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1、第六章 数字光纤通信系统 Digital Optical Transmission Systems,张树东 光信息科学与技术 曲阜师范大学物理工程学院,光纤通信,第6章 数字光纤通信系统,6.1 两种传输体制 6.2 系统的性能指标 6.3 系统的设计,6.1 两种传输体制,数字光纤通信传输系统结构框图,6.1 两种传输体制,电端机的数据复接,PDH和SDH体制,数字光纤通信的传输容量与所采用的数字复接体系有关。,数字复接就是将若干个低速数字信号合并成一个高速数字信号，然后再通过高速信道传输的专门技术。,6.1 两种传输体制,光纤大容量数字传输； 多采用时分复用(TDM：Time-Divisi
2、on Multiplexing) 复用分为若干等级，先后有两种传输体制： 准同步数字系列(PDH：Plesiochronous Digital Hierarchy) 同步数字系列(SDH: Synchronous Digital Hierarchy) -参照美国同步光纤网(SONET：Synchoronous Optical NETwork)概念而由ITU-T建议而来。,SDH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。,6.1 两种传输体制,6.1.1 复用原理介绍 6.1.2 准同步数字系列PDH 6.1.3 同步数字系列SDH,6.1.1 复用原理介绍,6.1 两种传输体制,
3、1、什么是复用(Multiplexing)？,多种信号共用同一个传输介质，则传输介质需要给每路信号分给带宽的一部分。,FDM: Frequency Division Multiplexing,TDM: Time Division Multiplexing,WDM: Wavelength Division Multiplexing,CDM: Code Division Multiplexing,主要的复用技术有：,CDMA: Code Division Multiple Access,6.1 两种传输体制,2、复用示意图,Multiplexor (MUX) Demultiplexor (DEMU
4、X，or DMX) Sometimes just called a MUX,6.1.1 复用原理介绍,6.1 两种传输体制,3、时分复用原理,时分复用TDM是采用交错排列多路低速模拟或数字信道到一个高速信道上传输的技术。,复用器由： 定时、码速调整和复接单元组成,解复用器,解复用器由： 同步、定时、分接和恢复单元组成,复用器,6.1.1 复用原理介绍,6.1 两种传输体制,TDM系统要求收发两端旋转开关完全同步，即在时间上具有严格的同步关系，包括起点相同、顺序相同、速度相同。,6.1.1 复用原理介绍,6.1 两种传输体制,6.1.1 复用原理介绍 6.1.2 准同步数字系列PDH 6.1.3
5、 同步数字系列SDH,1、准同步数字系列两种基础速率,6.1.2 准同步数字系列PDH, 北美，日本采用PDH-T系列：T1=1.544 Mb/s 西欧，中国采用PDH-E系列： E1=2.048 Mb/s,6.1 两种传输体制,PDH-T系列：一次群速率（基群速率）T1,PDH-E系列：一次群速率（基群速率）E1,Digital transmission hierarchy（USA）,2、复接结构,6.1.2 准同步数字系列PDH,6.1 两种传输体制,世界各国商用光纤通信制式,注：并非严格的N倍，复接时插入了相关的比特,PDH的T系列和E系列各等级复用关系图,T1,T2,T3,T4,E1,
6、E2,E3,E4,E5,3、基群帧结构,6.1 两种传输体制,帧(Frame)指一组相邻接的数字时隙(time slot)，其中各数字时隙的位置可以根据帧定位信号来加以区别。有时出于需要，由几个帧构成一个复帧(Multiframe).,PDH-T系列帧结构,PDH-E系列帧结构,基群帧=24个时隙（每个时隙含8 bit）+1 bit帧同步=193 bit,基群帧=32个时隙（每个时隙含8 bit）=256 bit,6.1.2 准同步数字系列PDH,6.1 两种传输体制,PDH-T基群帧结构,帧周期Ts=125ms，帧频率=1/Ts=8kHz 帧长度=24个时隙(每个时隙含8bit)+1bit帧
7、同步=193bit 时隙=8bit=前7bit(信息)+末位1bit(信令) 一次群(基群)速率T1=193bit/125 s=1.544Mb/s,6.1.2 准同步数字系列PDH,6.1 两种传输体制,帧定位时隙,PDH-E基群帧结构,6.1.2 准同步数字系列PDH,帧周期Ts=125ms，帧频率=1/Ts=8kHz 帧长度=30个信道时隙+1帧同步时隙+1信令时隙=328=256bit 时隙=8bit 一次群(基群)速率E1=256bit/125 s=2.048Mb/s,6.1 两种传输体制,PDH-E高次群帧结构,6.1.2 准同步数字系列PDH,基群复帧,二次群帧,三次群帧,6.1
8、两种传输体制,PDH帧结构的特点,1）基群帧频(8kHz)与装载话路的采样频率(8 kHz)一致，而 高次群帧频则不同。 2）基群复帧中不需要码速调整字节(因各个支路信号进入基群设备复用时使用同一个时钟)，称为同步复用 ；而高次群帧中有码速调整比特，称为准同步复用。,6.1.2 准同步数字系列PDH,4、PDH体制电接口和光接口的主要参数,6.1 两种传输体制,对基群2.048Mb/s,Coded Mark Inversion,编码传号反转码,6.1.2 准同步数字系列PDH,(1) T和E两大系列的帧结构和线路码特性不同，难以兼容。 (2) 没有足够的开销比特，使网络设计缺乏灵活性。 (3)
9、 复接/分接设备结构复杂，上下话路价格昂贵。 (4) 最高速率不超过四次群速率，不能用于现代高速率通信,5、PDH的缺点,6.1 两种传输体制,SDH正好能够弥补以上不足,6.1.2 准同步数字系列PDH,6.1 练习题（1）,1.何谓PDH？ 2.PDH-E系列基群的帧结构如何？ 3.PDH-E系列各次群帧结构都是准同步复用吗？ 4.PDH-E系列基群的码速为多少？,6.1 两种传输体制,6.1.1 复用原理介绍 6.1.2 准同步数字系列PDH 6.1.3 同步数字系列SDH,1、基本概念,6.1.3 同步数字系列SDH,6.1 两种传输体制,同步数字系列SDH(Synchronous D
10、igital Hirarchy)是在美国同步光网络(Synchronous Optical Network，SONET)基础上修改建立的传输体制。,SDH的基本速率等级为STM-1（155.520Mb/s） 其它高速率等级为STM-4（4155.520Mb/s） STM-16（16155.520Mb/s） STM-64（64155.520Mb/s） STM-256（256155.520Mb/s）,2、SDH的帧结构,6.1 两种传输体制,帧周期=125ms，帧频率=8kHz，帧长度=92708N（bit）,每字节8 bit,帧周期为125s,帧频率8kHz,STM-1帧：,速率为9 270 8
11、/125ms = 155.52 Mb/s,9行270列字节,6.1.3 同步数字系列SDH,6.1 两种传输体制,复用段开销(Multiplexing-SOH)也称LOH (Line OverHead),段开销(SOH：Section OverHead),再生段开销(Regenerating-SOH),供再生段维护管理使用,供复用段维护管理使用,6.1.3 同步数字系列SDH,6.1 两种传输体制,(2) 信息载荷(Payload),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: Path OverHead)。,用于承载各种业务信息的部分,6.1.
12、3 同步数字系列SDH,6.1 两种传输体制,采用指针技术是SDH的创新，结合虚容器(VC:Virtual Container)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) 管理单元指针(AU PTR),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,6.1.3 同步数字系列SDH,SDH高速率等级有： STM-4， STM-16， STM-64， STM-256 相应速率为STM-1的4，16，64，256倍。,3、SDH复用结构,6.1 两种传输体制,各速率等级(STM-n)由一个或多个管理单元组(AUG, Admi
13、nistration unit group)复用并加上相应的开销字节而构成。,6.1.3 同步数字系列SDH,基群,6.1.3 同步数字系列SDH,6.1 两种传输体制,同步数字系列SDH各等级复用关系图,SDH复用是同步复用,Synchronous Transport Module-level 1,4、SDH承载PDH的方式-映射结构,6.1 两种传输体制,将低速支路信号复接为高速信号，传统方法有：,正码速调整法：容许被复接的支路信号有较大的频率误差 固定位置映射法：低速支路信号在高速信号帧中占用固定位置,SDH结合了正码速调整法和固定位置映射法的优点，采用固定位置映射和浮动位置处理的复用方
14、法。,6.1.3 同步数字系列SDH,6.1 两种传输体制,载荷包络与SDH帧的一般关系,固定位置映射：让低速支路信号适配装入在高速率虚容器(VC)帧中固定位置； 浮动位置处理：让虚容器(VC)帧信号在支路单元(TU)或管理单元(AU)帧内占用浮动位置。,6.1.3 同步数字系列SDH,6.1 两种传输体制,PDH的4次群信号到SDH的STM-1的复接过程,C-4,AU-4,AUG,VC-4,STM-1,139.264Mb/s,容器Carrier,虚容器Virtual Carrier,管理单元Administration Unit,管理单元组Administration Unit Group,
15、同步传输模块STM-1,速率适配处理,149.760Mb/s,150.336Mb/s,150.912Mb/s,155.520Mb/s,加通道开销POH,加管理单元指针AU PTR,加段开销SOH,6.1.3 同步数字系列SDH,(具有一定格式的帧结构),6.1 两种传输体制,SDH的一般复用映射结构,6.1.3 同步数字系列SDH,TU(Tributary Unit)支路单元,6.1 两种传输体制,我国采用SDH复用及映射的基本结构,6.1.3 同步数字系列SDH,将E1装载到STM-1帧内-9步完成 将E3装载到STM-1帧内-8步完成 将E4装载到STM-1帧内-5步完成,仅使用C12，C
16、3，C4来接收PDH的速率,5、SDH的特点（与PDH比较）,6.1 两种传输体制,SDH采用统一的标准传输速率等级 基级：STM-1，传输速率：155.520 Mb/s 复接级： STM-4： 4个STM-1 组成，传输速率622.080 Mb/s STM-16：16个STM-1 组成, 传输速率2488.320 Mb/s STM-64：64个STM-1 组成, 传输速率9953.28 Mb/s,6.1.3 同步数字系列SDH,SONET/SDH Designations and bandwidths,STS-n: Synchronous Transport Signal-level n STM-n: Synchronous Transport Mod
