準同步數字體系 PDH 和同步數字體系 SDH 第一節數字復接的基本概念第二節同步復接與異步復接第三節PCM零次群和PCM高次群第四節SDH的基本概念第五節SDH的速率與幀結構第六節同步復用與映射方法 第一節數字復接的基本概念 一 準同步數字體系 PDH 國際上主要有兩大系列的準同步數字體系 都經ITU T推薦 即PCM24路系列和PCM30 32路系列 這樣的復接系列具有如下優點 1 易于構成通信網 便于分支與插入 并具有較高的傳輸效率 復用倍數適中 多在3 5倍之間 2 可視電話 電視信號以及頻分制群信號能與某個高次群相適應 3 與傳輸媒介 如對稱電纜 同軸電纜 微波 波導 光纖等傳輸容量相匹配 圖5 1PCM復接體制 二 PCM復用和數字復接擴大數字通信容量 形成二次群以上的高次群的方法通常有兩種 PCM復用和數字復接 1 PCM復用 所謂PCM復用就是直接將多路信號編碼復用 2 數字復接 數字復接是將幾個低次群在時間的空隙上迭加合成高次群 圖5 2數字復接的原理示意圖 三 數字復接的實現數字復接的實現主要有兩種方法 按位復接和按字復接 1 按位復接 按位復接是每次復接各低次群 也稱為支路 的一位碼形成高次群 2 按字復接 按字復接是每次復接各低次群 支路 的 一個碼字形成高次群 圖5 3按位復接與按字復接示意圖 四 數字復接的同步數字復接要解決兩個問題 同步和復接 數字復接的同步指的是被復接的幾個低次群的數碼率相同 為此 在各低次群復接之前 必須使各低次群數碼率互相同步 同時使其數碼率符合高次群幀結構的要求 數字復接的同步是系統與系統間的同步 因而也稱之為系統同步 圖5 4數碼率不同的低次群復接 五 數字復接的方法及系統構成1 數字復接的方法 數字復接的方法實際也就是數字復接同步的方法 有同步復接和異步復接兩種 同步復接是用一個高穩定的主時鐘來控制被復接的幾個低次群 使這幾個低次群的數碼率 簡稱碼速 統一在主時鐘的頻率上 這樣就使幾個低次群系統達到同步的目的 可直接復接 復接前不必進行碼速調整 但要進行碼速變換 詳見第二節 2 數字復接系統的構成數字復接器的功能是把4個支路 低次群 合成一個高次群 數字分接器的功能是把高次群分解成原來的低次群 它是由定時 同步 分接和恢復等單元組成 圖5 5數字復接系統方框圖 第二節同步復接與異步復接 一 同步復接1 碼速變換與恢復碼速變換及恢復過程如圖5 6所示 圖5 6碼速變換及恢復過程 2 同步復接系統的構成 二次群同步復接器和分接器的方框圖如圖5 7所示 在復接端 支路時鐘和復接時鐘來自同一個總時鐘源 各支路碼速率為2048kbit s 且是嚴格相等的 經過緩沖存儲器進行碼速變換 以便復接時本支路碼字與其他支路碼字錯開以及為插入附加碼留下空位 復接合成電路把變換后的各支路碼流合并在一起 并在所留空位插入包括幀同步碼在內的附加碼 圖5 7二次群同步復接 分接方框圖 3 同步復接二次群幀結構 圖5 8二次群同步復接的幀結構 二 異步復接1 碼速調整與恢復 碼速調整是利用插入一些碼元將各一次群的速率由2048kbit s左右統一調整成2112kbit s 接收端進行碼速恢復 通過去掉插入的碼元 將各一次群的速率由2112kbit s還原成2048kbit s左右 碼速調整技術可分為正碼速調整 正 負碼速調整和正 零 負碼速調整三種 圖5 9正碼速調整電路和碼速恢復電路 圖5 10脈沖插入方式碼速調整示意圖 2 異步復接二次群幀結構ITU TG 742推薦的正碼速調整異步復接二次群幀結構如圖5 11 b 所示 異步復接二次群的幀周期為100 38 s 幀長為848bit 其中有4 205 820bit 最少 為信息碼 這里的信息碼指的是四個一次群碼速變換之前的碼元 即不包括插入的碼元 有28bit的插入碼 最多 圖5 11異步復接二次群幀結構 3 異步復接系統的構成實現正碼速調整異步復接和分接系統的方框圖如圖5 12所示 圖5 12二次群異步復接和分接系統的方框圖 4 復接抖動的產生與抑制在采用正碼速調整的異步復接系統中 即使信道的信號沒有抖動 復接器本身也產生一種抖動 即 插入抖動 的相位抖動 圖5 13扣除插入脈沖后的信號序列 圖5 14鎖相環方框圖 1 由于扣除幀同步碼而產生的抖動 有三位碼被扣除 每幀抖動一次 由于幀周期約為100 s 故其抖動頻率為10kHz 2 由于扣除插入標志碼而產生的抖動 每幀有3個插入標志碼 再考慮到扣除幀碼的影響 相當于每幀有四次扣除抖動 故其抖動頻率為40kHz 3 扣除碼速調整插入脈沖所產生的抖動 即指扣除第161位V脈沖所產生的抖動 由于鎖相環具有對相位噪聲的低通特性 經過鎖相環后的剩余抖動僅為低頻抖動成分 第三節PCM零次群和PCM高次群 一 PCM零次群PCM通信最基本的傳送單位是64kbit s 即一路話音的編碼 因此它是零次的 二 PCM子群速率介于64kbit s和2048kbit s之間的信號稱為子群 子群速率主要考慮到下列因素 1 與某些傳輸介質相匹配 2 與某些業務種類相匹配 3 復接速率與其它等級相配合并有一定的規則性 PCM子群還可用于用戶環路和小容量的特殊通信需要 三 PCM高次群 比二次群更高的等級有PCM三次群 四次群 五次群等 下面分別加以介紹 1 PCM三次群 ITU TG 751推薦的PCM三次群有480個話路 速率為34 368Mbit s 三次群的異步復接過程與二次群相似 圖5 16異步復接三次群幀結構 圖5 17PCM三次群異步復接方框圖 2 PCM四次群 ITU TG 751推薦的PCM四次群有1920個話路 速率為139 264Mbit s 圖5 18異步復接四次群幀結構 3 PCM五次群 ITU TG 922推薦的PCM五次群有7680個話路 速率為564 992Mbit s 異步復接五次群幀長度為2688bit 幀周期為2688bit 564 922Mbit s 4 76 s 每幀的前12bit傳五次群的幀同步碼 111110100000 第2305bit作為向對端設備發出的告警指示碼 第2306 2308bit作為國內使用備用比特 另外 有4bit碼速調整用插入碼 V1 V4 還有5 4 20bit插入標志碼 圖5 19異步復接五次群幀結構 4 高次群的接口碼型其中一次群 二次群 三次群的接口碼型是HDB3碼 四次群的接口碼型是CMI碼 5 PDH的網絡結構四次群的傳輸通常利用光纖 微波等信道進行頻帶傳輸 四次群信號需要通過光端機或微波設備 圖中未畫出 進行處理變換 調制等 圖5 20PDH的網絡結構 一種應用 第四節SDH的基本概念 一 PDH的弱點現在的準同步數字體系 PDH 傳輸體制已不能適應現代通信網的發展要求 其弱點主要表現在如下幾個方面 1 只有地區性數字信號速率和幀結構標準而不存在世界性標準 2 沒有世界性的標準光接口規范 導致各個廠家自行開發的專用光接口大量出現 3 準同步系統的復用結構 除了幾個低等級信號 如2048kbit s 1544kbit s 采用同步復用外 其它多數等級信號采用異步復用 即靠塞入一些額外的比特使各支路信號與復用設備同步并復用成高速信號 4 復接方式大多采用按位復接 雖然節省了復接所需的緩沖存儲器容量 但不利于以字節為單位的現代信息交換 5 復用信號的結構中用于網絡運行 管理 維護 OAM 的比特很少 網絡的OAM主要靠人工的數字交叉連接和停業務檢測 這種方式已經不能適應不斷演變的電信網的要求 6 由于建立在點對點傳輸基礎上的復用結構缺乏靈活性 使數字通道設備利用率很低 二 SDH的概念及特點1 SDH的概念 SDH網是由一些SDH的網絡單元 NE 組成的 在光纖上進行同步信息傳輸 復用 分插和交叉連接的網絡 SDH網中不含交換設備 它只是交換局之間的傳輸手段 SDH網的概念中包含以下幾個要點 1 SDH網有全世界統一的網絡節點接口 NNI 從而簡化了信號的互通以及信號的傳輸 復用 交叉連接等過程 2 SDH網有一套標準化的信息結構等級 稱為同步傳遞模塊 并具有一種塊狀幀結構 允許安排豐富的開銷比特 即比特流中除去信息凈負荷后的剩余部分 用于網絡的OAM 3 SDH網有一套特殊的復用結構 允許現存準同步數字體系 PDH 同步數字體系和寬帶綜合業務數字網 B ISDN 的信號都能納入其幀結構中傳輸 即具有兼容性和廣泛的適應性 4 SDH網大量采用軟件進行網絡配置和控制 增加新功能和新特性非常方便 適合將來不斷發展的需要 5 SDH網有標準的光接口 即允許不同廠家的設備在光路上互通 6 SDH網的基本網絡單元有終端復用器 TM 分插復用器 ADM 再生中繼器 REG 和同步數字交叉連接設備 SDXC 等 圖5 22STM 1終端復用器 圖5 23STM 1分插復用器 終端復用器 TM 的主要任務是將低速支路信號納入STM 1幀結構 并經電 光轉換成為STM 1光線路信號 其逆過程正好相反 圖5 24SDH分插信號流圖示 圖5 25基本網絡單元在SDH網中的使用 圖中標出了實際系統組成中的再生段 復用段和通道 再生段 再生中繼器 REG 與終端復用器 TM 之間 再生中繼器與分插復用器 ADM 或SDXC之間稱為再生段 再生段兩端的REG TM和ADM 或SDXC 稱為再生段終端 RST 復用段 終端復用器與分插復用器 或SDXC 之間稱為復用段 復用段兩端的TM和ADM 或SDXC 稱為復用段終端 MST 通道 終端復用器之間稱為通道 2 SDH的特點 SDH的特點主要體現在如下幾個方面 1 有全世界統一的數字信號速率和幀結構標準 2 采用同步復用方式和靈活的復用映射結構 凈負荷與網絡是同步的 3 SDH幀結構中安排了豐富的開銷比特 約占信號的5 因而使得網絡運行 管理 維護 OAM 能力大大加強 4 將標準的光接口綜合進各種不同的網絡單元 減少了將傳輸和復用分開的需要 從而簡化了硬件 緩解了布線擁擠 5 SDH與現有的PDH網絡完全兼容 即可兼容PDH的各種速率 同時還能方便地容納各種新業務信號 6 SDH的信號結構的設計考慮了網絡傳輸和交換的最佳性 上述特點中最核心的有三條 即同步復用 標準光接口和強大的網絡管理能力 當然SDH也有不足之處 主要體現在如下幾個方面 1 頻帶利用率不如傳統的PDH系統 這一點可從本章第六節介紹的復用結構中看出 2 采用指針調整技術會使時鐘產生較大的抖動 造成傳輸損傷 3 大規模使用軟件控制和將業務量集中在少數幾個高速鏈路和交叉節點上 這些關鍵部位出現問題可能導致網絡的重大故障 甚至造成全網癱瘓 4 SDH與PDH互連時 在從PDH到SDH的過渡時期 會形成多個SDH 同步島 經PDH互連的局面 由于指針調整產生的相位躍變 使經過多次SDH PDH變換的信號在低頻抖動和漂移上比純粹的PDH或SDH信號更嚴重 第五節SDH的速率與幀結構 一 網絡節點接口網絡節點接口 NNI 是實現SDH網的關鍵 NNI在網絡中的位置如圖5 26所示 圖5 26NNI在網絡中的位置 二 同步數字體系的速率同步數字體系最基本的模塊信號 即同步傳遞模塊 是STM 1 其速率為155 520Mbit s 三 SDH幀結構ITU T最終采納了一種以字節為單位的矩形塊狀 或稱頁狀 幀結構 如圖5 27所示 圖5 27SDH幀結構 STM N由270 N列9行組成 即幀長度為270 N 9個字節或270 N 9 8bit 幀周期為125 s 即一幀的時間 對于STM 1而言 幀長度為270 9 2430byte 相當于19440bit 幀周期為125 s 由此可算出其速率為270 9 8 125 10 6 155 520Mbit s 段開銷 SOH 區域段開銷 ection verhead 是指STM幀結構中為了保證信息凈負荷正常 靈活傳送所必需的附加字節 是供網絡運行 管理和維護 OAM 使用的字節 2 凈負荷 Pay1oad 區域 信息凈負荷區域是幀結構中存放各種信息負載的地方 圖5 27之中橫向第10 N 270 N 縱向第1行到第9行的2349 N個字節都屬此區域 3 管理單元指針 AU PTR 區域管理單元指針用來指示信息凈負荷的第一個字節在STM N幀中的準確位置 以便在接收端能正確地分解 四 段開銷 SDH 字節1 段開銷字節的安排 SOH中包含定幀信息 用于維護與性能監視的信息以及其它操作功能 STM N幀中SOH所占空間與N成正比 N不同 SOH字節在空間中的位置也不同 但SOH字節的種類和功能是相同或相近的 圖5 28STM 1SOH字節安排 圖5 29STM 4SOH字節安排 圖5 30STM 16SOH字節安排 圖5 31STM 64SOH字節安排 2 SOH字節的功能 1 幀定位字節A1和A2 2 再生段蹤跡字節J0 3 數據通信通路 DCC D1 D12 4 公務字節E1和E2 5 使用者通路F1 6 比特間插奇偶檢驗8位碼 BIP 8 B1 7 比特間插奇偶檢驗24位碼 BIP N 24 字節B2B2B2 8 自動保護倒換 APS 通路字節K1和K2 b1 b5 9 復用段遠端失效指示 MS RDI 字節K2 b6 b8 10 同步狀態字節S1 b5 b8 11 復用段遠端差錯指示 MS REI M1 12 與傳輸媒質有關的字節 13 備用字節Z03 簡化的SOH功能接口 第六節同步復用與映射方法 一 復用結構 1 SDH的一般復用結構2 復用單元 SDH的基本復用單元包括標準容器 C 虛容器 VC 支路單元 TU 支路單元組 TUG 管理單元 AU 和管理單元組 AUG 見圖5 33 圖5 33G 709建議的SDH復用結構 1 標準容器 C 容器是一種用來裝載各種速率的業務信號的信息結構 主要完成適配功能 例如速率調整 以便讓那些最常使用的準同步數字體系信號能夠進入有限數目的標準容器 2 虛容器 VC 虛容器是用來支持SDH的通道 通路 層連接的信息結構 3 支路單元和支路單元組 TU和TUG 4 管理單元和管理單元組 AU和AUG 3 我國的SDH復用結構我國的光同步傳輸網技術體制規定 以2Mbit s為基礎的PDH系列作為SDH的有效負荷并選用AU 4復用路線 其基本復用映射結構如圖5 34所示 圖5 34我國的基本復用映射結構 圖5 35139 264Mbit s支路信號復用映射過程 二 映射 映射是一種在SDH邊界處使支路信號適配進虛容器的過程 1 通道開銷 POH 通道開銷分為低階通道開銷和高階通道開銷 1 高階通道開銷 HPOH 圖5 36HPOH位置示意圖 HPOH各自的功能如下 通道蹤跡字節 通道BIP 8碼 信號標記字節 通道狀態字節 通道使用者字節 TU位置指示字節 自動保護倒換 APS 通路字節 網絡操作者字節 備用比特 2 低階通道開銷 VC 1 VC 2POH 在此解釋一下復幀的概念 為了適應不同容量的凈負荷在網中的傳送需要 SDH允許組成若干不同的復幀形式 圖5 37低階通道開銷位置示意圖 V5字節 通道蹤跡字節 網絡操作者字節 增強型遠端缺陷指示 備用比特 2 映射過程 1 映射方式的分類 映射分為異步 比特同步和字節同步三種方法與浮動和鎖定兩種工作模式 三種映射方法 異步映射 是一種對映射信號的結構無任何限制 信號有無幀結構均可 也無需其與網同步 僅利用正碼速調整或正 零 負碼速調整將信號適配裝入VC的映射方法 比特同步映射 是一種對映射信號結構無任何限制 但要求其與網同步 從而無需碼速調整即可使信號適配裝入VC的映射方法 因此可認為是異步映射的特例或子集 字節同步映射 是一種要求映射信號具有塊狀幀結構 例如PDH基群幀結構 并與網同步 無需任何速率調整即可將信息字節裝入VC內規定位置的映射方式 兩種工作模式 浮動VC模式 是指VC凈負荷在TU或AU內的位置不固定 并由TU PTR或AU PTR指示其起點位置的一種工作模式 鎖定TU模式 是一種信息凈負荷與網同步并處于TU或AU幀內固定位置 因而無需TU PTR或AU PTR的工作模式 映射方式的比較 2 139 264Mbit s支路信號 H 4 的映射 139 264Mbit s支路信號的映射一般采用異步映射 浮動模式 139 264Mbit s支路信號異步裝入C 4 圖5 38C 4的子幀結構 C 4裝入VC 4 圖5 39139 264Mbit s信號映射圖解 3 2 048Mbit s支路信號 H 12 的映射 2 048Mbit s支路信號的映射既可以采用異步映射 也可以采用比特同步映射或字節同步映射 圖5 402 048Mbit s支路信號的異步映射成VC 12 復幀 三 定位定位是一種將幀偏移信息收進支路單元或管理單元的過程 SDH中指針的作用可歸結為三條 1 當網絡處于同步工作方式時 指針用來進行同步信號間的相位校準 2 當網絡失去同步時 即處于準同步工作方式 指針用作頻率和相位校準 當網絡處于異步工作方式時 指針用作頻率跟蹤校準 有關同步工作方式 準同步工作方式和異步工作方式的概念參見本章第七節中SDH網同步的內容 3 指針還可以用來容納網絡中的頻率抖動和漂移 1 VC 4在AU 4中的定位 AU 4指針調整 1 AU 4指針 圖5 41AU 4指針圖案 2 指針調整原理 正調整 負調整 3 速率調整時指針值變化舉例 4 AU 4指針調整小結 圖5 42AU 4指針位置和偏移編號 2 VC 12在TU 12中的定位 TU 12指針調整 1 TU 12指針 2 TU 12指針調整原理 圖5 43TU 12復幀結構 圖5 44TU 12指針編碼 四 復用復用是一種使多個低階通道層的信號適配進高階通道 或者把多個高階通道層信號適配進復用層的過程 即以字節交錯間插方式把TU組織進高階VC或把AU組織進STM N的過程 1 TU 12復用進TUG 2再復用進TUG 3 圖5 45TU 12復用進TUG 2再復用進TUG 3 2 3個TUG 3復用進VC 4 圖5 463個TUG 3復用進VC 4 3 AU 4復用進AUG 圖5 47AU 4復用進AUG 4 N個AUG復用進STM N幀 圖5 48將N個AUG復用進STM N幀 5 2 048Mbit s信號復用 定位 映射過程總結 圖5 492 048Mbit s支路信號映射 定位 復用過程 具體過程為 1 映射 速率為2 048Mbit s的信號先進入C 12作適配處理后 加上VC 12POH構成了VC 12 2 定位 指針調整 VC 12加上TU 12PTR構成TU 12 3 復用 4 定位 5 復用 第七節SDH傳送網 一 傳送網的基本概念傳送網就是完成傳送功能的手段 當然傳送網也能傳遞各種網絡控制信息 二 SDH傳遞網的物理拓撲1 SDH的基本網絡單元 SDH網是由一些基本網絡單元構成的 目前實際應用的基本網絡單元有四種 即終端復用器 TM 分插復用器 ADM 再生中繼器 REG 和數字交叉連接設備 SDXC 圖5 50SDH的基本網絡單元 1 終端復用器 TM 在發送端能將各PDH支路信號復用進STM N幀結構 在接收端進行分接 在發送端將若干個STM N信號復用為一個STM M M N 信號 例如將四個STM 1復用成一個STM 4 在接收端將一個STM M信號分成若干個STM N M N 信號 TM還具備電 光 光 電 轉換功能 2 分插復用器 ADM 分插復用器 ADM 位于SDH網的沿途 其主要功能為 具有支路 群路 即上 下支路 能力 具有群路 群路 即直通 的連接能力 可以具有數字交叉連接功能 即將DXC功能融于ADM中 用于環形網中 圖5 51采用ADM的環形網 圖5 52TM和ADM組成的典型網絡應用 3 再生中繼器 REG 4 數字交叉連接設備 SDXC 基本概念 SDH網絡中的DXC設備稱為SDXC 它是一種具有一個或多個PDH G 702 或SDH G 707 信號端口并至少可以對任何端口速率 和 或其子速率信號 與其它端口速率 和 或其子速率信號 進行可控連接和再連接的設備 SDXC的主要功能 SDXC設備與相應的網管系統配合 可支持如下功能 復用功能 業務匯集 業務疏導 保護倒換 網絡恢復 通道監視 測試接入 廣播業務 2 SDH傳送網的基本物理拓撲網絡的物理拓撲泛指網絡的形狀 即網絡節點和傳輸線路的幾何排列 它反映了物理上的連接 1 線形 將通信網絡中的所有點一一串聯 而使首尾兩點開放 這就形成了線性拓撲 有時也稱為鏈形 圖5 53SDH網基本物理拓撲類型 2 星形 這一種拓撲即是通信網絡中某一特殊點與其它各點直接相連 而其它各點間不能直接連接 即星形拓撲 3 樹形 所謂樹形拓撲可以看成是線性拓撲和星形拓撲的結合 4 環形 環形拓撲實際上就是將線形拓撲的首尾之間再相互連接 從而任何一點都不對外開放 即為環形拓撲 5 網孔形 當涉及通信的許多點直接互相連接時就形成了網孔拓撲 若所有的點都彼此連接即稱為理想的網孔形拓撲 網形網 三 SDH的自愈網 自愈網就是無需人為干預 網絡就能在極短時間內從失效故障中自動恢復所攜帶的業務 使用戶感覺不到網絡已出了故障 1 線路保護倒換 1 線路保護倒換方式 線路保護倒換有兩種方式 1 1方式 1 n方式 2 線路保護倒換的特點 業務恢復時間很快 可短于50ms 若工作段和保護段屬同纜復用 即主用和備用光纖在同一纜芯內 則有可能導致工作段 主用 和保護段 備用 同時因意外故障而被切斷 此時這種保護方式就失去作用了 2 環形網保護 當把網絡節點連成一個環形時 可以進一步改善網絡的生存性和降低成本 這是SDH網的一種典型拓撲方式 1 二纖單向通道倒換環 圖5 54二纖單向通道倒換環 2 二纖雙向通道倒換環 圖5 55二纖雙向通道倒換環 3 二纖單向復用段倒換環 圖5 56二纖單向復用段倒換環 4 二纖雙向復用段倒換環 圖5 57四纖雙向復用段倒換環 5 二纖雙向復用段倒換環 圖5 58二纖雙向復用段倒換環 6 幾種自愈環的比較3 DXC保護 DXC保護主要是指利用DXC設備在網孔形網絡中進行保護的方式 圖5 59采用DXC為節點的保護 4 混合保護 所謂混合保護是采用環形網保護和DXC保護相結合 這樣可以取長補短 大大增加網絡的保護能力 混合保護結構如圖5 60所示 5 各種自愈網的比較 圖5 60混合保護結構 四 SDH網絡結構SDH網是一種傳送網 它為交換局之間提供高速高質量的數字傳送能力 最高層面為長途一級干線網 主要省會城市及業務量較大的