海南广电数字微波传输链路的发展和应用

施大威，林 峰

（海南广播电视总台，海南 海口 570206）

0 引 言

1931年，世界上建立第一条模拟微波通信链路开通。随着微波技术的革新，20世纪80年代出现了准同步数字体系（Plesiochronous Digital Hierarchy，PDH）数字微波，20世纪90年代出现了同步数字体系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）数字微波。到了2008年，为了满足更高带宽和传输业务多样化的需求，微波IP化的概念出现了[1]。数字微波也从TDM微波（PDH微波和SDH微波）发展到了现在常见的IP微波传输。

海南属于台风灾害多发地区，恶劣气象频发。例如，打破了我国2006年第8号台风“桑美”记录的超强台风“威马逊”，登陆海南时中心风力达到了17级以上，成为建国以来登陆我国的最强台风。海南广播电视总台（以下简称海南广电）的微波系统经过多年发展，经受住了海南气象灾害的考验，为海南广播电视信号的安全播出做出了重要贡献。

1 微波系统演化

海南广电微波传输链路始建于1985年，1987年8月正式开通，全长529 km，贯通南北。微波链路拓扑如图1所示，以海口微波站为首站，沿海南省中西部市县分布，直至三亚微波站，全程共计12个微波站点，为海南省直发射台、卫星地球站以及沿途的市县广播电视台提供中央和海南省的各个广播电视节目信号。

图1 海南广电微波链路拓扑图

回看海南省微波传输的发展历史，1987年正式开通模拟微波链路，2012年全线更新为数字微波设备，2015年逐跳扩容成2+1保护配置，2017年开始进行微波IP化改造，2020年9月全线微波链路完成了微波IP化的改造升级[2]。

以下以海南广电微波链路的首站——海口微波站为例，介绍其微波系统从TDM微波到IP微波的发展演化历史，并分析主要的技术方案和应用。

1.1 TDM微波阶段

海口微波站始建于1987年1月，通过引进意大利的模拟微波设备，于1987年4月12日正式开通模拟微波传输，并在1999年9月就开通了数字微波。

在2017年进行微波IP化改造前，海口微波站采用上海贝尔阿尔卡特朗讯公司的SDH微波9600LSY系列设备，2+1系统配置（每个波道的传输速率为155 Mb·s-1的STM-1信号），工作频率采用U6 GHz频段。此时微波系统是传统的TDM微波，其信号传输系统组成如图2所示。

图2 TDM微波阶段信号传输系统框图

从工作原理上看，9600LSY微波设备将机房复用设备获取的155 Mb·s-1基带信号连接到基带子架RRA板上进行RRA处理（Radio Regenerated Adaptation，即处理基带信号，进行无线信号的再生适配），之后经过MODEM单元调制输出140 MHz的中频信号。中频信号输出到发信机的发信本振上变频为微波信号，再通过发信分路的滤波器，输出复合信号到天馈线进行微波发射。接收的站点则逆向解调155 Mb·s-1信号，最后通过站内的解码器输出视频、音频信号进行使用。

1.2 IP微波阶段

2017年，海口微波站把TDM微波升级为IP分组微波，在兼容原有微波机架、电源系统、天馈系统的基础上，通过增加上海贝尔阿尔卡特朗讯公司的9500MPR无线分组微波设备，实现微波IP化。9500MPR微波设备是9600LSY产品的演进版本，实现在现有的9600LSY TDM平台上平滑升级改造成为IP微波。系统配置从原来的2+1变为现在的4+0方式，并保留1组9600LSY微波通道作为第五路传输通道。因此，设备共提供了五路信号波道。改造后的信号传输系统组成如图3所示。

图3 IP微波阶段信号传输系统框图

从工作原理上看，9500MPR微波设备的IDU室内单元将SDH业务和IP业务经过处理后通过IP数据流承载信号，再送入收发信机进行传输。具体由SDH接入板接收来自机房复用设备的4路155 Mb·s-1的STM-1信号，并实现SDH over IP封装。而主控板和以太网处理板则可接收IP业务信号。再把以上数据通过以太网处理板的SFP口输出IP数据流到收发信机，生成射频信号后通过滤波器发往天线。

2 微波IP化的技术特点

TDM数字微波采用时分复用技术，在时域上将信道进行多路信号复用，使得同一个信道可以传输多路信号[3]。但每个信号也必须时刻占有分配的固定带宽，单个波道的最大带宽固定为155 Mb·s-1。现如今，随着高清电视甚至更高码率的4K、8K电视信号的普及推广，传统的TDM传输模式已不能满足目前广播电视行业高速率、多业务传输需求。

IP微波支持分组组网技术，同时兼容TDM微波传统业务，提供了E1，STM-1，ATM，GE等多种业务接口，把各个不同业务数据“帧”统一转成IP数据包（其长度可变），能接入多种类型业务，提升了微波网络的灵活性、可靠性和扩展性。

海南广电微波链路使用的IP微波设备支持频率分集（采用不同收发频率，波道间隔为40 MHz，收发频率间隔为340 MHz）、空间分集（采用分集天线接收信号）和极化分集（采用不同极化方向传输信号，并开启交叉极化干扰抑制技术XPIC），通过链路聚合（Link Aggregation，LAG）功能增加传输容量，应用了环境自适应调制技术（Adaptive Modulation），从而实现更高的用户体验质量。

2.1 交叉极化干扰抑制技术XPIC

为了充分利用频点资源，海南广电微波部分枢纽站采用了水平极化和垂直极化两路极化波来传输信号，实现传输容量加倍。为了消除两路极化波间的交叉干扰，可以开启XPIC交叉极化干扰抑制技术，将两个极化波进行一定的处理（引进抵消信号），从而从被干扰的信号中恢复出原始信号。

2.2 链路聚合技术LAG

目前，9500MPR设备的IP微波采用4+0的系统配置，即把4个微波通道进行链路聚合传输，使得链路带宽增加。当有任意通道故障时，其他通道负担信号总负载的传输，从而实现链路通道的相互备份。系统把4条9500MPR的通道进行链路聚合后，4个通道的总传输容量最高可达1.221 4 Gb·s-1，而单个9600LSY设备的TDM微波通道继续提供155 Mb·s-1的传输速率。

2.3 自适应调制技术AM

自适应调制即根据无线通信环境质量和服务质量（Quality of Service，QoS）要求，通过无感的动态改变调制方式，用以获得系统最优的吞吐量。频道宽度为40 MHz时，不同调制方式的传输容量如表1所示。

表1 不同调制方式的传输容量

当某个微波通道中断或者因传输环境劣化而下调了调制方式时，会导致链路的总带宽降低。因此，当实际带宽不足以传输所有业务数据时，IP微波系统就会根据预先设定的QoS策略（优先级策略）丢弃超出传输容量的低级别业务，从而确保优先级别高的重要业务数据[4]，如优先广播电视信号的正常传输。当9500MPR设备的微波通道都故障时，系统会通过机房前端的复用设备把所有业务自动切换到9600LSY设备的微波通道进行传输，但此时需手动关掉低优先级别的IP业务，避免传输容量不足导致广播电视信号传输异常。

3 发展规划

现阶段，海南广电微波传输链路已实现SDH+IP架构的光电混合传输网。经历了模拟微波、数字微波（TDM微波、IP微波）阶段之后，海南广电微波传输现在正进入5G广电时代。考虑如何更好地服务于智慧广电建设。如何在智慧广电上做出创新，发挥广电职能，需要每个广电人展开充分的探讨。

现有微波链路只是沿海南省中西部市县分布，东部市县则通过租用电信运营商的专用光纤传输到东线城市，并配合微波链路形成闭环传输。下一步，还需争取支持，建立东线微波传输链路，建成海南广电微波全覆盖传输的环形保护网络，从而进一步提高海南省广播电视安全播出能力。同时，对于现有微波链路进一步升级扩容。可考虑淘汰SDH微波设备，通过增加微波通道的方式，提升链路传输容量到7+0配置。

另外，根据中国6G移动通信标准的研究进展规划，按照移动通信技术每10年左右更新一代的规律来看，6G有望在2030年左右迎来商用。2022年，第三代合作伙伴计划（3rd Generation Partnership Project，3GPP）正式定义了U6G（6 GHz上半段，即6 425～7 125 MHz）授权频谱，频段号为n104，明确了对应的网络/终端射频标准[5]，为后续产业链研发6 GHz产品提供标准依据。这样将影响海南广电目前正在使用的U6 GHz工作频段，从而可能对微波传输发展带来更大的影响。

4 结 语

海南广电的微波传输链路建成至今，通过持续的升级改造，在不断优化、巩固传统数字微波传输优势的同时，把传统微波传输方式升级到IP微波，从最初的155 Mb·s-1传输容量扩容到现在的1 Gb·s-1速率，很好地承担了广播电视安全播出的任务。未来，海南广电的微波传输还将面临不同的挑战，还需继续按国家广播电视总局《广播电视安全播出管理规定》62号令及微波专业实施细则要求，加强安全播出管理工作，做好设备系统改造及维护，做好技术保障工作。