2014光纤通信全套2_西安电子科技大学

第5章数字光纤通信系统5.1两种传输体制5.2SDH传送网5.3系统的性能指标5.4系统的设计返回主目录5.1两种传输体制光纤数字传输目前都采用同步时分复用(TDM)技术。复用又分为若干等级，先后有两种传输体制：•准同步数字系列(PDH:PlesiochronousDigitalHierarchy)•同步数字系列(SDH:SynchronousDigitalHierarchy)1986年，美国提出了同步光纤网(SONET:SynchronousOpticalNetwork)。1988年，ITU-T接受了SONET的概念并重新命名为同步数字系列(SDH)。随着光纤通信技术和网络的发展，PDH遇到了许多困难。SDH解决了PDH存在的问题，是一种比较完善的传输体制，现已得到大量应用。这种传输体制不仅适用于光纤信道，也适用于微波和卫星干线传输。5.1.1准同步数字系列PDH准同步数字系列有两种基础速率：•以1.544Mb/s为第一级(一次群，或称基群)基础速率，采用的国家有北美各国和日本；•以2.048Mb/s为第一级(一次群)基础速率，采用的国家有西欧各国和中国。PDH的基群速率有两种，即30/32路系统和24路系统。我国和欧洲各国采用30/32路系统，其中每一帧的帧长是125μs，共有32个时隙，每个时隙包含8bit，所以每帧有8×32=256bit，码速率为256bit×1/125μs=2.048Mb/s。日本和北美使用的24路系统，基群速率为1.544Mb/s。几个基群信号（一次群）又可以复用到二次群，几个二次群又可复用到三次群……。下表是PDH各次群的标准比特率。•对于以2.048Mb/s为基础速率的制式，各次群的话路数按4倍递增，速率的关系略大于4倍。•对于以1.544Mb/s为基础速率的制式，在3次群以上，日本和北美各国又不相同，看起来很杂乱。•PDH各次群比特率相对于其标准值有一个规定的容差，而且是异源（主时钟彼此独立）。通常采用正码速调整方法实现准同步复用（速率适配和容纳时钟频率的偏差）。•1次群至4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。在这种形势下，现有PDH的许多缺点也逐渐暴露出来，主要有：(1)北美、西欧和亚洲所采用的三种数字系列互不兼容。•只有地区性的电接口规范，不存在世界性的标准；•采用各自开发的线路码型，使得同一等级的光接口信号速率不一样；(2)各种复用系列都有其相应的帧结构，没有足够的开销比特，使网络设计缺乏灵活性。•网管信息有限；缺乏统一的网管标准和网络管理能力。(3)复接/分接设备结构复杂，上下话路价格昂贵。•现有PDH系列的基群是同步的，从低次群到高次群的复接是异步的。5.1.2同步数字系列SDH1.SDH传输网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。图5.1示出SDH传输网的拓扑结构。SDH传输网由SDH终接设备(或称SDH终端复用器TM)、分插复用设备ADM、数字交叉连接设备DXC等网络单元以及连接它们的(光纤)物理链路构成。图5.1SDH传输网的典型拓扑结构TMADMDXCADMTMTMTMADMSTM-nSTM-nDXCADMTMSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-nSTM-n低速信号低速信号……低速信号低速信号(nN)SDH终端的主要功能是：复接/分接和提供业务适配（包含非SDH网络业务），复接/分接功能主要由TM设备完成。MUXE1E1…STM-N同步复接DMXE1E1…STM-N同步分接图5.2SDH传输网络单元(a)终端复用器TM；•ADM是一种特殊的复用器，它利用分接功能将输入信号所承载的信息分成两部分：•一部分直接转发•一部分卸下给本地用户然后信息又通过复接功能将转发部分和本地上送的部分合成输出DMXMUX中继线STM-N中继线STM-NAddSTM-n分接复接DropSTM-n本地图5.2(b)SDH传输网络单元分插复用设备ADM(Add/DropMultiplexer)•DXC类似于交换机，它一般有多个输入和多个输出，通过适当配置可提供不同的端到端连接。1:m1:m…m:1m:1复接交叉连接矩阵分接1n1n配置管理图5.2(c)SDH传输网络单元数字交叉连接设备DXC图5.3(a)传输通道的结构传输通道连接模型通道终接设备线路终接设备TMADM/DXC再生段Section再生段再生段线路终接设备通道终接设备E1…E3E1…E3ADM/DXCTM复接段(Line)传输通道(Path)再生中继器SDH传输网的连接模型通过DXC的交叉连接作用，在SDH传输网内可提供许多条传输通道，每条通道都有相似的结构，其连接模型如图5.3(a)。每个通道Path(通道：完全的端到端连接)由一个或多个复接段Line(段：连接了相邻的设备)构成，而每一复接段又由若干个再生段(Section)串接而成。PathPathLineLineSectionSectionSectionPhotonicPhotonicPhotonic再生中继器图5.3(b)传输通道的结构分层结构SDH传输网的分层结构与PDH相比，SDH具有下列特点：(1)采用世界上统一的标准传输速率等级。最低的等级也就是最基本的模块称为STM-1，传输速率为155.520Mb/s；4个STM-1同步复接组成STM-4，传输速率为622.080Mb/s，以此类推。(2)各网络单元的光接口有严格的标准规范。因此，光接口成为开放型接口，这有利于建立世界统一的通信网络。(3)在SDH帧结构中，丰富的开销比特用于网络的运行、维护和管理。(4)采用数字同步复用技术，其最小的复用单位为字节，不必进行码速调整，简化了复接分接的实现设备，由低速信号复接成高速信号，或从高速信号分出低速信号，不必逐级进行。(5)采用数字交叉连接设备，DXC可以对各种端口速率进行可控的连接配置，对网络资源进行自动化的调度和管理，大大提高了网络的灵活性及对各种业务量变化的适应能力。(6)SDH不但实现了PDH向SDH的过渡，还支持异步转移模式（ATM）和宽带综合业务数字网（ISDN）业务。ATM的信元可以装入到STM-1中，用基于SDH的网进行传送；B-SDN的UNI物理层的速率与STM-1和STM-4的速率完全一致，因而SDH能很好地支持ISDN。图5.4分插信号流程的比较光/电光信号分接分接分接140/34Mb/s34/8Mb/s8/2Mb/s复接复接复接电/光光信号2/8Mb/s8/34Mb/s34/140Mb/s2Mb/s(电信号)SDHADM155Mb/s光接口155Mb/s光接口2Mb/s(电信号)PDHPDH和SDH分插信号流程的比较采用SDH分插复用器(ADM)，可以利用软件一次直接分出和插入2Mb/s支路信号，十分简便。SDH有上述优点，但SDH也有不足：•SDH的频带利用率比起PDH有所下降；•SDH网络采用指针调整技术来完成不同SDH网之间的同步，使得设备复杂，同时字节调整所带来的输出抖动也大于PDH；•软件控制并支配了网络中的交叉连接和复用设备，一旦出现软件操作错误或病毒，容易造成网络全面故障。尽管如此，SDH的良好性能已经得到了公认，成为未来传输网发展的主流。2.SDH帧结构SDH帧结构是实现数字同步时分复用、保证网络可靠有效运行的关键。图5.5给出SDH帧的一般结构。一个STM-N帧有9行，每行由270×N个字节组成。这样每帧共有9×270×N个字节，每字节为8bit。帧周期为125μs，即每秒传输8000帧。对于STM-1而言，传输速率为9×270×8×8000=155.520Mb/s。图5.5SDH帧的一般结构SOH12AU-PTR345SOH…9STM-N载荷(含POH)9×N261×N270×N发送顺序SDH帧的三个部分：(1)段开销(SOH)。段开销是在SDH帧中为保证信息正常传输所必需的附加字节(每字节含64kb/s的容量)，主要用于运行、维护和管理。段开销又细分为再生段开销(SOH)和复接段开销(LOH)，前者占前3行，后者占5～9行。(2)信息载荷(Payload)。信息载荷域是SDH帧内用于承载各种业务信息的部分。在Payload中包含少量字节用于通道的运行、维护和管理，这些字节称为通道开销(POH)。(3)管理单元指针(AUPTR)。管理单元指针是一种指示符，主要用于指示Payload第一个字节在帧内的准确位置(相对于指针位置的偏移量)。采用指针技术是SDH的创新，结合虚容器(VC)的概念，解决了低速信号复接成高速信号时，由于小的频率误差所造成的载荷相对位置漂移的问题。表2常用的SONET和SDH的传输速率基本SONET信号的传输比特速率为9×90×8bit／125μs=51.84Mb/s，对应的电信号称为STS-1信号。所有SONET信号的速率都是STS-1的整数倍，即STS-M信号。由ANSIT1.105标准认可的M值仅为1、3、12、24、48和192。STS-M是所谓的电信号速率，经过电光变换后的物理层光信号为OC-M，OC表示光载波。SDH的基本速率等于STS-3，为155.52Mb/s，称为同步传输模式基本模块STM-1，更高的速率表示为STM-N，其速率是STM-1的N倍。ITU-T建议中所支持的N为1、4、16和64，相当于SONET信号的M，M=3N，即为了保持SONET和SDH的兼容性，实际采用的M值都是3的倍数。常用的SONET和SDH的传输速率见下表。3.复用原理将低速支路信号复接为高速信号，通常有两种传统方法：正码速调整法和固定位置映射法。正码速调整法的优点：容许被复接的支路信号有较大的频率误差；缺点：复接与分接相当困难。固定位置映射法是让低速支路信号在高速信号帧中占用固定的位置。这种方法的优点：复接和分接容易实现，但由于低速信号可能是属于PDH的或由于SDH网络的故障，低速信号与高速信号的相对相位不可能对准，并会随时间而变化。图5.6载荷包络与SDH帧的一般关系…SDH帧1(125s)SDH帧2(125s)261字节9字节开销9行载荷包络AUPTRSDH采用载荷指针技术结合了正码速调整法和固定位置映射法的优点，付出的代价是要对指针进行处理。图5.6示出载荷包络与STM-1帧的一般关系以及指针所起的作用。通过指针的值，接收端就可以确定载荷的起始位置。ITUT规定了SDH的一般复用映射结构。所谓映射结构，是指把支路信号适配装入虚容器的过程，其实质是使支路信号与传送的载荷同步。这种结构可以把目前PDH的绝大多数标准速率信号装入SDH帧。图5.7示出SDH一般复用映射结构，图中C-n是标准容器，用来装载现有PDH的各支路信号，并完成速率适配处理的功能。在标准容器的基础上，加入少量通道开销(POH)字节，即组成相应的虚容器VC，这个过程称为映射。VC的包络与网络同步，但其内部则可装载各种不同容量和不同格式的支路信号。引入虚容器的概念，使得不必了解支路信号的内容，便可以对装载不同支路信号的VC进行同步复用、交叉连接和交换处理，实现大容量传输。由于在传输过程中，不能绝对保证所有虚容器的起始相位始终都能同步，所以要在VC的前面加上管理单元指针(AUPTR)，以进行定位校准。加入指针后组成的信息单元结构分为管理单元(AU)和支路单元(TU)。AU由高阶VC(如VC-4)加AU指针组成，TU由低阶VC加TU指针组成。TU经均匀字节间插后，组成支路单元组(TUG)，然后组成AU-3或AU-4。3个AU-3或1个AU-4组成管理单元组(AUG)，加上段开销SOH，便组成STM-1同步传输信号。从TU到高阶AU或从AU到STM-N的过程称为复用。N个STM-1信号按字节同步复接，便组成STM-N。图5.7SDH的一般复用映射结构STM-NAUGAU-4VC-4TU-2VC-2C-2TU-12VC-12C-12TU-11VC-11C-11TUG-2×1×3×4C-3VC-3TU-3VC-