载波聚合在微波链路设计中的应用研究

顾 浩

中兴通讯股份有限公司

摘 要：

针对当前常规微波链路中存在的频谱资源不足、传输容量需求增长过快和局部频率资源浪费等问题，将载波聚合引入到微波链路设计中，结合载波聚合技术的特点，详细介绍了载波聚合在微波链路设计中需要重点关注的设备配置类型、使用场景、发射功率回退和软件工具配置方式等问题。最后，以实际设备的微波链路设计为例，对载波聚合配置与常规配置下的链路性能指标进行对比分析，验证了载波聚合配置的性能优于常规配置。该研究可为载波聚合在不同设备微波链路设计中的应用提供有益参考。

0引言

微波通信作为三大通信传播系统之一，因其具有传输容量大、长途传输质量稳定、投资少、建设周期短、维护方便等特点，得到了广泛的应用[1-2]。微波链路设计是微波网络规划设计的基础，其有效性直接影响着通信质量。微波链路设计对于微波网络规划和通信质量的重要性也引起了国内部分专家和学者的关注，并对其开展了一些有益的研究。张旭[3]针对空间站时频系统微波链路的构建提出了具体的设计思路，并对高精度时间频率测量和载波相位整周模糊度精确解算两项关键技术进行了重点分析和研究；杜鑫[4]对微波通信链路设计中的关键因素和计算参数进行了分析，并介绍了设计中的一些关键技术；陈波[5]分析了自由空间传播的损耗、视距传播的大气效应、微波传输的地面效应以及微波传输链路中的影响因素，并详细介绍了关键参数的计算。

然而，随着4G基站数量增加和5G基站数量的快速增长，基站的回传容量需求亦持续快速增长。一方面，微波回传场景下，频谱资源的短缺与回传容量的需求快速增长已形成巨大矛盾，如何充分利用现有频谱是一个难题。另一方面，有相当一部分的微波链路在因各种原因退网后，释放的频谱资源无法立即得到有效的利用，或者重新进行部署代价过高，造成了全局频率资源短缺与局部频率资源浪费并存的现象。如何解决上述矛盾已成为微波通信领域的重要问题。载波聚合（Carrier Aggregation，CA）是将多个连续或者不连续的载波聚合成一个更宽的频谱来提高传输数据容量的技术，其可在不增加射频ODU（Outdoor Unit）等硬件的条件下通过增加频点实现快速部署，既可以充分利用释放掉的频率资源，又可以避免大量硬件的增加[6-7]。本文将载波聚合技术引入到微波链路设计中，指出设计中需要关注的问题，并对基于载波聚合的微波链路和常规配置微波链路的性能进行对比分析。

1微波链路设计中需要关注的问题

基于载波聚合的微波链路设计除了需要遵循常规微波链路设计规划和流程外，还需要额外关注支持的设备配置类型、使用场景限制、设备发射功率回退和软件工具配置方式等问题。本文以国内某公司的NR9000系列设备为例，分析所需关注的问题。

1.1 设备配置类型

目前来说，支持载波聚合配置的设备限于少数系列设备的部分型号，以最新的NR9000系列设备为例，其CA模式的具体配置如表1所示。

1.2 使用场景限制

不同的设备支持的载波聚合微波链路配置不同，同一种设备也有不同的配置组合，因此，确定不同组合条件下的限制条件是必要的。NR9000系列的CA配置相较于之前的系列设备支持的ODU类型更多，配置组合也更丰富。当ODU为1T1R时，NR9000系列的CA配置与常规配置的对比图如图1所示。

NR9000系列的CA配置使用场景限制如下：

（1）两个波道（频点）须在同一个子带内。

（2）对于调制解调板CSA/CSA2/MD/MD2与表1中射频单元的组合，带宽和频率需满足下式，最高调制方式支持4096QAM。

（BW1＋BM2）/2＋|F2-F1|≤112 MHz

式中：BW为带宽；F为频率。

（3）对于调制解调板ME2与射频单元SRU3D的组合，带宽和频率需满足下式，最高调制方式支持1024QAM。

（BW1＋BM2）/2＋|F2-F1|≤112 MHz

（4）两个波道可以是临频，也可以是隔频（不限于隔一个波道）。

（5）同一个ODU射频端口的两个波道必须为相同极化方式。

（6）发射功率相对于普通配置方式有回路。

（7）如果配置ACM（Adaptive Coding and Modulation）功能，则CA的两个波道配置需要保持一致，并且不建议开启ATPC（Auto Transmit Power Control）功能。

1.3 发射功率回退

设备采用载波聚合的配置后，ODU的发射功率相当于普通配置的ODU发射功率有回路，以满足ODU的射频标准要求。此时的发射功率是ODU的整机发射功率，即两个CA波道的发射功率之和，每个波道的实际发射功率为总发射功率的一半，即在整机发射功率基础上减去3 dB。

发射功率降低造成的一个结果就是相同配置下的链路传输距离比普通链路缩短或链路指标有所降低，在设计中应特别注意并以仿真计算结果为准。然而，对于省去了合路器的CA配置，因减少了两端合路器的损耗，可以在一定程度上补偿ODU发射功率回退造成的性能降低，甚至在一些ODU发射功率回退较小的情况下，CA链路的性能可能优于常规的配置类型性能。

1.4 软件工具配置方式

载波聚合的硬件和软件组合不同于常规设计的组合逻辑，如表2所示，对载波聚合的配置类型采用常规表示方式增加CA字样。

由表2可知，1T1R相同容量条件下，CA的射频硬件ODU配置是常规类型配置的一半，而且对于4+0的配置，CA减少了合路器。由于合路器的减少，微波的损耗将降低到7～8 dB，即使考虑CA的发功回退，在NR9000系列设备中，CA链路性能将与常规链路性能处于相同水平，甚至略优。

链路设计中载波聚合的配置类型在工具软件中可以按照图2方式设置，链路设计中的设备文件配置可以按照图3中的配置进行设置。

2微波链路性能分析

为了验证载波聚合在微波链路设计中的有效性，本文以衰落储备和年可用度为性能指标，对基于载波聚合的微波链路与常规微波链路进行性能对比分析。选取NR9000系列的常规配置和CA模式进行对比，两种设备的配置类型分别为4+0 XPIC和4+0 CA XPIC，链路计算采用配置和设置如表3所示。

2.1 衰落储备对比

衰落储备是微波链路技术指标中一个必不可少的参数，它是影响链路年可用度的重要因素之一，因此，以衰落储备作为指标进行对比分析可以较好地体现出不同微波链路的性能。

图4为输出距离在0～15 km范围内NR9000系列在常规配置和CA配置下的衰落储备对比图。

从图中不难看出，在相同传输距离下，CA配置的衰落储备要略高于常规配置，说明即便在CA配置发功回退后，综合合路器损耗等因素，CA配置的性能仍然优于常规配置。

2.2 年可用度对比

年可用度是衡量微波链路设计质量最重要的一个参数，也是所有微波项目中必不可少的参数。为了更加全面地分析不同配置的年可用度，本文选取了4个不同雨区条件分别进行计算分析，具体计算结果如图5所示。

从图中可以发现，在不同雨区条件下，随着传输距离的增大，年可用度相应降低；在相同传输距离下，CA配置的年可用度要高于常规配置，特别是随着传输距离增大，这一趋势愈发明显，说明了CA配置的性能优于常规配置。

3结语

利用载波聚合技术将两个不同波道聚合在一起使用同一个收发机进行收发，能够有效解决频谱资源短缺和传输容量需求日益增长之间的矛盾。因此，在适合的场景下科学应用载波聚合技术，对于提升通信质量十分有益。本文根据载波聚合技术的特点，分析了其在微波链路设计中应注意的问题，并通过性能指标的计算与分析，验证了载波聚合在微波链路设计中的有效性。通过本文的分析，可加深对微波链路设计中载波聚合设置和常规设置的认识，有利于载波聚合技术在微波链路设计中的有效应用。

审核编辑：汤梓红