IP微波與SDH微波的對(duì)比和選擇

鐘 琦

廣東省廣播電視技術(shù)中心 廣東省 廣州市 510000

在廣播電視微波電路出現(xiàn)之前，廣播電視發(fā)射臺(tái)無(wú)線發(fā)射覆蓋使用的信號(hào)源采用差轉(zhuǎn)方式獲取，覆蓋質(zhì)量差且不穩(wěn)定。廣播電視微波電路最早出現(xiàn)在上個(gè)世紀(jì)80年代初，為廣播電視各發(fā)射臺(tái)提供了優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定的信號(hào)源，是當(dāng)時(shí)長(zhǎng)距離傳送廣播電視節(jié)目信號(hào)源的唯一手段，大大提升了廣播電視無(wú)線覆蓋的質(zhì)量。早期的廣播電視微波電路是模擬微波，使用的時(shí)期是上世紀(jì)80年代初到90年代中后期。20世紀(jì)末至21世紀(jì)初，是模擬微波向SDH微波過(guò)渡的時(shí)段，相對(duì)模擬微波，SDH微波有頻譜利用率高，傳輸帶寬高和運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn)，很快就成為廣播電視微波電路的主流，也把廣播電視節(jié)目的傳輸質(zhì)量和數(shù)量提升了一個(gè)大的臺(tái)階。

在進(jìn)入新媒體時(shí)代，特別是互聯(lián)網(wǎng)的快速蓬勃發(fā)展，IP傳輸、IP接入所具備的高效帶寬利用性、業(yè)務(wù)調(diào)配靈活性、接口統(tǒng)一性迅速成為絕對(duì)的主流，IP微波也應(yīng)潮而生，帶來(lái)了傳輸帶寬利用率和靈活性的進(jìn)步。SDH微波對(duì)于模擬微波是劃時(shí)代的進(jìn)步，SDH微波和IP微波同屬數(shù)字時(shí)代的傳輸設(shè)備，具有設(shè)備穩(wěn)定、可靠的共同點(diǎn)，在傳輸體制上的安全性、便利性和可靠性有所不同，在廣播電視節(jié)目傳輸領(lǐng)域，該如何選擇是我們要結(jié)合實(shí)際考慮的問(wèn)題。本文通過(guò)多方面對(duì)比IP微波和SDH微波的優(yōu)缺點(diǎn)，闡述兩者不同的應(yīng)用重點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際情況來(lái)做出選擇。

1 IP微波和SDH的對(duì)比

1.1 傳輸效率

傳輸效率即傳輸帶寬的利用率。

如圖1所示，SDH微波傳輸是嚴(yán)格按通道（頻點(diǎn)）來(lái)劃分傳輸帶寬的，每通道帶寬要預(yù)留出OAM的開(kāi)銷(xiāo)帶寬，可用于業(yè)務(wù)傳輸?shù)膬魩捈s占總帶寬的80%左右。而且當(dāng)需要傳輸?shù)目偣?jié)目帶寬不能恰好用完傳輸帶寬時(shí)，各波道的剩余傳輸帶寬不能組合，只能閑置不可用。保護(hù)通道在正常傳輸時(shí)也是處于閑置狀態(tài)，因此SDH的傳輸效率相對(duì)較低。基于IP傳輸協(xié)議的特點(diǎn)，IP微波具有空口業(yè)務(wù)聚合功能，該功能把所有通道（包括保護(hù)通道）的傳輸帶寬聚合在一起，對(duì)于傳輸?shù)墓?jié)目業(yè)務(wù)，傳輸帶寬連續(xù)可用，不會(huì)出現(xiàn)剩余閑置不可用的帶寬。傳輸?shù)墓?jié)目業(yè)務(wù)對(duì)某個(gè)具體傳輸通道不可見(jiàn)，由IP微波系統(tǒng)按業(yè)務(wù)級(jí)別和所需帶寬自動(dòng)調(diào)配可用的傳輸帶寬。由此可見(jiàn)，IP微波的傳輸帶寬的利用率要高于SDH微波，這在傳輸帶寬有限的微波傳輸里具有很高的實(shí)用意義。

圖1 傳輸效率對(duì)比圖

1.2 傳輸頻帶利用率

在SDH嚴(yán)格業(yè)務(wù)分叉復(fù)用速率的傳輸體制下，SDH微波的無(wú)線調(diào)制方式采用的是固定的調(diào)制方式，考慮抗衰落儲(chǔ)備，常見(jiàn)的是調(diào)制是64QAM或者128QAM，也就是說(shuō)SDH微波每個(gè)傳輸通道的傳輸帶寬是固定的，比如155M。而IP傳輸協(xié)議并沒(méi)有嚴(yán)格的業(yè)務(wù)速率劃分，所以基于IP傳輸協(xié)議的IP微波無(wú)線調(diào)制方式采用了自適應(yīng)調(diào)制階數(shù)可變（AMR）的調(diào)制方式，如圖2所示，根據(jù)傳輸條件的變化，調(diào)制階數(shù)可從QPSK、16QAM到2048QAM之間變動(dòng)，傳輸帶寬也可變的。表1所示是某一廠商設(shè)備的可變調(diào)制方式的各項(xiàng)指標(biāo)，從中可看出最大傳輸速率是最小傳輸速率的約5.5倍，系統(tǒng)增益相差34.5dB。在實(shí)際應(yīng)用中，選擇合適的站距，在大多數(shù)穩(wěn)定的天氣條件下，調(diào)制方式可以長(zhǎng)期處于高階數(shù)狀態(tài)，傳輸帶寬可以極大的擴(kuò)展，傳輸頻帶的利用率可以極大的提高；在極端惡劣的天氣條件下，最低階數(shù)的QPSK調(diào)制具備121.5dB的系統(tǒng)增益，足以抵抗絕大多數(shù)的極端惡劣天氣條件，而且還有56M的傳輸帶寬，可以保證極重要的節(jié)目業(yè)務(wù)傳輸。所以說(shuō)相對(duì)SDH微波，IP微波的傳輸頻帶利用率要比SDH微波的高。

圖2 自適應(yīng)可變調(diào)制方式

表1 不同調(diào)制方式對(duì)應(yīng)的指標(biāo)

1.3 傳輸時(shí)延（SDH傳輸時(shí)延低，SDH勝）

傳輸時(shí)延由串行時(shí)延、傳播時(shí)延和處理時(shí)延3個(gè)部分組成，其中串行時(shí)延跟傳輸幀的大小有關(guān)，在目前設(shè)備器件的處理速度上，IP微波和SDH微波串行時(shí)延基本相當(dāng)；傳播時(shí)延與傳輸介質(zhì)相關(guān)，IP微波和SDH微波都是無(wú)線傳輸，兩者的傳播時(shí)延一致；IP微波和SDH微波的傳輸時(shí)延的區(qū)別主要在處理時(shí)延上，SDH微波的處理時(shí)延要低于IP微波的處理時(shí)延。SDH微波傳輸是面向連接的同步傳輸方式，業(yè)務(wù)調(diào)度一旦完成，就形成固定的傳輸通道連接，處理時(shí)延低且固定。IP微波建立在IP傳輸協(xié)議上的傳輸方式，是虛擬通道連接，根據(jù)業(yè)務(wù)傳輸需要建立虛擬傳輸通道，處理時(shí)延即建立虛擬傳輸通道的過(guò)程所需時(shí)間，這與傳輸帶寬的負(fù)荷情況和路由尋址時(shí)間相關(guān)，所以IP微波的處理時(shí)延要比SDH微波處理時(shí)延長(zhǎng)且不固定，這是IP微波業(yè)務(wù)調(diào)度靈活所付出的代價(jià)。近期也出現(xiàn)了IP微波引入外部時(shí)鐘的做法，但由于IP傳輸分組交換和虛擬通道的傳輸方式，收效甚微，甚至在大型的IP網(wǎng)絡(luò)中，幾乎沒(méi)有作用。

1.4 業(yè)務(wù)調(diào)度

IP微波在業(yè)務(wù)調(diào)度方面要遠(yuǎn)比SDH微波靈活。SDH微波的業(yè)務(wù)傳輸要嚴(yán)格遵守E1、DS3和STM-1的復(fù)用關(guān)系，在每個(gè)傳輸節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)上下都要嚴(yán)格設(shè)計(jì)帶寬的使用，以免造成帶寬浪費(fèi)，而且還要不斷進(jìn)行復(fù)用和解復(fù)用的過(guò)程，業(yè)務(wù)調(diào)度復(fù)雜、僵化。IP微波組成的傳輸網(wǎng)就是個(gè)IP網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于業(yè)務(wù)來(lái)說(shuō)跟普通的IP網(wǎng)絡(luò)沒(méi)什么兩樣。IP微波的業(yè)務(wù)調(diào)度使用的是IP路由策略，具備IP傳輸協(xié)議的單播、組播、廣播的傳輸方式，每個(gè)傳輸節(jié)點(diǎn)和上下業(yè)務(wù)端口、設(shè)備都擁有獨(dú)立唯一的IP地址，業(yè)務(wù)調(diào)度基于IP地址，調(diào)度靈活、直觀、簡(jiǎn)易。

1.5 業(yè)務(wù)分級(jí)（IP網(wǎng)絡(luò)提供QOS、AMR機(jī)制，IP勝）

SDH微波傳輸業(yè)務(wù)的分級(jí)是根據(jù)傳輸波道的優(yōu)先級(jí)來(lái)定義的，比如有標(biāo)志為1、2、3、4的4個(gè)傳輸波道，定義1波道優(yōu)先級(jí)最高，4波道為保護(hù)波道，在出現(xiàn)多波道傳輸中斷情況下，1波道會(huì)被優(yōu)先被保護(hù)。按1波道傳輸帶寬為155M，標(biāo)清節(jié)目可傳24套以上，高清節(jié)目可傳9套以上，在優(yōu)先級(jí)最高的1波道里，所有節(jié)目的級(jí)別是一樣的，無(wú)法再按單個(gè)節(jié)目或者多個(gè)節(jié)目分組設(shè)置更加細(xì)致的優(yōu)先級(jí)別。

IP微波如上所述，所有傳輸波道的傳輸帶寬糅合在一起，統(tǒng)一調(diào)配，系統(tǒng)按業(yè)務(wù)級(jí)別和所需帶寬自動(dòng)調(diào)配可用的傳輸帶寬，某個(gè)節(jié)目的傳輸不固定在某個(gè)傳輸波道上，兩者沒(méi)有固定的指配關(guān)系。IP微波的業(yè)務(wù)分級(jí)可按單個(gè)節(jié)目來(lái)定義優(yōu)先級(jí)別，通過(guò)QOS、AMR機(jī)制來(lái)保障優(yōu)先級(jí)高的節(jié)目傳輸，特別是在極端傳輸條件下保障極端重要節(jié)目的傳輸。

所以IP微波的業(yè)務(wù)分級(jí)要比SDH微波更加靈活高效，特別對(duì)微波電路有限帶寬下分級(jí)保護(hù)特別重要的廣播電視節(jié)目非常有意義。

1.6 安全可靠性

SDH微波使用SDH傳輸標(biāo)準(zhǔn)，采用的是面向端到端連接的傳輸方式，具有傳輸糾錯(cuò)機(jī)制，自愈環(huán)保護(hù)機(jī)制，SNCP、MSP電路級(jí)別的倒換方式等保護(hù)機(jī)制，這些保護(hù)機(jī)制的切換時(shí)間都可小于10ms，這個(gè)時(shí)間在廣播電視畫(huà)面上可以忽略。IP微波使用的IP傳輸協(xié)議，不具備傳輸糾錯(cuò)能力，采用的是以太網(wǎng)的保護(hù)方式，包括了RSTP、MSTP切換機(jī)制和ERPS以太網(wǎng)環(huán)保護(hù)機(jī)制，這些保護(hù)機(jī)制的切換時(shí)間高達(dá)50ms，甚至更高，會(huì)在廣播電視畫(huà)面上產(chǎn)生劣傳甚至中斷的效果。所以在系統(tǒng)保護(hù)，安全可靠性方面，SDH微波要比IP微波相對(duì)強(qiáng)一些。

1.7 接口兼容性

SDH微波提供的接口如2M、34M、45M、155M甚至更高的622M的SDH標(biāo)準(zhǔn)接口，這些接口在目前常見(jiàn)的終端設(shè)備如視音頻編解碼器、流媒體服務(wù)器、視音頻監(jiān)控系統(tǒng)等基本上見(jiàn)不到了。互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和萬(wàn)物互聯(lián)的發(fā)展方向，IP傳輸協(xié)議和傳輸接口已經(jīng)是絕對(duì)的主流，無(wú)論家用的終端設(shè)備還是專(zhuān)業(yè)的終端設(shè)備，都采用了IP傳輸接口及統(tǒng)一接口形式，這使得IP接口的設(shè)備互聯(lián)互通非常的靈活方便。可以說(shuō)，目前SDH傳輸已經(jīng)不再直接接入終端設(shè)備，而是作為長(zhǎng)距離大容量的長(zhǎng)途干線傳輸，在超大容量的光纖傳輸上，SDH傳輸?shù)牡蜁r(shí)延、高可靠性使其占據(jù)主要位置。

但對(duì)于廣播電視微波電路來(lái)說(shuō)，微波傳輸帶寬相對(duì)光纖要小，傳輸業(yè)務(wù)主要是廣播電視節(jié)目，廣播電視的編解碼、流媒體等終端設(shè)備為了接入互聯(lián)網(wǎng)，主流接口也已經(jīng)是IP接口，甚至IP接口是唯一接口。因此提供IP接口的IP微波更能兼容目前大部分終端設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，更有利于微波電路的業(yè)務(wù)延展性和適應(yīng)性，更能促進(jìn)微波電路的業(yè)務(wù)發(fā)展。

1.8 維護(hù)管理

采用SDH傳輸標(biāo)準(zhǔn)的SDH微波，付出占用傳輸帶寬的代價(jià)，提供了用于傳輸系統(tǒng)維護(hù)管理的豐富開(kāi)銷(xiāo)，可用于傳輸線路故障定位、誤碼檢測(cè)，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、保護(hù)切換等維護(hù)管理的功能，使技術(shù)維護(hù)人員便于監(jiān)控電路運(yùn)行狀態(tài)，快速處理線路故障等等維護(hù)工作。IP微波使用的IP協(xié)議沒(méi)有用于傳輸系統(tǒng)維護(hù)的開(kāi)銷(xiāo)，傳輸帶寬利用相對(duì)是高了，但技術(shù)維護(hù)人員難以主動(dòng)掌握電路運(yùn)行狀態(tài)、故障處理需時(shí)較長(zhǎng)，無(wú)法形成系統(tǒng)維護(hù)的體制。針對(duì)IP傳輸這個(gè)弱點(diǎn)，IP微波在微波傳輸幀上發(fā)展出用于監(jiān)控設(shè)備、保護(hù)切換等有限的開(kāi)銷(xiāo)字節(jié)，彌補(bǔ)IP微波的維護(hù)管理弱點(diǎn)。

還有近期出現(xiàn)PTN傳輸網(wǎng)絡(luò)，這主要是建立在光傳輸?shù)囊环N網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，提供適合IP業(yè)務(wù)傳輸通道的基礎(chǔ)上繼承了SDH技術(shù)的OAM機(jī)制，提高了IP網(wǎng)絡(luò)保護(hù)切換、錯(cuò)誤檢查、故障定位和通道監(jiān)控能力，以及降低傳輸時(shí)延。由于引入了大量的額外開(kāi)銷(xiāo)，大幅降低了傳輸資源的利用效率且分組交換能力弱，因此主要應(yīng)用在不受傳輸資源限制的光傳輸網(wǎng)絡(luò)，IP微波網(wǎng)絡(luò)傳輸資源受限，基本無(wú)法應(yīng)用PTN。

2 IP微波和SDH微波的選擇

綜上所述，我們?cè)谶M(jìn)行舊SDH微波電路改造時(shí)，可以按以下3種情況來(lái)選擇IP微波或者SDH微波。

2.1 傳統(tǒng)廣播電視節(jié)目傳輸所需帶寬占大部分傳輸總帶寬的情況

這種情況推薦選擇SDH微波，理由是微波電路傳輸業(yè)務(wù)比較單一，業(yè)務(wù)傳輸架構(gòu)形成后經(jīng)常改動(dòng)機(jī)會(huì)很小，可利用SDH時(shí)延低、安全可靠性相對(duì)高和維護(hù)管理能力較強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，確保廣播電視節(jié)目傳輸安全。由于廣播電視節(jié)目已占用了大部分的傳輸帶寬，剩余的少量帶寬如需要傳輸如監(jiān)控信息和窄帶數(shù)據(jù)的IP業(yè)務(wù)，可通過(guò)加裝IP接口板卡，采用IP OVER SDH的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.2 傳統(tǒng)廣播電視節(jié)目傳輸所需帶寬占一半傳輸總帶寬的情況

這種情況傾向于推薦選擇IP微波，理由是微波電路除了傳輸傳統(tǒng)廣播電視節(jié)目外，還需要傳輸其他業(yè)務(wù)流，而其他業(yè)務(wù)流可以預(yù)見(jiàn)基本是IP接口的業(yè)務(wù)流，所以選擇IP微波適合業(yè)務(wù)的發(fā)展。廣播電視節(jié)目傳輸?shù)陌踩钥刹捎脛澐謱?zhuān)用固定通道、保護(hù)環(huán)等帶寬利用率不高的方式來(lái)提高。

也可以考慮一半頻點(diǎn)選擇SDH微波，另一半頻點(diǎn)選擇IP微波，傳統(tǒng)廣播電視節(jié)目傳輸安全和IP業(yè)務(wù)流都可兼顧，不足之處就是會(huì)降低了頻帶利用率。

2.3 傳統(tǒng)廣播電視節(jié)目傳輸所需帶寬占小部分傳輸總帶寬的情況

這種情況推薦選擇IP微波，理由是傳統(tǒng)廣播電視節(jié)目業(yè)務(wù)量小，即使采用專(zhuān)用通道占用的帶寬也有限，更多的傳輸帶寬是面向IP業(yè)務(wù)流，所以選擇IP微波才能更好的發(fā)揮微波電路的作用。

最后有一點(diǎn)需要提出的是，目前大多數(shù)的微波電路信號(hào)源視音頻編碼前端還不是IP架構(gòu)的，即使改造成了IP微波，還不能充分發(fā)揮IP傳輸靈活高效的特點(diǎn)。只有從前端設(shè)備到傳輸通道再到終端設(shè)備都改造成IP架構(gòu)，才能徹底的成為一個(gè)端到端的廣播電視微波傳輸IP網(wǎng)絡(luò)。無(wú)論如何，IP傳輸是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，IP微波才是我們最終的選擇。