第6章数字光纤通信系统

第六章数字光纤通信系统DigitalOpticalTransmissionSystems张树东[e-mail]光信息科学与技术曲阜师范大学物理工程学院光纤通信第6章数字光纤通信系统6.16.26.3系统的设计6.1两种传输体制数字光纤通信传输系统结构框图6.1两种传输体制电端机的数据复接PDH和SDH体制电端机光端机光端机电端机电接口电接口光接口数字光纤通信的传输容量与所采用的数字复接体系有关。数字复接就是将若干个低速数字信号合并成一个高速数字信号，然后再通过高速信道传输的专门技术。6.1两种传输体制光纤大容量数字传输；多采用时分复用(TDM：Time-DivisionMultiplexing)复用分为若干等级，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)---参照美国同步光纤网(SONET：SynchoronousOpticalNETwork)概念而由ITU-T建议而来。SDH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。6.1两种传输体制6.1.1复用原理介绍6.1.2准同步数字系列PDH6.1.3同步数字系列SDH6.1.1复用原理介绍6.1两种传输体制1、什么是复用(Multiplexing)？多种信号共用同一个传输介质，则传输介质需要给每路信号分给带宽的一部分。FDM:FrequencyDivisionMultiplexingTDM:TimeDivisionMultiplexingWDM:WavelengthDivisionMultiplexingCDM:CodeDivisionMultiplexing主要的复用技术有：CDMA:CodeDivisionMultipleAccess6.1两种传输体制2、复用示意图Multiplexor(MUX)Demultiplexor(DEMUX，orDMX)SometimesjustcalledaMUX6.1.1复用原理介绍6.1两种传输体制3、时分复用原理时分复用TDM是采用交错排列多路低速模拟或数字信道到一个高速信道上传输的技术。复用器由：定时、码速调整和复接单元组成解复用器解复用器由：同步、定时、分接和恢复单元组成支路定时复接码速调整时钟合路支路定时合路恢复分接同步复用器6.1.1复用原理介绍6.1两种传输体制信道光纤帧和开销比特开销信道取样同步取样同步取样同步信道1信道2信道N定时发送端帧同步控制信道1信道2信道N解同步解同步解同步开销信道定时恢复接收端输入缓存输入缓存输入缓存输出缓存输出缓存输出缓存TDM系统要求收发两端旋转开关完全同步，即在时间上具有严格的同步关系，包括起点相同、顺序相同、速度相同。6.1.1复用原理介绍6.1两种传输体制6.1.1复用原理介绍6.1.2准同步数字系列PDH6.1.3同步数字系列SDH1、准同步数字系列两种基础速率6.1.2准同步数字系列PDH•北美，日本采用PDH-T系列：T1=1.544Mb/s•西欧，中国采用PDH-E系列：E1=2.048Mb/s6.1两种传输体制PDH-T系列：一次群速率（基群速率）T1PDH-E系列：一次群速率（基群速率）E1Digitaltransmissionhierarchy（USA）2、复接结构6.1.2准同步数字系列PDH6.1两种传输体制六次群/（Mb•S-1）五次群/（Mb•S-1）四次群/（Mb•S-1）三次群/（Mb•S-1）二次群/（Mb•S-1）北美日本中国西欧基群/（Mb•S-1）国家或地区ch30048.2ch120448.84ch480368.344ch1920264.1394ch7680992.5644chch307204.241536013.12ch24544.1ch96312.64ch480064.325ch1440728.973ch576020.3974ch230405888.14ch24544.1ch96312.64ch672736.447chchch604843298064992.564124032176.2746chsGbsGb32256/4.2416128/13.12世界各国商用光纤通信制式注：并非严格的N倍，复接时插入了相关的比特PDH的T系列和E系列各等级复用关系图T1T2T3T4E1E2E3E4E53、基群帧结构6.1两种传输体制帧(Frame)指一组相邻接的数字时隙(timeslot)，其中各数字时隙的位置可以根据帧定位信号来加以区别。有时出于需要，由几个帧构成一个复帧(Multiframe).PDH-T系列帧结构PDH-E系列帧结构基群帧=24个时隙（每个时隙含8bit）+1bit帧同步=193bit基群帧=32个时隙（每个时隙含8bit）=256bit6.1.2准同步数字系列PDH6.1两种传输体制帧长125us24帧开销12324帧开销12324帧开销12324帧开销123时间1帧信道数时隙tTs1帧1帧第3信道1个字节1BitPDH-T基群帧结构帧周期Ts=125ms，帧频率=1/Ts=8kHz帧长度=24个时隙(每个时隙含8bit)+1bit帧同步=193bit时隙=8bit=前7bit(信息)+末位1bit(信令)一次群(基群)速率T1=193bit/125µs=1.544Mb/s6.1.2准同步数字系列PDH6.1两种传输体制帧定位时隙PDH-E基群帧结构6.1.2准同步数字系列PDH帧周期Ts=125ms，帧频率=1/Ts=8kHz帧长度=30个信道时隙+1帧同步时隙+1信令时隙=32×8=256bit时隙=8bit一次群(基群)速率E1=256bit/125µs=2.048Mb/s6.1两种传输体制PDH-E高次群帧结构6.1.2准同步数字系列PDH基群复帧二次群帧三次群帧6.1两种传输体制PDH帧结构的特点1）基群帧频(8kHz)与装载话路的采样频率(8kHz)一致，而高次群帧频则不同。2）基群复帧中不需要码速调整字节(因各个支路信号进入基群设备复用时使用同一个时钟)，称为同步复用；而高次群帧中有码速调整比特，称为准同步复用。6.1.2准同步数字系列PDH4、PDH体制电接口和光接口的主要参数6.1两种传输体制对基群2.048Mb/s输入码字编码结果001100/11交替CMI编码CodedMarkInversion编码传号反转码E1E2E3E46.1.2准同步数字系列PDH(1)T和E两大系列的帧结构和线路码特性不同，难以兼容。(2)没有足够的开销比特，使网络设计缺乏灵活性。(3)复接/分接设备结构复杂，上下话路价格昂贵。(4)最高速率不超过四次群速率，不能用于现代高速率通信5、PDH的缺点6.1两种传输体制SDH正好能够弥补以上不足6.1.2准同步数字系列PDH6.1练习题（1）1.何谓PDH？2.PDH-E系列基群的帧结构如何？3.PDH-E系列各次群帧结构都是准同步复用吗？4.PDH-E系列基群的码速为多少？6.1两种传输体制6.1.1复用原理介绍6.1.2准同步数字系列PDH6.1.3同步数字系列SDH1、基本概念6.1.3同步数字系列SDH6.1两种传输体制同步数字系列SDH(SynchronousDigitalHirarchy)是在美国同步光网络(SynchronousOpticalNetwork，SONET)基础上修改建立的传输体制。SDH的基本速率等级为STM-1（155.520Mb/s）其它高速率等级为STM-4（4×155.520Mb/s）STM-16（16×155.520Mb/s）STM-64（64×155.520Mb/s）STM-256（256×155.520Mb/s）2、SDH的帧结构6.1两种传输体制帧周期=125ms，帧频率=8kHz，帧长度=9×270×8×N（bit）每字节8bit帧周期为125μs帧频率8kHzRSOH12AU-PTR345MSOH9STM-N载荷(含POH)9×N发送顺序261×N270×NSTM-1帧：速率为9×270×8/125ms=155.52Mb/s9行×270列字节6.1.3同步数字系列SDH6.1两种传输体制复用段开销(Multiplexing-SOH)也称LOH(LineOverHead)(1)段开销(SOH：SectionOverHead)RSOH12AU-PTR345MSOH9STM-N载荷(含POH)9×N发送顺序261×N270×N再生段开销(Regenerating-SOH)供再生段维护管理使用供复用段维护管理使用6.1.3同步数字系列SDH6.1两种传输体制(2)信息载荷(Payload)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:PathOverHead)。用于承载各种业务信息的部分RSOH12AU-PTR345MSOH9STM-N载荷(含POH)9×N发送顺序261×N270×N6.1.3同步数字系列SDH6.1两种传输体制采用指针技术是SDH的创新，结合虚容器(VC:VirtualContainer)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。(3)管理单元指针(AUPTR)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RSOH12AU-PTR345MSOH9STM-N载荷(含POH)9×N发送顺序261×N270×N6.1.3同步数字系列SDHSDH高速率等级有：STM-4，STM-16，STM-64，STM-256相应速率为STM-1的4，16，64，256倍。3、SDH复用结构6.1两种传输体制各速率等级(STM-n)由一个或多个管理单元组(AUG,Administrationunitgroup)复用并加上相应的开销字节而构成。6.1.3同步数字系列SDH基群6.1.3同步数字系列SDH6.1两种传输体制同步数字系列SDH各等级复用关系图SDH复用是同步复用SynchronousTransportModule-level14、SDH承载PDH的方式----映射结构6.1两种传输体制将低速支路信号复接为高速信号，传统方法有：正码速调整法：容许被复接的支路信号有较大的频率误差固定位置映射法：低速支路信号在高速信号帧中占用固定位置SDH结合了正码速调整法和固定位置映射法的优点，采用固定位置映射和浮动位置处理的复用方法。6.1.3同步数字系列SDH6.1两种传输体制SDH帧1(125ms)SDH帧2(125ms)261字节9字节开销9行载荷包络AUPTR……………………载荷包络与SDH帧的一般关系固定位置映射：让低速支路信号适配装入在高速率虚容器(VC)帧中固定位置；浮动位置处理：让虚容器(VC)帧信号在支路单元(TU)或管理单元(AU)帧内占用浮动位置。6.1.3同步数字系列SDH6.1两种传输体制PDH的4次群信号到SDH的STM-1的复接过程C-4AU-4AUGVC-4STM-1139.264Mb/s容器Carrier虚容器VirtualCarrier管理单元AdministrationUnit管理单元组AdministrationUnitGroup同步传输模块STM-1速率适配处理149.760Mb/s150.336Mb/s150.912Mb/s155.520Mb/s加通道开销POH加管理单元指针AUPTR加段开销SOH6.1.3同步数字系列SDH(具有一定格式的帧结构)6.1两种传输体制SDH的一般复用映射结构6.1.3同步数字系列SDHTU(TributaryUnit)支路单元6.1两种传输体制我国采用SDH复用及映射的基本结构6.1.3同步数字系列SDH将E1装载到STM-1帧内-9步完成将E3装载到STM-1帧内-8步完成将E4装载到STM-1帧内-5步完成仅使用C12，C3，C4来接收PDH的速率5、SDH的特点