《光纤通信》SDH与数字光纤传输系统

第7章SDH与数字光纤传输系统第7章SDH与数字光纤传输系统在前面各章中讨论了光纤传输媒质、光源与光发送机、光检测器与光接收机，还讨论了光纤的连接和用于连接光缆、光源以及光检测器的连接器将这些分立的模块组合到一起就形成一条完整的光纤传输链路，从而构成光纤通信系统第7章SDH与数字光纤传输系统从20世纪70年代光纤通信进入实用化后，迅速成为电信传输的主要手段一般而言，光纤通信系统最主要、最基本的功能是完成大信息量的传输，所以也更明确地称光纤通信系统为光纤传输系统传输系统是通信网的重要组成部分，传输系统的好坏直接制约着通信网的发展第7章SDH与数字光纤传输系统光纤传输系统为各个国家乃至全球的信息基础设施建设提供了大容量、可靠的信息传输手段尽管基于IP技术的数据通信迅猛增长，但从传输体制上，同步数字体系（SDH）仍然占据主导地位实际上，SDH也能够很好地传送IP数据包SDH具有标准化接口、灵活的上／下业务能力和强大的网管等特点，是目前全球最重要的传送体制第7章光纤通信系统7.1PDH准同步数字体系7.2SDH同步传输体系7.3数字光纤传输系统的设计7.4数字光纤系统的性能指标7.1PDH准同步数字体系准同步数字体系（PDH）是20世纪60年代逐步发展起来的一种数字复用多路技术，当时正致力于语音信号的数字化传输与复用，如PCM30/32路系统由于数字通信技术的应用是从市话中继传输开始的，为了适应点对点的应用而选择了准同步复用方式，以实现在同一信道上传输多路信号，从而提高信道利用率7.1PDH准同步数字体系世界各国使用的PDH设备有不同的标准根据ITU-T的G.702建议，PDH的基群速率有两种，即PCM30/32路系统（E1）和PCM24路系统（T1或DS1）我国和欧洲各国采用的是PCM30/32路系统，基群速率为2.048Mb/s美国和日本采用的是PCM24路系统，基群速率为1.544Mb/s7.1PDH准同步数字体系PDH各次群的标准速率我国及欧洲北美日本一次群30/32路2.048Mb/s24路1.544Mb/s24路1.544Mb/s二次群30×4=120路2.048×4+0.256=8.448Mb/s24×4=96路1.544×4+0.136=6.312Mb/s24×4=96路1.544×4+0.136=6.312Mb/s三次群120×4=480路8.448×4+0.576=34.368Mb/s96×7=672路6.312×7+0.552=44.736Mb/s96×5=480路6.312×5+0.504=32.064Mb/s四次群480×4=1920路34.368×4+1.792=139.264Mb/s672×2=1344路44.736×2+0.528=90Mb/s480×3=1440路32.064×3+1.536=97.728Mb/s7.1PDH准同步数字体系PDH可以很好地适应传统的点对点通信，但这种数字系列主要是为话音设计的PCM技术在复接成一次群时，采用同步复接但在复接成二、三、四次群时要采用异步复接，通过增加额外比特（正码速调整）使各支路信号和复接设备同步，虽然各支路的数字信号流标称值相同，但主时钟是彼此独立的7.1PDH准同步数字体系PDH各次群比特率相对于其标准值有一个规定的容差（允许的偏差标称值），而且是异源的，这种对比特率偏差的约束就是所称的准同步工作一次群至四次群接口比特率早在1976年就实现了标准化，并得到各国广泛采用PDH主要适用于中、低速率点对点的传输7.1PDH准同步数字体系PDH的复用方式很明显不能满足大容量信息传输的要求另外PDH体制的地区性规范也使网络互连增加了难度不能适应现代通信网对信号宽带化、多样化的要求制约了传输网向更高的速率发展PDH传输体制的缺陷PDH传输体制的缺陷体现在以下几个方面：(1)接口方面只有地区性的电接口规范。我国和欧洲、北美、日本各自有不同的PDH数字体系，这些体系互不兼容，造成国际互通的困难没有统一的光接口规范。为了完成设备对光路上的传输性能进行监控各厂家各自采用自行开发的线路码型，不同厂家同一速率等级的光接口码型和速率不一样，致使不同厂家的设备无法实现横向兼容PDH传输体制的缺陷PDH传输体制的缺陷体现在以下几个方面：(2)复用方式PDH的高次群是异步复接，每次复接就进行一次码速调整，用来匹配和容纳时钟的差异导致当低速信号复用到高速信号时，在高速信号的帧结构中的位置没有规律性和固定性无法直接从高次群中提取低速支路信号PDH传输体制的缺陷PDH传输体制的缺陷体现在以下几个方面：(3)运行维护方面PDH预留的插入比特（开销字节）较少，这也就是为什么在设备进行光路上的线路编码时，要通过增加冗余编码来完成线路性能监控功能的原因开销字节少，对完成传输网的分层管理、性能监控、业务的实时调度、传输带宽的控制、告警的分析定位很不利使得网络的运行、管理和维护（OAM）较困难PDH传输体制的缺陷PDH传输体制的缺陷体现在以下几个方面：(4)没有统一的网管接口由于没有统一的标准，各厂家提供的管理系统不兼容，不利于形成统一的电信管理网7.1PDH准同步数字体系PDH体系建立在点对点传输的基础上，网络结构较为简单，无法提供最佳的路由选择，使得设备利用率较低凡此种种缺陷导致了一种新的数字体系－同步光网络（SONET，SynchronousOpticalNetwork）的产生最初提出这个概念的是美国贝尔通信研究所。SONET于1986年成为美国新的数字体系标准7.1PDH准同步数字体系1988年，CCITT接受了SONET的概念并重新命名为同步数字体系（SDH，SynchronousDigitalHierarchy）SDH后来又经过修改和完善，成为涉及比特率、网络节点接口、复用结构、复用设备、网络管理、线路系统、光接口、信息模型、网络结构等一系列标准，成为不仅适用于光纤传输，也适用于微波和卫星传输的数字通信技术体制7.1PDH准同步数字体系随着光通信技术的发展，按国家组网的有关规定，近年来，PDH系列设备只在公网中用作市话网的中继传输系统但是，在许多专用信息传输系统中它仍然得到广泛应用在我国公用电话网及数据网中，PDH系列的数字结构主要用于数字网络接口标准，特别是2Mb/s速率的接口，在数据、卫星、移动通信系统中普遍采用7.2SDH同步传输体系SDH发展到今天，已经不是一种新技术，而是一种成熟的技术有学者认为：SDH将被以WDM为基础的光传送网所取代但是在今后一段时间内，SDH仍有生命力这不仅因为大量建设的SDH系统要继续使用，还因为WDM光传送网还没有解决SDH已经很好解决的三个问题7.2SDH同步传输体系首先，SDH本质是数字传输，能对传输质量实现端到端的全程监控，一旦有故障，可以很好定位；其次，现有完善的保护和恢复机制可以实现网络自愈；最后，SDH有有效的网管7.2SDH同步传输体系今后独立的SDH设备发展速度可能放缓但是SDH原理（标准）还会被其它通信领域的设备采用特别是在传送网的边沿，当传输速率在2.5Gb/s或10Gb/s以下的场合，SDH仍然是最有效的组网技术一、SDH的特点SDH概念的核心是从统一的国家电信网和国际互通的高度来组建数字通信网，组建的网络是一个高度统一的、标准化的、智能化的网络采用全球统一的接口以实现设备多厂家环境的兼容，在全程全网范围实现高效的协调一致的管理和操作，实现灵活的组网与业务调度，实现网络自愈功能，提高网络资源利用率，由于维护功能的加强大大降低了设备的运行维护费用1．SDH的优点和PDH相比，SDH有如下优势：(1)接口方面电接口方面，SDH体制对网络节点接口（NNI）作了统一的规范线路接口（这里指光口）采用世界性统一标准规范，SDH信号的线路编码仅对信号进行扰码，不再进行冗余码的插入，所以SDH的线路信号速率与SDH电口标准信号速率相一致1．SDH的优点和PDH相比，SDH有如下优势：(2)复用方式由于低速SDH信号是以字节间插方式复用进高速SDH信号的帧结构中，这样就使低速SDH信号在高速SDH信号帧中的位置是固定的、有规律性的，也就是说是可预见的采用同步复用方式和灵活的映射结构，将PDH低速支路信号复用进SDH信号的帧中（STM-N），这样使低速支路信号在STM-N帧中的位置也是可预见的1．SDH的优点和PDH相比，SDH有如下优势：(3)运行维护方面SDH信号的帧结构中安排了丰富的、用于运行维护（OAM）功能的开销字节（大约占整个帧的5%），使网络的监控功能大大加强，因此SDH不再需要线路冗余编码（只有扰码），也使系统的维护费用大大降低SDH系统的综合成本要比PDH系统的综合成本低，据估算约为PDH系统的65.8%1．SDH的优点和PDH相比，SDH有如下优势：(4)兼容性SDH有很强的兼容性。在网络边界处，SDH以容器的方式将各种体制的低速信号装载进STM-1信号的帧结构中，这样可以传输PDH数字信号系列和其它的各种体制的数字信号系列（如ATM）从而体现了SDH的前向兼容性和后向兼容性2．SDH的不足SDH的优点中，最核心的是同步复用、标准的光接口和强大的网络管理功能但是，凡事有利就有弊，SDH的这些优点是以牺牲其它方面为代价的(1)频带利用率低如PDH的四次群（140Mb/s）可以容纳64×2Mb/s信息量而同样信息量，在SDH是155Mb/s（STM-1）2．SDH的不足但是，凡事有利就有弊，SDH的这些优点是以牺牲其它方面为代价的(2)指针调整机理复杂指针的作用就是时刻指示低速信号的位置，以便在拆包时能正确地拆分出所需的低速信号，实现从高速信号中直接分／插出低速支路信号指针的使用是SDH的一大特色，但指针功能的实现增加了系统的复杂性，并使系统产生SDH的一种特有抖动－由指针调整引起的结合抖动2．SDH的不足但是，凡事有利就有弊，SDH的这些优点是以牺牲其它方面为代价的(3)软件的大量使用对系统安全性的影响软件在系统中占有相当大的比重，这就使系统很容易受到计算机病毒的侵害另外，在网络层上人为的错误操作，软件故障对系统的影响也是致命的所以系统的安全性就成了很重要的一个方面二、SDH帧结构SDH帧结构是实现SDH网络的基础对它的基本要求是：能够满足对低速支路（2/34/140Mb/s）的同步复用、交叉连接（DXC）和交换；支路信号在一帧内均匀地、有规律地分布，便于分出／插入；对PDH的1.544Mb/s系列和2.048Mb/s系列都具有统一的方便性和实用性1．帧结构信息净负荷（Payload）区域信息净负荷区域是帧结构中存放各种信息负荷的地方当然，其中还有少量的用于通道性能监视、管理和控制的通道开销（POH）通常，POH作为净负荷的一部分与其一起在网络中传送它负责对低速支路信号（例如2.048Mb/s信号）进行通道性能监视管理和控制1．帧结构段开销（SOH，SectionOverHead）区域段开销（SOH）是STM帧结构中为了保证信息净负荷正常、灵活传送所必须的附加字节是供网络运行、管理和维护（OAM）使用的字节，详细的安排在后面讨论注意，SOH和POH监控、管理的对象不同1．帧结构管理单元指针（AU-PTR，AdministrationUnitPointer）区域管理单元指针（AU-PTR）是一种指示符，用来指示信息净负荷的第一个字节在STM-N帧中的准确位置，以便在接收端能根据这个位置指示符的值（指针值）正确分离信息净负荷采用指针方式是SDH的重要创新，可以使之在准同步环境中完成复用同步和STM-N信号的帧定位这一方法消除了常规准同步系统中滑动缓存器引起的延时和性能损伤五、SDH设备SDH不仅适合于点对点传输，而且适合于多点之间的网络传输实际上，SDH是一套可进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的标准化数字信号的结构等级通过不同的设备完成SDH网的传送功能：上／下业务、交叉连接业务、网络故障自愈等五、SDH设备SDH设备包括SDH终端设备或称SDH终端复用器（TM，TerminalMultiplexer）分插复用设备