IP微波通信在广播电视传输中的应用

岳 蕾

（甘肃省广电局微波传输中心，甘肃 兰州 730030）

0 引 言

微波是频率在300 MHz～300 GHz的电磁波。微波频率通常高于无线电波，其穿透、反射、吸收特点明显。微波传输凭借传输距离短、机动性能优、工作频宽大等优点，被广泛应用于移动通信领域[1]。《广播电视和网络视听“十四五”科技发展规划》明确提出有线电视网络IP化、智慧广电媒体平台IP化、IP流直播、全IP化制播标准等发展方向，加快推进制播体系技术升级，如新型IP化制播网络架构、IP化制播信号处理及安全管控技术、IP化制播互操作性测试等。

1 微波传输发展历程

微波传输经历了模拟微波传输、SDH数字微波传输、IP微波传输等不同的发展阶段，如图1所示。在模拟微波传输阶段，视频信号与音频信号调制在微波信道，通过天线发射至接收站点，再利用微波收信机接收并调制视频信号与音频信号。早期各地广播电视台节目数量少，模拟微波可满足广播电视台传输需求。随着广播电视行业的发展，模拟微波已难以适应现代广播电视行业的发展现状。模拟微波存在抗干扰能力差、大规模集成应用难度大成本高、保密性差等劣势，广播电视数字化的发展也使数字微波逐渐替代模拟微波[2]。

图1 微波传输发展历程

准同步数字体系（Plesiochronous Digital Hierarchy，PDH）发展形成同步数字体系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH），这是广播电视行业传输系统的新发展[3]。SDH数字微波传输在接口方式、复用方式、运维管理、系统兼容等方面具有明显优势，适应广播电视节目数量增加、网状传输发展现状。SDH数字微波传输抗干扰能力强、保密效果好，能够有效提升广播电视视音频节目质量。SDH数字微波传输系统将广播、电视分别编码，通过复用适配与微波节点设备完成微波传输，再通过微波节点设备与解复用适配完成视频解码与音频解码，最终传输至相应的接收设备。SDH数字微波传输可完成多套标清、高清电视与多套广播的传输任务，同时具备较强的扩容能力[4]。

随着我国多网融合战略的深入推进，广播电视行业也在不断推动IP化进程，IP微波传输在广播电视领域的应用也在持续拓展。IP微波传输能够实现节目源到各发射台站的节目分配。随着5G商用的逐步推进，我国5G基站总数也已超过222万个，网络宽带需求大幅度提升。我国地缘辽阔，在一些光缆无法铺设或铺设成本较高地区，IP微波传输具备更大宽带、更灵活接入等优势。

2 IP微波通信

2.1 IP微波通信概述

IP即互联网协议（Internet Protocol），IP微波技术即互联网络协议微波技术（Internet Protocol Microwave Technology，IPMT），是在SDH数字微波技术基础上的新发展。IP微波主要包括室内模块、室外模块、接收天线以及中频缆线等[5]。IP微波传输系统由供配电系统、接入平台、微波单元、旧业务平台以及新业务平台等组成，如图2所示。IP微波采用分组通信方式，在分组交换技术支持下，包长可变。分组交换技术可实现动态统计复用，满足多种业务同线路共享宽带与统计复用，极大提升宽带利用率，目前已广泛应用于广播电视领域。

图2 IP微波传输系统图

2.2 IP微波通信的优势与不足

IP微波通信与SDH微波系统相比优势明显。第一，IP微波通信的频谱资源利用效率更高，配置更加灵活。在256QAM调制技术与28 MHz宽带支持下，IP微波通信的接口速率与实际业务速率都有明显提升，理论速率可达224 Mb·s-1，除去管道损耗，用户实际业务速率也可达200 Mb·s-1。第二，IP微波通信支持自适应多速率调制（Adaptive Multi Rate，AMR），调制等级为QPSK、16～2048QAM，如图3所示。在大雨天气时雨衰明显，空口传输质量较差，通过自适应调试技术进行调制降级，能够保证重要节目安全。在传输质量较好时，可以通过自适应调试技术进行调制升级，以获得较大传输宽带，满足更多业务接入需求。

图3 自适应多速率语音编码

IP微波通信也存在一些不足。IP微波通信采用分组交换技术，以存储转发、带宽共享模式运作，在业务较多场景下，频繁的统计复用易造成网络拥塞与延时。在信道状况差时会出现误码率、数据出错、错误重发等问题，严重时影响业务正常使用[6]。

2.3 IP微波通信的关键技术

IP微波通信主要有以下关键技术。

（1）自适应调试技术。IP微波通信具备大带宽、高兼容性、可靠性等特点，能够适应QPSK、16QAM、32QAM、64QAM、128QAM、256QAM 等多种模式自适应调制，不同调制方式对应的指标如表1所示。

表1 不同调制方式对应的指标

（2）PWE3边缘伪线仿真。在分组交换网络中，模仿TDM、ATM、ETH等业务行为特征，有效解决旧业务平台不支持IP协议、难以传输数据的问题。

（3）LAG链路聚合组。SDH微波系统传输带宽与SDH帧大小相互限制，导致空闲带宽分配不合理。IP微波通信充分利用LAG功能，实现多物理端口汇聚成一个逻辑端口，不同码流信号进入微波设备后在相应的微波信道传输，通过接收端接收信号后再复原成原来的码流信号，原理如图4所示。

图4 链路聚合组示意图

3 IP微波通信在广播电视传输中的应用

3.1 甘肃省广播电视局IP化改造思路

为适应广播电视制播传输IP化发展趋势，甘肃省广播电视局于2016年提出IP化改造试验计划，并于2020年完成改造建设，IP化改造取得显著成效。改造内容主要包括IP化组网、大带宽、对标5G、可利旧、能灾备以及全覆盖等。建设目标包括：使用原有微波天馈系统，简化系统割接流程，提升干线微波双向传输总容量，4+0配置IP化改造，每个IP微波信道优先提供1个STM-1通道，升级现有SDH传输平台，支持IP和ASI、E1等信号端口接入。频率规划方面，优先考虑使用原有通道频率，采用频率复用方式，每跳微波具有5个以上的微波信道。

3.2 传输指标

长距链路使用全室内型长距微波MPT-HL，支持最高调制方式1024QAM，室内配备四个通道，干线传输速率可达 1 Gb·s-1，总传输容量可达 1.221 4Gb·s-1。短距链路使用室内室外型MPT-HQAM，支持最高调制方式2048QAM，配置两个通道，总净传输速率为0.688 6 Gb·s-1。自适应调制使用9500MPR系列设备，具备100 MHz·s-1速度无差错传输，满足复杂环境下的传输速率。

3.3 设备结构

设备结构方面，沿用原9600LSY系列设备机架进行SDH微波机架设备布局，长距离微波室内型机架MPT-HL进行长距IP微波架设，支线站点设备结构采用高性能双极化集成天线。甘肃省广播电视局完成SDH数字微波向IP微博通信的平滑转换，IP微波链路干线传输率达1 Gb·s-1，SDH+IP架构光电混合传输网体系建成。在未来，甘肃省广播电视局会逐步淘汰SDH微波，不断进行系统扩容，保障超高清融媒体信号传输。

4 结 语

本文介绍了IP微波通信的概念、发展历程以及关键技术。IP微波通信凭借其大容量带宽、良好的接口兼容性等优势，正逐步取代PDH、SDH数字微波，在广播电视领域的应用也在不断深入，有助于推动全IP架构智慧广电制播系统建设。