光纤通信技术第5章光纤传输系统

（3）缺乏有效的网管功能 PDH帧结构中安排网络管理的开销字节很少， 不能提供对于网络运行、维护和管理进行有效管 理能力。网络的运行、维护和管理主要靠人工的 数字交叉连接和停止业务检测，完全不能适应电 信网不断地变化的发展要求。
2. SDH产生 在1985年，美国贝尔通信研究所针对PDH 体系所 存在上述缺陷而提出了同步光网络（Synchronous Optical Network，SONET）的概念及相应的帧结构、 复用方法等美国数字体系标准。 3. 基本概念 SDH拥有一整套标准化的信息结构等级。这些信息 结构等级分别称为同步传送模块（Synchronous Transfer Module，STM）STM -1、STM-4、 STM16、 STM-64和 STM-256。同步传送模块采用一种 矩形块状帧结构具有丰富的开销比特，便于安排用于 网络运行维护管理信息。
5.2.3
复用与映射
1. 复用结构 实现高速数字传输可以采用时分复用技术，即在时域 上将多路低速信号复用成高速信号，然后再送入高速 信道进行传输。低速信号复用成高速信号的传统方法 是比特塞入法和固定位置映射法。 比特塞入法利用固定位置的比特插入，使得各支路 信号的瞬时数码率达到一致，同时利用固定位置上的 码速调整控制比特来显示插入的比特是否载有信号数 据。 而SDH 的复用方式要求既能满足异步复用（例如， 将PDH 信号复用进STM-N ），又能满足同步复用 （例如，STM-1 、STM-4……）， 而且能方便地由高 速STM-N 信号分/插出低速信号，同时不造成较大的 信号时延和滑动损伤。显然，传统的比特塞入复用法 和固定位置映射复用法不能满足SDH的复用要求。
5.1.2 数字光纤通信系统
（1）多路复用 多路低速率业务信号被复用成高速率业务信号，以达 到经济有效地传输目的。 （2）插入管理开销 为了便于通信系统的运行、维护和管理，在传输的帧 结构中加入了一些管理开销，以提高系统的安全可靠性 （3）调制 对光源进行数字调制，完成电数字信号到光数字信号 的转换。 （4）信号处理 光数字信号经过光纤传输，由光纤和光源的作用，使 得传输的光信号产生衰减（功率变弱）和色散（波形展 宽）等负作用。为了确保能够实现高速率、远距离和大 容量传输，必须在通信系统中采用一些光放大器、色散 补偿模块等措施对光信号进行必要的处理。
附上了指针的虚容器就构成支路单元（TU, Tributary Unit） 或管理单元（AU, Administrative Unit），附上指针的过 程称为定位；然后把多个相同的支路单元（组）逐步集装 成高阶虚容器，或把多个相同的管理单元集装成管理单元 组，直至把多个管理单元组集装起来填满大集装箱 （STM-N帧的净荷和管理单元指针），然后为集装箱贴 上说明集装箱情况的标签（SOH），这时就完成了汽车 （STM-N）的装货过程，汽车可以开上“光纤线路”了， 这其中的集装过程就称为复用。
B. 再生段踪迹字节：J0 在SDH网络中，为了检验再生段、信号源端和信号宿 端应该按照要求进行连接，引入的再生段踪迹字节J0被用 作重复发送段接入点识别符，以便使段接收端能据此确认 其与指定的发送端处于持续连接状态。 C. 数据通信通路（DCC）：D1～D12 SDH网络管理的诸多功能，如用于运行、管理和维护 （OAM） 功能的相关数据是放在STM-N 帧中的D1-D12 字节处，由STM-N 信号在SDH网络上传输的，即D1～ D12提供所有SDH网元都可接入的通用数字通信通路。 DCC被嵌入段开销中，使所有网元都具备便于实现统一 的网络管理功能。
3. 段开销 （1）功能 为了实现SDH传送网的运行、维护和管理功能，SDH 帧结构中安排了两种开销：段开销和通道开销。段开销中 包括再生段开销和复用段开销。通道开销中则包含有低阶 通道开销和高阶通道开销。各种开销对应的管理对象，如 图5-7所示。再生器之间或数字复用设备（或数字交叉连 接设备等）之间的物理实体称为再生段，两个复用设备之 间的物理实体称为复用段。 （2）位置 各种开销的起始、终结位置都不相同，不同再生段的开 销互不相关，不同复用段的开销也不相关。采用这种管理 具有许多优点，从而为实现现代通信网络各类奠定了基础。 图5-7绘制出了在STM-1 帧中所安排的段开销（SOH)[再 生段开销（RSOH)和复用段（MSOH)]字节的具体位置
5.2.1 基本概念和特点
1. PDH 在数字光纤通信系统中，传送的信号都是数字化的脉冲 序列。为了保证信息的传送准确无误，人们提出了“同步” 的概念。所谓同步就是指，数字信号流在数字交换设备之 间传输时，其速率应该保持完全一致。按照数字信号流是 否同步，数字传输系统（体系）可以分为准同步数字体系 （PDH）和同步数字体系（SDH)。 （1）没有统一的接口标准 PDH体系没有世界统一的电接口和光接口标准。国际 上存在欧洲系列、日本系列和北美系列三大地区系列标准。 中国采用的是欧洲系列。 （2）复用结构复杂 PDH采用异步复用方式，各速率等级帧长不同，当低 速信号复用到高速信号时，使得其在高速信号的帧结构中 的位置没有规律和固定性。PDH低速信号分/插到到高速 信号要通过逐级复用和解复用过程。
5.2.2
SDH速率与帧结构
1. SDH的速率 SDH 体制有一套标准的信息结构等级，即同步传送模 块（Synchronous Transfer Mode, STM）。每种模块 都确定了标准的速率等级。SDH 体制最基本的模块信号 是STM-1 ，相应的速率是155.52Mbit/s，更高等级的 STM-N信号是将基本模块信号STM-1经过同步复用，经 过字节间插后所得出的结果，其中N 是4的整数次幂。目 前商用的N值为1、4 、16 、64和256。 2 . SDH的帧结构 SDH传送网的一个关键功能是要对支路信号进行同步 和数字复用和交叉连接。SDH帧结构必须适应这些功能 要求，同时也希望支路信号在一帧内呈现均匀和规律分 布，以便于接入和取出。因此，ITU-T采用了一种以字节 为基础的矩形块状帧结构。
2．管理单元指针 管理单元指针（Administrative Unit Pointer，AUPTR）是一种指示符，主要用来指示信息净负荷的第一个 字节在STM-N内的准确位置，以便在接收端正确分离信 息净负荷。AU-PTR位于STM-N 帧中第1至第9×N列中的 第4 行，共9× N 个字节。 指针是SDH实现同步复用的重要手段。由于低速支路 信号在高速SDH 信号帧中的排列具有规律性，因此只要 根据指针找到信息净负荷的第一个字节的位置，就可以根 据支路信号摆放位置的规律性直接分插出所需支路信号。 采用指针是SDH的重要创新。引入指针可使SDH在准同 步环境中完成复用同步和STM-N信号的帧定位。
2.复用原理 我们可以利用汽车运输货物过程来简单和形象的描述 SDH映射、定位和复用的基本工作原理为：如果将要传送 的信号比喻为货物，STM-N是运货的汽车，汽车承载了一 个大集装箱，各种货物都堆积在这个集装箱内，为了在货 物达到的各个站点能方便地找到并取出所需的货物，在货 物装入集装箱之前，预先应该做一些准备工作：首先根据 货物的大小选用一个合适的标准容器（C-n , Container）， 将货物装入容器打包后再贴上说明货物情况的标签 （POH），这时就构成了虚容器 （VC-n,Virtual Container），这个过程称为映射；为了指示各级虚容器在 更大的虚容器中的位置，需要为虚容器附上指针（PTR, Pointer）
4. 特点 作为一种传送网体制，SDH具有的主要特点可以概括 如下： （1）统一的接口。使北美、日本和欧洲三个地区性的标准 在STM-1至STM-256各个等级上获得统一。数字信号在跨 越国界通信时不再需要转换成另一种标准，因而第一次真 正实现了数字传输体制上的世界性标准。 （2）同步复用。采用同步复用方式和灵活的复用映射结 构。各种不同等级的码流在帧结构净荷内的排列是有规律 的，而且净荷与网络同步，因而只需利用软件即可使高速 信号一次直接分插出低速支路信号，不仅简化了信号的复 接和分接，而且也可在线实现数字交叉连接。例如，图54所示的是采用SDH分插复用器可以在155Mbit/s 码流中， 利用软件直接一次分出2Mbit/s的支路信号。
第5章
光纤传输系统
学习目标知识要点
业务层 电 话 数 据 图 像 多 媒 体
复用技术演进
来自百度文库
电路层
SDH传输系统: 统一光接口;复用与映射; 强大的网管;网络的自愈
电时分复用
DWDM传输系统: 挖掘光纤带宽资源 ;提高容量,降低成本; 对速率和业务透明; 灵活组网和恢复保护
波分复用
光传输层
OTDM传输系统: 以光域的OTDM+WDM 组合 实现超高速率超大容量传输 光时分复用
3．信息净荷 信息净荷（Payload）是STM-N帧结构中存放各种通信 信息码块的地方。这些信息码块（低速信号）在传送之前 先被SDH打包并装入一系列大小不同的标准容器，再按一 定顺序装入STM-N 帧内。横向从10×N列到第270×N列， 纵向第1行至第9行的2349×N个字节都属于信息净负荷区 域。
（3）段开销功能 ①设计思想 为了能够在SDH传送网上实现先进的网络管理，人们通过 在帧结构中安排一些的字节的方法来解决SDH网络的管理问 题。这些开销可以解决的网络管理问题如下：1.同步问题： 包括帧定位和同步状态；2.通信问题：涉及音频和数据通信； 3.监控问题：误码特性等国际与地区分区问题等。 ②字节功能 为了掌握帧结构、开销字节与网络管理之间所存在的紧密 关系，下面简要介绍各个主要开销字节的定义、功能和应用。 A. 定帧字节：A1和A2 在SDH的帧结构中，信号的以一帧一帧的形式，按照从左 到右，从上到下方式的规律传送的。定帧字节A1和A2的作 用是识别一帧的起始位置，以区分各帧，即实现帧同步。
D. 公务联络字节：E1和E2 E1和E2字节各自提供一个64kbit/s 的公务联络语声通 路，供维护人员通过电话进行公务联络。E1属于RSOH， 用于再生段、再生器之间的公务联络，可以在再生器和复 用终端接入；E2属于MSOH，用于复用段终端之间的直 达公务联络，可以在复用段终端接入。 E. 自动保护倒换通路字节：K1和K2 K1和K2字节用于在复用段保护方式下传送自动保护倒 换（Automatic Protection Switching，APS） 协议， 使设备在故障时能自动切换，使网络业务快速恢复。
（5）信号还原 光信号经光纤传输到达光接收端时，首先由光电检测器 完成光信号至电信号的转换，接着实现电信号的放大和均 衡，然后提取时钟信号，在时钟信号的作用下，判决再生 出数字信号。 （6）取出开销或线路解码 解扰并取出开销处理或者进行线路解码，同时处理运行、 管理和维护开销。 （7）解复用 通过解复用处理，使所传输的信号复原为各路的数字业 务信号。
（3）强大的网管能力。SDH在帧结构中安排了丰富的 开销比特，约占了整个信号的5%，大大增强了网络的自 动化监控和维护功能。 （4）高可靠性。设备具备智能化，利用软件即可灵活 实现多方向的交叉连接及性能监测功能，从而使网络具 备自动恢复或自愈功能，大大提高了网络的可靠性和生 存性。 （5）兼容性。SDH网既能与现有PDH的各种速率兼容， 使SDH可以支持已经建起来的PDH网络，同时SDH网还 能容纳ATM的信号、 光纤分布式数据接口 信号等其他体 制的信号。
5.1.1 通信系统
通信的目的是传递消息。通信系统则是实现消息传递 所需要的一切技术与信道的总和。最简单的通信系统是由 信源（发送端）、信道（传输介质）和信宿（接收端）共 同组成。人们通过使用通信系统来完成语音、文字、图形、 图像和多媒体等消息的传递。 在光纤通信中，按照对光源的调制的信号是模拟信号 还是数字信号，可以将光纤通信系统划分为模拟光纤通信 系统和数字光纤通信系统。有线电视网络、光纤测量和光 纤传感器领域采用的是模拟光纤通信系统。现在语音、数 据、图像、多媒体等通信业务普遍采用光纤数字通信系统， 究其原因是，数字通信具有抗干扰、可编解码、同步复用 解复用、便于加密、器件集成和设备微型化简单的优点