載波聚合在微波鏈路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

顧 浩

（中興通訊股份有限公司，江蘇南京 210012）

0 引言

微波通信作為三大通信傳播系統(tǒng)之一，因其具有傳輸容量大、長(zhǎng)途傳輸質(zhì)量穩(wěn)定、投資少、建設(shè)周期短、維護(hù)方便等特點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用[1-2]。微波鏈路設(shè)計(jì)是微波網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，其有效性直接影響著通信質(zhì)量。微波鏈路設(shè)計(jì)對(duì)于微波網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和通信質(zhì)量的重要性也引起了國(guó)內(nèi)部分專家和學(xué)者的關(guān)注，并對(duì)其開(kāi)展了一些有益的研究。張旭[3]針對(duì)空間站時(shí)頻系統(tǒng)微波鏈路的構(gòu)建提出了具體的設(shè)計(jì)思路，并對(duì)高精度時(shí)間頻率測(cè)量和載波相位整周模糊度精確解算兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了重點(diǎn)分析和研究；杜鑫[4]對(duì)微波通信鏈路設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵因素和計(jì)算參數(shù)進(jìn)行了分析，并介紹了設(shè)計(jì)中的一些關(guān)鍵技術(shù)；陳波[5]分析了自由空間傳播的損耗、視距傳播的大氣效應(yīng)、微波傳輸?shù)牡孛嫘?yīng)以及微波傳輸鏈路中的影響因素，并詳細(xì)介紹了關(guān)鍵參數(shù)的計(jì)算。

然而，隨著4G基站數(shù)量增加和5G基站數(shù)量的快速增長(zhǎng)，基站的回傳容量需求亦持續(xù)快速增長(zhǎng)。一方面，微波回傳場(chǎng)景下，頻譜資源的短缺與回傳容量的需求快速增長(zhǎng)已形成巨大矛盾，如何充分利用現(xiàn)有頻譜是一個(gè)難題。另一方面，有相當(dāng)一部分的微波鏈路在因各種原因退網(wǎng)后，釋放的頻譜資源無(wú)法立即得到有效的利用，或者重新進(jìn)行部署代價(jià)過(guò)高，造成了全局頻率資源短缺與局部頻率資源浪費(fèi)并存的現(xiàn)象。如何解決上述矛盾已成為微波通信領(lǐng)域的重要問(wèn)題。載波聚合（Carrier Aggregation，CA）是將多個(gè)連續(xù)或者不連續(xù)的載波聚合成一個(gè)更寬的頻譜來(lái)提高傳輸數(shù)據(jù)容量的技術(shù)，其可在不增加射頻ODU（Outdoor Unit）等硬件的條件下通過(guò)增加頻點(diǎn)實(shí)現(xiàn)快速部署，既可以充分利用釋放掉的頻率資源，又可以避免大量硬件的增加[6-7]。本文將載波聚合技術(shù)引入到微波鏈路設(shè)計(jì)中，指出設(shè)計(jì)中需要關(guān)注的問(wèn)題，并對(duì)基于載波聚合的微波鏈路和常規(guī)配置微波鏈路的性能進(jìn)行對(duì)比分析。

1 微波鏈路設(shè)計(jì)中需要關(guān)注的問(wèn)題

基于載波聚合的微波鏈路設(shè)計(jì)除了需要遵循常規(guī)微波鏈路設(shè)計(jì)規(guī)劃和流程外，還需要額外關(guān)注支持的設(shè)備配置類型、使用場(chǎng)景限制、設(shè)備發(fā)射功率回退和軟件工具配置方式等問(wèn)題。本文以國(guó)內(nèi)某公司的NR9000系列設(shè)備為例，分析所需關(guān)注的問(wèn)題。

1.1 設(shè)備配置類型

目前來(lái)說(shuō)，支持載波聚合配置的設(shè)備限于少數(shù)系列設(shè)備的部分型號(hào)，以最新的NR9000系列設(shè)備為例，其CA模式的具體配置如表1所示。

表1 NR9000系列CA模式配置表

1.2 使用場(chǎng)景限制

不同的設(shè)備支持的載波聚合微波鏈路配置不同，同一種設(shè)備也有不同的配置組合，因此，確定不同組合條件下的限制條件是必要的。NR9000系列的CA配置相較于之前的系列設(shè)備支持的ODU類型更多，配置組合也更豐富。當(dāng)ODU為1T1R時(shí)，NR9000系列的CA配置與常規(guī)配置的對(duì)比圖如圖1所示。

圖1 NR9000系列不同配置對(duì)比圖

NR9000系列的CA配置使用場(chǎng)景限制如下：

（1）兩個(gè)波道（頻點(diǎn)）須在同一個(gè)子帶內(nèi)。

（2）對(duì)于調(diào)制解調(diào)板CSA/CSA2/MD/MD2與表1中射頻單元的組合，帶寬和頻率需滿足式（1），最高調(diào)制方式支持4096QAM。

式中：BW為帶寬；F為頻率。

（3）對(duì)于調(diào)制解調(diào)板ME2與射頻單元SRU3D的組合，帶寬和頻率需滿足式（2），最高調(diào)制方式支持1024QAM。

（4）兩個(gè)波道可以是臨頻，也可以是隔頻（不限于隔一個(gè)波道）。

（5）同一個(gè)ODU射頻端口的兩個(gè)波道必須為相同極化方式。

（6）發(fā)射功率相對(duì)于普通配置方式有回路。

（7）如果配置ACM（Adaptive Coding and Modulation）功能，則CA的兩個(gè)波道配置需要保持一致，并且不建議開(kāi)啟ATPC（Auto Transmit Power Control）功能。

1.3 發(fā)射功率回退

設(shè)備采用載波聚合的配置后，ODU的發(fā)射功率相當(dāng)于普通配置的ODU發(fā)射功率有回路，以滿足ODU的射頻標(biāo)準(zhǔn)要求。此時(shí)的發(fā)射功率是ODU的整機(jī)發(fā)射功率，即兩個(gè)CA波道的發(fā)射功率之和，每個(gè)波道的實(shí)際發(fā)射功率為總發(fā)射功率的一半，即在整機(jī)發(fā)射功率基礎(chǔ)上減去3 dB。

發(fā)射功率降低造成的一個(gè)結(jié)果就是相同配置下的鏈路傳輸距離比普通鏈路縮短或鏈路指標(biāo)有所降低，在設(shè)計(jì)中應(yīng)特別注意并以仿真計(jì)算結(jié)果為準(zhǔn)。然而，對(duì)于省去了合路器的CA配置，因減少了兩端合路器的損耗，可以在一定程度上補(bǔ)償ODU發(fā)射功率回退造成的性能降低，甚至在一些ODU發(fā)射功率回退較小的情況下，CA鏈路的性能可能優(yōu)于常規(guī)的配置類型性能。

1.4 軟件工具配置方式

載波聚合的硬件和軟件組合不同于常規(guī)設(shè)計(jì)的組合邏輯，如表2所示，對(duì)載波聚合的配置類型采用常規(guī)表示方式增加CA字樣。

表2 常規(guī)配置與CA配置對(duì)比表

由表2可知，1T1R相同容量條件下，CA的射頻硬件ODU配置是常規(guī)類型配置的一半，而且對(duì)于4+0的配置，CA減少了合路器。由于合路器的減少，微波的損耗將降低到7～8 dB，即使考慮CA的發(fā)功回退，在NR9000系列設(shè)備中，CA鏈路性能將與常規(guī)鏈路性能處于相同水平，甚至略優(yōu)。

鏈路設(shè)計(jì)中載波聚合的配置類型在工具軟件中可以按照?qǐng)D2方式設(shè)置，鏈路設(shè)計(jì)中的設(shè)備文件配置可以按照?qǐng)D3中的配置進(jìn)行設(shè)置。

圖2 配置類型在工具中的設(shè)置

圖3 設(shè)備文件在工具中的設(shè)置

2 微波鏈路性能分析

為了驗(yàn)證載波聚合在微波鏈路設(shè)計(jì)中的有效性，本文以衰落儲(chǔ)備和年可用度為性能指標(biāo)，對(duì)基于載波聚合的微波鏈路與常規(guī)微波鏈路進(jìn)行性能對(duì)比分析。選取NR9000系列的常規(guī)配置和CA模式進(jìn)行對(duì)比，兩種設(shè)備的配置類型分別為4+0 XPIC和4+0 CA XPIC，鏈路計(jì)算采用配置和設(shè)置如表3所示。

表3 NR9000系列具體配置和設(shè)置

2.1 衰落儲(chǔ)備對(duì)比

衰落儲(chǔ)備是微波鏈路技術(shù)指標(biāo)中一個(gè)必不可少的參數(shù)，它是影響鏈路年可用度的重要因素之一，因此，以衰落儲(chǔ)備作為指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析可以較好地體現(xiàn)出不同微波鏈路的性能。

圖4為輸出距離在0～15 km范圍內(nèi)NR9000系列在常規(guī)配置和CA配置下的衰落儲(chǔ)備對(duì)比圖。

圖4 衰落儲(chǔ)備對(duì)比圖

從圖中不難看出，在相同傳輸距離下，CA配置的衰落儲(chǔ)備要略高于常規(guī)配置，說(shuō)明即便在CA配置發(fā)功回退后，綜合合路器損耗等因素，CA配置的性能仍然優(yōu)于常規(guī)配置。

2.2 年可用度對(duì)比

年可用度是衡量微波鏈路設(shè)計(jì)質(zhì)量最重要的一個(gè)參數(shù)，也是所有微波項(xiàng)目中必不可少的參數(shù)。為了更加全面地分析不同配置的年可用度，本文選取了4個(gè)不同雨區(qū)條件分別進(jìn)行計(jì)算分析，具體計(jì)算結(jié)果如圖5所示。

圖5 不同雨區(qū)的年可用度對(duì)比圖

從圖中可以發(fā)現(xiàn)，在不同雨區(qū)條件下，隨著傳輸距離的增大，年可用度相應(yīng)降低；在相同傳輸距離下，CA配置的年可用度要高于常規(guī)配置，特別是隨著傳輸距離增大，這一趨勢(shì)愈發(fā)明顯，說(shuō)明了CA配置的性能優(yōu)于常規(guī)配置。

3 結(jié)語(yǔ)

利用載波聚合技術(shù)將兩個(gè)不同波道聚合在一起使用同一個(gè)收發(fā)機(jī)進(jìn)行收發(fā)，能夠有效解決頻譜資源短缺和傳輸容量需求日益增長(zhǎng)之間的矛盾。因此，在適合的場(chǎng)景下科學(xué)應(yīng)用載波聚合技術(shù)，對(duì)于提升通信質(zhì)量十分有益。本文根據(jù)載波聚合技術(shù)的特點(diǎn)，分析了其在微波鏈路設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題，并通過(guò)性能指標(biāo)的計(jì)算與分析，驗(yàn)證了載波聚合在微波鏈路設(shè)計(jì)中的有效性。通過(guò)本文的分析，可加深對(duì)微波鏈路設(shè)計(jì)中載波聚合設(shè)置和常規(guī)設(shè)置的認(rèn)識(shí)，有利于載波聚合技術(shù)在微波鏈路設(shè)計(jì)中的有效應(yīng)用。