王 巖

（山西廣播電視無線管理中心，山西 太原 030001）

0 引言

基于網(wǎng)際互連協(xié)議（Internet Protocol，IP）微波技術(shù)的信號(hào)傳輸方案采用了最先進(jìn)的TDM/Hybrid/Packet 統(tǒng)一架構(gòu)，可單獨(dú)或混合處理微波鏈路中的各種業(yè)務(wù)，包括E1、STM-1、Native Ethernet、PWE3/MPLS E1/Ethernet 等業(yè)務(wù)，不僅滿足當(dāng)前廣播電視長距微波信號(hào)傳輸需求，還支持在未來向純分組長距微波網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)，具有高速率、低時(shí)延、擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于廣播電視領(lǐng)域的寬帶無線傳輸。目前，常規(guī)頻段IP 微波具有單載波最大2 Gb·s-1，單天線最大16 Gb·s-1的傳輸能力，滿足大容量IP 業(yè)務(wù)傳輸和傳統(tǒng)準(zhǔn)同步數(shù)字體系/同步數(shù)字體系(Plesiochronous Digital Hierarchy/Synchronous Digital Hierarchy，PDH/SDH）微波IP 化改造的需要，提供分體式、全室外、全室內(nèi)任意場景部署的靈活架構(gòu)。設(shè)備可靠性高，支持端到端的統(tǒng)一運(yùn)維管理[1]。然而，通過IP 微波網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)谋O(jiān)測數(shù)據(jù)分析，信號(hào)鏈路會(huì)偶然出現(xiàn)誤碼情況，且在時(shí)間上呈現(xiàn)不定向性和隨機(jī)性，進(jìn)而導(dǎo)致廣播電視視頻信號(hào)出現(xiàn)馬賽克、音頻信號(hào)伴隨雜音，對部分地區(qū)的廣播電視信號(hào)接收產(chǎn)生了一定的影響。本文針對基于IP 微波技術(shù)的廣播電視傳輸鏈路出現(xiàn)的典型誤碼現(xiàn)象進(jìn)行分析，積累IP 微波傳輸網(wǎng)的技術(shù)運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)。

1 典型誤碼現(xiàn)象描述與成因初步判斷

1.1 誤碼現(xiàn)象描述

日常監(jiān)測中，維護(hù)人員發(fā)現(xiàn)的誤碼名稱為“基于IP 微波技術(shù)的廣播電視傳輸鏈路產(chǎn)生誤碼”。此時(shí)，廣播電視視頻畫面出現(xiàn)亂碼或黑屏，音頻信號(hào)出現(xiàn)卡頓等異常情況。

1.2 成因初步判斷

基于IP 微波技術(shù)的廣播電視傳輸鏈路采用的是TDM/Hybrid/Packet 樹形架構(gòu)。該鏈路某斷面出現(xiàn)異常，會(huì)直接影響其他下行傳輸鏈路的正常運(yùn)行。

2 傳輸鏈路斷面分析與故障邏輯解析

2.1 斷面分析

為了解析誤碼現(xiàn)象的故障邏輯，首先需要對基于IP 微波技術(shù)的廣播電視傳輸鏈路進(jìn)行斷面分析。斷面的信號(hào)傳輸譜與環(huán)境數(shù)據(jù)如圖1 所示[2]?？梢钥闯?，IP 微波傳輸鏈路斷面的環(huán)境數(shù)據(jù)均處于正常范圍，參數(shù)設(shè)置科學(xué)，硬件配置合理，此時(shí)信號(hào)輻射的第一菲涅耳區(qū)（Fresnel Zone）接收條件好，因此在理論模型分析中，基于IP 微波技術(shù)的廣播電視傳輸鏈路的通信質(zhì)量較好。

圖1 微波站的傳輸鏈路斷面圖

2.2 故障邏輯

為了實(shí)現(xiàn)微波鏈路中信號(hào)傳輸?shù)目焖俜€(wěn)定，以面對移動(dòng)回傳網(wǎng)絡(luò)（Mobile Backhaul，MBH）的IP 化承載和傳送需求，網(wǎng)絡(luò)主要采用的是3G/LTE 網(wǎng)絡(luò)中基站無線回傳網(wǎng)絡(luò)IP 的分組傳送網(wǎng)（Packet Transport Network，PTN）技術(shù)。通過IP/MPIS 將3G 基站中時(shí)分復(fù)用（Time-Division Multiplexing，TDM）業(yè)務(wù)整體封包再分組為獨(dú)立數(shù)據(jù)包，以分包的形式完成信號(hào)傳輸和樣式變換。分組微波技術(shù)的優(yōu)勢在于建設(shè)成本小，運(yùn)維難度低，缺點(diǎn)是對信號(hào)封包標(biāo)準(zhǔn)高，極易導(dǎo)致鏈路斷面產(chǎn)生。因此，在此技術(shù)上引入幀通信技術(shù)，即在幀結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)分包業(yè)務(wù)信息的同時(shí)，還包含部分用于監(jiān)測通信鏈路、故障信息和預(yù)警狀況等區(qū)塊。一旦鏈路出現(xiàn)斷面，則發(fā)出幀信號(hào)觸發(fā)誤碼故障報(bào)警。此時(shí)，廣播電視傳輸鏈路的嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)會(huì)準(zhǔn)確顯示誤碼故障來源，并第一時(shí)間通知技術(shù)人員排查和處置故障。

3 傳輸鏈路誤碼故障排查與誤碼分析

3.1 傳輸鏈路誤碼故障排查

3.1.1 嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)查詢

全國各省市建設(shè)的微波站主要采用的是“1+1”模式，通過快速開通1 個(gè)基站點(diǎn)、1 條專向傳輸鏈，快速提升附近區(qū)域IP 化信號(hào)覆蓋水平，針對性地解決區(qū)域覆蓋、通信保障等場景下的傳輸瓶頸，大幅提升了微波傳輸與接入能力，進(jìn)一步提升用戶感知[3]。微波站間信號(hào)傳輸鏈路的映射關(guān)系如圖2 所示?？梢钥闯觯瑥V播電視傳輸鏈路的主要配置為構(gòu)建28 MHz 微波網(wǎng)絡(luò)帶寬，并固定256 正交振幅調(diào)制（Quadrature Amplitude Modulation，QAM）傳輸模式。

圖2 微波站間傳輸鏈路的信號(hào)映射關(guān)系

為了準(zhǔn)確判斷誤碼故障的原因，需要對故障發(fā)生當(dāng)天的嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)取與分析。微波站接收端多次出現(xiàn)誤碼現(xiàn)象，接收信號(hào)的平均功率約-30 dBm，電平在正常工作范圍內(nèi)，說明信號(hào)鏈路整體運(yùn)行正常；中頻信號(hào)幅度變化較大，但預(yù)警平均時(shí)間僅為0.8 ～1.8 s，時(shí)長較短，且20 min內(nèi)沒有連續(xù)預(yù)警，基本可判斷為偶發(fā)異常，微波傳輸鏈路質(zhì)量為瞬時(shí)劣化。

3.1.2 信號(hào)調(diào)制模式檢測

將信號(hào)調(diào)制模式由256QAM 轉(zhuǎn)換為64QAM，能夠基本維持傳輸鏈路的數(shù)據(jù)容量要求；將微波傳輸信道間隔調(diào)整為60 MHz，此時(shí)可以發(fā)現(xiàn)誤碼現(xiàn)象消失，不再產(chǎn)生預(yù)警信號(hào)，中頻信號(hào)幅度依然出現(xiàn)偶發(fā)性變化，收發(fā)端的信號(hào)電平基本保持在-32 dBm?？梢钥闯?，發(fā)射站會(huì)依據(jù)發(fā)射信號(hào)樣式的變化自動(dòng)優(yōu)化信號(hào)電平，降低因高電平產(chǎn)生誤碼的概率。

3.1.3 微波設(shè)備檢測

誤碼現(xiàn)象發(fā)生在接收站，因此首先對接收站的微波設(shè)備進(jìn)行內(nèi)環(huán)測試，如圖3 所示，可確認(rèn)接收站的中頻信號(hào)連續(xù)且穩(wěn)定，數(shù)據(jù)幀不存在誤碼情況。

圖3 微波設(shè)備端口內(nèi)環(huán)信號(hào)測試

進(jìn)一步對發(fā)射站、接收站端到端的微波設(shè)備進(jìn)行掃頻檢測，同樣無外界干擾和自檢故障。

因此，經(jīng)傳輸鏈路誤碼故障排查，可以判斷該現(xiàn)象是由分組打包導(dǎo)致的微波傳輸鏈路瞬時(shí)劣化所引起的故障。

3.2 IP 化MBH 中誤碼劣化分析

通過TDM 構(gòu)建MBH，基站的支路信號(hào)以TDM模式形成IP 化封包。此時(shí)各分包信號(hào)的誤碼率與整包的誤碼率相同[4]，即

式中：T為信號(hào)碼元出錯(cuò)率。

主要是由于各分包信號(hào)在打包時(shí)基本是以1 bit 的低顆粒度進(jìn)行交織，信號(hào)統(tǒng)計(jì)誤碼概率時(shí)可以忽略分包對整包的影響，誤碼率在概率分析上是一致的。但是為了實(shí)現(xiàn)全I(xiàn)P 的快速分包，通常利用電路仿真業(yè)務(wù)（Circuit Emulation Service，CES）直接將支路信號(hào)變換為IP 包。一旦在變換過程中IP包出現(xiàn)誤碼，會(huì)直接導(dǎo)致IP 包完整性的缺失，此時(shí)根據(jù)分包處置機(jī)制/協(xié)議，會(huì)放棄該IP 包，這將導(dǎo)致整個(gè)支路信號(hào)瞬時(shí)劣化。

式中：F為經(jīng)CES 變換的IP 包長度，A為信號(hào)字節(jié)出錯(cuò)率。對于常用的MUTF-8 編碼格式而言，經(jīng)CES 變換的IP 包長度為182 bits，其中有用信息135 bits，此時(shí)相對于整包信號(hào)而言，支路信號(hào)誤碼率會(huì)增加135×8=1 080 倍，會(huì)造成接收站部分信號(hào)的丟失。

4 傳輸鏈路誤碼分析結(jié)論與解決措施

4.1 排查結(jié)論

通過系統(tǒng)排查與信號(hào)誤碼分析可以得知，該誤碼故障主要是由外部因素誘發(fā)干擾導(dǎo)致信號(hào)分包時(shí)出現(xiàn)瞬間劣化現(xiàn)象，進(jìn)而降低了微波鏈路的信號(hào)傳輸質(zhì)量。

4.2 解決措施

4.2.1 誤碼位于IP 包的有用域

當(dāng)誤碼位于IP 包的有用域時(shí)，由于IP 包的前端信息沒有受到影響，即包源、接收設(shè)備以及虛擬局域網(wǎng)（Virtual Local Area Network，VLAN）ID 等信息能夠正常接收和處理，此時(shí)可以對IP 包進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，即在接收站端口不丟棄誤碼IP 包，而是二次修訂IP 包的校驗(yàn)碼，將IP 包視為正確的數(shù)據(jù)分包，確保該IP 包能夠有效傳輸至指定的接收設(shè)備[5]，即

4.2.2 誤碼位于IP 包的前端

當(dāng)誤碼位于IP 包的前端，IP 包的前端信息受到影響導(dǎo)致關(guān)鍵信息被破壞，此時(shí)接收端將該IP 包丟棄，傳輸鏈路會(huì)出現(xiàn)不同程度的持續(xù)劣化。為了盡可能降低此情況造成的影響，通常利用前向糾錯(cuò)（Forward Error Correction，F(xiàn)EC）或混合糾錯(cuò)（Hybrid Error Correction，HEC）技術(shù)保護(hù)包前端的關(guān)鍵信息。

5 結(jié)語

基于IP 微波技術(shù)的廣播電視傳輸鏈路出現(xiàn)誤碼的因素較多，通常在故障排查與技術(shù)維護(hù)時(shí)利用觀察、檢測與分析、評(píng)估等方法進(jìn)行判斷處置，迅速查明原因，給出處置建議。隨著廣播電視發(fā)射臺(tái)的數(shù)字化升級(jí)，微波傳輸容量持續(xù)擴(kuò)展，將對系統(tǒng)監(jiān)測、質(zhì)量管控等提出更高的要求，需要進(jìn)一步從IP微波技術(shù)層面探析解決路徑，最大限度地消除微波傳輸鏈路的誤碼隱患。