SDH原理与技术详细介绍

2006-00-0012008年10月SDH原理与技术张皓[e-mail]2020年2月2SDH(SynchronousDigitalHierarchy)是20世纪80年代末崛起的一门传输技术，是为满足电信网朝着高速化、数字化、综合化及智能化方向发展的必然结果.第1章主要介绍SDH的基本概念和特点；第2章重点介绍SDH的速率、帧结构及段开销功能；第3章详细介绍SDH的复用结构、映射方法及指针调整技术；第4章全面介绍SDH的网络结构及保护与恢复技术；第6章侧重介绍SDH网同步结构、规划及定时系统；第7章主要介绍光线路系统及光接口技术。内容提要2020年2月3通信网的基本结构光端机光端机电端机电端机微波收发信机微波收发信机程控交换机程控交换机移动交换机移动交换机分组交换机分组交换机传输设备交换设备交换设备用户终端设备基站卫星模拟用户线中继线模拟用户线中继线2Mb/s300~3400Hz300~3400Hz基站微波光纤PCM用户终端设备2Mb/s交换网传输网接入网接入网交换网PCMSDHWDMSDHWDM2020年2月4程控交换机原理量化编码抽样量化编码抽样量化编码抽样PCM30/32时隙复用2M出n2M出12M入n2M入1300~3400Hz模拟信号64kbit/s数字信号交换时分用户电路信令同步TS0TS1TS2TS15TS16TS17TS3116~30个话路1~15个话路随路信令同步码32时隙（125μ）8bit传输速率=32×8/125×10-6=2048kbit/s（简称2M）2M帧结构︷s︸︸2020年2月5第1章概述P1SDH是一个将复接、线路传输及交叉功能结合在一起并由统一网管系统进行管理操作的综合信息网络技术。B局SDH设备34Mbit/s140Mbit/s2Mbit/sA局SDH设备34Mbit/s140Mbit/s网管系统复接交叉线路传输交叉分接2Mbit/s2020年2月61.1SDH产生的技术背景传输系统是现代通信网的主要组成部分，而传统的准同步数字体系(PDH)已不适应现代通信网发展的要求：1.只有地区性的电接口规范，造成国际互通困难；2.048Mbit/s1.544Mbit/s34.368Mbit/s44.736Mbit/s32.064Mbit/s8.448Mbit/s6.312Mbit/s6.312Mbit/s139.264Mbit/s274.176Mbit/s97.728Mbit/s×4±30×10-6×3×6×4×4×5×7×4日本系列北美系列欧洲系列×4±20×10-6±15×10-6±50×10-6三次群二次群基群四次群图1.1准同步数字系列2020年2月72.没有标准的光接口规范，由各厂家自行开发线路码型，因此无法实现横向兼容；3.只有1.5Mbit/s和2Mbit/s是同步复用的，其他从低次群到高次群采用异步复接，需要通过码速调整来达到速率的匹配和容纳时钟频率的偏差，而且每提高一个次群，都要经历复杂的码变换、码速调整、定时、复接/分接过程；电/光光/电分接分接复接分接复接复接光信号光信号2/8Mb/s8/2Mb/s8/34Mb/s34/140Mb/s34/8Mb/s140/34Mb/s2Mb/s逐级调整复用逐级分解还原图1.2PDH分插支路信号的过程2020年2月84.开销少，无法对传输网实现分层管理和对通道的传输性能实现端对端的监控；5.网络运行和管理主要靠人工对数字信号交叉连接，无法经济地对网络组织、电路带宽和业务提供在线实时控制。为了解决上述问题，美国贝尔通信研究所首先提出了用一整套分等级的准数字传递结构组成同步光网络(SONET)，后来CCITT于1988年重新命名为同步数字体系(简称SDH)。2020年2月91.2SDH基本概念和特点P3SDH网是由终端复用器(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)基本网元组成,在光纤上进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的网络。TM终端复用器ADM（DXC）分插复用器TM终端复用器REG再生器支路信号支路信号支路信号1.对网络节点接口进行了统一的规范(速率等级、帧结构、复接方法、线路接口、监控管理等)，使各厂家设备横向兼容；2.可容纳北美、日本和欧洲准同步数字系列(1.5M、2M、6.3M、34M、45M和140M)，便于PDH向SDH过渡；2020年2月103.采用了同步复用方式和灵活的复用映射结构，因而只需利用软件即可从高速信号中直接分插出低速信号，使上下业务十分容易；4.SDH的网同步和灵活的复用方式，大大简化了数字交叉连接功能的实现，便于根据用户的需要进行动态组网和新业务接入；5.帧结构中安排了丰富的开销比特(段开销和通道开销)，提高了网络的运行、管理和维护能力；6.SDH是智能化的设备，兼有终结、分插复用和交叉连接功能，可通过远控灵活组网和管理；7.采用级联技术，实现了IPoverSDH。2020年2月11SDH的核心1.同步复用：便于上下业务；2.标准光接口：便于横向兼容；3.强大的网管能力：便于维护管理。P42020年2月121.频带利用率不如PDH系统；SDH的缺点3.强大的软件控制能力潜在重大故障隐患（病毒、操作失误或死机等）。2.技术和功能上的复杂性大大增加；SDH155M2M2M140M2M34/14034MSDH155M2/88/348M2M2M2M2M64个2MPDH140M140M63个2M64个2MSDH155M34M48个2M34M34M2020年2月13思考题：1.SDH是一个什么技术？2.SDH有哪些基本网元，其核心是什么？3.SDH存在哪些缺点？2020年2月14第2章速率与帧结构P10速率：每秒钟传输的比特数。如基群设备为2048kbit/s.帧结构：包含用户信息和定时维护管理设备的一组数据块。TRTRTRTRSMEASMSMSMSMSMTRNNINNINNINNIDXCTRLineRadioLineRadio支路信号同步复用器有线支路信号无线有线无线同步复用器DAX：数字交叉连接设备EA:外部接入设备一个电信传输网原则上包含两种基本设备：传输设备和网络节点设备。网络节点接口(NNI)是网络节点互连的接口。图2.1NNI的位置示意图2020年2月15在电信网中，规范一个统一的NNI标准的基本出发点是：1.不受限于特定的传输媒质；2.不受限于网络节点所完成的功能；3.不受限于对局间或局内通信的应用场合。因此NNI的标准化不仅可以使3种地区性的PDH系列在SDH网中实现统一，而且在建设SDH网和开发应用新设备时，可使网络节点设备功能模块化、系列化，并能根据电信网络中心规模和功能要求灵活地进行网络配置，从而使SDH网络结构更加简单、高效和灵活，并在将来需要扩展时具有很强的适应能力。同步数字系列的NNI的基本特征：具有国际标准化的接口速率和信号的帧结构。2020年2月162.1同步数字系列的速率SDH具有统一规范的速率，信号以同步传送模块（STM）的形式传输。基本模块是STM-1，高等级速率以字节交错间插方式同步复用。简称SDH等级标称速率51MSTM-051.840Mb/s155MSTM-1（1920CH）155.520Mb/s622MSTM-4（7680CH）622.080Mb/s2.5GSTM-16（30720CH）2488.320Mb/s10GSTM-64（122880CH）9953.280Mb/s40GSTM-256（491520CH）39813.120Mb/s2020年2月172.2帧结构帧结构是一种按规律有序排列的重复性图案。为了便于实现支路信号的同步复用、交叉连接和上下电路，SDH帧结构以125μs的同步帧周期、以64kbit/s的帧同步信道为基础，以网络同步的速率逐行串行传输。123456789261×N列（字节）12STM-N净荷（含POH）9×N列RSOHAU-PTRMSOH容量=9×270×N字节8000帧/秒125sP112020年2月181.段开销是为保证信息净荷正常灵活传送所必须附加的，供网络运行、管理和维护(OMA)使用的字节。再生段开销用于帧定位、再生段的监控和维护管理；复用段开销用于传送复用段的监控和维护管理。2.管理单元指针是用来指示信息净荷第1个字节在STM-N帧内的准确位置，以便在收信端正确分离信息净荷。3.信息净荷是存放用户信息的地方，也存放少量用于通道性能监视、管理和控制的通道开销字节。各区域的作用：SDH-N帧是由9行、270×N列(N=1、4、16、64，256)的8bit字节组成的码块，故:帧长=9×270×N×8=19440×Nbit。帧结构由段开销(SOH)、管理单元指针(AU-PTR)和信息净荷(payload)3个主要区域组成。2020年2月19P122.3.1SDH的复用段与再生段SDHTM终端复用器SDHADM（DXC）分插复用器SDHTM终端复用器REG再生器通道支路信号再生段支路信号支路信号复用段复用段再生段再生段再生段通道通道2.3段开销在SDH分层概念中，通常将终端复用器与交叉连接设备或分插复用器之间的全部物理实体定义为复用段(MS)；将终端复用器或分插复用器与再生器之间、再生器与再生器之间的全部物理实体定义为再生段(RS)。不同再生段开销互不相关,不同复用段开销也互不相关。2020年2月202.3.2段开销的字节安排E1F1D2D3A1A1A2A2A2J0B2B2K1K2D5D6D8D9D11D12A1B1D1B2D4D7D10S1M1E2RSOHMSOH管理单元指针9字节图2.4STM-1SOH字节安排9行P132020年2月211、定帧字节：A1和A2用于识别帧的起始位置（A1=F6H、A2=28H）。收信正常时，再生器直接转发A1、A2字节；收信故障时，再生器产生A1、A2字节。(全透明传送)设备搜索不到A1、A2超过625μs就出现帧失步(OOF)告警，OOF持续3ms以上将出现帧丢失(LOF)告警。STM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-N连续信号流搜索A1、A2连续5帧搜索不到产生R-OOF持续3msR-LOF下插全“1”定帧持续1ms以上R-LOF告警消失P152.3.3SOH字节功能2020年2月22用来重复地发送段接入点标识符，以便使接收机能确认其与指定的发射机处于持续连接的状态。以确认再生段两端的连接是否正确。•如果下游检测到J0字节与预定值不匹配，则会产生RS_TIM告警信号。•有的公司对此告警只上报，不下插AIS，因此不影响业务(如烽火、华为)；•有的公司除上报此告警外，还下插AIS，因此影响业务。出现RS_TIM告警的原因：可能是由于再生段跟踪标识J0出现了错误。J0字节可用于判断光纤是否正确接续：①如果在单盘上没有配置J0字节，出现此告警可以屏蔽；②若光路盘上配置了J0，就不能屏蔽此告警；若在某站曾用光功率计测试过光功率，或对光纤进行过维修，后出现此类告警时，可能是机盘上的光纤方向接错了，需检查接收光纤东西方向是否接反了。用此方法可验查光纤连接的正确性。2、再生段踪迹字节：J02020年2月233.比特间插奇偶检验8位码(BIP-8)字节：B1用于再生段的误码监测。告警信号是RS-BIPError。图2.9BIP-8奇偶校验运算方法128128128偶校验1偶校验8偶校验2128..................0111100111101----奇0----偶B1….2020年2月24A1A1A1A2A2A2J0B1A1A1A1A2A2A2J0B1发送端将扰码后的当前帧所有比特进行BIP-8计算，结果置于下一帧B1中。接收端同样对当前帧所有比特进行BIP-8计算，并将结果与下一帧B1比较，再用异或门输出。n+1帧n帧段开销净荷再生段误码监测方法2020年2月254.比特间插奇偶检验N×24位码字节：B2用于复用段的误码监测。告警信号是MS-BIPError。A1A1A1A2A2A2J0B1E1D1D2F1