載波聚合在微波鏈路設計中的應用研究

摘

要：針對當前常規(guī)微波鏈路中存在的頻譜資源不足、傳輸容量需求增長過快和局部頻率資源浪費等問題，將載波聚合引入到微波鏈路設計中，結(jié)合載波聚合技術的特點，詳細介紹了載波聚合在微波鏈路設計中需要重點關注的設備配置類型、使用場景、發(fā)射功率回退和軟件工具配置方式等問題。最后，以實際設備的微波鏈路設計為例，對載波聚合配置與常規(guī)配置下的鏈路性能指標進行對比分析，驗證了載波聚合配置的性能優(yōu)于常規(guī)配置。該研究可為載波聚合在不同設備微波鏈路設計中的應用提供有益參考。關鍵詞：載波聚合；微波鏈路；ODU；發(fā)射功率0引言微波通信作為三大通信傳播系統(tǒng)之一，因其具有傳輸容量大、長途傳輸質(zhì)量穩(wěn)定、投資少、建設周期短、維護方便等特點，得到了廣泛的應用。微波鏈路設計是微波網(wǎng)絡規(guī)劃設計的基礎，其有效性直接影響著通信質(zhì)量。微波鏈路設計對于微波網(wǎng)絡規(guī)劃和通信質(zhì)量的重要性也引起了國內(nèi)部分專家和學者的關注，并對其開展了一些有益的研究。針對空間站時頻系統(tǒng)微波鏈路的構(gòu)建提出了具體的設計思路，并對高精度時間頻率測量和載波相位整周模糊度精確解算兩項關鍵技術進行了重點分析和研究；對微波通信鏈路設計中的關鍵因素和計算參數(shù)進行了分析，并介紹了設計中的一些關鍵技術；陳波[5]分析了自由空間傳播的損耗、視距傳播的大氣效應、微波傳輸?shù)牡孛嫘约拔⒉▊鬏旀溌分械挠绊懸蛩?，并詳細介紹了關鍵參數(shù)的計算。然而，隨著4G基站數(shù)量增加和5G基站數(shù)量的快速增長，基站的回傳容量需求亦持續(xù)快速增長。一方面，微波回傳場景下，頻譜資源的短缺與回傳容量的需求快速增長已形成巨大矛盾，如何充分利用現(xiàn)有頻譜是一個難題。另一方面，有相當一部分的微波鏈路在因各種原因退網(wǎng)后，釋放的頻譜資源無法立即得到有效的利用，或者重新進行部署代價過高，造成了全局頻率資源短缺與局部頻率資源浪費并存的現(xiàn)象。如何解決上述矛盾已成為微波通信領域的重要問題。載波聚合（CarrierAggregation，CA）是將多個連續(xù)或者不連續(xù)的載波聚合成一個更寬的頻譜來提高傳輸數(shù)據(jù)容量的技術，其可在不增加射頻ODU（OutdoorUnit）等硬件的條件下通過增加頻點實現(xiàn)快速部署，既可以充分利用釋放掉的頻率資源，又可以避免大量硬件的增加。本文將載波聚合技術引入到微波鏈路設計中，指出設計中需要關注的問題，并對基于載波聚合的微波鏈路和常規(guī)配置微波鏈路的性能進行對比分析。1微波鏈路設計中需要關注的問題基于載波聚合的微波鏈路設計除了需要遵循常規(guī)微波鏈路設計規(guī)劃和流程外，還需要額外關注支持的設備配置類型、使用場景限制、設備發(fā)射功率回退和軟件工具配置方式等問題。本文以國內(nèi)某公司的NR9000系列設備為例，分析所需關注的問題。1.1

設備配置類型目前來說，支持載波聚合配置的設備限于少數(shù)系列設備的部分型號，以最新的NR9000系列設備為例，其CA模式的具體配置如表1所示。1.2

使用場景限制不同的設備支持的載波聚合微波鏈路配置不同，同一種設備也有不同的配置組合，因此，確定不同組合條件下的限制條件是必要的。NR9000系列的CA配置相較于之前的系列設備支持的ODU類型更多，配置組合也更豐富。當ODU為1T1R時，NR9000系列的CA配置與常規(guī)配置的對比圖如圖1所示。NR9000系列的CA配置使用場景限制如下：（1）兩個波道（頻點）須在同一個子帶內(nèi)。（2）對于調(diào)制解調(diào)板CSA/CSA2/MD/MD2與表1中射頻單元的組合，帶寬和頻率需滿足下式，最高調(diào)制方式支持4096QAM。（BW1＋BM2）/2＋|F2-F1|≤112MHz

式中：BW為帶寬；F為頻率。（3）對于調(diào)制解調(diào)板ME2與射頻單元SRU3D的組合，帶寬和頻率需滿足下式，最高調(diào)制方式支持1024QAM。（BW1＋BM2）/2＋|F2-F1|≤112MHz（4）兩個波道可以是臨頻，也可以是隔頻（不限于隔一個波道）。（5）同一個ODU射頻端口的兩個波道必須為相同極化方式。（6）發(fā)射功率相對于普通配置方式有回路。（7）如果配置ACM（AdaptiveCodingandModulation）功能，則CA的兩個波道配置需要保持一致，并且不建議開啟ATPC（AutoTransmitPowerControl）功能。1.3

發(fā)射功率回退設備采用載波聚合的配置后，ODU的發(fā)射功率相當于普通配置的ODU發(fā)射功率有回路，以滿足ODU的射頻標準要求。此時的發(fā)射功率是ODU的整機發(fā)射功率，即兩個CA波道的發(fā)射功率之和，每個波道的實際發(fā)射功率為總發(fā)射功率的一半，即在整機發(fā)射功率基礎上減去3dB。發(fā)射功率降低造成的一個結(jié)果就是相同配置下的鏈路傳輸距離比普通鏈路縮短或鏈路指標有所降低，在設計中應特別注意并以仿真計算結(jié)果為準。然而，對于省去了合路器的CA配置，因減少了兩端合路器的損耗，可以在一定程度上補償ODU發(fā)射功率回退造成的性能降低，甚至在一些ODU發(fā)射功率回退較小的情況下，CA鏈路的性能可能優(yōu)于常規(guī)的配置類型性能。1.4

軟件工具配置方式載波聚合的硬件和軟件組合不同于常規(guī)設計的組合邏輯，如表2所示，對載波聚合的配置類型采用常規(guī)表示方式增加CA字樣。由表2可知，1T1R相同容量條件下，CA的射頻硬件ODU配置是常規(guī)類型配置的一半，而且對于4+0的配置，CA減少了合路器。由于合路器的減少，微波的損耗將降低到7～8dB，即使考慮CA的發(fā)功回退，在NR9000系列設備中，CA鏈路性能將與常規(guī)鏈路性能處于相同水平，甚至略優(yōu)。鏈路設計中載波聚合的配置類型在工具軟件中可以按照圖2方式設置，鏈路設計中的設備文件配置可以按照圖3中的配置進行設置。2微波鏈路性能分析為了驗證載波聚合在微波鏈路設計中的有效性，本文以衰落儲備和年可用度為性能指標，對基于載波聚合的微波鏈路與常規(guī)微波鏈路進行性能對比分析。選取NR9000系列的常規(guī)配置和CA模式進行對比，兩種設備的配置類型分別為4+0XPIC和4+0CAXPIC，鏈路計算采用配置和設置如表3所示。2.1

衰落儲備對比衰落儲備是微波鏈路技術指標中一個必不可少的參數(shù)，它是影響鏈路年可用度的重要因素之一，因此，以衰落儲備作為指標進行對比分析可以較好地體現(xiàn)出不同微波鏈路的性能。圖4為輸出距離在0～15km范圍內(nèi)NR9000系列在常規(guī)配置和CA配置下的衰落儲備對比圖。從圖中不難看出，在相同傳輸距離下，CA配置的衰落儲備要略高于常規(guī)配置，說明即便在CA配置發(fā)功回退后，綜合合路器損耗等因素，CA配置的性能仍然優(yōu)于常規(guī)配置。2.2

年可用度對比年可用度是衡量微波鏈路設計質(zhì)量最重要的一個參數(shù)，也是所有微波項目中必不可少的參數(shù)。為了更加全面地分析不同配置的年可用度，本文選取了4個不同雨區(qū)條件分別進行計算分析，具體計算結(jié)果如圖5所示。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，在不同雨區(qū)條件下，隨著傳輸距離的增大，年可用度相應降低；在相同傳輸距離下，CA配置的年可用度要高于常規(guī)配置，特別是隨著傳輸距離增大，這一趨勢愈發(fā)明顯，說明了CA配置的性能優(yōu)于常規(guī)配置。3結(jié)語利用載波聚合技術將兩個不同波道聚合在一起使用同一個收發(fā)機進行收發(fā)，能夠有效解決頻譜資源短缺和傳輸容量需求日益增長之間的矛盾。因此，