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1、第 5 章 数字光纤通信系统 5.1 两种传输体制 5.2 系统的性能指标 5.3 系统的设计,返回主目录,第5章 数字光纤通信系统,5.1两种传输体制 光纤大容量数字传输系统的两种传输体制： （1）准同步数字系列(PDH) （2）同步数字系列(SDH)。 1976年PDH实现了标准化。 1984年美国提出了同步光纤网(SONET)。 1988年，ITUT(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是一种比较完善的传输体制，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：
2、 （1）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； （2）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。 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。 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主要适用于中、低速率点对点的传输。随着技术的进步和社会对信息的需求，数字系统传输容量不断提高， 网络管理和控制的要求
3、日益重要，宽带综合业务数字网和计算机网络迅速发展，现有PDH的许多缺点也逐渐暴露出来，主要有：,(2) 没有足够的开销比特，使网络设计缺乏灵活性。,(3) 上下话路不方便。,(1) 没有世界统一的标准光接口。,5.1.2同步数字系列SDH 1. SDH传输网 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。,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。ADM是一种特殊的复用器，可以它转发、分接、复接信号所承载的信息。DXC类似于交换机，它一般有多个输入和多个输出，通过适当
4、配置可提供不同的端到端连接。,图5.2SDH传输网络单元 (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,图 5.3传输通道的结构 (a) 传输通道连接模型； (b) 分层结构,与PDH相比， SDH具有下列特点： (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STM-1，传输速率为155.520Mb/s； 4个STM1 同步复接组成STM-4，传输速率为4155.52 Mb/s=622.080 Mb/s。 (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
5、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， (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。 (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。,(5) 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。,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 给出SDH帧一个STMN帧有9行，每行由270N个字节组
6、成。这样每帧共有9270N个字节，每字节为8 bit。帧周期为125s，即每秒传输8000帧。对于STM1 而言，传输速率为927088000=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。,图 5.5 SDH帧的一般结构,SDH帧大体可分为三个部分： (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STM-1 而言，SOH共使用98(第4行除外)=72 Byte相应于576bit。由于每秒传输8000
7、帧，所以SOH的容量为5768000=4.608 Mb/s。 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59行。,(2) 信息载荷(Payload)。信息载荷域是SDH帧内用于承载各种业务信息的部分。对于STM1而言，Payload有9261=2349 Byte, 相应于234988000=150.336 Mb/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)。 (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
8、内的准确位置(相对于指针位置的偏移量)。对于STM-1而言，AU-PTR有9个字节(第4行)， 相应于988000=0.576 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. 复用原理 将低速支路信号复接为高速信号的方法有两种： （1）正码速调整法 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。 （2）固定位置映射法 是让低速支路信号在高速信号帧中占用固定的位置。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
9、高速信号的相对相位不可能对准，并会随时间而变化。 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。,图 5.6 载荷包络与SDH帧的一般关系,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。 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#,
10、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。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。,图 5.7 SDH的一般复用映射结构,VC,-,3,TUG,-,3,1,7,7,3,C,-,4,139264 kb/s,44736 kb/s,34368 kb/s,6312 kb/s,2048 kb/s,1544
11、 kb/s,AU,-,3,N,1,3,指针处理,复用,定位校准,映射,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)。AU由高阶VC(如VC-4)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AU-3或AU-4。3个AU-3或1个AU-4组成管理单元组(AUG)，加上段开销SOH，便组成STM-1 同步传输信号；N个STM-1 信号按字节同步复接， 便组成STM-N。,最简单的例子
12、是，由PDH的4次群信号到SDH的STM-1 的复接过程。把139.264 Mb/s的信号装入容器C-4，经速率适配处理后，输出信号速率为149.760 Mb/s; 在虚容器VC-4 内加上通道开销POH(每帧9 Byte, 相应于0.576 Mb/s)后，输出信号速率为150.336 Mb/s；在管理单元AU-4 内，加上管理单元指针AU -PTR(每帧9 Byte, 相应于0.576 Mb/s)，输出信号速率为150.912 Mb/s; 由 1个AUG加上段开销SOH(每帧72 Byte, 相应于4.608 Mb/s), 输出信号速率为155.520 Mb/s, 即为STM-1。,4. 数
13、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。参与交叉连接的基本电路速率可以等于或低于端口速率，它取决于信道容量分配的基本单位。一般每个输入信号被分接为m个并行支路信号，然后通过时分(或空分)交换网络，按照预先存放的交叉连接图或动态计算的交叉连接图对这些电路进行重新编排，最后将重新编排后的信号复接成高速信号输出。,DXC的标示： 通常用DXCX/Y来表示一个DXC的配置类型，其中第一个数字X表示输入端口速率的最高等级，第二个数字Y表示参与交叉连接的最低速率等级。数字
14、0表示64 kb/s电路速率；数字1、2、3、4 分别表示PDH的1至 4 次群的速率， 其中 4 也代表SDH 的STM1 等级； 数字 5 和 6 分别代表SDH的STM4 和STM等级。 例如，DXC 1/0 表示输入端口的最高速率为一次群信号的速率(E1: 2.048 Mb/s), 而交叉连接的基本速率为64 kb/s; DXC 4/1 表示输入端口的最高速率为155.52 Mb/s(对于SDH)或140 Mb/s(对于PDH)，而交叉连接的基本速率为2.048 Mb/s。目前应用最广泛的是DXC 1/0、DXC 4/1和DXC 4/4。,交叉连接设备与交换机的区别有： (1) DXC
15、 的输入输出不是单个用户话路， 而是由许多话路组成的群路； (2) 两者都能提供动态的通道连接，但连接变动的时间尺度是不同的。前者按大量用户的集合业务量的变化及网络的故障状况来改变连接，由网管系统配置；后者按照用户的呼叫请求来建立或改变连接，由信令系统实现呼叫连接控制。 DXC在干线传输网中的主要用途是实现自动化的网络配置管理。,5. SDH的应用 SDH可用于点对点传输(图5.8)、 链形网(图5.9)和环形网(图5.10)。 SDH环形网的一个突出优点是具有“自愈”能力。,图 5.8 SDH用于点对点传输,图 5.9 SDH链形网,图 5.10 SDH环形网(双环),5.2 系统的性能指标
16、,5.2.1参考模型 为进行系统性能研究，ITUT(原CCITT)建议中提出了一个数字传输参考模型，称为假设参考连接(HRX)。假设在两个用户之间的通信可能要经过全部线路和各种串联设备组成的数字网，而且任何参数的总性能逐级分配后应符合用户的要求。,图 5.11 标准数字假设参考连接HRX,假设参考数字连接（HRX）由各级交换中心和许多假设参考数字链路(HRDL)组成。 假设参考数字链路（HRDL）由许多假设参考数字段(HRDS)组成。 标准数字HRX的总性能指标按比例分配给HRDL，HRDL的性能指标再进一步分配给假设参考数字段HRDS，并再度分配给线路和设备。这样在系统设计时进行性能预算就变得大大简化。,图 5.12
