微波通信網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容的兩個策略

隨著需要大量帶寬的智能手機(jī)和無線平板電腦變得越來越普及，微波網(wǎng)路的擴(kuò)容就變得必不可少了。

進(jìn)一步說，運(yùn)營商必須考慮在無線層和在分組層的擴(kuò)容選擇。在現(xiàn)代微波網(wǎng)絡(luò)中基于每條鏈路的頻譜優(yōu)化方案已經(jīng)不現(xiàn)實(shí)，他們必須采用基于網(wǎng)絡(luò)的方案來擴(kuò)充容量。采用基于網(wǎng)絡(luò)的方案，運(yùn)營商能夠：

· 避免僅針對小規(guī)模的有效優(yōu)化。
· 減少頻譜使用的數(shù)量以幫助節(jié)省使用權(quán)成本。

擴(kuò)容原理

本文比較了在現(xiàn)代微波網(wǎng)絡(luò)中采用的兩種擴(kuò)容方法：

· 分層正交幅度調(diào)制（HQAM）法，即通過在微波通信信道中使用更高階的調(diào)制來達(dá)到頻譜效率最大化。
· 包壓縮原理，即通過在全分組的環(huán)境中減少由于幀或包結(jié)構(gòu)引入的開銷來提高頻譜效率。

HQAM 格式在傳輸星座圖中增加了調(diào)制符號的密度。例如，512態(tài)正交幅度調(diào)制（512QAM）和1024QAM格式相比，256QAM在可用的業(yè)務(wù)容量上提供了 約25%的連續(xù)組合增益。而2048QAM和4096QAM格式相比512QAM和1024QAM又帶來了15%的額外容量增益。

包壓縮是對IP包的協(xié)議開銷部分進(jìn)行處理。對屬于以太網(wǎng)、多協(xié)議標(biāo)簽交換（MPLS）、IP以及TCP/UDP部分的字段在傳輸前進(jìn)行壓縮，并在微波鏈路的接收端進(jìn)行重建。這將減少通過鏈路發(fā)送的比特?cái)?shù)，從而增加業(yè)務(wù)和應(yīng)用的容量。

包 壓縮的效果依賴于業(yè)務(wù)混合及條件，因而難以計(jì)算平均值。但是，如果基于IPv4的互聯(lián)網(wǎng)混合（IMIX）業(yè)務(wù)特征能將容量增加30%至40%的話，那么基 于IPv6的容量增加至少翻倍。那就是說，包壓縮得到的擴(kuò)容增益將在運(yùn)營商從IPv4轉(zhuǎn)向IPv6時效果變得更加明顯。

鏈路與網(wǎng)絡(luò)頻譜效率對比

頻譜效率常?；诠铝㈡溌穪砗饬?，也就是說這些鏈路沒有受到來自相鄰無線電沖突和干擾的損害，并且它們自己也不是干擾源。不幸的是，干擾是普遍存在的，因而這種方式僅能提供理想鏈路情況下而不是現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)條件下的信息。

優(yōu)化單個鏈路并不是實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)提供必需的網(wǎng)絡(luò)容量且頻譜占用最小，基于2個原因：

· 頻譜是有限的資源
· 頻譜有其相應(yīng)的使用價格

因此，使用盡可能少的頻譜將幫助運(yùn)營商減少近期的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)作成本（OPEX），并為未來容量增長保留頻譜。

基于網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)容方案則將重點(diǎn)放在增加整個網(wǎng)絡(luò)的容量而不是單個鏈路的容量。增加調(diào)制格式的決策來自于對端到端的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)以及由此導(dǎo)致干擾水平的規(guī)劃。對干擾水平的分析意味著：

· 運(yùn)營商應(yīng)當(dāng)仔細(xì)地評估，在高密度、短距離節(jié)點(diǎn)或匯聚點(diǎn)，以及在那些最容易受干擾損害的地方使用高階調(diào)制是否有意義。
· 最后一英里鏈路受到干擾損害的影響較少。

長途微波傳輸更適合于高階調(diào)制格式：組成網(wǎng)絡(luò)的鏈路數(shù)較少，并且網(wǎng)絡(luò)中也較少見到這些鏈路匯聚到一個地理點(diǎn)，因而干擾較少。

真實(shí)世界的網(wǎng)絡(luò)模型

為了更好地理解高階調(diào)制和包壓縮方法是如何影響無線網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容的，我們分析了一個有890個短程鏈路、已經(jīng)運(yùn)營的歐洲移動回程網(wǎng)絡(luò)。其最大的鏈路群-含有146個鏈路-工作在38GHz頻段，它包括最后一英里連接、或端接及節(jié)點(diǎn)鏈路。分析如下：

· 定義理論上網(wǎng)絡(luò)可能的最大吞吐率。這將幫助確定網(wǎng)絡(luò)支持的最大容量，而不必涉及任何網(wǎng)絡(luò)單元。
· 在需要重新設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)來支持HSPA+和LTE業(yè)務(wù)之前確定網(wǎng)絡(luò)的限制。
· 為采取何種技術(shù)或技術(shù)組合來提高網(wǎng)絡(luò)容量提供一個網(wǎng)絡(luò)指南。

圖1顯示38GHz通信頻段以及信道是如何在該部分頻譜分布的。這是網(wǎng)絡(luò)分析的開始。按照當(dāng)前的頻譜利用率，該微波網(wǎng)絡(luò)的整體吞吐率大約是1.9Gb/s。所有的鏈路采用固定的調(diào)制來支持網(wǎng)絡(luò)可用性達(dá)99.999%，或每年的失效時間不超過5分鐘。

圖1. 38GHz頻段由146個最后一英里的連接和節(jié)點(diǎn)鏈路組成

從這點(diǎn)開始，來分析2個策略–HQAM和包壓縮–是否能擴(kuò)充容量而避免增加資本開支（CAPEX）和OPEX。

HQAM方案

為了給HQAM方案建模，將調(diào)制系數(shù)從參考調(diào)制水平增加到最大可能的水平以實(shí)現(xiàn)99.995% 的正常運(yùn)營時間。每一種調(diào)制的升級引入更高的容量，但是因?yàn)殒溌烽L度和干擾的原因，并非所有鏈路都能達(dá)到最大調(diào)制方案。