光通信原理与技术第6章1
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STM-N，N=1，4，16，64 ▪ SDH具有统一的网络节点接口 ▪ 可以承载现有的PDH（如E1、E3）和各种
新的数字信号（如100Mb/s以太网信号、 ATM信元等），有利于不同通信系统的互 联
2、统一 ▪ SDH各网络单元的光接口有严格的标准规
范
▪ 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联 ▪ 不同厂家的产品可以互通 ▪ 有利于建立世界统一的通信网络
6、比特间插奇偶校验8位码（BIP-8）：B1 ▪ 再不中断业务的前提下，提供误码性能监测，采用BIP- n
的方法。 ▪ B1字节用于再生段在线误码监测，使用偶校验的比特间
插奇偶校验码 ▪ BIP-8误码监测的原理如下：发送端对上一STM-N帧除
SOH的第一行以外的所有比特扰码后按8比特为一组分成 若干码组。将每一码组内的第1个比特组合起来进行偶校 验，如校验后“1”的个数为奇数，则本帧B1字节的第一 个比特置为“1”，如校验后“1”的个数为偶数，则本帧B1 字节的第一个比特置为“0。以此类推，组成本帧扰码前 的B1（b1-b8）字节数值。收端进行校验。 ▪ 当B1误码过量，误块数超过规定值时，系统产生再生段 误码率越线（RS-EXC）告警
SDH复用原理
▪ 将低速支路信号复接为高速信号，通常有两种传 统方法：正码速调整法和固定位置映射法
▪ 正码速调整法的优点是容许被复接的支路信号有 较大的频率误差，缺点是复接与分接相当困难
▪ 固定位置映射法是让低速支路信号在高速信号帧 中占有固定的位置。这种方法的优点是复接和分 接容易实现，但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
7、比特间插奇偶校验N×24位码（BIPN×24 ）： B2
▪ B2字节用作复用段在线误码监测，其误码监测的 原理与BIP-8（B1）类似，只不过计算的范围是 对前一个STM-N帧中除了RSOH（SOH的第一至 第三行）以外的所有比特进行BIP- N×24 计算， 并将计算结果置于本帧扰码前的B2字节位置上
光通信原理与技术
光纤通信系统
▪ 基本结构
▪ 实际为双向系统
▪ 光通信系统组成： 网元+光缆
光纤通信系统概述
▪ 比较详细的点到点的光纤传输系统图
数字传输体制构成
▪ 光纤大容量数字传输目前都采用同步时分 复用（TDM）技术
▪ 两种传输体制： 准同步数字系列（PDH） 同步数字系列（SDH）
▪ 两种传输体制的演变
• 1976年PDH标准化
• 发展中PDH遇到了许多困难，美国提出了同步光 纤网（SONET）
• 1988年，ITU-T(原CCITT)参照SONET的概念， 提出了被称为同步数字系列（SDH）的规范建议
• 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
为64kbit/s ▪ E1属于RSOH，用于再生段之间的本地公务联络，
可在所有终端接入 ▪ E2属于MSOH，用于复用段之间的直达公务联络，
可在复用段终端接入 5、使用者通路字节：F1 ▪ 该字节是留给使用者（通常为网络提供者）专用
的，主要为特殊维护目的而提供临时的数据/语声 通路连接，其速率为64kbit/s
SDH最为核心的三个特点是同步复用、强大的网络 管理能力和统一的光接口及复用标准
SDH体系
▪ SDH帧结构——块状结构 一个STM-N帧有9行（同步传输模块） 每行由270×N个字节组成 每帧共有9×270×N个字节 每字节为8bit 帧周期为125μs，即每秒传输8000帧
▪ STM-1传输速率为：9×270×8×8000=155.520Mb/s ▪ 字节发送顺序为：由上往下逐行发送，每行先左后右
▪ SDH的特点总结 1. 新型的复用映射方式：同步复用方式和灵活的映射结构 2. 接口标准统一：全世界统一的NNT，体现了横向兼容性 3. 网络管理能力强：帧结构中丰富的开销比特 4. 组网与自愈能力强：采用先进的ADM、DXC等组网 5. 兼容性好：具有完全的前向兼容性和后向兼容性 6. 先进的指针调整技术：可实现准同步环境下的良好工作 7. 独立的虚容器设计：具有很好的信息透明性 8. 系列标准规范：便于国内、国际互联互通
准同步数字系列PDH
▪ PDH存在的主要问题 1. 两大体系，三种地区性标准，是国际间的互通
存在困难。北美和日本采用以1.544Mbit/s为基 群速率的PCM24路系列，但略有不同，中国采 用以2.048Mbit/s为基群速率的PCM30/32路系列。 2. 无统一的光接口，无法实现横向兼容 3. 准同步复用方式，上下电路不便 4. 网络管理能力弱，建立集中式电信管理网困难 5. 网络结构缺乏灵活性 6. 面向语音业务
▪ 以2.048MB/s为基础速率的制式，每次群的话路 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1.544MB/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
同步数字系列SDH
▪ SDH的产生 1984年美国贝尔提出一种新的传输体制—光同步传送网
（SYNTRAM） 1985年ANSI通过此标准，形成了国家的正式标准，并更
名为同步光网络（SONET） 1986年这一体系成为美国数字体系的新标准。同时，引
起了ITU-T的关注 1988年ITU-T接受了SONET的概念，并进行了适当的修
改，重新命名为同步数字系列（SDH）使之成为不仅适 用于光纤，也适于微波和卫星传输 1989年， ITU-T在其蓝皮书上发表了G.707、 G.708和 G.709三个标准，从而揭开了现代信息传输暂新的一页
11、同步状态字节：S1（b5~b8） ▪ S1（b5~b8）表示同步状态消息，4个比特可以表示16种
不同的同步质量等级。 ▪ 其中”0000“表示同步质量不知道；”1111“表示不应用作
同步；”0010“表示G.811时钟信号；”0100“表示G.812 转接局时钟信号； ▪ ”1000“表示G.812本地局时钟信号；”1011“表示同步设 备定时源（SETS）信号；其他编码保留未用 ▪ 若在优先级表中配置了外部源，当外部源失效后，产生 EXC-SYN-LOS告警，表示外同步时钟源丢失 12、备用字节 ▪ ×表示国内使用的保留字节；△表示与传输媒质有关的特 征字节；未标记的用作将来国际标准确定
响应时间较快，一般小于50ms。 ▪ 若系统发生复用段的保护倒换，则产生保护倒换（PS）
告警
9、复用段远端缺陷指示（MS-RDI）字节：k2(b6~b8) ▪ MS-RDI用来向发送端回送指示信号，表示接收端已经检
测到上游段缺陷（即输入失效）或正在接收复用段告警指 示信号（MS-AIS） ▪ MS-RDI产生是在扰码前将k2字节的（b6~b8）插 入”110“码 10、复用段远端差错指示（MS-REI）字节：M1 ▪ 该字节用作收端向发端回传由BIP-N×24（B2）所检出的 差错块（误块）个数（0~225），用M1的（b2~b8）表示
▪ A1和A2不经扰码，全透明传送。当收信正常时， 再生器直接转发该字节；当收信故障时，再生器 产生该字节
2、再生段跟踪迹字节： J0 ▪ 该字节用于确定再生段是否正确连接。该字节被用来重复
发送“段接入点识别符”，以便使段接收机能够据此确认 其与指定的发送端是否处于持续的连接状态。若收到的值 与所期望的值不一致，则产生再生段踪迹标识失配（RSTIM）告警 3、数据通信通路（DCC）：D1~D12 ▪ DCC用来构成SMN的传送链路，在网元之间传送OAM信 息。
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=0.576Mb/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
▪ SDH克服了PDH的弱点，具有通信容量大、 传输性能好、接口标准、组网灵活方便、 管理功能强大等优点
▪ 其国际标准一出现，就受到各国的高度重 视，一些通信大公司投以巨额资金进行设 备和系统的开发，使之很快的进入实用化 阶段，现在国内外已得到广泛应用，成为 信息高速公路的重要支柱之一
速率等级
▪ D1~D3字节称为再生段DCC，用于再生段终端间传送 OAM信息，速率为192kbit/s（3×64kbit/s）
▪ D4~D12字节称为复用段DCC，用于复用段终端间传送 OAM信息，速率为576kbit/s（9×64kbit/s）
4、公务联络字节：E1和E2 ▪ 这两个字节用于提供公务联络的语声通路，速率
▪ 字节由上往下逐行发送，每行先左后右
▪ 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64kb/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STM-1而言，SOH共使用9×8（第4行除外） =72Byte，相当于576bit。由于每秒传输8000帧， 所以SOH的容量为576×8000=4.608Mb/s
信息净负荷（Payload）
▪ 信息载荷（净负荷）域是SDH帧内用于承 载各种业务信息的部分
▪ 对于STM-1而言， Payload有 9×261=2349Byte，相应于 2349×8×8000=150.33Mb/s的容量
▪ 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）
▪ 同步传输模块STM-N（Synchronous Transport Module Level N）的标准速率为： STM-1 155.520Mbit/s STM-4 622.080Mbit/s STM-16 2488.32Mbit/s STM-64 9953.28Mbit/s
SDH的特点
1、兼容 ▪ SDH采用世界上统一的标准传输速率等级：
Biblioteka Baidu
▪ SDH采用载荷指针技术，结合了上述两种 方法的优点，付出的代价是要对指针进行 处理。超大规模集成电路的发展，为实现 指针技术创造了条件
SDH的复用映射结构
▪ ITU-T规定了SDH的一般复用映射结构： 把支路信号适配装入虚容器的过程
▪ 使支路信号与传送的载荷同步 ▪ 这种结构可以把目前PDH的绝大多数标准
▪ 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
1、定帧字节：A1和A2
▪ A1和A2字节的作用是识别一帧的起始位置，以区 分各帧，即实现帧同步功能。A1和A2的十六进制 码分别为：F6和28
▪ 对于STM-N帧，定帧字节由3×N个A1字节和 3×N个A2字节组成。在接收端若连续3ms检测不 到定帧字节A1和A2，则产生帧丢失（LOF）告警
速率信号装入SDH帧 ▪ 将各种信号装入SDH帧结构净负荷区，需
要经过映射、定位校准和复用3个步骤
▪ C-n是标准容器，用来装载现有的PDH的各支路 信号：
3、强大的网管能力
▪ 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
4、同步复用
▪ 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
▪ 误码检测在接收设备进行，检测过程与BIP- 8类 似，将监测结果用M1字节中的复用段远端差错指 示（MS-REI）将误块的情况回送发送端。
▪ 若B2误码过量，检测的误块个数超过规定值时， 本端产生复用段误码率过线（MS-EXC）告警
8、自动保护倒换（APS）通路字节：k1和k2（b1~b5） ▪ 这两个字节用作MS-APS指令，实现复用段的保护倒换，
新的数字信号（如100Mb/s以太网信号、 ATM信元等），有利于不同通信系统的互 联
2、统一 ▪ SDH各网络单元的光接口有严格的标准规
范
▪ 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联 ▪ 不同厂家的产品可以互通 ▪ 有利于建立世界统一的通信网络
6、比特间插奇偶校验8位码（BIP-8）：B1 ▪ 再不中断业务的前提下，提供误码性能监测，采用BIP- n
的方法。 ▪ B1字节用于再生段在线误码监测，使用偶校验的比特间
插奇偶校验码 ▪ BIP-8误码监测的原理如下：发送端对上一STM-N帧除
SOH的第一行以外的所有比特扰码后按8比特为一组分成 若干码组。将每一码组内的第1个比特组合起来进行偶校 验，如校验后“1”的个数为奇数，则本帧B1字节的第一 个比特置为“1”，如校验后“1”的个数为偶数，则本帧B1 字节的第一个比特置为“0。以此类推，组成本帧扰码前 的B1（b1-b8）字节数值。收端进行校验。 ▪ 当B1误码过量，误块数超过规定值时，系统产生再生段 误码率越线（RS-EXC）告警
SDH复用原理
▪ 将低速支路信号复接为高速信号，通常有两种传 统方法：正码速调整法和固定位置映射法
▪ 正码速调整法的优点是容许被复接的支路信号有 较大的频率误差，缺点是复接与分接相当困难
▪ 固定位置映射法是让低速支路信号在高速信号帧 中占有固定的位置。这种方法的优点是复接和分 接容易实现，但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
7、比特间插奇偶校验N×24位码（BIPN×24 ）： B2
▪ B2字节用作复用段在线误码监测，其误码监测的 原理与BIP-8（B1）类似，只不过计算的范围是 对前一个STM-N帧中除了RSOH（SOH的第一至 第三行）以外的所有比特进行BIP- N×24 计算， 并将计算结果置于本帧扰码前的B2字节位置上
光通信原理与技术
光纤通信系统
▪ 基本结构
▪ 实际为双向系统
▪ 光通信系统组成： 网元+光缆
光纤通信系统概述
▪ 比较详细的点到点的光纤传输系统图
数字传输体制构成
▪ 光纤大容量数字传输目前都采用同步时分 复用（TDM）技术
▪ 两种传输体制： 准同步数字系列（PDH） 同步数字系列（SDH）
▪ 两种传输体制的演变
• 1976年PDH标准化
• 发展中PDH遇到了许多困难，美国提出了同步光 纤网（SONET）
• 1988年，ITU-T(原CCITT)参照SONET的概念， 提出了被称为同步数字系列（SDH）的规范建议
• 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
为64kbit/s ▪ E1属于RSOH，用于再生段之间的本地公务联络，
可在所有终端接入 ▪ E2属于MSOH，用于复用段之间的直达公务联络，
可在复用段终端接入 5、使用者通路字节：F1 ▪ 该字节是留给使用者（通常为网络提供者）专用
的，主要为特殊维护目的而提供临时的数据/语声 通路连接，其速率为64kbit/s
SDH最为核心的三个特点是同步复用、强大的网络 管理能力和统一的光接口及复用标准
SDH体系
▪ SDH帧结构——块状结构 一个STM-N帧有9行（同步传输模块） 每行由270×N个字节组成 每帧共有9×270×N个字节 每字节为8bit 帧周期为125μs，即每秒传输8000帧
▪ STM-1传输速率为：9×270×8×8000=155.520Mb/s ▪ 字节发送顺序为：由上往下逐行发送，每行先左后右
▪ SDH的特点总结 1. 新型的复用映射方式：同步复用方式和灵活的映射结构 2. 接口标准统一：全世界统一的NNT，体现了横向兼容性 3. 网络管理能力强：帧结构中丰富的开销比特 4. 组网与自愈能力强：采用先进的ADM、DXC等组网 5. 兼容性好：具有完全的前向兼容性和后向兼容性 6. 先进的指针调整技术：可实现准同步环境下的良好工作 7. 独立的虚容器设计：具有很好的信息透明性 8. 系列标准规范：便于国内、国际互联互通
准同步数字系列PDH
▪ PDH存在的主要问题 1. 两大体系，三种地区性标准，是国际间的互通
存在困难。北美和日本采用以1.544Mbit/s为基 群速率的PCM24路系列，但略有不同，中国采 用以2.048Mbit/s为基群速率的PCM30/32路系列。 2. 无统一的光接口，无法实现横向兼容 3. 准同步复用方式，上下电路不便 4. 网络管理能力弱，建立集中式电信管理网困难 5. 网络结构缺乏灵活性 6. 面向语音业务
▪ 以2.048MB/s为基础速率的制式，每次群的话路 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1.544MB/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
同步数字系列SDH
▪ SDH的产生 1984年美国贝尔提出一种新的传输体制—光同步传送网
（SYNTRAM） 1985年ANSI通过此标准，形成了国家的正式标准，并更
名为同步光网络（SONET） 1986年这一体系成为美国数字体系的新标准。同时，引
起了ITU-T的关注 1988年ITU-T接受了SONET的概念，并进行了适当的修
改，重新命名为同步数字系列（SDH）使之成为不仅适 用于光纤，也适于微波和卫星传输 1989年， ITU-T在其蓝皮书上发表了G.707、 G.708和 G.709三个标准，从而揭开了现代信息传输暂新的一页
11、同步状态字节：S1（b5~b8） ▪ S1（b5~b8）表示同步状态消息，4个比特可以表示16种
不同的同步质量等级。 ▪ 其中”0000“表示同步质量不知道；”1111“表示不应用作
同步；”0010“表示G.811时钟信号；”0100“表示G.812 转接局时钟信号； ▪ ”1000“表示G.812本地局时钟信号；”1011“表示同步设 备定时源（SETS）信号；其他编码保留未用 ▪ 若在优先级表中配置了外部源，当外部源失效后，产生 EXC-SYN-LOS告警，表示外同步时钟源丢失 12、备用字节 ▪ ×表示国内使用的保留字节；△表示与传输媒质有关的特 征字节；未标记的用作将来国际标准确定
响应时间较快，一般小于50ms。 ▪ 若系统发生复用段的保护倒换，则产生保护倒换（PS）
告警
9、复用段远端缺陷指示（MS-RDI）字节：k2(b6~b8) ▪ MS-RDI用来向发送端回送指示信号，表示接收端已经检
测到上游段缺陷（即输入失效）或正在接收复用段告警指 示信号（MS-AIS） ▪ MS-RDI产生是在扰码前将k2字节的（b6~b8）插 入”110“码 10、复用段远端差错指示（MS-REI）字节：M1 ▪ 该字节用作收端向发端回传由BIP-N×24（B2）所检出的 差错块（误块）个数（0~225），用M1的（b2~b8）表示
▪ A1和A2不经扰码，全透明传送。当收信正常时， 再生器直接转发该字节；当收信故障时，再生器 产生该字节
2、再生段跟踪迹字节： J0 ▪ 该字节用于确定再生段是否正确连接。该字节被用来重复
发送“段接入点识别符”，以便使段接收机能够据此确认 其与指定的发送端是否处于持续的连接状态。若收到的值 与所期望的值不一致，则产生再生段踪迹标识失配（RSTIM）告警 3、数据通信通路（DCC）：D1~D12 ▪ DCC用来构成SMN的传送链路，在网元之间传送OAM信 息。
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=0.576Mb/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
▪ SDH克服了PDH的弱点，具有通信容量大、 传输性能好、接口标准、组网灵活方便、 管理功能强大等优点
▪ 其国际标准一出现，就受到各国的高度重 视，一些通信大公司投以巨额资金进行设 备和系统的开发，使之很快的进入实用化 阶段，现在国内外已得到广泛应用，成为 信息高速公路的重要支柱之一
速率等级
▪ D1~D3字节称为再生段DCC，用于再生段终端间传送 OAM信息，速率为192kbit/s（3×64kbit/s）
▪ D4~D12字节称为复用段DCC，用于复用段终端间传送 OAM信息，速率为576kbit/s（9×64kbit/s）
4、公务联络字节：E1和E2 ▪ 这两个字节用于提供公务联络的语声通路，速率
▪ 字节由上往下逐行发送，每行先左后右
▪ 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64kb/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STM-1而言，SOH共使用9×8（第4行除外） =72Byte，相当于576bit。由于每秒传输8000帧， 所以SOH的容量为576×8000=4.608Mb/s
信息净负荷（Payload）
▪ 信息载荷（净负荷）域是SDH帧内用于承 载各种业务信息的部分
▪ 对于STM-1而言， Payload有 9×261=2349Byte，相应于 2349×8×8000=150.33Mb/s的容量
▪ 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）
▪ 同步传输模块STM-N（Synchronous Transport Module Level N）的标准速率为： STM-1 155.520Mbit/s STM-4 622.080Mbit/s STM-16 2488.32Mbit/s STM-64 9953.28Mbit/s
SDH的特点
1、兼容 ▪ SDH采用世界上统一的标准传输速率等级：
Biblioteka Baidu
▪ SDH采用载荷指针技术，结合了上述两种 方法的优点，付出的代价是要对指针进行 处理。超大规模集成电路的发展，为实现 指针技术创造了条件
SDH的复用映射结构
▪ ITU-T规定了SDH的一般复用映射结构： 把支路信号适配装入虚容器的过程
▪ 使支路信号与传送的载荷同步 ▪ 这种结构可以把目前PDH的绝大多数标准
▪ 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
1、定帧字节：A1和A2
▪ A1和A2字节的作用是识别一帧的起始位置，以区 分各帧，即实现帧同步功能。A1和A2的十六进制 码分别为：F6和28
▪ 对于STM-N帧，定帧字节由3×N个A1字节和 3×N个A2字节组成。在接收端若连续3ms检测不 到定帧字节A1和A2，则产生帧丢失（LOF）告警
速率信号装入SDH帧 ▪ 将各种信号装入SDH帧结构净负荷区，需
要经过映射、定位校准和复用3个步骤
▪ C-n是标准容器，用来装载现有的PDH的各支路 信号：
3、强大的网管能力
▪ 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
4、同步复用
▪ 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
▪ 误码检测在接收设备进行，检测过程与BIP- 8类 似，将监测结果用M1字节中的复用段远端差错指 示（MS-REI）将误块的情况回送发送端。
▪ 若B2误码过量，检测的误块个数超过规定值时， 本端产生复用段误码率过线（MS-EXC）告警
8、自动保护倒换（APS）通路字节：k1和k2（b1~b5） ▪ 这两个字节用作MS-APS指令，实现复用段的保护倒换，