數字微波電路IP化改造技術方案設計與實踐

宋明芹

（山東省廣播電視傳輸保障中心，山東 萊陽 265200）

0 引 言

廣播電視省際干線微波電路需要向對應管轄省內各個骨干發射臺提供廣播和電視信號源，并借助發射機裝置進行信號發射，構成地面無線覆蓋網。在科技持續發展創新背景下，數字電視、數字廣播等新型技術手段開始在全國范圍內廣泛應用。

1 數字微波電路IP化技術改造背景分析

廣播電視微波網主要包括各種支線電路和干線電路等，省際干線包括省會到全省數個地市以及省直骨干發射臺微波電路，直線電路包括各個地市到所屬縣以及發射臺微波電路。干線微波電路和微波站為監管中心提供了電視廣播節目相關監測信號的基礎傳輸通道，能夠支持各種信號、參數、命令等信息的順暢傳輸。我國的廣播電視無線管理中心通過多年的發展，針對微波干線電路不斷進行改造升級，使原本的干微波電路其進一步轉化成同步數字系列微波電路，擴大了信息傳播容量[1]。

2 數字微波電路設計流程

數字微波電路工程設計主要分為3部分：一是路徑選擇，即需要結合信號傳輸需求合理確定天線高度、接收電平、余隙；二是對信號頻率進行合理配置和極化處理；三是針對信號傳輸性能進行準確估算。數字微波線路相關性能估算可以進一步分成兩種方法：一是立足于系統不可用層面，估算系統相關中斷率指標是否滿足不可用具體要求；二是應用各種衰落儲備對系統中斷率進行估算，判斷其是否滿足具體指標要求[2]。

3 數字微波電路設計考慮內容

3.1 電路設計信息元素

數字微波線路相關設計活動中需要考慮以下內容：一是傳輸路由信息，涵蓋波道、工作頻段、站址、極化位置、斷面地形、傳輸容量、天線掛高、地物以及饋線長度等；二是各種外部系統影響和干擾，進一步采集外部系統干擾源的分布位置坐標、饋線長度、信號發送功率、極化方式、運行波道、天饋線系統以及天線口徑等技術參數；三是傳輸電路相關信號傳遞的誤碼性能指標、越站干擾載干比等基礎指標要求；四是微波設備各種技術參數，可以參考各種主流設備相關參數指標；五是饋線、天線系統參數指標；六是天線尺寸，結合相關性能計算結果和目標用戶要求進行選擇[3]。

3.2 電路設計目標和方法

數字微波線路相關設計需要符合電路誤碼性能指標，確保擁有充足的平衰落儲備。針對平衰落儲備，國家通信領域的相關行業標準中尚未形成明確規定要求。結合具體經驗分析，正常條件下，一跳對應的平衰落儲備應超出30 dB。針對站距低于10 km的陸地環境，可以適當降低標準要求。但對于站距超出40 km的平原環境，應該盡量超出35 dB。在設計中盡量降低設備運行功耗，提升設備操作的穩定性和運行可靠性?？刂圃O備造價，特別是針對老舊電路實施綜合改造時，蓄電池經過多年運行，需要重點注意相關容量要求。由于天線口徑差異會對平衰落儲備、誤碼性能指標以及空間分集改造因子產生直接影響，因此需要合理調整天線口徑[4]。

3.3 電路余隙

余隙即微波射線到下方障礙物之間的距離。數字微波電力線路各個接力段在綜合考慮K值變化范圍內，下方障礙物和電波射線之間存在某種余隙，針對單一障礙物對應接力段余隙需要滿足基礎要求。如果多障礙物對應接力段余隙值K=Kmin，則障礙物引入對應點波繞射數值消耗應該低于10 dB，保證所接收電平值大于自由空間狀態下電平值。同時針對空間分集接收對應接力段，核心天線路徑預習應該滿足相關規定要求[5]。

3.4 微波頻率

數字微波相關通信波道設計除了需要綜合考慮電波獨有的傳播特性（頻帶利用率、雨衰影響等）之外，還需要進一步兼顧模擬系統與微波系統共存。通常情況下，數字微波系統相關配置頻率接近模擬系統。國家標準對微波傳輸進行了嚴格定義，包括傳輸速率、最低收發間隔、波道間隔、相同波道收發間隔以及中心頻點等內容。數字微波通信系統擁有較快的傳輸速率，普遍選擇多電平調制，在滿足波道間隔基礎上選擇較低參數調制方法，兼顧微波頻率申報狀況。此外，盡量選擇高頻段傳輸，得到豐富頻點，優先設計垂直極化傳輸，控制雨衰影響[6]。

4 數字微波電路IP化改造技術方案實踐測試

4.1 網絡構建

實施測試的主要目的是檢驗多生成樹協議（Multiple Spanning Tree Protocol，MSTP）設備所構建的以太網傳輸通道是否保持良好的可靠性和信息傳輸穩定性，其中主要是以IP為基礎的電臺廣播業務信號傳輸和廣播電視業務信號傳輸。在不同站點間設置兩種E-LAN形式以太網信號傳輸通道，兩種信號傳輸通道分別應用各個GE/FE板中對應LAN口和WAN口進行傳輸。其中，通道1主要用來進行電視節目的IP化傳輸，通道2主要用來進行電臺廣播節目的IP化傳輸。

對應傳輸站點分別設置一臺MSTP設備，山站設置兩臺MSTP設備。以太網通道1承載了廣播電視節目的IP化信號，通過開通相關信號傳輸通道，電視節目利用IP化視頻編碼器將傳輸信號順利轉換成IP信號并傳輸至MSTP設備對應GE板卡相關FE1接口中。以太網2傳輸通道承載了電臺廣播的IP化音頻信號，在信號接收終點利用IP音頻編碼器將傳輸信號轉換成IP信號流后傳輸至終端MSTP接收設備對應GE板卡FE2接口中。各個站點在相關業務信號接收中，主要利用GE/FE板二層交換模式促進相關業務持續朝下游傳遞。

4.2 測試流程

連接好各種測試網絡裝置后，按流程開始測試。首先開通以太網通道1，通過視頻編碼器傳輸一組電視節目IP化視頻源，全面觀察視頻解碼器能否正常傳輸電視節目相關視頻信號，判斷是否存在波紋和馬賽克等現象。合理增設一組電視節目IP化信號源，全面觀察監測解碼器對應電視信號輸出狀態。其次合理設計開通以太網信號傳輸通道2，同時傳輸廣播節目信號源和電視節目信號源，應用廣播解碼器和電視解碼器對相關節目信號傳輸狀態進行全面觀察。如果發現電視節目視頻相關傳輸信號產生各種故障或不正?，F象，可以適當降低電視節目IP化信號視頻源帶寬，減少節目套數或借助編碼器進行合理調制。全面觀測在帶寬調整后相關視頻解碼器IP信號傳輸中的視頻信號波動狀況，同時將信號傳播中的相關臨界帶寬準確記錄下來，為后續分析提供依據[7]。

4.3 測試結果

經過實際測試，最終結果如表1、表2所示。

表1 系統測試

表2 信號源檢測

通過數月的微波電路測試和試運行，針對數字微波實施信號IP化改造后，能夠有效支持廣播電視節目信號實現安全穩定傳輸。

5 數字微波電路IP化改造技術優勢解析

數字微波實施IP化改造后能夠滿足多種業務的接口連接要求，進一步提供千兆以太網（Gigabit Ethernet，GE）、快速以太網（Fast Ethernet，FE）等多種類型業務接口，同時兼容同步數字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）微波電路原有的各項業務，包括STM-4業務、STM-1業務以及E1業務等。針對業務傳輸相關IP數據包實施全面封裝，采取字節同步等措施將封裝后的IP數據包直接映射于SDH同步凈荷封裝（Synchronous Payload Envelope，SPE）內，按照各次群對應線速率支持信號的連續傳輸。實施IP化改造后，數字微波電路能夠和SDH系統之間順暢對接，和光纖、衛星等共同構成安全可靠的信號傳輸網絡系統，進一步提高微波干線綜合利用率。應用IP方式開展傳輸操作，只需利用虛擬網絡進行準確標識區分，并為擴展業務流分配相應網絡標識即可。微波傳輸模式下擁有更高的帶寬利用率，能夠提升整個系統分配的靈活性，并針對單一業務實施限速帶寬保護[8]。

數字微波電路經過IP化改造后，相關IP業務形成自適應調制模式。隨著信號傳輸基礎條件改變，對具體調制方式進行自動靈活調整，在產生衰落儲備降低條件下，減少調制階數量，保障核心業務順暢傳輸。實施IP化改造能夠使整個數字微波電路擁有更高的集成化水平，在結束IP化改造后，無需借助虛擬網絡標識輔助區分辨別，只需一個網線便能夠實現全部信號的連接傳輸[9]。借助健全、完善的預警系統能夠提供實時預警信息和警報記錄，方便全面統計分析設備運行狀態，做好設備系統維護工作[10]。

6 結 論

在信息傳輸技術持續創新發展背景下，結合具體案例解析數字微波電路的IP化改造設計。通過詳細信息數據解析微波鏈路實施IP化改造的優勢并進行實際測試，結果表明改造后的數字微波電路能夠充分滿足電視廣播節目的多元化建設要求，提高廣播電視信號整體傳輸質量。