示，中心站點(diǎn)在建外，4個發(fā)射站點(diǎn)分別為表1中所示：京廣、804、皂君廟和中央大塔。采用華為產(chǎn)品OptiX RTN 980和950A，在中心站點(diǎn)安裝OptiX RTN980，在發(fā)射站點(diǎn)安裝OptiXRTN950A。OptiXRTN980和950A是業(yè)界首款5G微波設(shè)備。OptiXRTN950A采用MIMO（多入多出技術(shù)）、CA（載波聚合）、8KQAM調(diào)制模式、常規(guī)微波頻段和E-band疊加的雙頻微波等5G微波技術(shù)，傳輸帶寬可達(dá)10Gbps。本微波系統(tǒng)基于華為新一代芯片及優(yōu)化算法等技術(shù)，將微波單跳時(shí)延從目前的數(shù)百微秒降低至數(shù)十微秒，遠(yuǎn)低于5G對承載網(wǎng)時(shí)延訴求；創(chuàng)新的模塊化天線實(shí)現(xiàn)了升級不換天面，10G平臺IDU換板不換框，支持面向5G網(wǎng)絡(luò)平滑演進(jìn)，最大化的保護(hù)現(xiàn)網(wǎng)投資；同時(shí)本微波系統(tǒng)基于全面云網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，面向5G承載的微波解決方案可大幅提升網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)智慧運(yùn)維。8KQAM超高調(diào)制模式，ISM8支持8192QAM超高調(diào)制模式，可實(shí)現(xiàn)比傳統(tǒng)的256QAM調(diào)制模式多52%的業(yè)務(wù)容量，滿足LTE時(shí)代的大帶寬需求。

表1 北京臺微波鏈路

圖2 微波系統(tǒng)拓?fù)鋱D

建外是中心站點(diǎn)，需要安裝RTN980A核心設(shè)備、對4個發(fā)射站點(diǎn)室外設(shè)備、天線以及8條中頻電纜和1套網(wǎng)管系統(tǒng)，對應(yīng)1個發(fā)射站點(diǎn)是2條中頻電纜，分別對應(yīng)水平極化和垂直極化；4個發(fā)射站點(diǎn)各裝1套RTN950A。本項(xiàng)目的網(wǎng)管安裝在建外中心站點(diǎn)四樓的數(shù)據(jù)機(jī)房內(nèi)。設(shè)備安裝完后逐跳調(diào)通微波鏈路，待所有微波鏈路全部調(diào)通后，即保證音頻鏈路正常后，再配置網(wǎng)管數(shù)據(jù)，先配置中心站點(diǎn)網(wǎng)管數(shù)據(jù)及發(fā)射站點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)信息，再聯(lián)調(diào)4個發(fā)射站點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、運(yùn)維系統(tǒng)、數(shù)據(jù)監(jiān)測等。

3.1 系統(tǒng)配置

搭建本項(xiàng)目新增1套RTN 980和4套RTN950A設(shè)備，系統(tǒng)配置如表2所示。從表2可看出，中心站點(diǎn)RTN980采用的業(yè)務(wù)板：2塊主控板CSHNU（主控交叉時(shí)鐘業(yè)務(wù)板1+1熱備份），接入能力：4*GE+2*STM1-4；EM6數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)單板和SP3D的TDM業(yè)務(wù)單板；微波采用分體式設(shè)計(jì)，系統(tǒng)主要由IDU和ODU組成，IDU與每個ODU之間通過2根中頻電纜相連（分別對應(yīng)垂直方向和水平方向），中心站點(diǎn)系統(tǒng)采用ISM8中頻板4塊，1個站點(diǎn)對應(yīng)1塊中頻板，8條中頻電纜與微波室外單元8臺ODU連接；每個發(fā)射站點(diǎn)對應(yīng)1塊中頻板ISM8及2臺XMC-3ODU室外單元。室內(nèi)單元部分完成業(yè)務(wù)接入、復(fù)接、中頻處理、系統(tǒng)通信和控制等功能，可以根據(jù)需要給IDU單元配置不同的單板實(shí)現(xiàn)不同的功能，其單板類型包括主控板、中頻板、業(yè)務(wù)板、電源板和風(fēng)扇板等。OptiX RTN980、950A主要支持的RTNXMCODU，本微波系統(tǒng)采用ODU設(shè)備XMC-3。

表2 系統(tǒng)配置

3.1.1 CSHNU主控單板

中心站安裝RTN980IDU如表3所示，系統(tǒng)有風(fēng)扇單元、主備電源單元、主備主控交叉時(shí)鐘業(yè)務(wù)板以及14個時(shí)隙單元接不同業(yè)務(wù)板。具有HA（high availability）高可靠性設(shè)計(jì)，確保網(wǎng)絡(luò)健壯。如表3所示，本系統(tǒng)采用CSHNU主控交叉時(shí)鐘業(yè)務(wù)單板，1+1熱備單板，配置在slot15slot20物理通道。CSHNU是新一代OptiXRTN980的Hybrid支持L3VPN和SuperDual Band（SDB）及其應(yīng)用的解決方案。CSHNU可以提供STM-1/4和以太網(wǎng)業(yè)務(wù)接口，實(shí)現(xiàn)各種業(yè)務(wù)的匯聚和調(diào)度傳輸。CSHNU板集成了120Gbit/s的分組交換能力、全時(shí)分交叉功能、系統(tǒng)控制和通信功能、時(shí)鐘處理能力，并提供了以太網(wǎng)業(yè)務(wù)接口、STM-1/4業(yè)務(wù)接口和輔助管理接口。接入能力（4*GE+1*10E1+2*STM-1/4）滿足更多需求，面板指示燈表示各種狀態(tài)：線路告警、單板狀態(tài)、網(wǎng)元告警狀態(tài)等便于維護(hù)。

表3 中心站RTN980IDU業(yè)務(wù)分配

3.1.2 ISM8中頻單板

本系統(tǒng)選擇中頻單板ISM8，ISM8單板在機(jī)盒中可插放的槽位為slot1～14，如表3所示，本系統(tǒng)把slot3、slot4、slot5及slot6配置給ISM84塊中頻板分別對應(yīng)去804、大塔、京廣中心和皂君廟，每塊中頻板對應(yīng)IF1和IF22塊中頻，2個中頻接口連接ODU，分別對應(yīng)水平極化及垂直極化。ISM8支持8192QAM超高調(diào)制模式，可實(shí)現(xiàn)比傳統(tǒng)的256QAM調(diào)制模式多52%的業(yè)務(wù)容量，滿足LTE時(shí)代的大帶寬需求。微波類型：一體化IP微波和SDH微波，AM：√（QPSK Strong～4094QAM）；支持112M帶寬、XPIC、以太網(wǎng)幀頭壓縮PLA、LH配套；背板帶寬10Gbits/s?？刂菩盘柫鲉伟逵芍骺貑卧腃PU直接控制，CPU通過控制總線將配置、查詢命令下發(fā)到單板內(nèi)的各個單元；各單元上報(bào)的命令響應(yīng)，告警、性能等事件也都通過控制總線上報(bào)到CPU。邏輯控制單元負(fù)責(zé)譯碼來自主控單元的地址讀寫信號。時(shí)鐘單元從背板控制總線接收系統(tǒng)時(shí)鐘，并為本單板其他單元提供時(shí)鐘信號。合路接口單元接收時(shí)負(fù)責(zé)從中頻信號中分離出ODU室外單位控制信號和微波業(yè)務(wù)信號，SMODEM單元解調(diào)ODU控制信號將ODU控制信號傳送到主控單元，MODEM單元XPIC使能時(shí)，對中頻信號進(jìn)行交叉極化干擾的抵消，進(jìn)行時(shí)域自適應(yīng)均衡及FEC解碼，并產(chǎn)生相應(yīng)告警等。

3.1.3 其他單板

本系統(tǒng)配置EM6業(yè)務(wù)板，配置在槽位的slot9，具備6路以太網(wǎng)接口板，接口類型可根據(jù)業(yè)務(wù)需求靈活組合。EM6單板接口中，兩路固定為RJ45 FE電接口，另外4路可以是SFP接口，也可以是RJ45電接口。本系統(tǒng)給京廣中心配置（GE1-4）/皂君廟（FE5-6），京廣中心無人值守，通過微波系統(tǒng)回傳京廣動環(huán)信息、切換器以及發(fā)射機(jī)等信息來判斷處理是否需要遠(yuǎn)程操作應(yīng)急等。

SP3D是32路75Ω/120Ω E1支路板，本系統(tǒng)2塊SP3D，配置在物理時(shí)隙slot12，總共64路E1支路板，直播機(jī)房音頻信號輸出進(jìn)入編碼器變成E1格式，進(jìn)SP3D變成中頻信號進(jìn)入中頻板再到室外ODU單元。

2個PIU板塊為電源接口板，slot2627為PIU專用槽位，OptiXRTN980支持2塊PIU單板，每塊PIU單板接入1路-48V/-60VDC電源。電源單元從背板電源總線接收-48V電源，進(jìn)行緩啟動和濾波處理，并進(jìn)行DC-DC轉(zhuǎn)化后，提供-48V電源給ODU，提供+3.3V電源給單板內(nèi)其他單元。slot28為FAN專用槽位，F(xiàn)AN單板是風(fēng)扇板，為機(jī)盒提供風(fēng)冷散熱，且為智能風(fēng)扇，風(fēng)速可根據(jù)環(huán)境自動調(diào)整。

3.2 音頻傳輸系統(tǒng)

以北京臺建外機(jī)房至大塔音頻傳輸系統(tǒng)為例，建外機(jī)房分別通過光纖通路和微波通路把音頻信號送至大塔節(jié)傳設(shè)備，切換器輸入1音頻源為主矩陣來，切換器輸入2音頻源為備矩陣來，切換器輸入3音頻源為微波，微波信號是直通信號既是對通路備份，也是在當(dāng)矩陣、延時(shí)器或其它播出鏈路設(shè)備有問題導(dǎo)致前2路無音頻信號時(shí)的音頻備份，此時(shí)切換器輸出自動選擇微波信號源，因此音頻播出系統(tǒng)有完備手段，保證音頻不間斷。從圖3可看出，以大塔微波為例，從建外直播機(jī)房調(diào)音臺直出信號（未經(jīng)機(jī)房延時(shí)器）送至IDC（數(shù)字綜合機(jī)房）接線盤，通過音頻線纜送至21層微波機(jī)房進(jìn)入微波編碼器出來E1信號，進(jìn)入IDU的SP3D輸出2條中頻電纜送至大塔中頻模塊微波、ODU微波發(fā)射至大塔微波接收、ODU、IDU及解碼器等最后把音頻送至三選二切換器輸入3。當(dāng)切換器前2路無音頻信號，第3路有音頻信號時(shí)切換器8秒切換輸入3，前2路是光纖信號，輸入3是微波信號，因此微波信號是對光纖通路的備份。

圖3 大塔音頻傳輸路由圖

3.3 XPIC技術(shù)

本系統(tǒng)采用了XPIC1+0技術(shù)，使用XPIC技術(shù)原理如圖4所示，XPIC在發(fā)送端一個信道中向接收端傳輸2路極化方向正交的電磁波，接收端通過XPIC處理消除2路電磁波間的干擾，從而恢復(fù)出2路原始信號。使用XPIC技術(shù)，可以使用相同的波道傳輸，相當(dāng)于不使用XPIC技術(shù)時(shí)2倍容量的業(yè)務(wù)信號，XPIC可以在同等信道條件下，將傳輸容量提高1倍。

圖4 使用XPIC技術(shù)原理圖

北京臺微波系統(tǒng)采用的是1+0XPIC技術(shù)，1表示主用鏈路，0表示備用，沒有備用鏈路，因?yàn)橹鱾滏溌范夹枰l點(diǎn)，但是我們只有1個頻點(diǎn)，所以只用了1+0，但是我們要實(shí)現(xiàn)更大的帶寬，所以使用XPIC技術(shù)，可以讓水平極化和垂直極化同時(shí)被利用，就相當(dāng)于同一頻點(diǎn)有2個通路，這樣容量就翻倍了。因?yàn)轭l點(diǎn)的限制，所以只能配成1+0，如果有多頻點(diǎn)的話，就可以配成2+0或者1+1等，XPIC1+1典型配置，不僅提高帶寬，還有備用板備份通道。

3.4 微波運(yùn)維系統(tǒng)

本次微波改造加強(qiáng)了運(yùn)維系統(tǒng)的建設(shè)，本項(xiàng)目的網(wǎng)管安裝在建外中心站點(diǎn)四樓的數(shù)據(jù)機(jī)房內(nèi)。原有微波系統(tǒng)沒有運(yùn)維系統(tǒng)，無法提前掌握設(shè)備狀態(tài)信息，有很大安全播出隱患。為保證跟播控系統(tǒng)平臺EQM智能監(jiān)測系統(tǒng)時(shí)間基準(zhǔn)一致，通過標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘系統(tǒng)接入NTP較時(shí)，中心站點(diǎn)和4個發(fā)射站點(diǎn)信息都可通過微波網(wǎng)管系統(tǒng)詳細(xì)查到。

華為NCE網(wǎng)管系統(tǒng)中網(wǎng)元管理器以及物理接口及配置系統(tǒng)等，通過微波鏈路配置，可設(shè)置網(wǎng)元屬性、網(wǎng)元時(shí)間同步、標(biāo)準(zhǔn)NTP密鑰管理、環(huán)形復(fù)用段、N+1保護(hù)、SDH/PDH業(yè)務(wù)配置、SNCP業(yè)務(wù)控制、接口管理、以太網(wǎng)QAM管理及QOS管理等。

通過NCE網(wǎng)管系統(tǒng)可以查看以太網(wǎng)端口狀態(tài)及收光功率工作是否正常，可以看到微波發(fā)送端和接收端的微波基本參數(shù)：保護(hù)類型、XPIC方式、極化方式等；以及中頻屬性、射頻屬性等，重點(diǎn)關(guān)注發(fā)射功率和接收功率，特別是接收功率是否正常，這個值反應(yīng)微波接收信號的強(qiáng)弱；其次查看各設(shè)備狀態(tài)、告警信息等詳細(xì)情況。此次微波系統(tǒng)不僅向發(fā)射站點(diǎn)傳輸音頻信號，各發(fā)射站點(diǎn)還往中心站點(diǎn)傳送音頻信號及監(jiān)測信號（動環(huán)監(jiān)測、京廣切換器狀態(tài)等）。

4 結(jié) 論

本文闡釋了OptiXRTN 980A新一代數(shù)字微波在北京臺微波系統(tǒng)的具體應(yīng)用，對設(shè)備和方案進(jìn)行了深入剖析，展現(xiàn)了應(yīng)用中的亮點(diǎn)與優(yōu)勢，為未來微波電路的更新?lián)Q代提供了可行性的參考方案，原有NEC微波系統(tǒng)沒有運(yùn)維系統(tǒng)，無法提前掌握設(shè)備狀態(tài)信息，有安全播出隱患，本系統(tǒng)加強(qiáng)了運(yùn)維系統(tǒng)建設(shè)，實(shí)時(shí)掌握遠(yuǎn)端發(fā)射站點(diǎn)設(shè)備狀態(tài)及音頻信息，提高安全播出效率，此次微波系統(tǒng)改造嘗試性地應(yīng)用結(jié)合了當(dāng)代微波發(fā)展的新動態(tài)和最新科技成果，并在現(xiàn)行應(yīng)用和未來的發(fā)展上進(jìn)行了有價(jià)值的探討與摸索。該項(xiàng)目為將來微波電路的更新?lián)Q代提供了可行性的參考方案，在彰顯新一代數(shù)字微波強(qiáng)勁優(yōu)勢的同時(shí)，開辟了廣播電視無線傳輸領(lǐng)域上的新篇章。