省台CMMB信源数字微波传输应用方案探讨

2010-03-14黄晓武

电视技术 2010年10期

黄晓武，吴鸿

（四川省广播电视发射传输中心，四川成都 610017）

1 引言

目前，四川省已开通18个二级城市的CMMB覆盖和省级的BOSS系统。从全国省级CMMB信源传输的方式来看，几乎都采用了省广电光网进行传送。根据实际情况，四川省首次采用了广电SDH/PDH数字微波网进行全省的CMMB信源传输，达到了各项技术要求和实际效果。

2 省台CMMB信源微波传输方式

随着通信技术和互联网的发展，网络上层业务和应用类型的增加，以太网IP数据包是目前数据传输的主要载体，将IP包通过SDH/PDH光网和微波网，即Ethernet over SDH（EoS）进行传输，如何保证传输的高效、安全、灵活成为广电、电信业研究的热点问题。

由于IP帧的突发性和不定长与要求严格同步的SDH帧有很大区别，因而需要用链路层适配协议封装IP包，速率适配，再映射到指定的SDH帧净负荷区进行传输。在接收端，通过解映射、解封装恢复出IP包。EoS技术主要有IP包的封装技术、虚级联映射技术等。

1）封装技术。对IP包封装主要完成识别帧的起始字节和结束字节，即帧划分；将“突出”、“间歇”的IP包变成流畅的连续数据流；增加一定的纠错能力。EoS对IP帧封装的主流封装协议有通用成帧规程（Genenric Framing Procedure，GFP）和 SDH 链路接入规程（Link Access Procedure-SDH，LAPS）。这两种数据链路层协议都是面向非连接的，采用固定时隙封装方式，都经过CRC校验和X43+1多项式扰码处理，实现可靠透传。封装协议LAPS（ITU-TX.86）是HDLC类协议改进的一种，同PPP协议非常相似，只支持点对点工作，LAPS帧不需要字节填充。封装协议GFP（ITU-TG.7041-2001）是简化数据链路（Simple Data Link，SDL）协议的改进型，与LAPS 相比较为复杂，不需要起始、结束标示符。具备低延迟的传输与处理能力，更适合处理实时业务和块状编码的信号和高速广域网的应用。封装后各种协议帧的长度将直接影响传输性能，帧长越长，出现错帧的可能性越大，出现误比特的概率就越大，当帧扩展为原长度的2倍时，丢包率将增加约2倍，恶化了透传性能。但由于短帧包含的帧头及帧的间隔包比较多，因此长帧的吞吐量（在无帧丢失的情况下，实际可传送数据的最大带宽）效率高于短帧，通过实验，在短帧情况下，LAPS和GFP性能相差不多，但在长帧情况下，GFP的传输性能明显优于LAPS。

2）虚级联（VCAT）技术。级联是SDH的重要特性之一，级联是通过把多个虚容器（VC）按要求组合起来，形成一个仍然保持比特序列完整性的单个更大的容器来使用。级联分为连续（相邻）级联和虚级联，连续级联在整个传输过程中保持占用一个连续的带宽，而虚级联先将连续的带宽拆分为多个独立的VCS，各独立的VCS分别传送，在接收侧重新组合为连续带宽。链路容量调整方案为LCAS（ITU-TG.7042/Y.1305），它提供了一种虚级联链路首端和末端的适配功能，也支持单向控制虚级联组VCG中VC成员的数量，即减少和恢复虚容器的数量而不损伤带宽。达到传输带宽匹配和动态分配管理的目的。在n STM-1带宽内，虚容器VC-4/3/2可形成不同的虚级联组VCG，形成逻辑上内部各自独立通道，传送不同节目包。STM-1帧中的最小颗粒为VC-12，最多可达63个VC-12的级联。虚级联技术提供了灵活的带宽动态分配，克服了带宽不匹配的浪费现象，提高了带宽利用率。

3 四川省SDH数字微波多业务传输平台

利用EoS技术将语音、视频、数据等多种业务统一到SDH平台上传输，同时将以太网的二层交换灵活性和资源优化能力与现有SDH传输网相结合，从而得到一种高速、经济的数据接入解决方案，达到成本低廉、性价比高、组网强、可扩展的多业务平台（Multi-Service Transport Platform，MSTP）。MSTP基本模式如图1所示。

四川省MSTP选用以色列ECI通讯公司生产的BG-40型产品，该产品将SDH系统的复用器、数字交叉连接器（DXC）、WDM终端、网络二层交换机等多个独立设备集成在一个2U的子架中，采用EoS技术将各种业务的公共部分统一集合在一起处理，其结构由OSI的7层协议简化至接入层、传输层、控制层、应用层4层协议，达到了结构扁平化，一套设备解决了所有业务的接入、交换和传送，降低了网络建设成本，维护方便。BG-40原理如图2所示。

以CMMB信源传输为例分述如下：

1）输入接口级（接入层）

实现语音、视频和数据等业务的综合接入和汇聚。支持TDM和具有动态的ATM业务，提供的基本配置有16路EoS内部接口和8路10/100 Base-T接口，任一接口支持EPL，EVPL，EPLAN和EVPLAN业务，并具有QoS保证。2个千兆以太网口、8个E2接口、模块化设计可配置业务扩展卡和相关业务子卡，2路相同组播地址的CMMB IP信源分别接入不同的10/100 Base-T接口，其他接口可接入不同的电视信源，广播信源可通过8个E1接口传送。另外还留有SDH光/电、PDH和PCM接口。

2）分配处理级（传输、控制层）

该级主要完成对业务的灵活配置和处理。具有高效的带宽利用率，内置DXC1/0功能，可根据业务量实现VC-12/VC-3/VC-4高低阶虚级联和2层交换，实现中等容量高低阶交叉矩阵，包括VC-12，VC-3，VC-4级别的交叉连接，最大为16个VC-4无阻塞、全交叉矩阵。VC的最小颗粒为VC-12，并保证每路输出达到电信级QoS。EoS封装协议GFP/LAPS可选，高低阶VC虚级联支持LCAS协议，可对二层以太网交换配置VLAN。

3）应用层

2路CMMB信源通过SDH微波干线传输进入用户端的MSTP BG-40，经过与发送端BG-40相反过程：去扰码、CRC错误检验、去除LAPS特定的字节即解映射、解封装，恢复两路CMMB IP信源，送至PDH微波的10/100 Base-T/E1协议转换器入口，或送至CMMB发射机入口。

BG-40是一个灵活的多业务传送平台，可应用于各种配置方式。其突出的优势和特点体现为：1）根据需求逐步提升业务容量。可非常方便地增加STM-1接口数量，实现从STM-1到STM-4的升级；2）子波长疏导（grooming）功能提高了光纤的利用率以及传输不同类型业务时的效率；3）直接提供PCM业务接口以及DXC1/0交叉连接功能，方便各种专网的建设和维护；4）多个ADM和完全低阶交叉连接的功能使得BG-40可以作为理想的解决方案提供给用户，以部署灵活的网络拓扑，如环状、网状、星型等。

MSTP在应用中遇到的问题有：由于带宽利用率目前仍以SDH为核心，以VC-12的整数倍捆绑各种VC-3/4虚容器来匹配带宽，因此无法根据实际传输流量进行动态调整；同时需要封装、映射复杂的链路层协议来完成适配，增加了开销，占用了带宽，降低了传输效率；没有建立统一的网管和链路层各种协议，目前还无法实现不同设备的MSTP之间的互联互通。

4 四川省CMMB信源数字微波传输系统应用技术方案

4.1 PDH数字微波应用技术特点

该工程使用桂林南方通信设备工程公司研制开发的高性价比的第三代Smart系列PDH数字微波设备，其主要技术特征有：1）传输容量为45 Mbit/s；2）采用QPSK调制方式，增加了扩捕电路，极大提高了捕捉带宽，从而提高了设备的稳定性与可靠性；3）对基带处理采用了数字滤波滚降技术，滚降系数可达到0.35；4）率先在PDH领域采用前向纠错（FEC）技术，有效降低了接收信号的误码率，可提高6 dB的接收门限电平；5）具有完整的勤务及监控系统。

4.2 PDH数字微波传输CMMB信源系统

本工程采用Ethernet over PDH（EoPDH）技术和标准。EoPDH与EoS相类似，也要首先对IP进行封装、映射、容器/虚容器的级联或虚级联、工作带宽匹配或动态调整、QoS管理、利用VLAN技术建立虚通道等。其主要技术特征有：1）IP 封装协议 GFP-F（G.7041）；2） VCAT虚级联和LCAS链路容量调整方案（G.7042）；3）Ethernet到n E1的映射采用G.7043建议；4）Ethernet到单E1的映射采用G.8040建议。

该PDH数字微波传输系统支持基于端口的VLAN划分，可提供8个共享式10/100 Base-T以太网接口，同时也支持G.703协议接口。

4.3 四川省CMMB信源微波传输应用方案简介

四川省广电的SDH数字微波专网共有44个站点，2 200多千米，采用多业务平台，传输容量为2×155 Mbit/s。将中央CMMB、四川CMMB相同组播地址不同内容的2路IP信号，通过2路IP光纤设备送到微波机房MSTP上不同的2路10/100 Base-T入口，经过MSTP系统对不同的2路IP CMMB信源进行IP封装，映射转换成SDH的帧格式，进入SDH微波信道机，通过SDH数字微波干线网传输至用户端的MSTP系统，经过解映射、解封装，还原出2路CMMB不同的IP信源，进入PDH微波系统10/100 Base-T/8E1协议转换器，经过IP封装、映射转换成PDH的帧格式，进入PDH微波信道机传送到终端用户8E1/10/100 Base-T协议转换器（适配器）入口，经过解映射、解封装输出中央CMMB和四川CMMB两路IP信源，送入CMMB发射机IP交换机入口。四川省数字微波骨干网拓扑图和第一期CMMB站点分布图如图3所示。

4.4 四川省CMMB信源数字微波传输架构（见图4）

CMMB发射站点信号来源有3个途径：中央四套CMMB节目及数据信号，主用在CMMB发射点经鑫诺3号卫星下行，备用经过SDH微波网传送；省节目信号经省SDH微波骨干网传输；市节目信号经H.264编码器进行音/视频编码后，至交换机。图中虚线为返传监控信号流程线。

4.5 CMMB信源传输应用方案特点

应用EoS和EoPDH技术，在SDH和PDH微波传输系统中直接进行IP两路同组播地址不同内容的CMMB信源透传，并且构建了CMMB全网监控系统在全国尚属首次，为广电微波网承载IP业务成功搭建了实验平台。该平台环节少而简洁，达到了传输结构扁平化。整个工程投资少、见效快；投入的设备具有兼容性和扩展性，如PDH微波设备、10/100 Base-T/E1协议转换设备等；充分挖掘了广电微波网现有资源和传输能力，特别是PDH微波的灵活运用，将为今后城市补点组建CMMB单频网发挥其特有的优势，在“三网融合”的进程中，为广电整合有线、无线传输网提供了宝贵的可借鉴的成功范例。