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1、第7章 SDH与数字光纤传输系统,第7章 SDH与数字光纤传输系统,在前面各章中讨论了光纤传输媒质、光源与光发送机、光检测器与光接收机，还讨论了光纤的连接和用于连接光缆、光源以及光检测器的连接器 将这些分立的模块组合到一起就形成一条完整的光纤传输链路，从而构成光纤通信系统,第7章 SDH与数字光纤传输系统,从20世纪70年代光纤通信进入实用化后，迅速成为电信传输的主要手段 一般而言，光纤通信系统最主要、最基本的功能是完成大信息量的传输，所以也更明确地称光纤通信系统为光纤传输系统 传输系统是通信网的重要组成部分，传输系统的好坏直接制约着通信网的发展,第7章 SDH与数字光纤传输系统,光纤传输系统
2、为各个国家乃至全球的信息基础设施建设提供了大容量、可靠的信息传输手段 尽管基于IP技术的数据通信迅猛增长，但从传输体制上，同步数字体系（SDH）仍然占据主导地位 实际上，SDH也能够很好地传送IP数据包 SDH具有标准化接口、灵活的上下业务能力和强大的网管等特点，是目前全球最重要的传送体制,第7章 光纤通信系统,7.1 PDH准同步数字体系 7.2 SDH同步传输体系 7.3 数字光纤传输系统的设计 7.4 数字光纤系统的性能指标,7.1 PDH准同步数字体系,准同步数字体系（PDH）是20世纪60年代逐步发展起来的一种数字复用多路技术，当时正致力于语音信号的数字化传输与复用，如PCM 30/
3、32路系统 由于数字通信技术的应用是从市话中继传输开始的，为了适应点对点的应用而选择了准同步复用方式，以实现在同一信道上传输多路信号，从而提高信道利用率,7.1 PDH准同步数字体系,世界各国使用的PDH设备有不同的标准 根据ITU-T的G.702建议，PDH的基群速率有两种，即PCM 30/32路系统（E1）和PCM 24路系统（T1或DS1） 我国和欧洲各国采用的是PCM 30/32路系统，基群速率为2.048 Mb/s 美国和日本采用的是PCM 24路系统，基群速率为1.544 Mb/s,7.1 PDH准同步数字体系,PDH各次群的标准速率,7.1 PDH准同步数字体系,PDH可以很好地
4、适应传统的点对点通信，但这种数字系列主要是为话音设计的 PCM技术在复接成一次群时，采用同步复接 但在复接成二、三、四次群时要采用异步复接，通过增加额外比特（正码速调整）使各支路信号和复接设备同步，虽然各支路的数字信号流标称值相同，但主时钟是彼此独立的,7.1 PDH准同步数字体系,PDH各次群比特率相对于其标准值有一个规定的容差（允许的偏差标称值），而且是异源的，这种对比特率偏差的约束就是所称的准同步工作 一次群至四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,7.1 PDH准同步数字体系,PDH的复用方式很明显不能满足大容量信息传输
5、的要求 另外PDH体制的地区性规范也使网络互连增加了难度 不能适应现代通信网对信号宽带化、多样化的要求 制约了传输网向更高的速率发展,PDH传输体制的缺陷,PDH传输体制的缺陷体现在以下几个方面： (1) 接口方面 只有地区性的电接口规范。我国和欧洲、北美、日本各自有不同的PDH数字体系，这些体系互不兼容，造成国际互通的困难 没有统一的光接口规范。为了完成设备对光路上的传输性能进行监控各厂家各自采用自行开发的线路码型，不同厂家同一速率等级的光接口码型和速率不一样，致使不同厂家的设备无法实现横向兼容,PDH传输体制的缺陷,PDH传输体制的缺陷体现在以下几个方面： (2) 复用方式 PDH的高次群
6、是异步复接，每次复接就进行一次码速调整，用来匹配和容纳时钟的差异 导致当低速信号复用到高速信号时，在高速信号的帧结构中的位置没有规律性和固定性 无法直接从高次群中提取低速支路信号,PDH传输体制的缺陷,PDH传输体制的缺陷体现在以下几个方面： (3) 运行维护方面 PDH预留的插入比特（开销字节）较少，这也就是为什么在设备进行光路上的线路编码时，要通过增加冗余编码来完成线路性能监控功能的原因 开销字节少，对完成传输网的分层管理、性能监控、业务的实时调度、传输带宽的控制、告警的分析定位很不利 使得网络的运行、管理和维护（OAM）较困难,PDH传输体制的缺陷,PDH传输体制的缺陷体现在以下几个方面
7、： (4) 没有统一的网管接口 由于没有统一的标准，各厂家提供的管理系统不兼容，不利于形成统一的电信管理网,7.1 PDH准同步数字体系,PDH体系建立在点对点传输的基础上，网络结构较为简单，无法提供最佳的路由选择，使得设备利用率较低 凡此种种缺陷导致了一种新的数字体系同步光网络（SONET，Synchronous Optical Network）的产生 最初提出这个概念的是美国贝尔通信研究所。SONET于1986年成为美国新的数字体系标准,7.1 PDH准同步数字体系,1988年，CCITT接受了SONET的概念并重新命名为同步数字体系（SDH，Synchronous Digital Hie
8、rarchy） SDH后来又经过修改和完善，成为涉及比特率、网络节点接口、复用结构、复用设备、网络管理、线路系统、光接口、信息模型、网络结构等一系列标准，成为不仅适用于光纤传输，也适用于微波和卫星传输的数字通信技术体制,7.1 PDH准同步数字体系,随着光通信技术的发展，按国家组网的有关规定，近年来，PDH系列设备只在公网中用作市话网的中继传输系统 但是，在许多专用信息传输系统中它仍然得到广泛应用 在我国公用电话网及数据网中，PDH系列的数字结构主要用于数字网络接口标准，特别是2Mb/s速率的接口，在数据、卫星、移动通信系统中普遍采用,7.2 SDH同步传输体系,SDH发展到今天，已经不是一种
9、新技术，而是一种成熟的技术 有学者认为：SDH将被以WDM为基础的光传送网所取代 但是在今后一段时间内，SDH仍有生命力 这不仅因为大量建设的SDH系统要继续使用，还因为WDM光传送网还没有解决SDH已经很好解决的三个问题,7.2 SDH同步传输体系,首先，SDH本质是数字传输，能对传输质量实现端到端的全程监控，一旦有故障，可以很好定位； 其次，现有完善的保护和恢复机制可以实现网络自愈； 最后，SDH有有效的网管,7.2 SDH同步传输体系,今后独立的SDH设备发展速度可能放缓 但是SDH原理（标准）还会被其它通信领域的设备采用 特别是在传送网的边沿，当传输速率在2.5 Gb/s或10 Gb/
10、s以下的场合，SDH仍然是最有效的组网技术,一、SDH的特点,SDH概念的核心是从统一的国家电信网和国际互通的高度来组建数字通信网，组建的网络是一个高度统一的、标准化的、智能化的网络 采用全球统一的接口以实现设备多厂家环境的兼容，在全程全网范围实现高效的协调一致的管理和操作，实现灵活的组网与业务调度，实现网络自愈功能，提高网络资源利用率，由于维护功能的加强大大降低了设备的运行维护费用,1SDH的优点,和PDH相比，SDH有如下优势： (1) 接口方面 电接口方面，SDH体制对网络节点接口（NNI）作了统一的规范 线路接口（这里指光口）采用世界性统一标准规范，SDH信号的线路编码仅对信号进行扰码
11、，不再进行冗余码的插入，所以SDH的线路信号速率与SDH电口标准信号速率相一致,1SDH的优点,和PDH相比，SDH有如下优势： (2) 复用方式 由于低速SDH信号是以字节间插方式复用进高速SDH信号的帧结构中，这样就使低速SDH信号在高速SDH信号帧中的位置是固定的、有规律性的，也就是说是可预见的 采用同步复用方式和灵活的映射结构，将PDH低速支路信号复用进SDH信号的帧中（STM-N），这样使低速支路信号在STM-N帧中的位置也是可预见的,1SDH的优点,和PDH相比，SDH有如下优势： (3) 运行维护方面 SDH信号的帧结构中安排了丰富的、用于运行维护（OAM）功能的开销字节（大约占
12、整个帧的5%），使网络的监控功能大大加强，因此SDH不再需要线路冗余编码（只有扰码），也使系统的维护费用大大降低 SDH系统的综合成本要比PDH系统的综合成本低，据估算约为PDH系统的65.8%,1SDH的优点,和PDH相比，SDH有如下优势： (4) 兼容性 SDH有很强的兼容性。在网络边界处，SDH以容器的方式将各种体制的低速信号装载进STM-1信号的帧结构中，这样可以传输PDH数字信号系列和其它的各种体制的数字信号系列（如ATM） 从而体现了SDH的前向兼容性和后向兼容性,2SDH的不足,SDH的优点中，最核心的是同步复用、标准的光接口和强大的网络管理功能 但是，凡事有利就有弊，SDH的
13、这些优点是以牺牲其它方面为代价的 (1) 频带利用率低 如PDH的四次群（140 Mb/s）可以容纳642 Mb/s信息量 而同样信息量，在SDH是155 Mb/s（STM-1）,2SDH的不足,但是，凡事有利就有弊，SDH的这些优点是以牺牲其它方面为代价的 (2) 指针调整机理复杂 指针的作用就是时刻指示低速信号的位置，以便在拆包时能正确地拆分出所需的低速信号，实现从高速信号中直接分插出低速支路信号 指针的使用是SDH的一大特色，但指针功能的实现增加了系统的复杂性，并使系统产生SDH的一种特有抖动由指针调整引起的结合抖动,2SDH的不足,但是，凡事有利就有弊，SDH的这些优点是以牺牲其它方面
14、为代价的 (3) 软件的大量使用对系统安全性的影响 软件在系统中占有相当大的比重，这就使系统很容易受到计算机病毒的侵害 另外，在网络层上人为的错误操作，软件故障对系统的影响也是致命的 所以系统的安全性就成了很重要的一个方面,二、SDH帧结构,SDH帧结构是实现SDH网络的基础 对它的基本要求是： 能够满足对低速支路（2/34/140 Mb/s）的同步复用、交叉连接（DXC）和交换； 支路信号在一帧内均匀地、有规律地分布，便于分出插入； 对PDH的1.544 Mb/s系列和2.048 Mb/s系列都具有统一的方便性和实用性,1帧结构,信息净负荷（Payload）区域 信息净负荷区域是帧结构中存放
15、各种信息负荷的地方 当然，其中还有少量的用于通道性能监视、管理和控制的通道开销（POH） 通常，POH作为净负荷的一部分与其一起在网络中传送 它负责对低速支路信号（例如2.048 Mb/s信号）进行通道性能监视管理和控制,1帧结构,段开销（SOH，Section OverHead）区域 段开销（SOH）是STM帧结构中为了保证信息净负荷正常、灵活传送所必须的附加字节 是供网络运行、管理和维护（OAM）使用的字节，详细的安排在后面讨论 注意，SOH和POH监控、管理的对象不同,1帧结构,管理单元指针（AU-PTR，Administration Unit Pointer）区域 管理单元指针（AU-
16、PTR）是一种指示符，用来指示信息净负荷的第一个字节在STM-N帧中的准确位置，以便在接收端能根据这个位置指示符的值（指针值）正确分离信息净负荷 采用指针方式是SDH的重要创新，可以使之在准同步环境中完成复用同步和STM-N信号的帧定位 这一方法消除了常规准同步系统中滑动缓存器引起的延时和性能损伤,五、SDH设备,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 实际上，SDH是一套可进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的标准化数字信号的结构等级 通过不同的设备完成SDH网的传送功能：上下业务、交叉连接业务、网络故障自愈等,五、SDH设备,SDH设备包括 SDH终端设备或称SDH终端复用器（TM，Terminal Multiplexer） 分插复用设备（ADM，Add/Drop Multiplexer） 数字交叉连接设备（DXC，Digital Corss Connect Equipment） 再生中继器（REG，Regenerative Repeater）等网络单元 网络单元，也称为网元（NE）,
