基于IP 微波技術的廣播電視傳輸鏈路誤碼分析

王 巖

（山西廣播電視無線管理中心，山西 太原 030001）

0 引言

基于網際互連協議（Internet Protocol，IP）微波技術的信號傳輸方案采用了最先進的TDM/Hybrid/Packet 統一架構，可單獨或混合處理微波鏈路中的各種業務，包括E1、STM-1、Native Ethernet、PWE3/MPLS E1/Ethernet 等業務，不僅滿足當前廣播電視長距微波信號傳輸需求，還支持在未來向純分組長距微波網絡的演進，具有高速率、低時延、擴展性強等特點，因此廣泛應用于廣播電視領域的寬帶無線傳輸。目前，常規頻段IP 微波具有單載波最大2 Gb·s-1，單天線最大16 Gb·s-1的傳輸能力，滿足大容量IP 業務傳輸和傳統準同步數字體系/同步數字體系(Plesiochronous Digital Hierarchy/Synchronous Digital Hierarchy，PDH/SDH）微波IP 化改造的需要，提供分體式、全室外、全室內任意場景部署的靈活架構。設備可靠性高，支持端到端的統一運維管理[1]。然而，通過IP 微波網絡傳輸的監測數據分析，信號鏈路會偶然出現誤碼情況，且在時間上呈現不定向性和隨機性，進而導致廣播電視視頻信號出現馬賽克、音頻信號伴隨雜音，對部分地區的廣播電視信號接收產生了一定的影響。本文針對基于IP 微波技術的廣播電視傳輸鏈路出現的典型誤碼現象進行分析，積累IP 微波傳輸網的技術運維經驗。

1 典型誤碼現象描述與成因初步判斷

1.1 誤碼現象描述

日常監測中，維護人員發現的誤碼名稱為“基于IP 微波技術的廣播電視傳輸鏈路產生誤碼”。此時，廣播電視視頻畫面出現亂碼或黑屏，音頻信號出現卡頓等異常情況。

1.2 成因初步判斷

基于IP 微波技術的廣播電視傳輸鏈路采用的是TDM/Hybrid/Packet 樹形架構。該鏈路某斷面出現異常，會直接影響其他下行傳輸鏈路的正常運行。

2 傳輸鏈路斷面分析與故障邏輯解析

2.1 斷面分析

為了解析誤碼現象的故障邏輯，首先需要對基于IP 微波技術的廣播電視傳輸鏈路進行斷面分析。斷面的信號傳輸譜與環境數據如圖1 所示[2]。可以看出，IP 微波傳輸鏈路斷面的環境數據均處于正常范圍，參數設置科學，硬件配置合理，此時信號輻射的第一菲涅耳區（Fresnel Zone）接收條件好，因此在理論模型分析中，基于IP 微波技術的廣播電視傳輸鏈路的通信質量較好。

圖1 微波站的傳輸鏈路斷面圖

2.2 故障邏輯

為了實現微波鏈路中信號傳輸的快速穩定，以面對移動回傳網絡（Mobile Backhaul，MBH）的IP 化承載和傳送需求，網絡主要采用的是3G/LTE 網絡中基站無線回傳網絡IP 的分組傳送網（Packet Transport Network，PTN）技術。通過IP/MPIS 將3G 基站中時分復用（Time-Division Multiplexing，TDM）業務整體封包再分組為獨立數據包，以分包的形式完成信號傳輸和樣式變換。分組微波技術的優勢在于建設成本小，運維難度低，缺點是對信號封包標準高，極易導致鏈路斷面產生。因此，在此技術上引入幀通信技術，即在幀結構上設計分包業務信息的同時，還包含部分用于監測通信鏈路、故障信息和預警狀況等區塊。一旦鏈路出現斷面，則發出幀信號觸發誤碼故障報警。此時，廣播電視傳輸鏈路的嵌入式系統平臺會準確顯示誤碼故障來源，并第一時間通知技術人員排查和處置故障。

3 傳輸鏈路誤碼故障排查與誤碼分析

3.1 傳輸鏈路誤碼故障排查

3.1.1 嵌入式系統平臺查詢

全國各省市建設的微波站主要采用的是“1+1”模式，通過快速開通1 個基站點、1 條專向傳輸鏈，快速提升附近區域IP 化信號覆蓋水平，針對性地解決區域覆蓋、通信保障等場景下的傳輸瓶頸，大幅提升了微波傳輸與接入能力，進一步提升用戶感知[3]。微波站間信號傳輸鏈路的映射關系如圖2 所示。可以看出，廣播電視傳輸鏈路的主要配置為構建28 MHz 微波網絡帶寬，并固定256 正交振幅調制（Quadrature Amplitude Modulation，QAM）傳輸模式。

圖2 微波站間傳輸鏈路的信號映射關系

為了準確判斷誤碼故障的原因，需要對故障發生當天的嵌入式系統平臺數據進行調取與分析。微波站接收端多次出現誤碼現象，接收信號的平均功率約-30 dBm，電平在正常工作范圍內，說明信號鏈路整體運行正常；中頻信號幅度變化較大，但預警平均時間僅為0.8 ～1.8 s，時長較短，且20 min內沒有連續預警，基本可判斷為偶發異常，微波傳輸鏈路質量為瞬時劣化。

3.1.2 信號調制模式檢測

將信號調制模式由256QAM 轉換為64QAM，能夠基本維持傳輸鏈路的數據容量要求；將微波傳輸信道間隔調整為60 MHz，此時可以發現誤碼現象消失，不再產生預警信號，中頻信號幅度依然出現偶發性變化，收發端的信號電平基本保持在-32 dBm。可以看出，發射站會依據發射信號樣式的變化自動優化信號電平，降低因高電平產生誤碼的概率。

3.1.3 微波設備檢測

誤碼現象發生在接收站，因此首先對接收站的微波設備進行內環測試，如圖3 所示，可確認接收站的中頻信號連續且穩定，數據幀不存在誤碼情況。

圖3 微波設備端口內環信號測試

進一步對發射站、接收站端到端的微波設備進行掃頻檢測，同樣無外界干擾和自檢故障。

因此，經傳輸鏈路誤碼故障排查，可以判斷該現象是由分組打包導致的微波傳輸鏈路瞬時劣化所引起的故障。

3.2 IP 化MBH 中誤碼劣化分析

通過TDM 構建MBH，基站的支路信號以TDM模式形成IP 化封包。此時各分包信號的誤碼率與整包的誤碼率相同[4]，即

式中：T為信號碼元出錯率。

主要是由于各分包信號在打包時基本是以1 bit 的低顆粒度進行交織，信號統計誤碼概率時可以忽略分包對整包的影響，誤碼率在概率分析上是一致的。但是為了實現全IP 的快速分包，通常利用電路仿真業務（Circuit Emulation Service，CES）直接將支路信號變換為IP 包。一旦在變換過程中IP包出現誤碼，會直接導致IP 包完整性的缺失，此時根據分包處置機制/協議，會放棄該IP 包，這將導致整個支路信號瞬時劣化。

式中：F為經CES 變換的IP 包長度，A為信號字節出錯率。對于常用的MUTF-8 編碼格式而言，經CES 變換的IP 包長度為182 bits，其中有用信息135 bits，此時相對于整包信號而言，支路信號誤碼率會增加135×8=1 080 倍，會造成接收站部分信號的丟失。

4 傳輸鏈路誤碼分析結論與解決措施

4.1 排查結論

通過系統排查與信號誤碼分析可以得知，該誤碼故障主要是由外部因素誘發干擾導致信號分包時出現瞬間劣化現象，進而降低了微波鏈路的信號傳輸質量。

4.2 解決措施

4.2.1 誤碼位于IP 包的有用域

當誤碼位于IP 包的有用域時，由于IP 包的前端信息沒有受到影響，即包源、接收設備以及虛擬局域網（Virtual Local Area Network，VLAN）ID 等信息能夠正常接收和處理，此時可以對IP 包進行轉發，即在接收站端口不丟棄誤碼IP 包，而是二次修訂IP 包的校驗碼，將IP 包視為正確的數據分包，確保該IP 包能夠有效傳輸至指定的接收設備[5]，即

4.2.2 誤碼位于IP 包的前端

當誤碼位于IP 包的前端，IP 包的前端信息受到影響導致關鍵信息被破壞，此時接收端將該IP 包丟棄，傳輸鏈路會出現不同程度的持續劣化。為了盡可能降低此情況造成的影響，通常利用前向糾錯（Forward Error Correction，FEC）或混合糾錯（Hybrid Error Correction，HEC）技術保護包前端的關鍵信息。

5 結語

基于IP 微波技術的廣播電視傳輸鏈路出現誤碼的因素較多，通常在故障排查與技術維護時利用觀察、檢測與分析、評估等方法進行判斷處置，迅速查明原因，給出處置建議。隨著廣播電視發射臺的數字化升級，微波傳輸容量持續擴展，將對系統監測、質量管控等提出更高的要求，需要進一步從IP微波技術層面探析解決路徑，最大限度地消除微波傳輸鏈路的誤碼隱患。