IP微波在網絡建設中的應用分析

（中國聯通網絡技術研究院，北京 100044）

1 引言

隨著LTE的建設，eNodeB的數量將呈爆炸式增長態勢，并且越來越密集。在LTE網絡建設過程中，回傳的光纖鋪設成本隨之提高，接入點獲取也將遇到越來越大的困難。作為光網補網最適合的回傳設備，IP微波是順應LTE時代的產物，具有大帶寬、高可靠、強IP特性，并能與光傳輸設備互通，使其成為LTE回傳的一種重要方式[1-4]。目前全球有許多運營商已經實現用IP微波作為LTE回傳[5-9]，高質量的IP微波毋庸置疑必將成為LTE/LTE-A回傳網絡建設優化的生力軍[10-11]。本文將從IP微波的產品生態和典型應用案例出發，分析IP微波部署中的關鍵問題、設備選型和網絡演進過程中面臨的風險等，為運營商提供了詳細的IP微波應用建議。

2 IP微波產品生態

2.1 IP微波設備形態

對IP微波設備的分類方法有：設備結構、工作頻率、業務映射和處理方法，不同的設備形態可適應不同的應用場景。

依據設備結構的不同，IP微波分為全室內微波、分體式微波、全室外微波。具體如表1所示：

表1 IP微波設備結構分類

依據工作頻率，IP微波主要分為：

（1）傳統IP微波：工作頻率為6—42GHz，該頻段是目前產品最為成熟、應用最為廣泛的頻段，部分國內廠家只支持6—23GHz。

（2）E波段IP微波：工作頻率為71—76GHz、81—86GHz，國內目前尚未完全開放該頻段，部分廠家已有產品商用。

依據業務映射和處理方法，IP微波分為：

（1）混合（Hybrid）分組微波：其中TDM（Time Division Multiplexing，時分復用）業務通過原生方式直接映射到微波幀，分組業務通過分組報文的方式直接映射到微波幀。

（2）純分組（Packet）微波：TDM業務和分組業務通過統一的分組處理后映射到微波幀進行傳送，其中分組業務通過分組報文的方式直接映射到微波幀，TDM業務通過CES（Circuit Emulation Service，電路仿真業務）映射到分組報文后再映射到微波幀。

混合分組微波是目前IP微波的主流，而純分組微波是IP微波的發展趨勢。兩套IP微波設備形成一跳收發微波鏈路，多方向分體式IP微波設備可支持多個ODU（Outdoor Unit，室外單元）+天線，從而匯聚來自多個鏈路的業務。采用多個ODU可通過鏈路聚合實現大帶寬傳輸，能夠做到幾百兆甚至G比特級別的傳輸帶寬。

2.2 當前IP微波廠家市場占有情況

圖1為主要IP微波廠家的市場占有情況，其中愛立信、華為、NEC為全球市場占有量最大的3個廠家。

圖1 主要IP微波廠家的市場占有情況

3 產品典型應用案例技術介紹

新建任意一跳微波鏈路時，需要為其選定合適的傳輸頻率、天線口徑、傳輸波道帶寬、調制方式、發射功率、鏈路保護方法、設備選型等，而這些參數通常由微波鏈路的鏈路環境、站點情況和通信要求決定。

3.1 鏈路規劃方法

鏈路規劃需要滿足如下：

（1）微波鏈路衰耗

公式如下：

其中，F為發射頻率，單位為GHz；D為傳輸距離，單位為km。因此，頻率越高，鏈路衰耗就越大。

（2）發射功率

輸出功率跟調制模式相關，調制模式越高，輸出功率就越小。

（3）接收靈敏度

接收靈敏度跟波道帶寬和調制模式相關，波道越寬或調制模式越高，靈敏度就越差。另外，靈敏度跟頻段也有關系，頻率越高，靈敏度相對就越差。如6GHz頻段，3.5M帶寬、QPSK（Quadrature Phase Shift Keying，正交相移鍵控）調制模式的靈敏度是最高的。

（4）天線增益

天線口徑決定天線增益。相同頻段口徑越大，增益就越高，但半功率角越小；相同口徑頻率越高，增益就越高，但半功率角也越小。

（5）鏈路衰耗儲備

鏈路衰耗儲備由鏈路環境和鏈路可用度要求決定，微波鏈路所處雨區越大，單位距離雨衰就越大，傳輸距離也越短。鏈路可用度要求越高，需要的衰落儲備就越大，傳輸距離也越短。微波鏈路客戶一般要求是5個9（99.999%，一年中斷5分鐘），鏈路可用度一般可由廠家微波鏈路規劃工具計算得到。

（6）調制方式

調制方式決定于微波鏈路的空口容量，即該鏈路的通信要求。

下面將通過以下典型應用案例來介紹微波鏈 路規劃方法。

3.2 海島長距離綜合業務承載

2013年中國聯通利用微波技術鏈接了海島之間及海島與大陸的通信，以承載大客戶專線（中國海油、島上五星級酒店等）、固定寬帶和移動通信業務等。站點部署如圖2所示，系統共有四跳，其中最長的為35.37km。

圖2 珠海聯通海島通信拓撲示意圖

微波鏈路部署在島嶼之間，受水域地理條件限制，不利于微波傳輸（存在平面反射）。當地臺風和海水腐蝕自然條件要求ODU能抗10級臺風，并有較強的抗腐蝕能力。由于通信距離較遠，視通沒有阻擋。因此，要求能夠接入抗臺風與海水腐蝕等惡劣自然環境，通信容量為600Mbps以上。站點具有室外小機房條件。

為了提高微波鏈路的穩定性和傳輸鏈路距離，本鏈路應采用分體式傳輸設備，并需要通過空分技術來滿足鏈路環境要求。工作頻段在7GHz頻點，利用28MHz帶寬、128QAM+XPIC方式實現624Mbps的吞吐量。采用2.4m/1.8m口徑天線，發射功率為22dBm，衰落余量為31.77，微波鏈路采用1+1 SD分集提高鏈路穩定性，鏈路的穩定性可達99.998 25%（一年中斷9分鐘）。IP微波設備的室內單元放置在全室外小機房中。從2013年底開通日起至今已經歷了10次大風（7級），業務運行良好。

淇澳北大-桂山島鏈路案例鏈路規劃如表2所示：

表2 淇澳北大-桂山島鏈路案例鏈路規劃

3.3 3G+LTE末端回傳及全室外設備在城區的應用

在光纖不可達的情況下解決3G/4G基站的業務傳輸是IP微波技術中常見的應用場景，特別是在城區光纖建設困難的場景下。2014年中國聯通在廣州市內的建設案例如下：

接入站點（省電技校西）具有機房條件，上游站點（柯木華美南）為全室外站點，要求能夠滿足3G/LTE的混合業務傳輸，傳輸容量不低于400Mbps。該微波鏈路位于城市環境，傳輸距離為1km左右，視通沒有阻擋。由于廣東地區氣候條件以亞熱帶季風氣候為主，且大氣折射梯度相對穩定，折射概率小于5%（-100Nunits/km），同時參與外場測試的微波鏈路距離較短，因此大氣傳輸條件較為穩定，多徑傳輸影響相對較小。廣東地區每年99.99%的時間內最大降雨量每小時不超過95mm，屬于N性雨區（源自ITU相關建議），故微波鏈路傳輸性能主要受降雨衰落的影響。

考慮到站點情況及通信距離，該鏈路利用分體式設備（省電技校西）和全室外設備（柯木華美南）在13GHz頻點上，56MHz帶寬內采用512QAM實現400Mbps的吞吐量。采用0.6m口徑天線，發射功率為11dBm，衰落余量為29.9dB，鏈路的穩定性可達99.999 999 55%（一年中斷2秒）。目前3G和LTE業務已經由測試的微波系統進行承載，運行穩定。

省電技校西-柯木華美南鏈路案例鏈路規劃如表3所示：

表3 省電技校西-柯木華美南鏈路案例鏈路規劃

4 IP微波部署應用場景及部署建議

4.1 IP微波應用定位與應用場景

IP微波可應用于以下視距場景中：

（1）IP微波在3G/LTE末端回傳網的接入，作為中國聯通IP RAN回傳網絡的補充，可實現末端基站業務回傳。

（2）IP微波對IP RAN光纖網絡補網。

（3）IP微波應用于海島等特殊場景。

（4）IP微波解決光纖缺失場景下的綜合業務承載。

（5）應急網絡。

（6）具有快速網絡開通需求的區域。

4.2 部署中的關鍵問題

從上述應用案例中可以分析得出，在部署應用時應關注以下問題：

（1）IP微波部署需滿足視距傳輸條件：當前微波通信仍限于視距傳輸，微波鏈路部署時需要注意微波設備天線的掛高和選址，從而形成視距傳輸。

（2）IP微波部署應合理規劃鏈路冗余，并配合自適應調制技術和功率自適應控制技術，以保障傳輸的可靠性：由于IP微波鏈路受雨衰影響大，因此在應用中需保證傳輸的可靠性，應根據當地氣候條件、傳輸環境及距離，規劃合理的鏈路冗余，選擇合適的設備和天線口徑。

（3）IP微波鏈路部署應考慮其靈活性和可擴展能力，以便于在回傳需求擴展或對接主設備改變時，可以簡便地擴容與升級。

（4）IP微波設備需滿足不同廠家本地承載網的同步要求；在采用1588 V2同步技術的網絡中，建議不開啟幀頭壓縮技術，以免影響同步性能。

（5）同頻或緊鄰頻IP微波鏈路應予以地理隔離，以避免微波設備間干擾。

（6）IP微波室外設備需要適應室外工作環境：應具備良好的防水、防塵、防雷電能力，能在一定低溫、高溫等環境下工作。

（7）微波鏈路的穩定通信有賴于微波設備的安裝工藝。

4.3 IP微波設備選型

IP微波設備的選擇需要綜合考慮站點的區域特點以及通信要求，具體如下：

（1）首先要能夠滿足站點的混合業務接口和微波鏈路方向需求。

（2）需充分考慮站點供電及塔桅情況。

（3）能夠滿足地市公司對微波設備的網管需求。

（4）應充分考慮通信距離選擇合適的頻點、ODU發射功率及天線口徑。全室內設備通常用于匯聚點回傳或長距離傳輸；低頻點、大功率ODU和大口徑天線通常用于長距離傳輸；高頻點及小口徑天線通常用于城域網接入環。

4.4 網絡演進過程中IP微波系統面臨的風險分析

微波頻段非運營商固有頻段，部署微波鏈路時向地市無線電管理委員會申請即可使用。隨著日后LTE，特別是Small Cell的大規模部署，IP微波的部署量有可能出現激增現象。因此，在未來網絡演進中，IP微波系統可能面臨如下風險：

（1）微波鏈路間出現干擾。

（2）目前本地網網管沒有IP微波設備網管功能（可升級或購買微波小網管實現微波網管功能），微波設備激增將導致維護難度加大。

5 結束語

本文通過對IP微波設備的研究和中國聯通在LTE網絡建設中的IP微波應用案例，提出了IP微波部署的應用場景、部署中的關鍵問題等。一方面，IP微波設備具備大容量、業務接口豐富、開通快等優點；另一方面，微波通信又受到視距通信的限制。因此，運營商應根據實際的部署需求與站點環境來選擇最優的部署方式及設備形態。

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