IP微波在网络建设中的应用分析

（中国联通网络技术研究院，北京 100044）

1 引言

随着LTE的建设，eNodeB的数量将呈爆炸式增长态势，并且越来越密集。在LTE网络建设过程中，回传的光纤铺设成本随之提高，接入点获取也将遇到越来越大的困难。作为光网补网最适合的回传设备，IP微波是顺应LTE时代的产物，具有大带宽、高可靠、强IP特性，并能与光传输设备互通，使其成为LTE回传的一种重要方式[1-4]。目前全球有许多运营商已经实现用IP微波作为LTE回传[5-9]，高质量的IP微波毋庸置疑必将成为LTE/LTE-A回传网络建设优化的生力军[10-11]。本文将从IP微波的产品生态和典型应用案例出发，分析IP微波部署中的关键问题、设备选型和网络演进过程中面临的风险等，为运营商提供了详细的IP微波应用建议。

2 IP微波产品生态

2.1 IP微波设备形态

对IP微波设备的分类方法有：设备结构、工作频率、业务映射和处理方法，不同的设备形态可适应不同的应用场景。

依据设备结构的不同，IP微波分为全室内微波、分体式微波、全室外微波。具体如表1所示：

表1 IP微波设备结构分类

依据工作频率，IP微波主要分为：

（1）传统IP微波：工作频率为6—42GHz，该频段是目前产品最为成熟、应用最为广泛的频段，部分国内厂家只支持6—23GHz。

（2）E波段IP微波：工作频率为71—76GHz、81—86GHz，国内目前尚未完全开放该频段，部分厂家已有产品商用。

依据业务映射和处理方法，IP微波分为：

（1）混合（Hybrid）分组微波：其中TDM（Time Division Multiplexing，时分复用）业务通过原生方式直接映射到微波帧，分组业务通过分组报文的方式直接映射到微波帧。

（2）纯分组（Packet）微波：TDM业务和分组业务通过统一的分组处理后映射到微波帧进行传送，其中分组业务通过分组报文的方式直接映射到微波帧，TDM业务通过CES（Circuit Emulation Service，电路仿真业务）映射到分组报文后再映射到微波帧。

混合分组微波是目前IP微波的主流，而纯分组微波是IP微波的发展趋势。两套IP微波设备形成一跳收发微波链路，多方向分体式IP微波设备可支持多个ODU（Outdoor Unit，室外单元）+天线，从而汇聚来自多个链路的业务。采用多个ODU可通过链路聚合实现大带宽传输，能够做到几百兆甚至G比特级别的传输带宽。

2.2 当前IP微波厂家市场占有情况

图1为主要IP微波厂家的市场占有情况，其中爱立信、华为、NEC为全球市场占有量最大的3个厂家。

图1 主要IP微波厂家的市场占有情况

3 产品典型应用案例技术介绍

新建任意一跳微波链路时，需要为其选定合适的传输频率、天线口径、传输波道带宽、调制方式、发射功率、链路保护方法、设备选型等，而这些参数通常由微波链路的链路环境、站点情况和通信要求决定。

3.1 链路规划方法

链路规划需要满足如下：

（1）微波链路衰耗

公式如下：

其中，F为发射频率，单位为GHz；D为传输距离，单位为km。因此，频率越高，链路衰耗就越大。

（2）发射功率

输出功率跟调制模式相关，调制模式越高，输出功率就越小。

（3）接收灵敏度

接收灵敏度跟波道带宽和调制模式相关，波道越宽或调制模式越高，灵敏度就越差。另外，灵敏度跟频段也有关系，频率越高，灵敏度相对就越差。如6GHz频段，3.5M带宽、QPSK（Quadrature Phase Shift Keying，正交相移键控）调制模式的灵敏度是最高的。

（4）天线增益

天线口径决定天线增益。相同频段口径越大，增益就越高，但半功率角越小；相同口径频率越高，增益就越高，但半功率角也越小。

（5）链路衰耗储备

链路衰耗储备由链路环境和链路可用度要求决定，微波链路所处雨区越大，单位距离雨衰就越大，传输距离也越短。链路可用度要求越高，需要的衰落储备就越大，传输距离也越短。微波链路客户一般要求是5个9（99.999%，一年中断5分钟），链路可用度一般可由厂家微波链路规划工具计算得到。

（6）调制方式

调制方式决定于微波链路的空口容量，即该链路的通信要求。

下面将通过以下典型应用案例来介绍微波链 路规划方法。

3.2 海岛长距离综合业务承载

2013年中国联通利用微波技术链接了海岛之间及海岛与大陆的通信，以承载大客户专线（中国海油、岛上五星级酒店等）、固定宽带和移动通信业务等。站点部署如图2所示，系统共有四跳，其中最长的为35.37km。

图2 珠海联通海岛通信拓扑示意图

微波链路部署在岛屿之间，受水域地理条件限制，不利于微波传输（存在平面反射）。当地台风和海水腐蚀自然条件要求ODU能抗10级台风，并有较强的抗腐蚀能力。由于通信距离较远，视通没有阻挡。因此，要求能够接入抗台风与海水腐蚀等恶劣自然环境，通信容量为600Mbps以上。站点具有室外小机房条件。

为了提高微波链路的稳定性和传输链路距离，本链路应采用分体式传输设备，并需要通过空分技术来满足链路环境要求。工作频段在7GHz频点，利用28MHz带宽、128QAM+XPIC方式实现624Mbps的吞吐量。采用2.4m/1.8m口径天线，发射功率为22dBm，衰落余量为31.77，微波链路采用1+1 SD分集提高链路稳定性，链路的稳定性可达99.998 25%（一年中断9分钟）。IP微波设备的室内单元放置在全室外小机房中。从2013年底开通日起至今已经历了10次大风（7级），业务运行良好。

淇澳北大-桂山岛链路案例链路规划如表2所示：

表2 淇澳北大-桂山岛链路案例链路规划

3.3 3G+LTE末端回传及全室外设备在城区的应用

在光纤不可达的情况下解决3G/4G基站的业务传输是IP微波技术中常见的应用场景，特别是在城区光纤建设困难的场景下。2014年中国联通在广州市内的建设案例如下：

接入站点（省电技校西）具有机房条件，上游站点（柯木华美南）为全室外站点，要求能够满足3G/LTE的混合业务传输，传输容量不低于400Mbps。该微波链路位于城市环境，传输距离为1km左右，视通没有阻挡。由于广东地区气候条件以亚热带季风气候为主，且大气折射梯度相对稳定，折射概率小于5%（-100Nunits/km），同时参与外场测试的微波链路距离较短，因此大气传输条件较为稳定，多径传输影响相对较小。广东地区每年99.99%的时间内最大降雨量每小时不超过95mm，属于N性雨区（源自ITU相关建议），故微波链路传输性能主要受降雨衰落的影响。

考虑到站点情况及通信距离，该链路利用分体式设备（省电技校西）和全室外设备（柯木华美南）在13GHz频点上，56MHz带宽内采用512QAM实现400Mbps的吞吐量。采用0.6m口径天线，发射功率为11dBm，衰落余量为29.9dB，链路的稳定性可达99.999 999 55%（一年中断2秒）。目前3G和LTE业务已经由测试的微波系统进行承载，运行稳定。

省电技校西-柯木华美南链路案例链路规划如表3所示：

表3 省电技校西-柯木华美南链路案例链路规划

4 IP微波部署应用场景及部署建议

4.1 IP微波应用定位与应用场景

IP微波可应用于以下视距场景中：

（1）IP微波在3G/LTE末端回传网的接入，作为中国联通IP RAN回传网络的补充，可实现末端基站业务回传。

（2）IP微波对IP RAN光纤网络补网。

（3）IP微波应用于海岛等特殊场景。

（4）IP微波解决光纤缺失场景下的综合业务承载。

（5）应急网络。

（6）具有快速网络开通需求的区域。

4.2 部署中的关键问题

从上述应用案例中可以分析得出，在部署应用时应关注以下问题：

（1）IP微波部署需满足视距传输条件：当前微波通信仍限于视距传输，微波链路部署时需要注意微波设备天线的挂高和选址，从而形成视距传输。

（2）IP微波部署应合理规划链路冗余，并配合自适应调制技术和功率自适应控制技术，以保障传输的可靠性：由于IP微波链路受雨衰影响大，因此在应用中需保证传输的可靠性，应根据当地气候条件、传输环境及距离，规划合理的链路冗余，选择合适的设备和天线口径。

（3）IP微波链路部署应考虑其灵活性和可扩展能力，以便于在回传需求扩展或对接主设备改变时，可以简便地扩容与升级。

（4）IP微波设备需满足不同厂家本地承载网的同步要求；在采用1588 V2同步技术的网络中，建议不开启帧头压缩技术，以免影响同步性能。

（5）同频或紧邻频IP微波链路应予以地理隔离，以避免微波设备间干扰。

（6）IP微波室外设备需要适应室外工作环境：应具备良好的防水、防尘、防雷电能力，能在一定低温、高温等环境下工作。

（7）微波链路的稳定通信有赖于微波设备的安装工艺。

4.3 IP微波设备选型

IP微波设备的选择需要综合考虑站点的区域特点以及通信要求，具体如下：

（1）首先要能够满足站点的混合业务接口和微波链路方向需求。

（2）需充分考虑站点供电及塔桅情况。

（3）能够满足地市公司对微波设备的网管需求。

（4）应充分考虑通信距离选择合适的频点、ODU发射功率及天线口径。全室内设备通常用于汇聚点回传或长距离传输；低频点、大功率ODU和大口径天线通常用于长距离传输；高频点及小口径天线通常用于城域网接入环。

4.4 网络演进过程中IP微波系统面临的风险分析

微波频段非运营商固有频段，部署微波链路时向地市无线电管理委员会申请即可使用。随着日后LTE，特别是Small Cell的大规模部署，IP微波的部署量有可能出现激增现象。因此，在未来网络演进中，IP微波系统可能面临如下风险：

（1）微波链路间出现干扰。

（2）目前本地网网管没有IP微波设备网管功能（可升级或购买微波小网管实现微波网管功能），微波设备激增将导致维护难度加大。

5 结束语

本文通过对IP微波设备的研究和中国联通在LTE网络建设中的IP微波应用案例，提出了IP微波部署的应用场景、部署中的关键问题等。一方面，IP微波设备具备大容量、业务接口丰富、开通快等优点；另一方面，微波通信又受到视距通信的限制。因此，运营商应根据实际的部署需求与站点环境来选择最优的部署方式及设备形态。

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