上海贝尔：使用多信道射频链路聚合(LAG)方法提升微波容量

摘要

分组微波系统提供能可靠提升微波容量的新方法

多信道射频LAG系统从稀缺的频谱中攫取更多的容量

多信道系统让微波网络的设计更为灵活

提升微波容量至新的水平

当今新式微波系统 使用高级分组压缩和高阶调制技术来增加信道容量。然而，从某种意义上来说，获得更大微波链路带宽的唯一方法是增加所使用的射频信道的数量。

流行的方法是通过捆绑2个或更多的微波信道来建立更大容量的虚拟链路，这种方法有多种名称：信道绑定，或射频链路聚合（LAG），或多信道。尽管所有的方法都使用多个信道提升微波容量，但实现方式和效率可能不尽相同。 本文中，多信道射频LAG分组微波系统融合了射频LAG概念和专为微波优化的新技术。这些系统提供新的方法捆绑微波信道，提供更大的容量和更可靠的微波链路。

专为微波设计的多信道射频LAG

多信道系统应具备如下功能：

高阶自适应调制

分组压缩

把传统的TDM业务视为分组流量，和IP流量一起传输

多信道系统为运营商提供了新的灵活性来设计微波链路，以及新的方法来提升微波容量和可靠性：

多信道方法通过绑定下层的2个或更多信道建立一个虚拟链路。捆绑后的容量是每个信道容量之和。

多信道束（multichannel bundle）中的每一条信道可以具有不同的频带、调制等级和容量属性。

在多信道束中自适应调制技术可以跨所有信道被使用。根据网络设计参数，这种方法为提升容量和业务可靠性提供了空间。

因为现代的分组微波系统把TDM流量分组化了，所以传统流量和IP流量能够作为一个整体来使用多信道虚拟链路。

业务所需的容量和射频信道所提供的容量之间的严格关系不再存在了。举例来说，一个分组化的SDH STM-1/OC-3电路能够遍布在总体容量与需求容量相匹配的多信道束的信道里而被传送。

微波链路保护能从传统的N+1冗余信道方式转变为更高效的多信道N+0方式。N+0方式使用整条虚拟链路的容量来增加可靠性。

相比之下，标准的LAG技术在应用到微波环境时有诸多限制：

在虚拟链路中，流和特殊信道之间存在着严格的关系。这是因为标准的LAG hashing算法使用IP或Ethernet首字段来连续地映射一个流或信道。如果这些字段的值相差不大，虚拟链路里的一些信道会变得拥塞，但其它信道仍只被轻度利用。当数据包被封装进IPsec里时，低利用率会是一个特别的挑战。在这些情况下，用于hashing算法的字段缺少足够的变化，不能使负载在信道束里实现优化分布。结果是信道束里的一些信道始终被选中，而其它信道未被充分利用。

虚拟链路里的每个信道必须支持相同的容量。在微波网络里，受到每个信道都采用自适应调制的影响，很少能出现这种情况。

这些限制意味着信道容量必须等于或大于最大的流带宽。这制约了链路尺度，因为射频容量与IP业务流的容量之间是典型的一一对应关系。结果是在一些网络环境里，比方说LTE回传网络里，信道束未被充分利用。

多信道射频LAG方法消除了这些问题，因为：

它基于算法使流量负载均匀分布，甚至在信道出错的情况下，该算法也不会导致信道利用率低下或影响业务

不要求信道束中的每个信道都具有能满足最大业务要求的容量

多信道射频LAG引擎

在多信道系统中多信道引擎是关键的一部分。它把数据包优化分配在信道束里，而且确保每个流中的数据包保持正确的序列。每个流的分配情况取决于当时的信道容量水平。不管怎样，每个信道的属性和带宽容量可能都不一样，例如，一个双信道束可能是由一条14MHz和一条28MHz的信道捆绑而成。

图1. 多信道引擎将数据包优化分配

在图1中，信道数量N为4。吞吐量能达到3至5Gb/s，具体取决于分组压缩效率，调制形式和链路尺度因素。N为8至10的多信道链路可以被用来把容量提高到10Gb/s的范围。

多信道引擎能感知流量的QoS要求，以确保服务等级协议（SLA）有效。当多信道链路的容量改变时，多信道引擎使用整条虚拟链路的实时状态信息来调整整个信道束中的流量分配，改善频谱效率。

冗余容量，无需冗余保护

与传统提升微波链路容量的N+1技术不同，多信道系统不要求有冗余的保护信道来保护链路容量。相反，多信道系统使用信道束中活跃信道的冗余容量的概念。

当自适应调制被使用时，信道无须处在简单的"开"或"闭"状态，而可以是部分工作状态，尽管此时的容量降低了。极少情况下，多信道束中的可用容量小于需求容量，此时承诺的高优先级流量被保障传输，而最大限度流量则被舍弃。

从网络设计的立场来看，实现传送承诺流量的可能性是非常高的，因为某条信道的劣化可以被信道束中其它信道里可用的额外容量所补偿。

在扩展和保护微波链路时，传统的N+1链路保护机制不支持冗余容量概念。如果信道容量降低了，所有的流量被转移到专用的保护信道，浪费了劣化信道中的剩余容量。

增加微波容量和可靠性

有两种方法可以利用多信道带来的好处：

增加可靠性，但维持与传统微波系统相同的容量

增加容量，但维持与传统微波系统相同的可靠性

图2显示了当目标为提高可靠性的同时维持原有容量水平时的可能情况。它对比了传统的3+1系统和新的4+0多信道系统的可靠性。

图2. 多信道系统能够在保持容量不变的情况下增加可靠性

图中曲线代表了多信道系统的表现，它与所有信道容量和可靠性相关。它不像传统的N+1系统那样采用预先定义的单点来表示。与N+1系统相比，多信道系统的可靠性从10-5提高到3×10-7，相当于99.9999%的可靠性。

如果目标是保持相同的可靠性，在使用相同信道数量的情况下，相较于3+1系统，多信道系统能够增加25%的容量。这些额外的容量可能导致链路的重新设计以减小天线尺寸，这也能进一步使网络的总体成本（TCO）最小化。

使用电路仿真把传统的TDM应用进行分组化是多信道系统能带来的另一些好处。

多信道系统带来更好的设计

在多信道系统中，网络中任意两点间所需的容量变成了设计所需考虑的主要因素，这样能够更好地进行网络设计。

图3比较了传统3+1链路设计和递进的多信道设计中，承诺容量（CC）和最大限度容量（BEC）的差异：

承诺的容量必须被提供，例如要承载电路仿真流量或具有优先权的数据流量

最大限度流量可以被中断，例如当天气恶劣的时候为维持通讯，自适应调制等级被降低。

图3. 从N+1系统设计变为多信道系统设计，改善了频谱的使用

传统的链路设计

传统的3+1链路设计仅可以为承诺容量提供空间。举个典型的例子，3+1系统使用4个采用固定128QAM调制的28MHz射频信道（3个活跃信道和1个保护信道）来承载3个STM-1/OC-3电路，而没有空间留给偶发的最大限度流量。

步骤A：多信道4+0链路设计

在步骤A里，现有的3+1配置被升级到多信道4+0配置。如果调制等级不受恶劣天气影响的话，使用第4个信道后可以增加25%的微波链路带宽。

步骤B：增加自适应调制

步骤B是使用自适应1024QAM调制的4+0多信道设计方案。更高的调制速率可以增加30%的微波信道和链路容量。因为4个信道上都采用了自适应调制方法，所以承诺容量和最大限度容量都增加了。

步骤C：增加灵活的频谱使用

相比步骤B，步骤C对频谱使用更加灵活。不使用4个28MHz信道，以下信道带宽使用：

1个56MHz信道

1个28MHz信道

2个14MHz信道

这种部署方式显示出多信道系统能够充分利用可用的频谱和潜在地降低信道成本。

有些情况下当N+1系统变为N+0多信道系统时，也可以减少所需的信道数量。在N+0设计中，由于冗余的容量被更好的利用，所以不再需要和N+1设计相关的冗余信道。也可以调整多信道的配置参数来改善链路预算，随之也能改善网络的可靠性。随着多信道分组微波系统的引入，已安装的N+1系统将逐步退出。

多信道微波技术引领前行

多信道方法使分组微波系统能够满足现代IP网络中对微波容量和可靠性的要求。与传统的N+1和N:1机制相比，多信道系统提供了一种更加灵活、高效和可靠的方法来扩展微波的容量。

使用了多信道技术后，微波链路设计者能够聚焦到实际的容量需求上，减少对频段是否可用和信道间隔的关注。这给了链路设计者更多的灵活性，最重要的是它帮助运营商更好地利用稀缺的频谱和减少网络运营支出。

编者注： 本文作者十分感谢Scott Larrigan对此文的贡献。