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1传输原理及网管培训教材讲课人：南京传输设备维护中心丁颖彪傅强2第一部分基础知识第一章光纤传输原理作为电信三大支撑网之一，传输网提供给各种用户不同速率的接入通道，目前设备提供的业务接口主要有电接口和光接口。其中电接口主要有64Kb/s、2Mb/s、155Mb/s，除64Kb/s外，一般提供75Ω射频接口。光接口主要有155Mb/s、622Mb/s、2.5Gb/S和10Gb/S，接口电平在规定范围内可根据用户需要通过调整光衰耗器改变。业务用户主要有局内用户和出租电路用户。局内用户包括交换、数据、多媒体等；出租电路用户主要包括党政军专线、大客户及其它运营商租用电路等。第一节概述光纤是光导纤维的简称。光纤通信是以光波作为信息载体，以光纤作为传输媒介的一种通信方式。是目前传输的主要手段。光纤通信之所以发展迅猛，主要缘于它具有以下特点：1、通信容量大、传输距离远。2、信号串扰小、保密性能好。3、抗电磁干扰、传输质量佳。4、光纤尺寸小、重量轻，便于敷设和运输。5、材料来源丰富，环境保护好。6、无辐射，难于窃听。7、光缆适应性强，寿命长。光纤通信与电通信的主要差异有两点：一是传输的是光波信号；二是传送光信号的介质是利用光纤。目前光纤通信光源使用的波长范围是在近红外区内，即波长为0.8~1.8mm之间。我们已经知道，光波在光纤中传输时会带来一定的传输损耗。光纤每公里3（km）长度的损耗值直接关系到光纤通信系统传输距离的长短。通过对光纤传输特性研究发现，光纤对于不同波长的光波信号呈现不同的衰减特征。于是，很自然地就会将呈低损耗的波长用于光纤通信，并将低损耗波长点称为传输窗口。光纤损耗特性目前光纤通信采用的通信窗口有三个（见图），它们分别是：（1）短波长窗口，波长为0.85mm。（2）长波长窗口为，波长1.31mm和1.55mm。其中，在0.8~0.9mm波段内，损耗约为2dB/km左右；在1.31mm波长处损耗为0.5dB/km；而在1.55mm处，损耗可降至0.2dB/km，这已接近光纤的理论损耗极限值。第二节光纤通信的历史和现状光纤通信发展已经历了五代，这里简要介绍第三代以后的发展情况：1982年~1988年的第三代光纤通信系统，采用1.31mm长波长单模光纤，光纤损耗降至0.3~0.5dB/km，实用化、大规模应用是其主要特征，传输信号为准同步数字系列（PDH）的各次群路信号，中继距离为50~100km，于1983年以后陆续投入使用，主要用于长途干线和海底通信，是光纤通信重点推广应用阶段。1988~1996年的第四代光纤通信系统。主要特征是：开始采用1.55mm波长窗口的光纤，光纤损耗进一步降至0.2dB/km，应用中主要用于建设同步数字4系列（SDH）同步传送网络，传输速率达2.5Gbit/s，中继距离为80~120km，并开始采用掺铒光纤放大器（EDFA）和波分复用（WDM）器等新型器件。1996年~今的第五代光纤通信系统。主要特征是：采用密集波分复用（DWDM）技术的全光网络开发与应用，充分利用光纤低损耗波段潜在容量实现传输系统的急剧扩容。采用DWDM技术不仅仅是带来巨大容量方面的好处，可以预计，随着DWDM技术的推广应用，将会对现行的光纤网络带来深刻的变革，最终会成为全光网络的基石。第二章同步数字体系（SDH）原理简介第一节SDH概述一、什么是同步数字体系(SDH)SDH的概念源自美国AT&T贝尔实验室的SONET。这是在80年代初为解决标准光接口问题而提出的。随后不断的发展显示出这种概念的潜在革新作用，因而于一九八八年CCITT（现ITU-T）采纳了这个概念，后来就形成了同步数字体系(SDH)由于SDH是为克服PDH的缺点而产生的，因此它是先有目标再定规范，然后研制设备，这个过程与PDH的正相反。显然，这就可能最大限度地以最理想的方式来定义符合未来通信网要求的系统和设备。一九八八年原CCITT通过三个SDH的基本建议，标志着数字传输的新纪元。现在SDH已成为本领域的发展热点。同步数字体系(SDH－SynchrounousDigitalHierarchy)所包含的内容非常丰富：它既是一套新的国际标准，又是一个组网原则，也是一种复用方法。最重要的是，它提供了一个在国际上得到支持的框架，从而在此框架基础上就可发展并建成一种灵活、可靠和能进行遥控管理的世界电信传输网。这种未来的传输网可以非常容易地扩展和适应新的电信业务。此标准使不同厂家生产的设备之间进行互通成为可能，这正是网络建设者长期以来一直期求的。对于用户和5电信网的运行者来说，这套SDH标准可以保证未来的信息技术发展将会是有条不紊的，他们不必担心不兼容性或网络的过时。具体来说，SDH是一套数字传送结构，供用来通过物理传输网络传送经适配的业务信息(净负荷)；它是设计成多用途的，以允许传送各种类型的信号，包括G.702规定的PDH信号在内。二、SDH的特点SDH网的主要特点是同步复用、标准光接口和强大的网管功能，这三点在后面都要详细说明。SDH网络还是一个非常灵活的网络，这体现在以下几个方面。SDH统一了北美、日本和欧洲三个地区性标准，各种数字传送信号在STM-1等级以上获得统一，使国际电信互通成为可能。1、由于SDH电信传送采用了同步复用方式和灵活的映射结构，可以利用软件实现高阶信号与低阶支路信号之间所谓的一步复用，上下业务十分容易，大大简化了交叉连接设备。2、由于SDH帧结构中安排了大约占总信号5%的丰富的开销比特，极大的加强了网络的运行、管理和维护能力。3、SDH传送网具有信息传送透明性。4、统一了网络接口标淮，使不同厂家的产品可以直接互通，各种传送媒质如光纤、数字微波等可以直接连接，组网十分方便。5、网络兼容能力强，它能与现有的PDH完全兼容，并容纳各种新的业务信号。三、SDH与PDH的比较在SDH之前，多年以来一直到现在还在使用的数字传输设备均属于准同步数字系列（PDH）。现代及未来通信网络在可靠性、灵活性和针对性这三方面要求特别突出。反映在网络功能上则需要具有以下的能力：●强大的网络管理6●自愈●重组或恢复此外，对设备而言，还对兼容性、经济性、适应性和可升级性等方面提出更高要求。以下我们就PDH的特点来说明为什么要引入SDH这一概念。现存的PDH网是在原有的模拟电话网的基础上引入PCM数字传输技术而发展起来的。因此：它主要是为话音业务而设计，不具备带宽及信息的多样化服务能力，传输网的基础是点对点的连接，难于提供网络拓扑的灵活性。PDH传输设备采用复式定帧和码速调整技术，按固定的复用结构,通过异步复用形成各次速率等级的信号。从2Mbit/s到140Mbit/s，其中2/8，8/34，34/140Mbit/s的复用/反复用器一个都不能少。如此，使得通信系统的组成和操作复杂，特别是当要从较高等级的数字信息流中提取(或插入)低等级的通路信息时，不能直接进行，必须逐级进行复用或反复用，例如从140Mbit/s信息流中提取(或插入)2Mbit/s的通路信息，必须经过三次复用/反复用的过程。上/下电路困难，设备复杂而不灵活。PDH的网络管理能力差。由于PDH复用的帧结构中只能提供十分有限的额外信息传输容量(备用比特或服务比特)，因此它不能为强大的网管系统提供足够的信息通道。PDH系统实际上是先有设备后有国际建议标准。既成事实使得CCITT建议的PDH实际上不是一个数字系列而是三个系列(北美、日本的1.544Mbit/s以及欧洲的2.048Mbit/s)，如此不仅网内的设备复杂而且会造成不同设备之间的接口困难。PDH光纤传输系统的兼容性差。CCITT未能为光纤传输设备提供统一的光接口标准。由于线路编码以及监控等方面的差异，现有PDH的光纤设备均存在着兼容性问题。不同厂家的设备都只能在CCITT(现称ITU－T)建议的电接口互连。根据上述特点，我们应不难理解，为什么CCITT只对PDH的1－4次群系统作出建议，而没有沿着这条路子继续对565Mbit/s的五次群系统正式作出建议(尽管这7种设备早已制造出来并投入应用)。而PDH的这些不足在SDH中都得到了有效的解决，所以CCITT(ITU－T)认为采用SDH才是满足未来通信网要求的解决方案。以下是SDH与PDH的比较1、复用方式及传输技术不同PDH的复用方式是逐级复用，而SDH则一步到位就可完成。由图示可以清楚的看到它们之间的区别。2、其它有关比较见表：8四、SDH网络设备9SDH传输网是由一些SDH网络单元组成的。SDH设备主要有：同步终端复用器STM(SynchronousTerminalMultiplexer)，分插复用器ADM(Add/DropMultiplexer)和同步交叉连接设备SDXC(SynchronousDigitalCrossConnect)。另外，还有网络管理系统设备NMS(NetworkManagementSystem)。设备框图如下：其中，分插复用器是SDH中应最广、最富特色的设备。它是一个三端口设备，具有两个SDH光接口，通过另一端可以灵活地上／下路复用在STM信号中的低速率信号。ADM内部还具有时隙交换功能，允许两个STM信号之间不同VC的互联，并能方便地进行带宽管理。在实际网络中，根据ADM的结构特点，它可灵活地用在网络中不同的位置。作为终端复用器时，可将两个SDH光接口分别作主备用，实际复用设备往往既可配置成终端复用器又可配置成分插复用器。利用ADM还可构成各种自愈环。10此外，数字交叉连接设备(DXC)也是现代数字通信网中非常重要的设备之一，SDXC结构如图所示，它的核心是一个交叉连接矩阵。SDXC是种兼有复用、配线、保护、监控和网管多功能的传输设备。它能代替配线架，对VC进行交叉连接。动态调整网络，实现半永久连接；SDXC还能对业务进行集散，利用SDXC的自动配置功能也可以构成SDH的自愈网，在网络出现故障后自动重选路由，恢复业务。干线网中就常采用由SDXC构成的自愈网。网络管理系统设备完成对整个SDH网的管理，它应满足有关电信管理网的规定，并应有各类标准接口以便与各类网络设备连接。在SDH的网络设备中都设有同步设备管理功能(SEMF)，它将性能数据和硬件告警等信号转变成面向目标的消息，并送入DCC或Q接口。第二节SDH原理一、帧结构如图：STM-1帧结构11SDH用来承载信息的是一种块状帧结构，块状帧由纵向9行和横向270×N列字节组成，每个字节含8bit。整个帧结构由段开销区、净负荷区和管理单元指针区三部分组成。其中段开销区主要用于网络的运行、管理、维护及指配，以保证信息能够正常灵活地传送，管理单元指针用来指示净负荷区域内的信息首字节在STM-N帧内的准确位置，以便接收时能正确分离净负荷。净负荷区域用来存放用于信息业务的比特和少量的用于通道维护管理的通道开销字节。其中，段开销和通道开销字节的安排如图。段开销的前3行为再生段开销(ROSH)，第5－9行为复接段开销(MSOH)。再生段、复接段以及通道在实际系统中的位置可参见图12－5，POH在整个通道中保持不变；RSOH由再生段终端修改，在一个再生段内保持不变；MSOH由复接段设备(如ADM、SDXC)修改，在一个复接段内不变。对于再生段、复接段及通道的定义，可由下图看出。12段开销和通道开销各字节功能如下：A1A2为帧定位字节B1B2B3为误码监测字节,其中：B1：再生段误码监测B2：复接段误码监测：通道误码监测。C1C2为标记符号字节，其中C1：STM识别符，识别每个STM－1信号在STM－N复用信号中的位置；C2：信号指示标记，标明VC中映射的是ATM信元、FDDI、MAN还是某种PDH信号。D1~D12为数据通信通路(DCC)，构成SDH管理网(SMN)的传送链路，其中：D1~D3：192kbps的数据通道，用于再生段。D4~D12：576kbps的数据通道，用于复接段。E1E2提供两路64kbps的公务联络语声通路，其中：E1：用于本地公务通路，在再生器接入；E2：用于直达公务通路，在复接段终端接入。13F1F2为用户通路，