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第五章准同步数字体系（PDH）和同步数字体系（SDH）第一节数字复接的基本概念第二节同步复接与异步复接第三节PCM零次群和PCM高次群第四节SDH的基本概念第五节SDH的速率与帧结构第六节同步复用与映射方法第一节数字复接的基本概念一、准同步数字体系（PDH）国际上主要有两大系列的准同步数字体系，都经ITU-T推荐，即PCM24路系列和PCM30／32路系列。这样的复接系列具有如下优点：（1）易于构成通信网，便于分支与插入，并具有较高的传输效率。复用倍数适中，多在3～5倍之间。(2)可视电话、电视信号以及频分制群信号能与某个高次群相适应。（3）与传输媒介，如对称电缆、同轴电缆、微波、波导、光纤等传输容量相匹配。图5.1PCM复接体制二、PCM复用和数字复接扩大数字通信容量，形成二次群以上的高次群的方法通常有两种：PCM复用和数字复接。1.PCM所谓PCM复用就是直接将多路信号编码复用。2.数字复接是将几个低次群在时间的空隙上迭加合成高次群。图5.2数字复接的原理示意图三、数字复接的实现数字复接的实现主要有两种方法：按位复接和按字复接。1.按位复接是每次复接各低次群（也称为支路）的一位码形成高次群。2.按字复接是每次复接各低次群（支路）。图5.3按位复接与按字复接示意图四、数字复接的同步数字复接要解决两个问题：同步和复接。数字复接的同步指的是被复接的几个低次群的数码率相同。为此，在各低次群复接之前，必须使各低次群数码率互相同步，同时使其数码率符合高次群帧结构的要求。数字复接的同步是系统与系统间的同步，因而也称之为系统同步。图5.4数码率不同的低次群复接五、数字复接的方法及系统构成1.数字复接的方法实际也就是数字复接同步的方法，有同步复接和异步复接两种。同步复接是用一个高稳定的主时钟来控制被复接的几个低次群，使这几个低次群的数码率（简称码速）统一在主时钟的频率上（这样就使几个低次群系统达到同步的目的），可直接复接（复接前不必进行码速调整，但要进行码速变换，详见第二节）。2.数字复接系统的构成数字复接器的功能是把4个支路（低次群）合成一个高次群。数字分接器的功能是把高次群分解成原来的低次群，它是由定时、同步、分接和恢复等单元组成。图5.5数字复接系统方框图第二节同步复接与异步复接一、同步复接1.码速变换与恢复码速变换及恢复过程如图5.6所示。图5.6码速变换及恢复过程2.二次群同步复接器和分接器的方框图如图5.7所示。在复接端，支路时钟和复接时钟来自同一个总时钟源，各支路码速率为2048kbit／s，且是严格相等的，经过缓冲存储器进行码速变换，以便复接时本支路码字与其他支路码字错开以及为插入附加码留下空位，复接合成电路把变换后的各支路码流合并在一起，并在所留空位插入包括帧同步码在内的附加码。图5.7二次群同步复接、分接方框图3.图5.8二次群同步复接的帧结构二、异步复接1.码速调整是利用插入一些码元将各一次群的速率由2048kbit／s左右统一调整成2112kbit／s。接收端进行码速恢复，通过去掉插入的码元，将各一次群的速率由2112kbit／s还原成2048kbit／s左右。码速调整技术可分为正码速调整、正／负码速调整和正/零/负码速调整三种。图5.9正码速调整电路和码速恢复电路图5.10脉冲插入方式码速调整示意图2.异步复接二次群帧结构ITU-TG.742推荐的正码速调整异步复接二次群帧结构如图5.11(b)所示。异步复接二次群的帧周期为100．38μs,帧长为848bit。其中有4×205＝820bit（最少）为信息码（这里的信息码指的是四个一次群码速变换之前的码元，即不包括插入的码元），有28bit的插入码（最多）。图5.11异步复接二次群帧结构3.异步复接系统的构成实现正码速调整异步复接和分接系统的方框图如图5.12所示。图5.12二次群异步复接和分接系统的方框图4.复接抖动的产生与抑制在采用正码速调整的异步复接系统中，即使信道的信号没有抖动，复接器本身也产生一种抖动，即“插入抖动”的相位抖动。图5.13扣除插入脉冲后的信号序列图5.14锁相环方框图（1）由于扣除帧同步码而产生的抖动，有三位码被扣除，每帧抖动一次，由于帧周期约为100μs，故其抖动频率为10kHz。（2）由于扣除插入标志码而产生的抖动。每帧有3个插入标志码，再考虑到扣除帧码的影响，相当于每帧有四次扣除抖动，故其抖动频率为40kHz。（3）扣除码速调整插入脉冲所产生的抖动，即指扣除第161位V脉冲所产生的抖动。由于锁相环具有对相位噪声的低通特性，经过锁相环后的剩余抖动仅为低频抖动成分。第三节PCM零次群和PCM高次群一、PCM零次群PCM通信最基本的传送单位是64kbit／s，即一路话音的编码，因此它是零次的。二、PCM子群速率介于64kbit／s和2048kbit／s之间的信号称为子群。子群速率主要考虑到下列因素。（1）与某些传输介质相匹配。（2）与某些业务种类相匹配。（3）复接速率与其它等级相配合并有一定的规则性。PCM子群还可用于用户环路和小容量的特殊通信需要。三、PCM比二次群更高的等级有PCM三次群、四次群、五次群等，下面分别加以介绍。1.PCMITU-TG.751推荐的PCM三次群有480个话路，速率为34．368Mbit／s。三次群的异步复接过程与二次群相似。图5.16异步复接三次群帧结构图5.17PCM三次群异步复接方框图2.PCMITU-TG.751推荐的PCM四次群有1920个话路，速率为139.264Mbit/s。图5.18异步复接四次群帧结构3.PCMITU-TG.922推荐的PCM五次群有7680个话路，速率为564．992Mbit／s。异步复接五次群帧长度为2688bit，帧周期为2688bit/564.922Mbit/s≈4.76μs，每帧的前12bit传五次群的帧同步码(111110100000)，第2305bit作为向对端设备发出的告警指示码，第2306～2308bit作为国内使用备用比特，另外，有4bit码速调整用插入码（V1～V4），还有5×4＝20bit插入标志码。图5.19异步复接五次群帧结构4.高次群的接口码型其中一次群、二次群、三次群的接口码型是HDB3码，四次群的接口码型是CMI码。5.PDH的网络结构四次群的传输通常利用光纤、微波等信道进行频带传输，四次群信号需要通过光端机或微波设备（图中未画出）进行处理变换、调制等。图5.20PDH的网络结构（一种应用）第四节SDH的基本概念一、PDH的弱点现在的准同步数字体系（PDH）传输体制已不能适应现代通信网的发展要求，其弱点主要表现在如下几个方面。(1）只有地区性数字信号速率和帧结构标准而不存在世界性标准。(2)没有世界性的标准光接口规范，导致各个厂家自行开发的专用光接口大量出现。(3)准同步系统的复用结构，除了几个低等级信号（如2048kbit／s，1544kbit／s）采用同步复用外，其它多数等级信号采用异步复用，即靠塞入一些额外的比特使各支路信号与复用设备同步并复用成高速信号。(4)复接方式大多采用按位复接，虽然节省了复接所需的缓冲存储器容量，但不利于以字节为单位的现代信息交换。(5)复用信号的结构中用于网络运行、管理、维护（OAM）的比特很少，网络的OAM主要靠人工的数字交叉连接和停业务检测，这种方式已经不能适应不断演变的电信网的要求。(6)由于建立在点对点传输基础上的复用结构缺乏灵活性，使数字通道设备利用率很低。二、SDH的概念及特点1.SDHSDH网是由一些SDH的网络单元（NE）组成的，在光纤上进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的网络（SDH网中不含交换设备，它只是交换局之间的传输手段）。SDH网的概念中包含以下几个要点。（1）SDH网有全世界统一的网络节点接口（NNI），从而简化了信号的互通以及信号的传输、复用、交叉连接等过程。（2）SDH网有一套标准化的信息结构等级，称为同步传递模块，并具有一种块状帧结构，允许安排丰富的开销比特（即比特流中除去信息净负荷后的剩余部分）用于网络的OAM。（3）SDH网有一套特殊的复用结构，允许现存准同步数字体系（PDH）、同步数字体系和宽带综合业务数字网(B-ISDN)的信号都能纳入其帧结构中传输，即具有兼容性和广泛的适应性。（4）SDH网大量采用软件进行网络配置和控制，增加新功能和新特性非常方便，适合将来不断发展的需要。（5）SDH网有标准的光接口，即允许不同厂家的设备在光路上互通。（6）SDH网的基本网络单元有终端复用器（TM）、分插复用器（ADM）、再生中继器（REG）和同步数字交叉连接设备（SDXC）等。图5.22STM-1终端复用器图5.23STM-1分插复用器终端复用器（TM）的主要任务是将低速支路信号纳入STM-1帧结构，并经电/光转换成为STM-1光线路信号，其逆过程正好相反。图5.24SDH分插信号流图示图5.25基本网络单元在SDH网中的使用图中标出了实际系统组成中的再生段、复用段和通道。再生段：再生中继器（REG）与终端复用器（TM）之间、再生中继器与分插复用器（ADM）或SDXC之间称为再生段。再生段两端的REG、TM和ADM（或SDXC）称为再生段终端（RST）。复用段：终端复用器与分插复用器（或SDXC）之间称为复用段。复用段两端的TM和ADM（或SDXC）称为复用段终端（MST）。通道：终端复用器之间称为通道。2.SDHSDH的特点主要体现在如下几个方面：（1）有全世界统一的数字信号速率和帧结构标准。（2）采用同步复用方式和灵活的复用映射结构，净负荷与网络是同步的。(3)SDH帧结构中安排了丰富的开销比特（约占信号的5％），因而使得网络运行、管理、维护(OAM)能力大大加强。（4）将标准的光接口综合进各种不同的网络单元，减少了将传输和复用分开的需要，从而简化了硬件，缓解了布线拥挤。（5）SDH与现有的PDH网络完全兼容，即可兼容PDH的各种速率，同时还能方便地容纳各种新业务信号。（6）SDH的信号结构的设计考虑了网络传输和交换的最佳性。上述特点中最核心的有三条，即同步复用、标准光接口和强大的网络管理能力。当然SDH也有不足之处。主要体（1）频带利用率不如传统的PDH系统（这一点可从本章第六节介绍的复用结构中看出)（2）采用指针调整技术会使时钟产生较大的抖动，（3）大规模使用软件控制和将业务量集中在少数几个高速链路和交叉节点上，这些关键部位出现问题可能导致网络的重大故障，（4）SDH与PDH互连时（在从PDH到SDH的过渡时期，会形成多个SDH“同步岛”经PDH互连的局面），由于指针调整产生的相位跃变，使经过多次SDH／PDH变换的信号在低频抖动和漂移上比纯粹的PDH或SDH信号更严重。第五节SDH的速率与帧结构一、网络节点接口网络节点接口（NNI）是实现SDH网的关键。NNI在网络中的位置如图5.26所示。图5.26NNI在网络中的位置二、同步数字体系的速率同步数字体系最基本的模块信号（即同步传递模块）是STM-1，其速率为155.520Mbit／s。三、SDH帧结构ITU-T最终采纳了一种以字节为单位的矩形块状（或称页状）帧结构，如图5.27所示。图5.27SDH帧结构STM-N由270×N列9行组成，即帧长度为270×N×9个字节或270×N×9×8bit。帧周期为125μs(即一帧的时间)。对于STM-1而言，帧长度为270×9＝2430byte，相当于19440bit，帧周期为125μs，由此可算出其速率为270×9×8／125×10-6=155．520Mbit／s。１．段开销（SOH）区域段开销（ＳectionＯverhead）是指STM帧结构中为了保证信息净负荷正常、灵活传送所必需的附加字节，是供网络运行、管理和维护（OAM）使用的字节。2.净负荷（Pay1oad）信息净负荷区域是帧结构中存放各种信息负载的地方，图5.27之中横向第10×N～270×N，纵向第1行到第9行的2349