第5章数字光纤通信系统

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。所以引入虚容器的概念，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(AU PTR)， 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)。
…
MUX
DMX
分接
E1
E1
1
1:m
同 步复 接
同 步分 接
n
(a)
1:m
中 继线 DMX
STM-N
分 接 Drop
Add
STM-n STM-n 本地
MUX 复接
中 继线 STM-N
(b)
交 叉连 接矩 阵
复接 1
m:1
n m:1
配 置管 理 (c)
图5.2 SDH (a) 终端复用器TM； (b) 分插复用设备ADM(Add/Drop Multiplexer); (c) 数字交叉连接设备DXC
光信 号
140/34 Mb/s
34/140 Mb/s
PDH
光 /
分 接 34/8 Mb/s
8/34 Mb/s 复 接
电 /
电
分 接 8/2 Mb/s
2/8 Mb/s 复 接
光
分接
复接
光信 号
2 Mb/s (电信号)
155 Mb/s 光 接口
SDH ADM
155 Mb/s 光 接口
图 5.4 分插信号流程的比较
…
根据图5.3(a)的传输通道连接模型，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。
E1
通道
终 接设 备 E3
TM
线路 终 接设 备
ADM/DXC 再生段
再 生中 继 器
Section 再 生段
再 生段
线路 终 接设 备
ADM/DXC
复接段 (Line)Fra bibliotek对于以2.048 Mb/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，这是因为复接时插入了一些相关的比特。 对于以1.544 Mb/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
(1) 北美、西欧和亚洲所采用的三种数字系列 互不兼容， 没有世界统一的标准光接口，使得 国际电信网的建立及网络的营运、 管理和维护 变得十分复杂和困难。
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 5.7 SDH的一般复用映射结构
图中Cn是标准容器， 用来装载现有PDH的各支路信号， 即 C11, C12, C2, C3和C4 分别装载1.5 Mb/s, 2Mb/s, 6 Mb/s, 34 Mb/s, 45 Mb/s和140Mb/s 的支路信号，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。
SDH采用载荷指针技术，对指针进行处理。
图 5.6 示出载荷包络与STM1 帧的一段关系与指针所起的作用。 通过指针的值，接收端就可以确定载荷的起始位置。
9字节开销
AU PTR 9行
261字节
图 5.6 载荷包络与SDH
…
SDH帧1
(125 s)
SDH帧2 (125 s)
载荷包络
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。
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) 一个STMN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8 bit。 帧周期为125 μs， 即每秒传输8000帧。对于STM1 而言， 传输速率为9×270×8×8000=155.520 Mb/s。字节发送顺序为： 由上往下逐行发送，每行先左后右。
Path Line Section Photonic
图 5.3
再 生中 继 器
(a) 传(b输) 通道连接模型； (b) 分层结构
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，每个通道(Path)由一个或多个复接段(Line)构成，
而每一复接段又由若干个再生段(Section)串接而成。
SDH
(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64 kb/s的容 量)，主要用于运行、 维护和管理，如帧定位、 误码 检测、 公务通信、自动保护倒换以及网管信息传输。
对 于 STM1 而 言 ， SOH 共 使 用 9×8( 第 4 行 除 外 )=72 Byte相应于576 bit。由于每秒传输8000帧， 所以 SOH的容量为576×8000=4.608 Mb/s。
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。
3.
固定位置映射法让低速支路信号在高速信号帧中 占用固定的位置。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。
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(AU PTR)。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)。对于STM1 而言，AU PTR有9个字节(第4 行)， 相应于9×8×8000=0.576 Mb/s。
1. SDH
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
图 5.1 SDH传输网的典型拓扑结构
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。SDH终端的主要功能是复接/分接和提供业务适配，例 如将多路E1信号复接成STM1信号及完成其逆过程，或者实现与 非SDH网络业务的适配。
与PDH相比， SDH
(1) SDH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STM1，传输速 率为155.520 Mb/s； 4个STM1 同步复接组成STM4， 传 输 速 率 为 4×155.52 Mb/s=622.080 Mb/s ； 16 个 STM1 组成STM16, 传输速率为2488.320 Mb/s，以此 类推。
(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， 不能适应电信网络不断扩大、 技术不断更新 的要求。
(3) 由于低速率信号插入到高速率信号，或 从高速率信号分出，都必须逐级进行， 不能直接分插，因而复接/分接设备结构 复杂，上下话路价格昂贵。
5.1.2 同步数字系列SDH
2 Mb/s (电信号)
(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，既提高了资源利用率，又 增 强 了 网 络 的 抗 毁 性 和 可 靠 性 。 SDH 采 用 了 DXC后，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，使现代通信网络提高到 一个崭新的水平。
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：一种是以 1.544 Mb/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 ； 另 一 种 是 以 2.048 Mb/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。表5.1是世界各国商用数字光纤通信 系统的PDH传输体制，表中示出两种基础速率各次 群的速率、话路数及其关系。
4. 数字交叉连接设备
数字交叉连接设备(DXC)相当于一种自动的数字电路配 线架。图5.2 表示的是SDH的DXC(也适合于PDH)，其核心部 分是可控的交叉连接开关(空分或时分)矩阵。
AU由高阶VC(如VC4)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AU3或AU4。3个AU3或1个AU4 组 成 管 理 单 元 组 (AUG) ， 加 上 段 开 销 SOH ， 便 组 成 STM1 同步传输信号；N个STM1 信号按字节同步复接， 便组成STMN。
(2) SDH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，任何网络单元在光 纤线路上可以互连， 不同厂家的产品可以互通，这 有利于建立世界统一的通信网络。 另一方面，标准 的光接口综合进各种不同的网络单元， 简化了硬件， 降低了网络成本。有关光接口标准请参看本书附录A。
(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，便于实现性 能监测、故障检测和定位、故障报告等 管理功能。 (在后续章节将进行介绍。)
(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。
PDH和SDH分插信号流程的比较。在PDH中， 为了从140 Mb/s码 流中分出一个2 Mb/s的支路信号，必须经过140/34 Mb/s, 34/8 Mb/s 和8/2 Mb/s三次分接。 而若采用SDH分插复用器(ADM)，可以利用 软件一次直接分出和插入 2 Mb/s支路信号，十分简便。