数字通信原理第5章

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1、第五章 准同步数字体系（PDH） 和同步数字体系（SDH） 第一节第一节 数字复接的基本概念数字复接的基本概念 第二节第二节 同步复接与异步复接同步复接与异步复接 第三节第三节 PCMPCM零次群和零次群和PCMPCM高次高次 群群 第四节第四节 SDHSDH的基本概念的基本概念 第五节第五节 SDHSDH的速率与帧结构的速率与帧结构 第六节第六节 同步复用与映射方法同步复用与映射方法 第一节 数字复接的基本概念 一、 准同步数字 体系（PDH） 国际上主要有两大系列的准同 步数字体系，都经ITU-T推荐，即 PCM24路系列和PCM3032路系列 。 这样的复接系列具有如下优点： （1）易于

2、构成通信网，便于分支与 插入，并具有较高的传输效率。复用倍 数适中，多在35倍之间。 (2)可视电话、电视信号以及频分制 群信号能与某个高次群相适应。 （3）与传输媒介，如对称电缆、同 轴电缆、微波、波导、光纤等传输容量 相匹配。 图5.1 PCM复接体制 二、 PCM复用和数字 复接 扩大数字通信容量，形成二次群以上 的高次群的方法通常有两种：PCM复用和 数字复接。 1. PCM复用 所谓PCM复用就是直接将多路信号编 码复用。 2. 数字复接 数字复接是将几个低次群在时间的空 隙上迭加合成高次群。 图5.2 数字复接的原理示意图 三、 数字复接的实 现 数字复接的实现主要有两种方法： 按

3、位复接和按字复接。 1. 按位复接 按位复接是每次复接各低次群（也 称为支路）的一位码形成高次群。 2. 按字复接 按字复接是每次复接各低次群（支 路）的 一个码字形成高次群。 图5.3 按位复接与按字复接示意图 四、 数字复接的同 步 数字复接要解决两个问题：同步 和复接。 数字复接的同步指的是被复接的 几个低次群的数码率相同。 为此，在各低次群复接之前，必 须使各低次群数码率互相同步，同时 使其数码率符合高次群帧结构的要求 。数字复接的同步是系统与系统间的 同步，因而也称之为系统同步。 图5.4数码率不同的低次群复接 五、 数字复接的方法及系 统构成 1. 数字复接的方法 数字复接的方法实

4、际也就是数字复接 同步的方法，有同步复接和异步复接两种 。 同步复接是用一个高稳定的主时钟来 控制被复接的几个低次群，使这几个低次 群的数码率（简称码速）统一在主时钟的 频率上（这样就使几个低次群系统达到同 步的目的），可直接复接（复接前不必进 行码速调整，但要进行码速变换，详见第 二节）。 2. 数字复接系统 的构成 数字复接器的功能是把4个支 路（低次群）合成一个高次群。 数字分接器的功能是把高次群 分解成原来的低次群，它是由定时 、同步、分接和恢复等单元组成。 图5.5 数字复接系统方框图 第二节 同步复接与异步复接 一、 同步复接 1. 码速变换与恢复 码速变换及恢复过程如图5.6所示

5、。 图5.6 码速变换及恢复过程 2. 同步复接系统的构成 二次群同步复接器和分接器的方框图 如图5.7所示。 在复接端，支路时钟和复接时钟来自 同一个总时钟源，各支路码速率为 2048kbits，且是严格相等的，经过缓冲 存储器进行码速变换，以便复接时本支路 码字与其他支路码字错开以及为插入附加 码留下空位，复接合成电路把变换后的各 支路码流合并在一起，并在所留空位插入 包括帧同步码在内的附加码。 图5.7二次群同步复接、分接方框图 3. 同步复接二次群帧结 构 图5.8 二次群同步复接的帧结构 二、 异步复接 1. 码速调整与恢复 码速调整是利用插入一些码元将各 一次群的速率由2048kb

6、its左右统一调 整成2112kbits。接收端进行码速恢复 ，通过去掉插入的码元，将各一次群的 速率由2112kbits还原成2048kbits左 右。 码速调整技术可分为正码速调整、 正负码速调整和正/零/负码速调整三种 。 图5.9 正码速调整电路和码速恢复电路 图5.10 脉冲插入方式码速调整示意图 2. 异步复接二次群帧 结构 ITU-T G.742推荐的正码速调整异 步复接二次群帧结构如图5.11(b)所示。 异步复接二次群的帧周期为100 38s, 帧长为848bit。其中有4205 820bit（最少）为信息码（这里的信息码 指的是四个一次群码速变换之前的码元 ，即不包括插入的

7、码元），有28bit的插 入码（最多）。 图5.11 异步复接二次群帧结构 3. 异步复接系统 的构成 实现正码速调整异步复接和分 接系统的方框图如图5.12所示。 图5.12二次群异步复接和分接系统的方框图 4. 复接抖动的产生 与抑制 在采用正码速调整的异步复接系 统中，即使信道的信号没有抖动，复 接器本身也产生一种抖动，即“插入抖 动”的相位抖动。 图5.13 扣除插入脉冲后的信号序列 图5.14 锁相环方框图 （1） 由于扣除帧同步码而产 生的抖动，有三位码被扣除，每 帧抖动一次，由于帧周期约为 100s，故其抖动频率为10kHz。 （2） 由于扣除插入标志码而 产生的抖动。每帧有3个

8、插入标志 码，再考虑到扣除帧码的影响， 相当于每帧有四次扣除抖动，故 其抖动频率为40kHz。 （3） 扣除码速调整插入脉 冲所产生的抖动，即指扣除第161 位V脉冲所产生的抖动。 由于锁相环具有对相位噪声 的低通特性，经过锁相环后的剩 余抖动仅为低频抖动成分。 第三节PCM零次群和PCM高次群 一、 PCM零 次群 PCM通信最基本的传送 单位是64kbits，即一路话音 的编码，因此它是零次的。 二、 PCM子群 速率介于64kbits和2048kbits 之间的信号称为子群。子群速率主要 考虑到下列因素。 （1） 与某些传输介质相匹配。 （2） 与某些业务种类相匹配。 （3） 复接速率与

9、其它等级相配 合并有一定的规则性。 PCM子群还可用于用户环路和小 容量的特殊通信需要。 三、 PCM高次 群 比二次群更高的等级有PCM 三次群、四次群、五次群等，下面 分别加以介绍。 1. PCM三次群 ITU-T G.751推荐的PCM三次 群有480个话路，速率为34 368Mbits。三次群的异步复接过 程与二次群相似。 图5.16异步复接三次群帧结构 图5.17PCM三次群异步复接方框图 2. PCM四 次群 ITU-T G.751推荐的 PCM四次群有1920个话路 ，速率为139.264Mbit/s。 图5.18 异步复接四次群帧结构 3. PCM五次群 ITU-T G.922

10、推荐的PCM五次群有 7680个话路，速率为564992Mbits。 异步复接五次群帧长度为2688bit，帧 周期为2688bit/564.922Mbit/s4.76s，每 帧的前12bit传五次群的帧同步码 (111110100000)，第2305bit作为向对端设 备发出的告警指示码，第23062308bit作 为国内使用备用比特，另外，有4bit码速调 整用插入码（V1V4），还有5420bit 插入标志码。 图5.19 异步复接五次群帧结构 4. 高次群的接口码 型 其中一次群、二次群、三次群的 接口码型是HDB3码，四次群的接口 码型是CMI码。 5. PDH的网络结构 四次群的传

11、输通常利用光纤、微 波等信道进行频带传输，四次群信号 需要通过光端机或微波设备（图中未 画出）进行处理变换、调制等。 图5.20 PDH的网络结构（一种应用） 第四节 SDH的基本概念 一、 PDH的弱点 现在的准同步数字体系（PDH）传 输体制已不能适应现代通信网的发展要 求，其弱点主要表现在如下几个方面。 (1） 只有地区性数字信号速率和帧 结构标准而不存在世界性标准。 (2)没有世界性的标准光接口 规范，导致各个厂家自行开发的 专用光接口大量出现。 (3) 准同步系统的复用结构， 除了几个低等级信号（如2048kbit s，1544kbits）采用同步复用 外，其它多数等级信号采用异步

12、复用，即靠塞入一些额外的比特 使各支路信号与复用设备同步并 复用成高速信号。 (4 ) 复接方式大多采用按位复接，虽 然节省了复接所需的缓冲存储器容量，但 不利于以字节为单位的现代信息交换。 (5) 复用信号的结构中用于网络运行、 管理、维护（OAM）的比特很少，网络的 OAM主要靠人工的数字交叉连接和停业务 检测，这种方式已经不能适应不断演变的 电信网的要求。 (6) 由于建立在点对点传输基础上的复 用结构缺乏灵活性，使数字通道设备利用 率很低。 二、 SDH的概念及 特点 1. SDH的概念 SDH网是由一些SDH的网络单元 （NE）组成的，在光纤上进行同步信 息传输、复用、分插和交叉连接

13、的网 络（SDH网中不含交换设备，它只是 交换局之间的传输手段）。SDH网的 概念中包含以下几个要点。 （1） SDH网有全世界统一的 网络节点接口（NNI），从而简化 了信号的互通以及信号的传输、复 用、交叉连接等过程。 （2） SDH网有一套标准化的 信息结构等级，称为同步传递模块 ，并具有一种块状帧结构，允许安 排丰富的开销比特（即比特流中除 去信息净负荷后的剩余部分）用于 网络的OAM。 （3）SDH网有一套特殊的 复用结构，允许现存准同步数字 体系（PDH）、同步数字体系和 宽带综合业务数字网(B-ISDN)的 信号都能纳入其帧结构中传输， 即具有兼容性和广泛的适应性。 （4 ）SD

14、H网大量采用软件 进行网络配置和控制，增加新功 能和新特性非常方便，适合将来 不断发展的需要。 （5） SDH网有标准的光接 口，即允许不同厂家的设备在 光路上互通。 （6） SDH网的基本网络单 元有终端复用器（TM）、分插 复用器（ADM）、再生中继器 （REG）和同步数字交叉连接 设备（SDXC）等。 图5.22 STM-1终端复用器 图5.23 STM-1分插复用器 终端复用器（TM）的主 要任务是将低速支路信号纳 入STM-1帧结构，并经电/光 转换成为STM-1光线路信号 ，其逆过程正好相反。 图5.24 SDH分插信号流图示 图5.25 基本网络单元在SDH网中的使用 图中标出了

15、实际系统组成中的再生段 、复用段和通道。 再生段：再生中继器（REG）与终端 复用器（TM）之间、再生中继器与分插复 用器（ADM）或SDXC之间称为再生段。 再生段两端的REG、TM和ADM（或 SDXC）称为再生段终端（RST）。 复用段：终端复用器与分插复用器（ 或SDXC）之间称为复用段。复用段两端 的TM和ADM（或SDXC）称为复用段终 端（MST）。 通道：终端复用器之间称为通道。 2. SDH的特点 SDH的特点主要体现在如下几个方面 ： （1） 有全世界统一的数字信号速率 和帧结构标准。 （2） 采用同步复用方式和灵活的复 用映射结构，净负荷与网络是同步的。 (3) SDH帧结构中安排了丰富的开销 比特（约占信号的5），因而使得网络运 行、管理、维护(OAM)能力大大加强。 （4） 将标准的光接口综合进各 种不同的网络单元，减少了将传输和 复用分开的需要，从而简化了硬件， 缓解了布线拥挤。 （5） SDH与现有的PDH网络完 全兼容，即可兼容PDH的各种速率， 同时还能方便地容纳各种新业务信号 。 （6） SDH的信号结构的设计考 虑了网络传输和交换的最佳性。 上述特点中最核心的有三条，即同 步复用、标准光接口和强大的网络管理 能力。当然SDH也有不足之处。主要体 现在如下几个方面