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1、110传输专业维护手册第一章 传输原理介绍第一节 SDH信号的帧结构和复用步骤1.1.1 SDH信号STM-N的帧结构STM-N信号帧结构的安排应尽可能使支路低速信号在一帧内均匀地、有规律的分布。为什么呢？因为这样便于实现支路的同步复用、交叉连接（DXC）、分/插和交换，说到底就为了方便的从高速信号中直接上/下低速支路信号。鉴于此，ITU-T规定了STM-N的帧是以字节（8bit）为单位的矩形块状帧结构，如图1-1所示。图1-1 STM-N 帧结构图从上图看出STM-N的信号是9行270N列的帧结构。此处的N与STM-N的N相一致，取值范围：1，4，16，64。表示此信号由N个STM-1 信号
2、通过字节间插复用而成。由此可知，STM-1信号的帧结构是9行270列的块状帧，由上图看出，当N个STM-1信号通过字节间插复用成STM-N信号时，仅仅是将STM-1信号的列按字节间插复用，行数恒定为9行。我们知道，信号在线路上传输时是一个bit一个bit地进行传输的，那么这个块状帧是怎样在线路上进行传输的呢？总不会是将整个块都送上线路同时传输吧。当然不是这样传输，STM-N信号的传输也遵循按比特的传输方式，那么先传哪些比特后传哪些比特呢？SDH信号帧传输的原则是：帧结构中的字节（8bit）从左到右，从上到下一个字节一个字节（一个比特一个比特）的传输，传完一行再传下一行，传完一帧再传下一帧。ST
3、M-N信号的帧频（也就是每秒传送的帧数）是多少呢？ITU-T规定对于任何级别的STM等级，帧频是8000帧/秒，也就是帧长或帧周期为恒定的125s。由于帧周期的恒定使STM-N信号的速率有其规律性。例如STM-4的传输数速恒定的等于STM-1信号传输数速的4倍，STM-16恒定等于STM-4的4倍，等于STM-1的16倍。SDH信号的这种规律性使高速SDH信号直接分/插出低速SDH信号成为可能，特别适用于大容量的传输情况。从图中看出，STM-N的帧结构由3部分组成：段开销，包括再生段开销（RSOH）和复用段开销（MSOH）；管理单元指针（AU-PTR）；信息净负荷（payload）。下面我们讲
4、述这三大部分的功能。1）信息净负荷（payload）是在STM-N帧结构中存放将由STM-N传送的各种信息码块的地方。信息净负荷区相当于STM-N这辆运货车的车箱，车箱内装载的货物就是经过打包的低速信号待运输的货物。为了实时监测货物（打包的低速信号）在传输过程中是否有损坏，在将低速信号打包的过程中加入了监控开销字节通道开销（POH）字节。POH作为净负荷的一部分与信息码块一起装载在STM-N这辆货车上在SDH网中传送，它负责对打包的货物（低速信号）进行通道性能监视、管理和控制（有点儿类似于传感器）。2）段开销（SOH）是为了保证信息净负荷正常灵活传送所必须附加的供网络运行、管理和维护（OAM）
5、使用的字节。例如段开销可进行对STM-N这辆运货车中的所有货物在运输中是否有损坏进行监控，而POH的作用是当车上有货物损坏时，通过它来判定具体是哪一件货物出现损坏。也就是说SOH完成对货物整体的监控，POH是完成对某一件特定的货物进行监控，当然，SOH和POH还有一些管理功能。段开销又分为再生段开销（RSOH）和复用段开销（MSOH），分别对相应的段层进行监控。我们讲过段其实也相当于一条大的传输通道，RSOH和MSOH的作用也就是对这一条大的传输通道进行监控。那么，RSOH和MSOH的区别是什么呢？简单的讲二者的区别在于监管的范围不同。举个简单的例子，若光纤上传输的是2.5G信号，那么，RSO
6、H监控的是STM-16整体的传输性能，而MSOH则是监控STM-16信号中每一个STM-1的性能情况。RSOH、MSOH、POH提供了对SDH信号的层层细化的监控功能。例如2.5G系统，RSOH监控的是整个STM-16的信号传输状态；MSOH监控的是STM-16中每一个STM-1信号的传输状态；POH则是监控每一个STM-1中每一个打包了的低速支路信号（例如2Mbit/s）的传输状态。这样通过开销的层层监管功能，使你可以方便地从宏观（整体）和微观（个体）的角度来监控信号的传输状态，便于分析、定位。再生段开销在STM-N帧中的位置是第一到第三行的第一到第9N列，共39N个字节；复用段开销在STM
7、-N帧中的位置是第5到第9行的第一到第9N列，共59N个字节。与PDH信号的帧结构相比较，段开销丰富是SDH信号帧结构的一个重要的特点。3）管理单元指针（AU-PTR）管理单元指针位于STM-N帧中第4行的9N列，共9N个字节，AU-PTR起什么作用呢？我们讲过SDH能够从高速信号中直接分/插出低速支路信号（例如2Mbit/s），为什么会这样呢？这是因为低速支路信号在高速SDH信号帧中的位置有预见性，也就是有规律性。预见性的实现就在于SDH帧结构中指针开销字节功能。AU-PTR是用来指示信息净负荷的第一个字节在STM-N帧内的准确位置的指示符，以便收端能根据这个位置指示符的值（指针值）正确分离
8、信息净负荷。这句话怎样理解呢？若仓库中以堆为单位存放了很多货物，每堆货物中的各件货物（低速支路信号）的摆放是有规律性的（字节间插复用），那么若要定位仓库中某件货物的位置就只要知道这堆货物的具体位置就可以了，也就是说只要知道这堆货物的第一件货物放在哪儿，然后通过本堆货物摆放位置的规律性，就可以直接定位出本堆货物中任一件货物的准确位置，这样就可以直接从仓库中搬运（直接分/插）某一件特定货物（低速支路信号）。AU-PTR的作用就是指示这堆货物中第一件货物的位置。其实指针有高、低阶之分，高阶指针是AU-PTR，低阶指针是TU-PTR（支路单元指针），TU-PTR的作用类似于AU-PTR，只不过所指示的
9、货物堆更小一些而已。1.1.2 SDH的复用结构和步骤SDH的复用包括两种情况：一种是低阶的SDH信号复用成高阶SDH信号；另一种是低速支路信号（例如2Mbit/s、34Mbit/s、140Mbit/s）复用成SDH信号STM-N。第一种情况复用的方法主要通过字节间插复用方式来完成的，复用的个数是4合一，即4STM-1STM-4，4STM-4STM-16。在复用过程中保持帧频不变（8000帧/秒），这就意味着高一级的STM-N信号是低一级的STM-N信号速率的4倍。在进行字节间插复用过程中，各帧的信息净负荷和指针字节按原值进行间插复用，而段开销则会有些取舍。在复用成的STM-N帧中，SOH并不
10、是所有低阶SDH帧中的段开销间插复用而成，而是舍弃了一些低阶帧中的段开销。第二种情况用得最多的就是将PDH信号复用进STM-N信号中去。传统的将低速信号复用成高速信号的方法有两种：_ 比特塞入法（又叫做码速调整法）这种方法利用固定位置的比特塞入指示来显示塞入的比特是否载有信号数据，允许被复用的净负荷有较大的频率差异（异步复用），因为存在一个比特塞入和去塞入的过程（码速调整），而不能将支路信号直接接入高速复用信号或从高速信号中分出低速支路信号，也就是说不能直接从高速信号中上/下低速支路信号，要一级一级的进行，这也就是PDH的复用方式。_ 固定位置映射法这种方法利用低速信号在高速信号中的特殊位置来
11、携带低速同步信号，要求低速信号与高速信号同步，也就是说帧频相一致，可方便的从高速信号中直接上/下低速支路信号，但当高速信号和低速信号间出现频差和相差（不同步）时，要用125s（8000帧/秒）缓存器来进行频率校正和相位对准，导致信号较大延时和滑动损伤。从上面看出这两种复用方式都有一些缺陷，比特塞入法无法从高速信号中上/下低速支路信号；固定位置映射法引入的信号时延过大。SDH网的兼容性要求SDH的复用方式既能满足异步复用（例如：将PDH信号复用进STM-N），又能满足同步复用（例如STM-1STM-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，这就要
12、求SDH需采用自己独特的一套复用步骤和复用结构。在这种复用结构中，通过指针调整定位技术来取代125s缓存器用以校正支路信号频差和实现相位对准，各种业务信号复用进STM-N帧的过程都要经历映射（相当于信号打包）、定位（相当于指针调整）、复用（相当于字节间插复用）三个步骤。ITU-T规定了一整套完整的复用结构（也就是复用路线），通过这些路线可将PDH的3个系列的数字信号以多种方法复用成STM-N信号。ITU-T规定的复用路线如图2-2。图1-2 G.709复用映射结构从图1-2中可以看到此复用结构包括了一些基本的复用单元：C容器、VC虚容器、TU支路单元、TUG支路单元组、AU管理单元、AUG管理
13、单元组，这些复用单元的下标表示与此复用单元相应的信号级别。在图中从一个有效负荷到STM-N的复用路线不是唯一的，有多条路线（也就是说有多种复用方法）。例如：2Mbit/s的信号有两条复用路线，也就是说可用两种方法复用成STM-N信号。不知你注意到没有，8Mbit/s的PDH信号是无法复用成STM-N信号的。尽管一种信号复用成SDH的STM-N信号的路线有多种，但是对于一个国家或地区则必须使复用路线唯一化。我国的光同步传输网技术体制规定了以2Mbit/s信号为基础的PDH系列作为SDH的有效负荷，并选用AU-4的复用路线，其结构见图1-3所示。图1-3 我国的SDH基本复用映射结构下面我们分别讲
14、述2Mbit/s、140Mbit/s的PDH信号是如何复用进STM-N信号中的。1.1.2.1 140Mbit/s复用进STM-N信号1）首先将140Mbit/s的PDH信号经过码速调整（比特塞入法）适配进C4，C4是用来装载140Mbit/s的PDH信号的标准信息结构。参与SDH复用的各种速率的业务信号都应首先通过码速调整适配技术装进一个与信号速率级别相对应的标准容器：2Mbit/sC12、34Mbit/sC3、140Mbit/sC4。容器的主要作用就是进行速率调整。140Mbit/s的信号装入C4也就相当于将其打了个包封，使140Mbit/s信号的速率调整为标准的C4速率。C4的帧结构是以
15、字节为单位的块状帧，帧频是8000帧/秒，也就是说经过速率适配，140Mbit/s的信号在适配成C4信号时已经与SDH传输网同步了。这个过程也就相当于C4装入异步140Mbit/s的信号。C4的帧结构如图2-4所示。图1-4 C4 的帧结构图C4信号的帧有260列9行（PDH信号在复用进STM-N中时，其块状帧一直保持是9行），那么E4信号适配速率后的信号速率（也就是C4信号的速率）为：8000帧/秒9行260列8bit=149.760Mbit/s。所谓对异步信号进行速率适配，其实际含义就是指当异步信号的速率在一定范围内变动时，通过码速调整可将其速率转换为标准速率。在这里，E4信号的速率范围是
16、:139.264Mbit/s15ppm（G.703规范标准）(139.261139.266)Mbit/s，那么通过速率适配可将这个速率范围的E4信号，调整成标准的C4速率149.760Mbit/s，也就是说能够装入C4容器。怎样进行E4信号的速率调整呢？可将C4的基帧（9行260列）划分为9个子帧，每个子帧占一行。每个子帧又可以13个字节为一个单位，分成20个单位（20个13字节块）。每个子帧的20个13字节块的第1个字节依次为：W、X、Y、Y、Y、X、Y、Y、Y、X、Y、Y、Y、X、Y、Y、Y、X、Y、Z，共20个字节，每个13字节块的第2到第13字节放的是140Mbit/s的信息比特。见图2-5：图2-5 C-4的子帧结构E4信号的速率适配就是通过9个子帧的共180个13字节块
