浅析分组微波方案在移动回传网中的应用及发展
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【摘要】 本文对分组微波技术在LTE网络建设中的应用做了研究和分析，首先微波的发展和应用场景进行概述，然后对分组微波方案的技术特点进行了分析，最后介绍了分组微波在LTE移动回传网络的发展方向。 在LTE时代，分组微波技术作为光纤直连的最佳补充方案，将成为LTE网络建设中的研究和应用热点。
【关键词】 LTE 微波 分组微波
从2013年开始，LTE基站在国内开始大量部署，LTE移动回传网络成为各大运营商重点关注和建设的对象，截至2014年12月，仅中国移动完成建设70万个4G基站，综合联通和电信的4G基站建设，全国4G基站建设总数将超过80万个，远远超过3G时代的基站建设速度和密度由于早在3G时代。承载4G基站的分组接入设备之间采用光纤直连，对于主城区或者市区等光纤光缆已覆盖的区域来说，光纤直连不是难事；但是对于郊区、农村、山区、海岛等光纤光缆未覆盖的区域，铺设光缆或者海缆需要耗费大量的时间和人力、财力等。因此各大运营商考虑将分组微波技术引入作为光纤光缆直连的替代方案。
分组微波技术将在LTE时代扮演着重要角色，主要解决光纤部署困难地区的基站回传和热点地区快速覆盖等应用需求，目前分组微波设备已在亚非拉美等地区应用在LTE移动回传网络中。本文分别从微波技术的发展，微波技术的应用场景，分组微波的优势以及分组微波技术的发展等四个方面阐述分组微波技术方案在LTE移动回传网络的应用。
一、微波的发展
伴随移动通信网络的发展，微波的发展分为三个阶段：
1）TDM微波。。2G和3G早期的网络主要是TDM语音业务，其应用特点是业务传送带宽固定， TDM微波采用QPSK～128QAM固定调制方式，带宽低；接入采用PDH微波，汇聚采用SDH微波，以太网业务采用EOS（Ethernet over SDH）方式进行封装。在数据业务大量出现后，TDM微波缺陷明显
2）混合（TDM+Ethernet）微波。随着3G的普及，尤其是数据业务的爆炸式增长，使得3G基站Iub接口带宽增大且动态变化。混合微波承载TDM业务和Ethernet业务，调制方式采用QPSK～256QAM，并引入了AM（自适应调制技术），可以动态自适应的提供大带宽。在3G时代，数据业务流量的增加，对基站回传网传送带宽将会产生更大的需求，那么在原有TDM微波设备上增加分组交换能力无疑是移动回传网络演进过渡期的最佳解决方案。
3）分组微波。4G时代的到来，混合微波对于移动数据业务的快速演进趋势也出现了瓶颈，特别就是混合所能提供的最大带宽已不能满足4G时代的移动带宽需求。相对于TDM微波和混合微波，分组微波可采用QPSK～2056QAM自适应调制模式，提供超大带宽，任何业务都可以封装进是3G/4G 业务全IP化的最佳方案。
微波技术的发展，如图1所示。
二、微波技术的应用场景
微波技术的应用场景主要有以下几个方面：1）应急通信场景。由于应急通信对于传输容量需求小，主要考虑架设的灵活性、易用性 ，采用微波是最佳解决方案。如遭遇火灾、地震、洪涝等自然灾害区域的应急通信。2）光纤与微波混合组网。通过接入层光纤和微波混合组网完成接入层成环需求，对于光纤暂未铺设到位，或光纤铺设成本较高，而又有通信需求的场景。如图2所示。3）微波备份应用。微波链路作为备用通信通道，在光纤链路发生故障时，仍能保证通信业务的正常，通常微波备份方案用来保护非常重要的客户业务，如军事、金融、政府等。 4）山区通信应用。较之平原和丘陵地区，山区铺设光纤光缆的周期长，难度大。另外山区通信有以下几个特点：以语音业务为主，数据业务较少；带状连续覆盖；包含各种未知地形地貌和气候；兼顾山区高速公路和铁路。5）专网通信应用。对于大型企业厂区之间或者分公司之间通信网络传输需求，可使用微波传输方案，具备架设周期短，建网快等优势，可以根据需求灵活更改站址。6）海岛通信应用。采用海底光缆施工困难，成本高，岛上基站无法回传，采用大容量微波是最佳解决方案
三、分组微波方案技术特点分析
1）调制方式。分组微波支持固定调制（Fixed Modulation）和自适应调制（Adaptive Modulation）两种方式。
固定调制方式（Fixed Modulation）是在微波链路运行状态下，采用恒定的调制模式进行工作的一种调制方式。采用固定调制方式时，可通过软件设置使用的调制模式，调制方式可设置QPSK～256QAM。
自适应调制（Adaptive Modulation）是一项根据信道质量自动调整调制模式的技术，在相同的波道间隔下，调制模式不同，微波的业务带宽也不同。在信道质量良好时（如晴天），设备采用高调制模式，尽力传送更多的用户业务。当信道质量恶化时（如雷雨、大雾天气），网元采用低调制模式方式，只传送可用带宽内的高优先级业务（比如 语音，信令等业务），以提高链路的抗干扰能力，保证高优先级业务的链路可用性。
2）分组承载方案。采用MPLS（多协议标签交换）/ PWE3（伪线封装）技术。当接入TDM E1业务时，通过PWE3技术实现CES电路仿真，将E1业务封装为PW报文。各种业务封装后形成的PW报文，经过分组处理平台统一处理后传送到微波端口，映射成微波帧，从而实现在分组微波统一传送各种类型的业务。如下图3所示。
3）带宽提升方案。主要包括CCDP+XPIC方案和空口链路聚合PLA方案。CCDP（同波道双极化）是一种在一个信道中采用水平极化波和垂直极化波传输两路信号的技术，采用此技术可以使传输带宽加倍，但是水平和垂直两个方向的波，极易阐述交叉极化的干扰，配合XPIC（交叉极化消除）技术，可以消除交叉极化的干扰，最终达到带宽提升的效果。
空口链路聚合PLA方案，类似传输设备支持的链路聚合技术。如果是分组业务，2个业务流可以集合到一个用户接口，相当于业务带宽加倍。另外还可以实现微波链路保护，即如果一个链路中断，它的全部业务将集中到剩余的链路。
4）QoS方案。分组微波技术支持从微波链路到光纤链路的端到端的QoS，如图4所示。可以实现分级按类的业务保障：每个基站/用户/用户组的多种业务，精细调度，保证网络资源充分利用，容纳更多用户，AM结合QoS技术，实现了业务的可靠性与业务容量的最优化。
5）业务保护方案。如图7所示，全微波组网或者微波与光纤混合组网的保护方案主要分为三种：网络级保护、设备级保护、微波链路保护。 分组微波技术中的三种级别的保护，均是微波技术和分组技术进行硬件层面和软件层面的配合，下面重点介绍一下微波链路保护中的HSB+SD（热备份+波道侧空间分级）保护。如上图5所示。
发送方向：在1+1 SD配置时，正常情况下，备用 ODU处于静默状态，不发射频信号，交叉板选收主用中频单板的业务从业务单板来的信号经过交换单元双发到主用和备用中频单板，然后分别发送到主用和备用ODU，但只有主用ODU将射频信号发送天线后发射出去；
接收方向：两个天线分别接收射频信号送给主用和备用ODU，然后送给主用和备用中频单板，再送给交换单元，交换单元选收主用中频板的业务送给业务单板，正常情况下中频板选收本板的业务。当HSB+SD保护生效时，接收方向的业务流向为，从备用天线到备用ODU，再到备用中频板，主用中频板，然后经过交换单元送给业务板
6）同步方案。同步时钟源在承载网核心层设备主备注入，通过逐跳1588v2全BC模式同步时间和频率到接入端。各节点支持BMC算法跟踪主时钟源，基站提取链路时钟，实现时间同步；以太信号以 8B/10B 的方式编码，采用同步以太技术，节点从中恢复出数据和时钟信号，达到时钟频率同步。
四、分组微波应用展望
1）分组微波设备形态的发展。目前主流的PTN厂家，都在其PTN设备上开发出支持分组微波的接口或者板卡。常规的微波设备组成主要包括IDU（室内单元）+ODU（室外单元）+天线，而分组微波产品则会朝着更集成的方向发展，如图6所示。
2）E-BAND频段的使用。2000年，ITU-R和ETSI标准组织进行了高频段71～76GHz和81～86GHz微波的划分，即E-BAND频段。相对于传统频段，E-Band频率资源丰富，比传统频段（6～42GHZ）支持更大的带宽，单频点带宽达到了2.5Gbps，后续可发展10Gbps，是短距离（2～3KM）、大带宽传输（2.5Gbps以上）的最佳解决方案。
五、 总结
随着LTE网络的发展以及大带宽业务的逐渐加载，分组微波技术支持大带宽、丰富的QoS功能、完善的保护机制、高精度的时间同步功能，作为光纤的有力补充，必将成为移动回传网络建设的加速器。
参 考 文 献
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