IP微波通信在廣播電視傳輸中的應(yīng)用

岳 蕾

（甘肅省廣電局微波傳輸中心，甘肅 蘭州 730030）

0 引 言

微波是頻率在300 MHz～300 GHz的電磁波。微波頻率通常高于無線電波，其穿透、反射、吸收特點明顯。微波傳輸憑借傳輸距離短、機動性能優(yōu)、工作頻寬大等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于移動通信領(lǐng)域[1]。《廣播電視和網(wǎng)絡(luò)視聽“十四五”科技發(fā)展規(guī)劃》明確提出有線電視網(wǎng)絡(luò)IP化、智慧廣電媒體平臺IP化、IP流直播、全IP化制播標準等發(fā)展方向，加快推進制播體系技術(shù)升級，如新型IP化制播網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、IP化制播信號處理及安全管控技術(shù)、IP化制播互操作性測試等。

1 微波傳輸發(fā)展歷程

微波傳輸經(jīng)歷了模擬微波傳輸、SDH數(shù)字微波傳輸、IP微波傳輸?shù)炔煌陌l(fā)展階段，如圖1所示。在模擬微波傳輸階段，視頻信號與音頻信號調(diào)制在微波信道，通過天線發(fā)射至接收站點，再利用微波收信機接收并調(diào)制視頻信號與音頻信號。早期各地廣播電視臺節(jié)目數(shù)量少，模擬微波可滿足廣播電視臺傳輸需求。隨著廣播電視行業(yè)的發(fā)展，模擬微波已難以適應(yīng)現(xiàn)代廣播電視行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀。模擬微波存在抗干擾能力差、大規(guī)模集成應(yīng)用難度大成本高、保密性差等劣勢，廣播電視數(shù)字化的發(fā)展也使數(shù)字微波逐漸替代模擬微波[2]。

圖1 微波傳輸發(fā)展歷程

準同步數(shù)字體系（Plesiochronous Digital Hierarchy，PDH）發(fā)展形成同步數(shù)字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH），這是廣播電視行業(yè)傳輸系統(tǒng)的新發(fā)展[3]。SDH數(shù)字微波傳輸在接口方式、復用方式、運維管理、系統(tǒng)兼容等方面具有明顯優(yōu)勢，適應(yīng)廣播電視節(jié)目數(shù)量增加、網(wǎng)狀傳輸發(fā)展現(xiàn)狀。SDH數(shù)字微波傳輸抗干擾能力強、保密效果好，能夠有效提升廣播電視視音頻節(jié)目質(zhì)量。SDH數(shù)字微波傳輸系統(tǒng)將廣播、電視分別編碼，通過復用適配與微波節(jié)點設(shè)備完成微波傳輸，再通過微波節(jié)點設(shè)備與解復用適配完成視頻解碼與音頻解碼，最終傳輸至相應(yīng)的接收設(shè)備。SDH數(shù)字微波傳輸可完成多套標清、高清電視與多套廣播的傳輸任務(wù)，同時具備較強的擴容能力[4]。

隨著我國多網(wǎng)融合戰(zhàn)略的深入推進，廣播電視行業(yè)也在不斷推動IP化進程，IP微波傳輸在廣播電視領(lǐng)域的應(yīng)用也在持續(xù)拓展。IP微波傳輸能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)目源到各發(fā)射臺站的節(jié)目分配。隨著5G商用的逐步推進，我國5G基站總數(shù)也已超過222萬個，網(wǎng)絡(luò)寬帶需求大幅度提升。我國地緣遼闊，在一些光纜無法鋪設(shè)或鋪設(shè)成本較高地區(qū)，IP微波傳輸具備更大寬帶、更靈活接入等優(yōu)勢。

2 IP微波通信

2.1 IP微波通信概述

IP即互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（Internet Protocol），IP微波技術(shù)即互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議微波技術(shù)（Internet Protocol Microwave Technology，IPMT），是在SDH數(shù)字微波技術(shù)基礎(chǔ)上的新發(fā)展。IP微波主要包括室內(nèi)模塊、室外模塊、接收天線以及中頻纜線等[5]。IP微波傳輸系統(tǒng)由供配電系統(tǒng)、接入平臺、微波單元、舊業(yè)務(wù)平臺以及新業(yè)務(wù)平臺等組成，如圖2所示。IP微波采用分組通信方式，在分組交換技術(shù)支持下，包長可變。分組交換技術(shù)可實現(xiàn)動態(tài)統(tǒng)計復用，滿足多種業(yè)務(wù)同線路共享寬帶與統(tǒng)計復用，極大提升寬帶利用率，目前已廣泛應(yīng)用于廣播電視領(lǐng)域。

圖2 IP微波傳輸系統(tǒng)圖

2.2 IP微波通信的優(yōu)勢與不足

IP微波通信與SDH微波系統(tǒng)相比優(yōu)勢明顯。第一，IP微波通信的頻譜資源利用效率更高，配置更加靈活。在256QAM調(diào)制技術(shù)與28 MHz寬帶支持下，IP微波通信的接口速率與實際業(yè)務(wù)速率都有明顯提升，理論速率可達224 Mb·s-1，除去管道損耗，用戶實際業(yè)務(wù)速率也可達200 Mb·s-1。第二，IP微波通信支持自適應(yīng)多速率調(diào)制（Adaptive Multi Rate，AMR），調(diào)制等級為QPSK、16～2048QAM，如圖3所示。在大雨天氣時雨衰明顯，空口傳輸質(zhì)量較差，通過自適應(yīng)調(diào)試技術(shù)進行調(diào)制降級，能夠保證重要節(jié)目安全。在傳輸質(zhì)量較好時，可以通過自適應(yīng)調(diào)試技術(shù)進行調(diào)制升級，以獲得較大傳輸寬帶，滿足更多業(yè)務(wù)接入需求。

圖3 自適應(yīng)多速率語音編碼

IP微波通信也存在一些不足。IP微波通信采用分組交換技術(shù)，以存儲轉(zhuǎn)發(fā)、帶寬共享模式運作，在業(yè)務(wù)較多場景下，頻繁的統(tǒng)計復用易造成網(wǎng)絡(luò)擁塞與延時。在信道狀況差時會出現(xiàn)誤碼率、數(shù)據(jù)出錯、錯誤重發(fā)等問題，嚴重時影響業(yè)務(wù)正常使用[6]。

2.3 IP微波通信的關(guān)鍵技術(shù)

IP微波通信主要有以下關(guān)鍵技術(shù)。

（1）自適應(yīng)調(diào)試技術(shù)。IP微波通信具備大帶寬、高兼容性、可靠性等特點，能夠適應(yīng)QPSK、16QAM、32QAM、64QAM、128QAM、256QAM 等多種模式自適應(yīng)調(diào)制，不同調(diào)制方式對應(yīng)的指標如表1所示。

表1 不同調(diào)制方式對應(yīng)的指標

（2）PWE3邊緣偽線仿真。在分組交換網(wǎng)絡(luò)中，模仿TDM、ATM、ETH等業(yè)務(wù)行為特征，有效解決舊業(yè)務(wù)平臺不支持IP協(xié)議、難以傳輸數(shù)據(jù)的問題。

（3）LAG鏈路聚合組。SDH微波系統(tǒng)傳輸帶寬與SDH幀大小相互限制，導致空閑帶寬分配不合理。IP微波通信充分利用LAG功能，實現(xiàn)多物理端口匯聚成一個邏輯端口，不同碼流信號進入微波設(shè)備后在相應(yīng)的微波信道傳輸，通過接收端接收信號后再復原成原來的碼流信號，原理如圖4所示。

圖4 鏈路聚合組示意圖

3 IP微波通信在廣播電視傳輸中的應(yīng)用

3.1 甘肅省廣播電視局IP化改造思路

為適應(yīng)廣播電視制播傳輸IP化發(fā)展趨勢，甘肅省廣播電視局于2016年提出IP化改造試驗計劃，并于2020年完成改造建設(shè)，IP化改造取得顯著成效。改造內(nèi)容主要包括IP化組網(wǎng)、大帶寬、對標5G、可利舊、能災(zāi)備以及全覆蓋等。建設(shè)目標包括：使用原有微波天饋系統(tǒng)，簡化系統(tǒng)割接流程，提升干線微波雙向傳輸總?cè)萘浚?+0配置IP化改造，每個IP微波信道優(yōu)先提供1個STM-1通道，升級現(xiàn)有SDH傳輸平臺，支持IP和ASI、E1等信號端口接入。頻率規(guī)劃方面，優(yōu)先考慮使用原有通道頻率，采用頻率復用方式，每跳微波具有5個以上的微波信道。

3.2 傳輸指標

長距鏈路使用全室內(nèi)型長距微波MPT-HL，支持最高調(diào)制方式1024QAM，室內(nèi)配備四個通道，干線傳輸速率可達 1 Gb·s-1，總傳輸容量可達 1.221 4Gb·s-1。短距鏈路使用室內(nèi)室外型MPT-HQAM，支持最高調(diào)制方式2048QAM，配置兩個通道，總凈傳輸速率為0.688 6 Gb·s-1。自適應(yīng)調(diào)制使用9500MPR系列設(shè)備，具備100 MHz·s-1速度無差錯傳輸，滿足復雜環(huán)境下的傳輸速率。

3.3 設(shè)備結(jié)構(gòu)

設(shè)備結(jié)構(gòu)方面，沿用原9600LSY系列設(shè)備機架進行SDH微波機架設(shè)備布局，長距離微波室內(nèi)型機架MPT-HL進行長距IP微波架設(shè)，支線站點設(shè)備結(jié)構(gòu)采用高性能雙極化集成天線。甘肅省廣播電視局完成SDH數(shù)字微波向IP微博通信的平滑轉(zhuǎn)換，IP微波鏈路干線傳輸率達1 Gb·s-1，SDH+IP架構(gòu)光電混合傳輸網(wǎng)體系建成。在未來，甘肅省廣播電視局會逐步淘汰SDH微波，不斷進行系統(tǒng)擴容，保障超高清融媒體信號傳輸。

4 結(jié) 語

本文介紹了IP微波通信的概念、發(fā)展歷程以及關(guān)鍵技術(shù)。IP微波通信憑借其大容量帶寬、良好的接口兼容性等優(yōu)勢，正逐步取代PDH、SDH數(shù)字微波，在廣播電視領(lǐng)域的應(yīng)用也在不斷深入，有助于推動全IP架構(gòu)智慧廣電制播系統(tǒng)建設(shè)。