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。在現代微波網絡中基于每條鏈路的頻譜優化方案已經不現實，他們必須采用基于網絡的方案來擴充容量。采用基于網絡的方案，運營商能夠：

　　· 避免僅針對小規模的有效優化。

　　· 減少頻譜使用的數量以幫助節省使用權成本。

　　擴容原理

　　本文比較了在現代微波網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態正交幅度調制（512QAM）和1024QAM格式相比，256QAM在可用的業務容量上提供了 約25%的連續組合增益。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包的協議開銷部分進行處理。對屬于以太網、多協議標簽交換（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送的比特數，從而增加業務和應用的容量。

　　包 壓縮的效果依賴于業務混合及條件，因而難以計算平均值。但是，如果基于IPv4的互聯網混合（IMIX）業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實網絡條件下的信息。

　　優化單個鏈路并不是實際的網絡設計。優化網絡設計應當提供必需的網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絡運作成本（OPEX），并為未來容量增長保留頻譜。

　　基于網絡的擴容方案則將重點放在增加整個網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絡設計以及由此導致干擾水平的規劃。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：組成網絡的鏈路數較少，并且網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絡擴容的，我們分析了一個有890個短程鏈路、已經運營的歐洲移動回程網絡。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、或端接及節點鏈路。分析如下：

　　· 定義理論上網絡可能的最大吞吐率。這將幫助確定網絡支持的最大容量，而不必涉及任何網絡單元。

　　· 在需要重新設計網絡來支持HSPA+和LTE業務之前確定網絡的限制。

　　· 為采取何種技術或技術組合來提高網絡容量提供一個網絡指南。

　　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。這是網絡分析的開始。按照當前的頻譜利用率，該微波網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，將調制系數從參考調制水平增加到最大可能的水平以實現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。

　　這個方案是調制方案升級和網絡頻譜效率之間的一種折中。通過在整個試驗網絡實施這種方法，整個網絡容量增加到7Gb/s，即4倍提升。

　　圖2顯示了可實現的特定調制系數情況下的鏈路百分比–無論是最后一英里還是節點鏈路

　　圖2. 能支撐由于調制增加而導致的容量增加下降所需的鏈路數百分比

　　圖2揭示了3個要點：

　　· 當調制速率高于128QAM時，只有不到50%的鏈路能維持更高的增長。

　　· 在1024QAM時，鏈路的百分比降至25%。

　　· 當速率高于1024QAM時，支持更高階調制的可能性開始下降，但下降幅度減小。

　　包壓縮方案

　　包壓縮增益與承載包的長度和類型直接相關。

　　一旦運營商了解了包的業務特征，他們就能從包壓縮原理確定以容量增加百分比計算的增益。了解業務特征很關鍵，因為包壓縮得到的容量增益是包長度的函數，包越小則增益越高。這方面對移動回程應用特別重要，因為其話音主叫業務的包非常小，介于64至128字節之間。

　　包壓縮分析是基于保守的假定：

　　· 業務分布接近于IMIX特征

　　· 業務通過IPv4承載

　　· 業務引導是基于虛擬局域網（VLAN）并采用雙VLAN標記

　　基于這些假設，包壓縮實現約40%的增益，從而實現整個網絡容量從1.9Gb/s提高到約2.7Gb/s。

　　圖3對比了包壓縮與在14MHz信道上通過改變調制系數而獲得的凈吞吐量。為了簡化，僅顯示1024QAM為最大調制。實紅線代表通過包壓縮獲得的容量增益與凈無線容量之比。

　　圖3. 當凈吞吐量和包壓縮增加時系統容量增益減少

　　圖3揭示了2個主要觀點：

　　· 在給定的容量值情況下- 比如100Mb/s，以虛的藍黑線表示，可以使用低的調制系數來實現容量。在這個例子中，當使用包壓縮時，采用128QAM而不是512QAM。

　　· 低調制方案意味著較低的發射功率。在這個例子中，功率低5個dB，以兩個黃點線之間的差來表示。使用低功率可以節省能源成本，也能減少無線頻率（RF）的污染危害并降低整個網絡的干擾。

　　分析得出的決定

　　這個分析為微波網絡設計總結了關鍵的考慮：

　　· 發現提高調制方式最潛在的地方是無線網絡的末端，在這些地方HQAM能充分發揮作用；或者用于長途傳輸，這些地方的潛在干擾較少。

　　在短程傳輸，調制系數超過128QAM的HQAM應用可能性不大。即使在網絡末端，采用1024QAM以及更高階調制格式都必須仔細考慮，除非業務的可用性不是基本關注因素。這可能導致可用性從99.995%降低到99.99%。

　　對于已經運行在64QAM至128QAM的匯聚鏈路，提升到更高階調制格式可能沒有意義。這些鏈路通常被設計的運行值在99.999%，因為它們在網絡中間起業務傳遞的作用。

　　· 當短程應用中增加調制系數為擴容的基本方式時，具有一定的不確定性。比如，網絡狀況可能導致某一鏈路達不到期望的容量水平。

　　注：自適應調制是一個增加信道帶寬的有效選擇；但是這在本文中沒有討論，因為它是一項已經確定可應用于全網的技術。

　　交叉極化干擾消除（XPIC）是相對于HQAM更為可行的選擇。XPIC不是當前分析的一部分，但它可帶來2 倍的容量增加。XPIC在網絡中比HQAM更適用，但會帶來新的設備成本。相反，包壓縮僅提供1.4倍增益，但能在任何地方應用而不會改變無線環境。

　　· 除非網絡特殊的限制使得運營商只能采用一種方案，否則最好的方案一般是采用多種技術的混合。比如，在干擾比較嚴重的網絡匯聚點，組合XPIC和包壓縮可以為運營商增加3倍容量并可用于網絡的任何地方。

　　HQAM和包壓縮是互相獨立的技術，可以同時應用來擴充微波鏈路和網絡的容量。展望未來，基于包的擴容技術將在微波傳輸中擔當越來越重要的角色。這些技術支持在現有的射頻（RF）上增加容量而不會影響微波中與無線相關的CAPEX或OPEX投資。

　　隨著LTE、小蜂窩以及LTE-Advanced （LTE-A）更廣泛的應用，微波網絡需要更多的優化技術來滿足回程傳輸的要求。