微波通信網(wǎng)絡擴容的兩個策略

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

進一步說，運營商必須考慮在無線層和在分組層的擴容選擇。在現(xiàn)代微波網(wǎng)絡中基于每條鏈路的頻譜優(yōu)化方案已經(jīng)不現(xiàn)實，他們必須采用基于網(wǎng)絡的方案來擴充容量。采用基于網(wǎng)絡的方案，運營商能夠：

· 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)省使用權成本。

擴容原理

本文比較了在現(xiàn)代微波網(wǎng)絡中采用的兩種擴容方法：

· 分層正交幅度調制（HQAM）法，即通過在微波通信信道中使用更高階的調制來達到頻譜效率最大化。
· 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構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制符號的密度。例如，512態(tài)正交幅度調制（512QAM）和1024QAM格式相比，256QAM在可用的業(yè)務容量上提供了 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)議開銷部分進行處理。對屬于以太網(wǎng)、多協(xié)議標簽交換（MPLS）、IP以及TCP/UDP部分的字段在傳輸前進行壓縮，并在微波鏈路的接收端進行重建。這將減少通過鏈路發(fā)送的比特數(shù)，從而增加業(yè)務和應用的容量。

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

鏈路與網(wǎng)絡頻譜效率對比

頻譜效率常常基于孤立鏈路來衡量，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)實網(wǎng)絡條件下的信息。

優(yōu)化單個鏈路并不是實際的網(wǎng)絡設計。優(yōu)化網(wǎng)絡設計應當提供必需的網(wǎng)絡容量且頻譜占用最小，基于2個原因：

· 頻譜是有限的資源
· 頻譜有其相應的使用價格

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

基于網(wǎng)絡的擴容方案則將重點放在增加整個網(wǎng)絡的容量而不是單個鏈路的容量。增加調制格式的決策來自于對端到端的網(wǎng)絡設計以及由此導致干擾水平的規(guī)劃。對干擾水平的分析意味著：

· 運營商應當仔細地評估，在高密度、短距離節(jié)點或匯聚點，以及在那些最容易受干擾損害的地方使用高階調制是否有意義。
· 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制格式：組成網(wǎng)絡的鏈路數(shù)較少，并且網(wǎng)絡中也較少見到這些鏈路匯聚到一個地理點，因而干擾較少。

真實世界的網(wǎng)絡模型

為了更好地理解高階調制和包壓縮方法是如何影響無線網(wǎng)絡擴容的，我們分析了一個有890個短程鏈路、已經(jīng)運營的歐洲移動回程網(wǎng)絡。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)點鏈路。分析如下：

· 定義理論上網(wǎng)絡可能的最大吞吐率。這將幫助確定網(wǎng)絡支持的最大容量，而不必涉及任何網(wǎng)絡單元。
· 在需要重新設計網(wǎng)絡來支持HSPA+和LTE業(yè)務之前確定網(wǎng)絡的限制。
· 為采取何種技術或技術組合來提高網(wǎng)絡容量提供一個網(wǎng)絡指南。

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)絡分析的開始。按照當前的頻譜利用率，該微波網(wǎng)絡的整體吞吐率大約是1.9Gb/s。所有的鏈路采用固定的調制來支持網(wǎng)絡可用性達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)點鏈路組成

從這點開始，來分析2個策略–HQAM和包壓縮–是否能擴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，將調制系數(shù)從參考調制水平增加到最大可能的水平以實現(xiàn)99.995% 的正常運營時間。每一種調制的升級引入更高的容量，但是因為鏈路長度和干擾的原因，并非所有鏈路都能達到最大調制方案。