基于5G微波技术的音频传输系统改造

王志杰 曹桔香

1．2．北京广播电视台 北京市 100022

1 引 言

北京台音频节目汇聚在建外核心机房，通过光纤通路和微波通路把音频信号分别送往远端发射站点。经过核心播控系统改造已完成远端音频子矩阵和三选二切换器的升级，已完成光通路改造。微波传输系统已运行十多年，设备的扩展性、智能化都有很多的不足，且在近期微波系统出现多次故障，可靠性急剧下降，无法满足国家广电总局第62号令《广播电视安全播出管理规定》的相关要求，有着很大的安全播出隐患。随着北京台整体技术系统的改进，各类业务的增加，大带宽数据传输的需求越来越多，现有微波系统已经远远不能满足当前和今后业务发展的需要，因此急需对现有微波传输系统进行全面改造，以符合国家广电总局要求，也确保节目安全传输，降低重大事故影响。本项目2019年立项，2020年实施完成系统升级改造，系统上线运行至今稳定可靠，系统维护性强。

2 项目概况

本项目新建4跳微波链路替换原有NEC的PDH微波，组网方式、频段及站址和原有网络相同，仍采用星型组网，频段为13G，北京台微波站址系统如图1所示，每跳与建外中心站点的距离如表1所示。每跳链路均为1+0XPIC配置，使用1个28MHz波道的垂直极化与水平极化同时传输，垂直和水平极化各200Mbps容量，链路总容量400Mbps。另外为满足日常维护和管理需要，新搭建了1套微波网管系统。本项目采取逐跳对现有网络进行替换，最终实现对全网的替换，替换后新系统的空口容量达到每跳400M，可用度在99.999%以上。微波网管系统搭在建外中心站点，通过建外中心站点往4个发射站点传送音频和管理信息，4个发射站点把远端信息通过微波系统传回至中心站点，通过网管系统可以查看各个发射站点信息。

图1 北京台微波站址系统

3 微波系统

本微波系统拓扑图如图2所示，中心站点在建外，4个发射站点分别为表1中所示：京广、804、皂君庙和中央大塔。采用华为产品OptiX RTN 980和950A，在中心站点安装OptiX RTN980，在发射站点安装OptiXRTN950A。OptiXRTN980和950A是业界首款5G微波设备。OptiXRTN950A采用MIMO（多入多出技术）、CA（载波聚合）、8KQAM调制模式、常规微波频段和E-band叠加的双频微波等5G微波技术，传输带宽可达10Gbps。本微波系统基于华为新一代芯片及优化算法等技术，将微波单跳时延从目前的数百微秒降低至数十微秒，远低于5G对承载网时延诉求；创新的模块化天线实现了升级不换天面，10G平台IDU换板不换框，支持面向5G网络平滑演进，最大化的保护现网投资；同时本微波系统基于全面云网络架构，面向5G承载的微波解决方案可大幅提升网络运行效率，实现网络智慧运维。8KQAM超高调制模式，ISM8支持8192QAM超高调制模式，可实现比传统的256QAM调制模式多52%的业务容量，满足LTE时代的大带宽需求。

表1 北京台微波链路

图2 微波系统拓扑图

建外是中心站点，需要安装RTN980A核心设备、对4个发射站点室外设备、天线以及8条中频电缆和1套网管系统，对应1个发射站点是2条中频电缆，分别对应水平极化和垂直极化；4个发射站点各装1套RTN950A。本项目的网管安装在建外中心站点四楼的数据机房内。设备安装完后逐跳调通微波链路，待所有微波链路全部调通后，即保证音频链路正常后，再配置网管数据，先配置中心站点网管数据及发射站点网络信息，再联调4个发射站点网络数据、运维系统、数据监测等。

3.1 系统配置

搭建本项目新增1套RTN 980和4套RTN950A设备，系统配置如表2所示。从表2可看出，中心站点RTN980采用的业务板：2块主控板CSHNU（主控交叉时钟业务板1+1热备份），接入能力：4*GE+2*STM1-4；EM6数据业务单板和SP3D的TDM业务单板；微波采用分体式设计，系统主要由IDU和ODU组成，IDU与每个ODU之间通过2根中频电缆相连（分别对应垂直方向和水平方向），中心站点系统采用ISM8中频板4块，1个站点对应1块中频板，8条中频电缆与微波室外单元8台ODU连接；每个发射站点对应1块中频板ISM8及2台XMC-3ODU室外单元。室内单元部分完成业务接入、复接、中频处理、系统通信和控制等功能，可以根据需要给IDU单元配置不同的单板实现不同的功能，其单板类型包括主控板、中频板、业务板、电源板和风扇板等。OptiX RTN980、950A主要支持的RTNXMCODU，本微波系统采用ODU设备XMC-3。

表2 系统配置

3.1.1 CSHNU主控单板

中心站安装RTN980IDU如表3所示，系统有风扇单元、主备电源单元、主备主控交叉时钟业务板以及14个时隙单元接不同业务板。具有HA（high availability）高可靠性设计，确保网络健壮。如表3所示，本系统采用CSHNU主控交叉时钟业务单板，1+1热备单板，配置在slot15slot20物理通道。CSHNU是新一代OptiXRTN980的Hybrid支持L3VPN和SuperDual Band（SDB）及其应用的解决方案。CSHNU可以提供STM-1/4和以太网业务接口，实现各种业务的汇聚和调度传输。CSHNU板集成了120Gbit/s的分组交换能力、全时分交叉功能、系统控制和通信功能、时钟处理能力，并提供了以太网业务接口、STM-1/4业务接口和辅助管理接口。接入能力（4*GE+1*10E1+2*STM-1/4）满足更多需求，面板指示灯表示各种状态：线路告警、单板状态、网元告警状态等便于维护。

表3 中心站RTN980IDU业务分配

3.1.2 ISM8中频单板

本系统选择中频单板ISM8，ISM8单板在机盒中可插放的槽位为slot1～14，如表3所示，本系统把slot3、slot4、slot5及slot6配置给ISM84块中频板分别对应去804、大塔、京广中心和皂君庙，每块中频板对应IF1和IF22块中频，2个中频接口连接ODU，分别对应水平极化及垂直极化。ISM8支持8192QAM超高调制模式，可实现比传统的256QAM调制模式多52%的业务容量，满足LTE时代的大带宽需求。微波类型：一体化IP微波和SDH微波，AM：√（QPSK Strong～4094QAM）；支持112M带宽、XPIC、以太网帧头压缩PLA、LH配套；背板带宽10Gbits/s。控制信号流单板由主控单元的CPU直接控制，CPU通过控制总线将配置、查询命令下发到单板内的各个单元；各单元上报的命令响应，告警、性能等事件也都通过控制总线上报到CPU。逻辑控制单元负责译码来自主控单元的地址读写信号。时钟单元从背板控制总线接收系统时钟，并为本单板其他单元提供时钟信号。合路接口单元接收时负责从中频信号中分离出ODU室外单位控制信号和微波业务信号，SMODEM单元解调ODU控制信号将ODU控制信号传送到主控单元，MODEM单元XPIC使能时，对中频信号进行交叉极化干扰的抵消，进行时域自适应均衡及FEC解码，并产生相应告警等。

3.1.3 其他单板

本系统配置EM6业务板，配置在槽位的slot9，具备6路以太网接口板，接口类型可根据业务需求灵活组合。EM6单板接口中，两路固定为RJ45 FE电接口，另外4路可以是SFP接口，也可以是RJ45电接口。本系统给京广中心配置（GE1-4）/皂君庙（FE5-6），京广中心无人值守，通过微波系统回传京广动环信息、切换器以及发射机等信息来判断处理是否需要远程操作应急等。

SP3D是32路75Ω/120Ω E1支路板，本系统2块SP3D，配置在物理时隙slot12，总共64路E1支路板，直播机房音频信号输出进入编码器变成E1格式，进SP3D变成中频信号进入中频板再到室外ODU单元。

2个PIU板块为电源接口板，slot2627为PIU专用槽位，OptiXRTN980支持2块PIU单板，每块PIU单板接入1路-48V/-60VDC电源。电源单元从背板电源总线接收-48V电源，进行缓启动和滤波处理，并进行DC-DC转化后，提供-48V电源给ODU，提供+3.3V电源给单板内其他单元。slot28为FAN专用槽位，FAN单板是风扇板，为机盒提供风冷散热，且为智能风扇，风速可根据环境自动调整。

3.2 音频传输系统

以北京台建外机房至大塔音频传输系统为例，建外机房分别通过光纤通路和微波通路把音频信号送至大塔节传设备，切换器输入1音频源为主矩阵来，切换器输入2音频源为备矩阵来，切换器输入3音频源为微波，微波信号是直通信号既是对通路备份，也是在当矩阵、延时器或其它播出链路设备有问题导致前2路无音频信号时的音频备份，此时切换器输出自动选择微波信号源，因此音频播出系统有完备手段，保证音频不间断。从图3可看出，以大塔微波为例，从建外直播机房调音台直出信号（未经机房延时器）送至IDC（数字综合机房）接线盘，通过音频线缆送至21层微波机房进入微波编码器出来E1信号，进入IDU的SP3D输出2条中频电缆送至大塔中频模块微波、ODU微波发射至大塔微波接收、ODU、IDU及解码器等最后把音频送至三选二切换器输入3。当切换器前2路无音频信号，第3路有音频信号时切换器8秒切换输入3，前2路是光纤信号，输入3是微波信号，因此微波信号是对光纤通路的备份。

图3 大塔音频传输路由图

3.3 XPIC技术

本系统采用了XPIC1+0技术，使用XPIC技术原理如图4所示，XPIC在发送端一个信道中向接收端传输2路极化方向正交的电磁波，接收端通过XPIC处理消除2路电磁波间的干扰，从而恢复出2路原始信号。使用XPIC技术，可以使用相同的波道传输，相当于不使用XPIC技术时2倍容量的业务信号，XPIC可以在同等信道条件下，将传输容量提高1倍。

图4 使用XPIC技术原理图

北京台微波系统采用的是1+0XPIC技术，1表示主用链路，0表示备用，没有备用链路，因为主备链路都需要频点，但是我们只有1个频点，所以只用了1+0，但是我们要实现更大的带宽，所以使用XPIC技术，可以让水平极化和垂直极化同时被利用，就相当于同一频点有2个通路，这样容量就翻倍了。因为频点的限制，所以只能配成1+0，如果有多频点的话，就可以配成2+0或者1+1等，XPIC1+1典型配置，不仅提高带宽，还有备用板备份通道。

3.4 微波运维系统

本次微波改造加强了运维系统的建设，本项目的网管安装在建外中心站点四楼的数据机房内。原有微波系统没有运维系统，无法提前掌握设备状态信息，有很大安全播出隐患。为保证跟播控系统平台EQM智能监测系统时间基准一致，通过标准时钟系统接入NTP较时，中心站点和4个发射站点信息都可通过微波网管系统详细查到。

华为NCE网管系统中网元管理器以及物理接口及配置系统等，通过微波链路配置，可设置网元属性、网元时间同步、标准NTP密钥管理、环形复用段、N+1保护、SDH/PDH业务配置、SNCP业务控制、接口管理、以太网QAM管理及QOS管理等。

通过NCE网管系统可以查看以太网端口状态及收光功率工作是否正常，可以看到微波发送端和接收端的微波基本参数：保护类型、XPIC方式、极化方式等；以及中频属性、射频属性等，重点关注发射功率和接收功率，特别是接收功率是否正常，这个值反应微波接收信号的强弱；其次查看各设备状态、告警信息等详细情况。此次微波系统不仅向发射站点传输音频信号，各发射站点还往中心站点传送音频信号及监测信号（动环监测、京广切换器状态等）。

4 结 论

本文阐释了OptiXRTN 980A新一代数字微波在北京台微波系统的具体应用，对设备和方案进行了深入剖析，展现了应用中的亮点与优势，为未来微波电路的更新换代提供了可行性的参考方案，原有NEC微波系统没有运维系统，无法提前掌握设备状态信息，有安全播出隐患，本系统加强了运维系统建设，实时掌握远端发射站点设备状态及音频信息，提高安全播出效率，此次微波系统改造尝试性地应用结合了当代微波发展的新动态和最新科技成果，并在现行应用和未来的发展上进行了有价值的探讨与摸索。该项目为将来微波电路的更新换代提供了可行性的参考方案，在彰显新一代数字微波强劲优势的同时，开辟了广播电视无线传输领域上的新篇章。