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1、 和模拟光纤通信系统比较，数字光纤通信系统具有的优点：对光源特性的线性要求与就手信噪比的要求都不高，更能充分发挥光纤的优势，很适合于长距离、大容量和高质量的信息传输。第 5 章 数字光纤通信系统原因：数字光纤通信系统是一种通过光纤信道传输数字信号的通信系统。而数字信号只取有限个离散值，可以通过取样、判决而再生。所以这种通信系统对信道的非线性失真不敏感，在通信全程中，即使有多次中继，失真（包括线性失真和非线性失真）和噪声也不会积累。5.1 两种传输体制5.2 系统的性能指标5.3 系统的设计 5.1 两种传输体制为了提高信道的利用率，可以采用多路复用的方式在同一条信道上传输多路信号。复用方式有时
2、分复用、频分复用（波分复用）和码分复用。光纤大容量数字传输目前都采用同步时分复用(TDM)技术。 即不同的信号在同一个信道上占用不同的时隙。复用又分为若干等级，先后有两种传输体制： 准同步数字系列(PDH) 同步数字系列(SDH)SDH解决了PDH存在的问题，是一种比较完善的传输体制，现已得到大量应用。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。 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（国际电联标准化组织，原CCITT国际电报电话咨询委员会) 接受了SONET的概念并重新命名为同步数字系列(SDH) 。5.
3、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，16有北美各国和日本；PCM24路系统； 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。PCM30/32路系统。这种结构是将一帧（125s），分成32个时隙（TS），每个时隙（ 3.9s）包含8比特，故每帧有832256bit，码速为：256（ 1/125s )= 2.048 Mb/s。 16 帧（F）为一个复帧（2ms)六次群 /（MbS-1）五次群 /（MbS-1 ）四次群 /（MbS-1 ）三次群 /（MbS-1 ）二次群
4、/（MbS-1 ）北美日本中国 西欧基群 /（MbS-1 ）国家或地区表5.1 世界各国商用光纤通信制式对于以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。表中显示出两种基础速率各次群的速率、话路数及其关系。在这种形势下，现有PDH的许多缺
5、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。 例题1：准同步数字系列（PDH）是做什么用的？有几种标准？列表说明它们有何异同。解：准同步数字系列是PCM语音信号在TDM（同步时分复用技术）方式下各级合路信号之间的码速转换标准。目前有以下两种标准（即G.702）：一种是PCM24路制式，美、日等国采用；另一种是称PCM30路制式，欧盟及中国等国采用。两者的异同如下表。PDH等级T系列E系列1个话路速率（kb/s）64641个基群
6、帧周期（s）125125含时隙数（个）2432含比特数（bit）192+1256含话路数（个）2430速率（kb/s）154420481个 2次群含基群数（个）44速率（kb/s）631284481个 3次群含2次群数（个）7(北美)、5(日本)4速率（kb/s）44736(北美)、 32046(日本)343681个 4次群含3次群数（个）6(北美)、3(日本)4速率（kb/s）274176(北美)、 97728(日本)139264例题2 PCM基群设备的功能是什么？PCM基群设备的功能是：在发送端，将30路模拟语音信号分别进行PCM数字化，并按照基群的帧格式（帧周期等于采样周期125s，1帧
7、分为32个时隙，每个时隙为8bit，每路信号只占用一个时隙，多余两个时隙用来传送同步和监控信令）进行合路复用，在一个信道中传输。在接收端，依据相同的帧格式，从收到的基群信号中分出30 路PCM数字语音信号，然后分别对各路语音信号进行PCM解码，还原出30路语音模拟信号。5.1.2 同步数字系列SDH1. SDH1. SDH传输网传输网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。图5.1示出SDH传输网的拓扑结构。SDH传输网由SDH终接设备(或称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。图 5.1 SDH传输网
8、的典型拓扑结构TMADMDXCADMTMTMTMADMSTM-nSTM-nDXCADMTMSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-nSTM-n低速信号低速信号低速信号低速信号(nN)SDH终端的主要功能是：复接复接/ /分接和提供业务适配分接和提供业务适配例如：将多路信号复接成例如：将多路信号复接成SMT-1SMT-1信号及完成器逆过程，信号及完成器逆过程， 或者实现与非或者实现与非SDHSDH网络业务的适配。网络业务的适配。 SDH终端的复接复接/ /分接分接功能主要由TM设备完成。MUXE1E1STM-N同步复接DMXE1E1STM-N同步分接图5.2
9、 SDH传输网络单元 (a) 终端复用器TM； 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出DMXMUX中继线STM-N中继线STM-NAddSTM-n分接复接DropSTM- n本地图5.2(b) SDH传输网络单元分插复用设备ADM(Add/DropMultiplexer) 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: m1: mm:1m :1复接交叉连接矩阵分接 1n1n配置管理图5.2 (c) SDH传输网络单元数字交叉
10、连接设备DXC STM-N：同步传送模块，为SDH采用的一套标准的信息等级结构。其中第一级为STM-1，速率为155.520MHz/s。STM-1是同步数字系列信号最基本最重要的同步传送模块信号。图 5.3 (a) 传输通道的结构传输通道连接模型通道终接设备线路终接设备TMADM/DXC 再生段Section再生段再生段线路终接设备通道终接设备E1E3E1E3ADM/DXCTM复接段(Line)传输通道(Path)再生中继器SDHSDH传输网的连接模型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(
11、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。PathPathLineLineSectionSectionSectionPhotonicPhotonicPhotonic再生中继器图 5.3 (b) 传输通道的结构分层结构 SDHSDH传输网的分层结构传输网的分层结构与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155.520 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ST
12、M-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、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
13、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 光信号分接分接分接140/34 Mb/s34/8 Mb/s8/2 Mb/s复接复接复接电 / 光 光信号2/8 Mb/s8/34 Mb/s34/140 Mb/s2 Mb/s(电信号)SDHADM155 Mb/s光接口155 Mb/s光接口2 Mb/s(电信号)PDHPDHPDH和和SDHSDH分插信号流程的比较分插信号流程的比较采用SDH分插复用器(AD
14、M)，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。 2. 2. SDHSDH帧结构帧结构SDHSDH帧结构是实现数字同步时分复用、保证网络可靠有效运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。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。 图 5.5 SDH帧的一般结构 SDH帧的三个部分：(1) 段开销(S
15、OH)。 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Payload第一个字节在
16、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. 3. 复用原理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。SDHSDH采用载荷指针技术采用载荷指
