第五章数字光纤通信系统.ppt

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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,5.1 两种传输体制 光纤大容量数字传输目前都采用同步时分复用(TDM)技术。复用又分为若干等级，先后有两种传输体制（协议，规范了数字信号的帧结构、复用方式、传输数速等级等特性）： 准同步数字系列(PDH) 同步数字系列(SDH) 随着光纤通信技术和网络的发展，PDH遇到了许多困难。 美国提出了同步光纤网(SONET)。 1988年，ITU-T(原CCITT) 在SONET基础上提出了被称为同步数字系列(SDH)的规范建议。 SDH解决了PDH存在的问题，是一种比较完善的传输体制，现已得

2、到大量应用。这种传输体制适用于光纤信道、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： 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； 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。,将低速数据信号复合成高速数据流称作群。我国的一次群速率为2.048Mbps，二次群速率为8.448Mbps，分别简称E1、E2。,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，速率的关系略大于4倍。 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

3、相同， 看起来很杂乱。 PDH各次群比特率相对于其标准值有一个规定的容差，而且是异源的，通常采用正码速调整方法实现准同步复用。 1次群至4次群接口比特率早在1976年就实现了标准化，并得到各国广泛采用。 PDH主要适用于中、低速率点对点的传输。,在这种形势下，现有PDH的许多缺点也逐渐暴露出来，主要有： (1) 北美、西欧和亚洲所采用的三种数字系列互不兼容。 (2) 各种复用系列都有其相应的帧结构，没有足够的开销比特，使网络设计缺乏灵活性。 (3) 复接/分接设备结构复杂，上下话路价格昂贵。,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

4、络传输。 图5.1示出SDH传输网的拓扑结构。,图 5.1 SDH传输网的典型拓扑结构,TM,ADM,DXC,ADM,TM,TM,TM,ADM,DXC,ADM,TM,SDH传输网由SDH终接设备(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TM的主要功能是： 复接/分接和提供业务适配。 SDH终端的复接/分接功能主要由TM设备完成。,分插复用设备ADM是一种特殊的复用器 它利用分接功能将输入信号所承载的信息分成两部分： 一部分直接转发； 一部分卸下给本地用户，然后信息又通过复接功能将转 发部分和本地上送的部分合成输

5、出；,转发,分卸,数字交叉连接设备DXC类似于交换机，它一般有多个输入和多个输出，通过适当配置可提供不同的端到端连接。,1: m,1: m,m:1,m :1,复接,交叉连接矩阵,分接,配置管理,图5.2 (c) SDH传输网络单元数字交叉连接设备DXC,SDH传输网的连接模型 通过DXC的交叉连接作用，在SDH传输网内可提供许多条传输通道，每条通道都有相似的结构，其连接模型如图5.3(a)。 每个通道(Path)由一个或多个复接段(Line)构成，而每一复接段又由若干个再生段(Section)串接而成。,再生中继器,图 5.3 (b) 传输通道的结构分层结构,SDH传输网的分层结构,与PDH相

6、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(N)。 最低的等级也就是最基本的模块称为STM-1，传输速率为155.520 Mb/s； 4个STM-1 同步复接组成STM-4，传输速率为622.080 Mb/s； 16个STM-1 组成STM-16, 传输速率为2488.320 Mb/s，以此类推。 (2) SDH各网络单元的光接口有严格的标准规范。因此， 光接口成为开放型接口，这有利于建立世界统一的通信网络。 标准的光接口综合进各种不同的网络单元，简化了硬件，降低了网络成本。 (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、

7、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) 采用数字交叉连接设备DXC可以对各种端口速率进行可控的连接配置，对网络资源进行自动化的调度和管理，既提高了资源利用率，又增强了网络的抗毁性和可靠性。 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，使现代通信网络提高到一个崭新的水平。,图 5.4 分插信号流程的比较,光,/,电,分接,分接,分接,复接,复接,复接,电,/,光,SDH,ADM,PDH,PDH和

8、SDH分插信号流程的比较 PDH逐级分接、复接； SDH采用分插复用器(ADM)，可以利用软件一次直接分出和插入 2 Mb/s支路信号，十分简便。,图 5.5 SDH帧的一般结构,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STM-N帧有9行，每行由270N个字节组成。 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STM-1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。,SDH帧的三个部分： (1)

9、 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。 (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。 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)。 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。,(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Payl

10、oad第一个字节在帧内的准确位置(相对于指针位置的偏移量)。 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，通常有两种传统方法： 正码速调整法和固定位置映射法。 正码速调整法的优点：容许被复接的支路信号有较大的频率误差；缺点：复接与分接相当困难。 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：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，低速信号与高速信号的相对相位不可能对准，并会随时间而变化。,

11、图 5.6 载荷包络()与SDH帧的一般关系,SDH采用载荷指针技术 结合了正码速调整法和固定位置映射法的优点，付出的代价是要对指针进行处理。 图5.6示出载荷包络()与STM-1帧的一段关系与指针所起的作用。通过指针的值，接收端就可以确定载荷的起始位置。 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信息同步。,图 5.7 SDH的一般复用映射结构,图5.7示出SDH一般复用映射结构，这种映射结构可以把目前PDH的绝大多数标准速率信号装入SDH帧。,类似于集装箱运载过程,SDH一般复用映射过程： 图5.7中C-n是

12、标准容器， 用来装载现有PDH的各支路信号，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。 引入虚容器的概念，就可以不必了解支路信号的内容，便能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中，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)

13、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。,举例：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

14、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(

15、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的表示 通常用DXC X/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STM-1 等级； 数字 5 和 6 分别代表SDH的STM-4 和STM-16等级。,交叉连接设备DXC与交换机的区别有： (1) DXC 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。 主要功能有： （1）分离本地交换业务和非本地交换业务， 为非本地交换业务迅速提供可用路由； （2）为临时性重要事件(如运动会、发生地震等)迅速提供通信电路；当网络发生故障(如某些干线中断)时，能迅速提供网络的重新配置； （3）根据