孫三戰(zhàn)

【摘要】 本文對(duì)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(duì)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(dòng)回傳網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向。 在LTE時(shí)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(dòng)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(duì)象，截至2014年12月，僅中國移動(dòng)完成建設(shè)70萬個(gè)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(gè)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過3G時(shí)代的基站建設(shè)速度和密度由于早在3G時(shí)代。承載4G基站的分組接入設(shè)備之間采用光纖直連，對(duì)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(duì)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(shí)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(shí)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(dòng)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(gè)方面闡述分組微波技術(shù)方案在LTE移動(dòng)回傳網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。

一、微波的發(fā)展

伴隨移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，微波的發(fā)展分為三個(gè)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(dòng)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(dòng)態(tài)自適應(yīng)的提供大帶寬。在3G時(shí)代，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量的增加，對(duì)基站回傳網(wǎng)傳送帶寬將會(huì)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(dòng)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(shí)代的到來，混合微波對(duì)于移動(dòng)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(shí)代的移動(dòng)帶寬需求。相對(duì)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(gè)方面：1）應(yīng)急通信場景。由于應(yīng)急通信對(duì)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(duì)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(shí)，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(gè)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(duì)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(shí)，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(dòng)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(shí)（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(shí)（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(jí)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(jí)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(shí)，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(tái)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(gè)信道中采用水平極化波和垂直極化波傳輸兩路信號(hào)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(gè)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(gè)業(yè)務(wù)流可以集合到一個(gè)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(gè)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(jí)按類的業(yè)務(wù)保障：每個(gè)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(jí)保護(hù)、設(shè)備級(jí)保護(hù)、微波鏈路保護(hù)。 分組微波技術(shù)中的三種級(jí)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(jí)）保護(hù)。如上圖5所示。

發(fā)送方向：在1+1 SD配置時(shí)，正常情況下，備用 ODU處于靜默狀態(tài)，不發(fā)射頻信號(hào)，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(hào)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(hào)發(fā)送天線后發(fā)射出去；

接收方向：兩個(gè)天線分別接收射頻信號(hào)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(shí)，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(shí)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(shí)間和頻率到接入端。各節(jié)點(diǎn)支持BMC算法跟蹤主時(shí)鐘源，基站提取鏈路時(shí)鐘，實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步；以太信號(hào)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(shí)鐘信號(hào)，達(dá)到時(shí)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(huì)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(duì)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(shí)間同步功能，作為光纖的有力補(bǔ)充，必將成為移動(dòng)回傳網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的加速器。

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