基站接入微波組網(wǎng)策略研究

潘詩(shī)柱

［摘 要］為了應(yīng)對(duì)我國(guó)山區(qū)的復(fù)雜地形和有線傳輸建設(shè)的困難，引入有線傳輸接入和微波傳輸相結(jié)合的組網(wǎng)策略進(jìn)行傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，提高了運(yùn)營(yíng)商的投資建設(shè)效率，為我國(guó)山區(qū)的基站建設(shè)提供了有力保障。文章主要分析接入網(wǎng)和微波的相關(guān)技術(shù)，涉及接入網(wǎng)和微波的相關(guān)設(shè)備介紹；同時(shí)對(duì)因地理?xiàng)l件限制基站接入網(wǎng)的環(huán)路，基于原有的“環(huán)、星、樹(shù)、鏈”等形式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，新建微波傳輸結(jié)合原有接入網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)合組網(wǎng)，并對(duì)基站接入微波組網(wǎng)的策略進(jìn)行探討。

［關(guān)鍵詞］接入網(wǎng)；基站；基站接入；微波；微波設(shè)備；微波組網(wǎng)

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2024.06.058

［中圖分類號(hào)］TN925［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A［文章編號(hào)］1673-0194（2024）06-0181-04

1? ? ?基站接入微波組網(wǎng)的原因及需求

隨著通信網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展和5G網(wǎng)絡(luò)的普及，5G基站的建設(shè)速度加快，基站建設(shè)也由城區(qū)、縣城發(fā)展至鄉(xiāng)鎮(zhèn)、行政村乃至自然村。隨著基站建設(shè)逐漸深入農(nóng)村偏遠(yuǎn)地區(qū)，部分偏遠(yuǎn)山區(qū)及人員稀少區(qū)域中出現(xiàn)傳統(tǒng)有線接入無(wú)法建設(shè)的地方或者是可以建設(shè)但投資過(guò)大的區(qū)域，有線傳輸網(wǎng)的建設(shè)條件也越來(lái)越惡劣。就目前我國(guó)云貴地區(qū)來(lái)說(shuō)，轄區(qū)內(nèi)的行政村、自然村地處偏遠(yuǎn)，山高林密，要在這樣的條件下建設(shè)傳輸網(wǎng)絡(luò)非常困難。因此，近年來(lái)基站接入網(wǎng)的建設(shè)逐步采用有線光纜接入和微波結(jié)合組網(wǎng)的方式。由于現(xiàn)有移動(dòng)網(wǎng)規(guī)模已較完善，而且每年還在改擴(kuò)建，基站基數(shù)已相對(duì)較大，基站分布位置比較分散，相對(duì)中繼電路數(shù)較少。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用“環(huán)、星、樹(shù)、鏈”相結(jié)合的方式進(jìn)行組網(wǎng)，部分環(huán)路由于地理?xiàng)l件限制，無(wú)法建設(shè)雙路由。在這種情況下，部分通信運(yùn)營(yíng)商引入有線傳輸接入和微波相結(jié)合的組網(wǎng)方案，根據(jù)具體的基站分布情況和傳輸路由情況，綜合考慮將部分微波站點(diǎn)接入城域網(wǎng)保護(hù)環(huán)。

2? ? ?基站接入微波傳輸技術(shù)

基站接入微波傳輸技術(shù)是一種將微波信號(hào)進(jìn)行基站接入數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N技術(shù)。它具有傳輸速率較高、傳輸距離較遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，適用于城市和山區(qū)等不同地域的通信網(wǎng)絡(luò)。微波傳輸與其他通信網(wǎng)絡(luò)傳輸方式的區(qū)別在于其直接以微波為介質(zhì)進(jìn)行通信傳輸，無(wú)須采用其他固體介質(zhì)，在兩點(diǎn)間以無(wú)障礙的直線距離采用微波進(jìn)行通信傳輸［1］。一般來(lái)說(shuō)，微波設(shè)備主要由室內(nèi)單元（InDoor Unit，IDU）、收發(fā)信機(jī)（Optical channel Data Unit，ODU）、同軸電纜（用于IDU與ODU間互連）、天線、網(wǎng)管系統(tǒng)（可選）等組成。微波傳輸具有容量大、頻帶寬、效率高等特點(diǎn)，在發(fā)生山體滑坡、泥石流、洪澇等自然災(zāi)害時(shí)，依然可以準(zhǔn)確地發(fā)出信息并報(bào)警，也不會(huì)因?yàn)樽匀粸?zāi)害對(duì)通信產(chǎn)生影響，對(duì)于現(xiàn)有通信傳輸來(lái)說(shuō)是一種路由保障［2］。

2.1? ?基站接入微波傳輸采用的主要技術(shù)

隨著有線傳輸?shù)陌l(fā)展，曾經(jīng)的模擬微波傳輸已逐漸被數(shù)字微波取代，數(shù)字微波傳輸具有更好的穩(wěn)定性、抗干擾能力強(qiáng)、線路噪聲不堆積、保密性更強(qiáng)。數(shù)字微波傳輸?shù)馁Y金投入較大，所采用的器件便于固態(tài)和集成化。數(shù)字微波傳輸設(shè)備的特點(diǎn)是體積小、耗電低、安裝及投入使用方便，便于綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)組網(wǎng)，這是數(shù)字微波傳輸被廣泛應(yīng)用的原因之一［3］。

基站接入微波傳輸技術(shù)可以根據(jù)實(shí)際需要搭配，不同的搭配方式各具優(yōu)缺點(diǎn)。同時(shí)，還需要考慮設(shè)備的兼容性和接口標(biāo)準(zhǔn)等因素。以下是基站接入微波傳輸主要技術(shù)。

（1）數(shù)字調(diào)制技術(shù)：數(shù)字調(diào)制技術(shù)是基站接入微波傳輸中的關(guān)鍵部分。它使用數(shù)字信號(hào)來(lái)調(diào)制載波信號(hào)，以便在傳輸過(guò)程中攜帶信息。數(shù)字調(diào)制技術(shù)可以提供更高的抗干擾性能和更好的頻譜效率，從而提高傳輸?shù)目煽啃院托省?/p>

（2）信號(hào)壓縮技術(shù)：信號(hào)壓縮技術(shù)用于在有限的頻帶內(nèi)傳輸更多的信息。在基站接入微波傳輸中，信號(hào)壓縮技術(shù)可以減少信號(hào)占用的帶寬，從而增加傳輸容量。

（3）信號(hào)擴(kuò)頻技術(shù)：信號(hào)擴(kuò)頻技術(shù)是一種信號(hào)帶寬擴(kuò)展的方法，它可以增加信號(hào)的冗余性和保密性。在基站接入微波傳輸中，信號(hào)擴(kuò)頻技術(shù)可以增加信號(hào)的可靠性和安全性。

（4）信號(hào)加密技術(shù)：信號(hào)加密技術(shù)用于保護(hù)傳輸?shù)男畔⒉槐环欠ǐ@取或竊聽(tīng)。在基站接入微波傳輸中，信號(hào)加密技術(shù)可以保護(hù)信息的機(jī)密性和完整性。

（5）信道編碼技術(shù)：信道編碼技術(shù)是一種增加冗余信息的方法，它可以糾正傳輸過(guò)程中的錯(cuò)誤。在基站接入微波傳輸中，信道編碼技術(shù)可以增強(qiáng)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

（6）信道復(fù)用技術(shù)：信道復(fù)用技術(shù)是一種將多個(gè)信號(hào)合并到同一信道中進(jìn)行傳輸?shù)姆椒?。信道?fù)用技術(shù)可以提高信道的利用率，增加傳輸容量。

（7）多址接入技術(shù)：多址接入技術(shù)是一種允許多個(gè)用戶同時(shí)訪問(wèn)共享資源的方法。在基站接入微波傳輸中，多址接入技術(shù)允許多個(gè)用戶同時(shí)訪問(wèn)同一信道，實(shí)現(xiàn)高效的資源共享。

2.2? ?基站接入微波傳輸采用的主流設(shè)備

微波傳輸?shù)囊稽c(diǎn)對(duì)多點(diǎn)傳輸系統(tǒng)是一種分布式無(wú)線電傳輸系統(tǒng)，它可以在空間中從一點(diǎn)到多點(diǎn)進(jìn)行信息傳輸，是一種常見(jiàn)的傳輸方式。該系統(tǒng)由基站和用戶共同組成網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸?；緫?yīng)構(gòu)成360°覆蓋的圓形無(wú)線區(qū)域，而用戶側(cè)需要設(shè)置一個(gè)面對(duì)基站方向的小型定向天線，容易建立通信線路［4］。緊急情況下也可以通過(guò)微波中繼傳輸數(shù)據(jù)至上千公里外的用戶。

該系統(tǒng)采用一對(duì)多的預(yù)分配時(shí)分多址（Time Division Multiple Address，TDMA），多用戶共用同一種載頻和一個(gè)基站設(shè)備，因此，無(wú)線頻率可得到高效利用，且設(shè)備利用率也高?；颈O(jiān)控可高效監(jiān)控每個(gè)用戶線路與設(shè)備狀態(tài)，并且基站能為用戶進(jìn)行修正。對(duì)于一些地形分散、業(yè)務(wù)量小的用戶，如城郊、農(nóng)村、山區(qū)、海島等的用戶很適用。

現(xiàn)有10 GE微波設(shè)備可為無(wú)線分布式基站中的基帶處理單元（Base Band Unit，BBU）和射頻拉遠(yuǎn)單元（Remote Radio Unit，RRU）之間提供微波鏈路傳輸協(xié)議數(shù)據(jù)，也可支持多路業(yè)務(wù)傳輸，代替光纖傳輸分布式基站BBU與RRU之間的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)RRU拉遠(yuǎn)。

10 GGE微波設(shè)備可為4G基站提供大容量微波回傳鏈路，尤其是在光纖鋪設(shè)困難的市區(qū)密集部署基站提供大容量微波鏈路；也可為5G基站回傳網(wǎng)絡(luò)中匯聚站點(diǎn)提供“1+1”保護(hù)的10 GE空口容量微波鏈路。這類微波設(shè)備還可與匯聚層傳輸設(shè)備組合，提供全室外的微波解決方案，實(shí)現(xiàn)零站址、大帶寬、易部署的回傳鏈路，應(yīng)用于無(wú)機(jī)房或室外機(jī)柜等末梢站點(diǎn)。

3? ? ?基站接入微波組網(wǎng)的思路及策略

3.1? ?基站接入網(wǎng)及相關(guān)介紹

無(wú)線核心網(wǎng)對(duì)傳輸?shù)男枨笾饕蓚鬏敼歉蓪庸鈧魉途W(wǎng)（Optical Transport Network，OTN）環(huán)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，基站接入對(duì)傳輸?shù)男枨笾饕翘峁┫鄳?yīng)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)處理和匯聚能力的電路傳送，其主要由傳輸網(wǎng)的接入層切片分組網(wǎng)絡(luò)（Slicing Packet Network，SPN）環(huán)網(wǎng)和匯聚層SPN環(huán)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)。目前建設(shè)中的基站數(shù)量已相對(duì)較少，分散、分布面積廣、地形復(fù)雜是規(guī)劃中亟須解決的重點(diǎn)問(wèn)題。

基站接入主要是將固網(wǎng)側(cè)接入網(wǎng)和無(wú)線接入網(wǎng)側(cè)基站通過(guò)光纖進(jìn)行連接?；窘尤胫恍杞尤雮鬏斣O(shè)備，傳輸設(shè)備與無(wú)線基站之間通過(guò)跳纖連接［5］，4G基站傳統(tǒng)接入方式也是采用此種方式，傳輸設(shè)備采用分組傳送網(wǎng)（Packet Transport Network，PTN），近年來(lái)由于5G基站發(fā)展，接入方式逐步更新為采用SPN傳輸設(shè)備替換原PTN設(shè)備。

接入網(wǎng)（Access Network，AN）由業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)接口（Secure Network Infrastructure，SNI）和用戶網(wǎng)絡(luò)接口（User Network Interface，UNI）間的所有傳送實(shí)體等組成；為傳輸通信業(yè)務(wù)提供所需通信承載能力的系統(tǒng)，可經(jīng)由網(wǎng)管接口進(jìn)行配置和管理；傳輸線路與設(shè)備聯(lián)合構(gòu)成了傳輸系統(tǒng)，不同業(yè)務(wù)類型的傳輸系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也不同。接入網(wǎng)主要包含匯聚節(jié)點(diǎn)以下到基站和各類客戶接入節(jié)點(diǎn)間的一系列傳送實(shí)體。城域傳送網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖1所示，接入網(wǎng)中主流的技術(shù)如圖2所示。

3.2? ?基站接入微波組網(wǎng)的策略

目前，我國(guó)山區(qū)的基站接入網(wǎng)采用接入層SPN環(huán)網(wǎng)接入?yún)R聚層SPN環(huán)網(wǎng)，再匯聚進(jìn)入骨干層OTN環(huán)網(wǎng)；基站微波接入涉及接入層SPN環(huán)網(wǎng)中的部分站點(diǎn)。同時(shí)，因云貴地區(qū)受地形、地貌因素影響，自然災(zāi)害頻發(fā)，夏季經(jīng)常有泥石流，冬季經(jīng)常有暴雪等自然災(zāi)害，導(dǎo)致有線傳輸業(yè)務(wù)中斷，所以引入微波傳輸，在地形受限的情況下，基站接入可采用微波與現(xiàn)有環(huán)網(wǎng)結(jié)合的方式建設(shè)組網(wǎng)（由于投資收益比，目前各運(yùn)營(yíng)商采用較多的微波設(shè)備帶寬為10 GE）。

具體涉及微波接入站點(diǎn)的規(guī)劃以圖3為例（新增規(guī)劃站點(diǎn)1和規(guī)劃站點(diǎn)2的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：由于受地形影響，無(wú)法新建有線傳輸路由，采用“接入環(huán)網(wǎng)+微波單鏈”結(jié)構(gòu)組網(wǎng)）。

具體涉及新增的規(guī)劃站點(diǎn)由微波接入情況和新增規(guī)劃站點(diǎn)微波鏈路，需從原有站點(diǎn)至規(guī)劃站點(diǎn)2開(kāi)通一條無(wú)線電路，由于山體阻擋，中間需以規(guī)劃站點(diǎn)1為中繼站，通過(guò)微波傳輸鏈接至規(guī)劃站點(diǎn)2，再通過(guò)軟件模擬計(jì)算出鏈路斷面數(shù)據(jù)。

根據(jù)現(xiàn)有機(jī)房、規(guī)劃站點(diǎn)1及規(guī)劃站點(diǎn)2的路由情況，以及模擬計(jì)算出的鏈路斷面數(shù)據(jù)，得出微波天線所需掛高和建議新建的桿塔高度（見(jiàn)表1）。

鑒于微波中繼與規(guī)劃站點(diǎn)的天線，綜合考慮采用12 m H 雙桿進(jìn)行建設(shè)，水泥桿H結(jié)構(gòu)，每根桿需采用7/3.0、轉(zhuǎn)角120°的三方拉線做固定。兩桿之間采用2 450×100×48×5.3 mm的槽鋼聯(lián)結(jié)；叉梁結(jié)構(gòu)采用75×75 mm，角鋼長(zhǎng)1 520 mm，孔距為1 420 mm，電桿埋深參考線路設(shè)計(jì)規(guī)范。

考慮到微波設(shè)備供電問(wèn)題，除交流引入外，新增室外機(jī)柜用于電源保障，建議采用室外型1 400×800×800 mm壓縮機(jī)空調(diào)設(shè)備柜，加裝48 V/150 A（200 A機(jī)架）嵌入式開(kāi)關(guān)電源，100 A/H鐵鋰電池2組，提供備用動(dòng)力輸出。

4? ? ?基站接入微波組網(wǎng)建設(shè)效果

該項(xiàng)目建設(shè)中，涉及的3個(gè)站點(diǎn)采用10 GE微波設(shè)備。原有機(jī)房本站微波設(shè)備對(duì)接的規(guī)劃站點(diǎn)1接入原有SPN環(huán)內(nèi)，規(guī)劃站點(diǎn)1和規(guī)劃站點(diǎn)2采用鏈型組網(wǎng)；原有機(jī)房利用原30 m落地塔及機(jī)房原有電源配套進(jìn)行建設(shè)，規(guī)劃站點(diǎn)1和規(guī)劃站點(diǎn)2的桿塔均采用12 m H雙桿、配套室外機(jī)柜內(nèi)48 V供電及220 V交流引入供電。經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的工程建設(shè)與基站接入微波的測(cè)試開(kāi)通，在距離該站點(diǎn)3～5 km范圍內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試語(yǔ)音及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，4G及5G的下載/上傳速率分別達(dá)到96 Mbps/32 Mbps和40 Mbps/15 Mbps，VoNR語(yǔ)音100%，該結(jié)果預(yù)示著該基站接入微波組網(wǎng)已達(dá)規(guī)劃設(shè)計(jì)預(yù)期。

5? ? ?微波應(yīng)用展望

隨著5G網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，各國(guó)對(duì)6G研發(fā)的戰(zhàn)略性布局已全面打響。雖然業(yè)界尚未對(duì)6G的關(guān)鍵技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)以及愿景等達(dá)成共識(shí)，但對(duì)6G的商用預(yù)期將在2030年左右開(kāi)始，未來(lái)5年是6G研發(fā)攻關(guān)的關(guān)鍵期。目前微波已有超小型100 GE乃至千兆級(jí)的設(shè)備投入商用。未來(lái)微波介質(zhì)及材料等在科技的高速發(fā)展下偏向于高集成化、超小型化、微型化、片式結(jié)構(gòu)化，這是未來(lái)微波的主要發(fā)展方向和趨勢(shì)。

主要參考文獻(xiàn)

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