1、第第5章章 數字復接與數字復接與SDH 5.1 PCM復用與數字復接復用與數字復接5.2 同步數字序列同步數字序列SDH簡介簡介 5.1 PCM復用與數字復接復用與數字復接 5.1.1 基本概念基本概念 一一 數字復接的產生數字復接的產生 對于一定路數的信號（比如電話）， 直接采用時分復用FDM是可行的， 但對于大路數的信號而言，但對于大路數的信號而言， PCM復用在理論上是可復用在理論上是可行的，行的， 而實際上難以實現。而實際上難以實現。 例：例：假設要對120路電話信號進行TDM， 根據PCM過程， 首先要在125s內完成對120路話音信號的抽樣， 然后對120個樣點值分別進行量化和編碼

2、。這樣， 對每路信號的處理時間（抽樣、量化和編碼）不到1 s， 實際系統只有0.95 s（這種對120路話音信號直接編碼復用的方法， 稱為PCM復用復用）。 如果復用的信號路數再增加， 比如480路， 則每路信號的處理時間更短。 要在如此短暫的時間內完成大路數信號的PCM復用， 尤其是要完成對數壓擴PCM編碼， 對電路及元器件的精度要求就很高， 在技術上實現起來也比較困難在技術上實現起來也比較困難。 二二 數字復接數字復接 數字復接數字復接就是指將兩個或多個低速數字流合并成一個高速率數字流的過程、 方法或技術。 它是提高線路利用率的一種有效方法， 也是實現現代數字通信網的基礎。 比如對30路電

3、話進行PCM復用（采用8位編碼）后， 通信系統的信息傳輸速率為80008322048 kb/s， 即形成速率2048 kb/s的數字流（比特流）。 現在要對 120 路電話進行時分復用， 即把4個這樣的2048 kb/s的數字流合成為一個高速數字流， 就必須采用數字復接技術才能完成。 5.1.2 數字比特系列與復接等級數字比特系列與復接等級 1 數字流比特系列與復接等級數字流比特系列與復接等級 計量基本單元：一路PCM信號的比特率8000（Hz）8（bit）64 kb/s（零次群零次群）。 復用設備按照給定比特率系列劃分為不同的等級， 在各個數字復用等級上的復用設備就是將數個低等級比特率的信號

4、源復接成一個高等級比特率的數字信號。 兩類數字速率系列和數字復接等級如表5 - 1和圖5 - 1所示。 表51 兩種數字系列速率 圖51 數字復接等級示意圖1544 kb/s6312 kb/s24307445441641332064 kb/s97728 kb/s44736 kb/s8448 kb/s2048 kb/s34368 kb/s139264 kb/s564992 kb/s1.5 M系列2 M系列復接等級64 kb/s 1.5M系列：系列：北美和日本采用。1.544Mb/s（基群）、6.312Mb/s（二次群）等 。 2M系列：系列：歐洲各國和我國都采用。2.048Mb/s（基群）、8.

5、488Mb/s（二次群） 。 2 復接方式復接方式 逐級復接：CCITT建議中大多數都是，即采用N（N+1）方式復接等級。比如二次群復接為三次群（N=2），三次群復接為四次群（N=3）。 N（N+2）方式復接：如由二次群直接復接為四次群（N=2）。 3 2Mb/s基群數字速率系列和復接的好處 (1) 復接性能好，對傳輸數字信號結構沒有任何限制，即比特獨立性較好； (2) 信令通道容量大； (3) 同步電路搜捕性能較好（同步碼集中插入）； (4) 復接方式靈活，可采用N（N+1）和N（N+2）兩種方式復接； (5) 2Mb/s系列的幀結構與數字交換用的幀結構是統一的，便于向數字交換統一化方向發展

6、。圖52 PCM基群幀結構 10 01 1 0 1 1000 0XX X1 1X X X X Xab cd ab cdF15F0F1F2F15F0TS31TS17TS16TS15TS1TS01幀32時隙125 s同步時隙信令時隙話路時隙幀同步碼組復幀同步碼組1時隙8位碼3.91 sF0幀F15幀第 n路 信令第 n15路信令偶 幀奇 幀A1A2X1X2X3X4X5X6X7X8A1：幀對局告警用 A2：復幀對局告警用 1 ：留給國際用，暫定為1 X ：傳數據用1復幀16子幀2 ms 5.1.3 PCM基群幀結構基群幀結構 A律/ 律PCM： 抽樣頻率為8000Hz，故每幀的長度應為125s。 1

7、 A律PCM基群 一幀共有32個時間間隔，稱為時隙時隙。各個時隙分別記作TS0、TS1、TS2、TS31。其中TS1TS15和TS17TS31 ：傳送30路電話信號的8位編碼碼組，TS0分配給幀同步，TS16專用于傳送話路信令。 10 01 1 0 1 1000 0XX X1 1X X X X Xab cd ab cdF15F0F1F2F15F0TS31TS17TS16TS15TS1TS01幀32時隙125 s同步時隙信令時隙話路時隙幀同步碼組復幀同步碼組1時隙8位碼3.91 sF0幀F15幀第 n路 信令第 n15路信令偶 幀奇 幀A1A2X1X2X3X4X5X6X7X8A1：幀對局告警用

8、A2：復幀對局告警用 1 ：留給國際用，暫定為1 X ：傳數據用1復幀16子幀2 ms 每個路時隙包含8位碼，占時3.91s，每位碼占0.488s，一幀共含256個碼元。 TS0 ：幀同步碼組為10011011，它是每隔一幀插入TS0的固定碼組，接收端識別出幀同步碼組后，即可建立正確的路序。其中第一位碼“1”保留作國際電話間通信用。在不傳幀同步的奇數幀TS0的第2位固定為1，以避免接收端錯誤識別為幀同步碼組。10 01 1 0 1 1000 0XX X1 1X X X X Xab cd ab cdF15F0F1F2F15F0TS31TS17TS16TS15TS1TS01幀32時隙125 s同步

9、時隙信令時隙話路時隙幀同步碼組復幀同步碼組1時隙8位碼3.91 sF0幀F15幀第 n路 信令第 n15路信令偶 幀奇 幀A1A2X1X2X3X4X5X6X7X8A1：幀對局告警用 A2：復幀對局告警用 1 ：留給國際用，暫定為1 X ：傳數據用1復幀16子幀2 msTS16 ： 在傳送話路信令時，可以將TS16所包含的總比特率64kbs集中起來使用，稱為共路信令傳送，也可以按規定的時間順序分配給各個話路，直接傳送各話路所需的信令，稱為隨路信令傳送。10 01 1 0 1 1000 0XX X1 1X X X X Xab cd ab cdF15F0F1F2F15F0TS31TS17TS16TS

10、15TS1TS01幀32時隙125 s同步時隙信令時隙話路時隙幀同步碼組復幀同步碼組1時隙8位碼3.91 sF0幀F15幀第 n路 信令第 n15路信令偶 幀奇 幀A1A2X1X2X3X4X5X6X7X8A1：幀對局告警用 A2：復幀對局告警用 1 ：留給國際用，暫定為1 X ：傳數據用1復幀16子幀2 ms 采用共路信令傳送方式時，必須將16個幀構成一個更大的幀，稱為復幀復幀。復幀的重復頻率為500Hz，周期2.0ms (=125us*16)。 復幀中各幀順次編號為F0，F1，F15。 其中： F0的TS16前4位碼用來傳送復幀同步碼組0000， F1F15的TS16用來傳送各話路的信令。1

11、0 01 1 0 1 1000 0XX X1 1X X X X Xab cd ab cdF15F0F1F2F15F0TS31TS17TS16TS15TS1TS01幀32時隙125 s同步時隙信令時隙話路時隙幀同步碼組復幀同步碼組1時隙8位碼3.91 sF0幀F15幀第 n路 信令第 n15路信令偶 幀奇 幀A1A2X1X2X3X4X5X6X7X8A1：幀對局告警用 A2：復幀對局告警用 1 ：留給國際用，暫定為1 X ：傳數據用1復幀16子幀2 ms 復幀中，每個信令用4位碼組來表示，每個TS16時隙可以傳送兩路信令。這種幀結構中每幀共有32路時隙，但真正能用于傳送電話或數據的時隙只有30路，

12、因此有時稱為3032路基群路基群。 2 律的律的24路基群路基群 每幀長193個碼元，其中第193位碼用作同步碼，每個路隙也由8位碼元構成。其中每6幀第8位碼用來傳送隨路信令。12幀構成一個復幀，復幀周期為1.5ms。12幀中奇數幀的第193位碼元構成101010幀同步碼組。而偶數幀的第193位碼元構成復幀同步碼000111。 不足：（1）幀結構同步建立時間（又稱為同步捕捉時間）要比PCM3032幀結構長，因為同步碼組分散地配置在相同間隔的各幀內。（2）每幀長度為193碼元，不是2的整數倍。實現上也不如3032制式合理方便。 圖53 數字復接系統框圖 定時碼速調整復接定時恢復分接同步復接器分接

13、器高次群外時鐘(1)(2)(3)(4)支路低次群(1)(2)(3)(4)支路低次群 5.1.4數字復接的原理與分類數字復接的原理與分類 數字復接系統主要由數字復接器和分接器組成。 復接器復接器是把兩個或兩個以上的支路（低次群）按時分復用方式合并成一個單一的高次群，其設備由定時、碼速調整和復接單元等組成；分接器分接器的功能是把已合路的高次群數字信號分解成原來的低次群數字信號，它是由同步、定時和碼速恢復等單元組成,。 復接條件：被復接的各支路數字信號彼此之間必須同步數字信號彼此之間必須同步并與復接器的定時信號同步定時信號同步方可復接。 根據此條件劃分的復接方式可分為：同步復接、異源（準同步）復接、

14、異步復接三種。 (1)同步復接。被復接的各輸入支路之間，以及同復接器之間均是同步的，此時復接器便可直接將低支路數字信號復接成高速的數字信號。這種復接就稱為同步復接。 這種復接方式無需進行碼速調整、有時只需進行相位調整或根本不需要任何調整便可復接。 (2)異源（準同步）復接。被復接的各輸入支路之間不同步，并與復接器的定時信號也不同步：但是各輸入支路的標稱速率相同，也與復接器要求的標稱速率相同（速率的變化范圍在規定的容差范圍內，基群為2048kb/s50ppm，二次群為8448kb/s30ppm，1ppm=10-6）,但仍不滿足復接條件，復接之前還需要進行碼速調整，使之滿足復接條件再進行復接。這種

15、復接方式就稱為異源復接或準同步復接。 (3) 異步復接。被復接的各輸入支路之間及與復接器的定時信號之間均是異步的，其頻率變化范圍不在允許的變化范圍之內，也不滿足復接條件，必須進行碼速調整方可進行復接。這種復接方式稱為異步復接。 可見，異源和異步復接方式都必須進行碼速調整，滿足復接條件后方可復接。 三種方式的比較：三種方式的比較： 絕大多數國家將低次群復接成高次群時都采用異源復接異源復接方式。這種復接方式的最大特點是各支路具有自己的時鐘信號，其靈活性較強，碼速調整單元電路不太復雜。 異步復接異步復接的碼速調整單元電路卻要復雜得多，要適應碼速大范圍的變化，需要大量的存儲器方能滿足要求。 同步復接同

16、步復接目前用于高速大容量的同步數字系列中。 圖54 兩種復接方式示意圖10110011第 (1) 路PCM30/32基群第 (2) 路PCM30/32基群第 (3) 路PCM30/32基群第 (4) 路PCM30/32基群(a) 一次群(b) 二次群(按位復接)(c) 二次群(按字復接) 對滿足復接條件的低速支路碼流進行復接時，根據碼流的具體碼流的具體匯接方式匯接方式可分為三種復接方式： (1)逐位復接。逐位復接。復接器每次復接一個支路的一比特信號，依次輪流復接各支路信號，這種復接就稱為逐位（逐比特）復接。 優點： 按位復接簡單易行，且對存儲器容量要求不高。缺點：對信號交換不利。 圖54 兩種

17、復接方式示意圖10110011第 (1) 路PCM30/32基群第 (2) 路PCM30/32基群第 (3) 路PCM30/32基群第 (4) 路PCM30/32基群(a) 一次群(b) 二次群(按位復接)(c) 二次群(按字復接) (2)按碼字復接。按碼字復接。復接器每次復接一個支路的一個碼字（8bit），依次復接各支路的信號，這種復接就稱為按碼字復接。 優缺點：有利于數字電話交換，但要求有較大的存儲容量。 圖54 兩種復接方式示意圖10110011第 (1) 路PCM30/32基群第 (2) 路PCM30/32基群第 (3) 路PCM30/32基群第 (4) 路PCM30/32基群(a)

18、一次群(b) 二次群(按位復接)(c) 二次群(按字復接) (3)接幀復接。接幀復接。就是復接器每次復接一個支路的一幀信號，依次復接各支路的信號，這種復接稱為按幀復接。 優缺點：復接時不破壞原來的幀結構，有利于交換，但需要更大的存儲容量，目前極少應用。 早期采用的復接方式多為異源逐位復接方式。目前正逐漸向按字復接的方向發展。 “復用復用”與與“復接復接”的區別：的區別： 1）PCM復用是對多路（電話）信號在一個定長的時間內（幀）完成的PCM和TDM全過程。復接是對多路數字信號（數字流或碼流）在一個定長的時間內進行的碼元壓縮與安排，它只負責把多路數字信號安排（復用）在給定的時間內，而不需要再進行

19、抽樣、量化和編碼的PCM過程，從而減少了對每路信號的處理時間，降低了對器件和電路的要求，實現了大路數（高次群）信號的“時分復用”。 復接的原理就是改變各低速數字流的碼元寬度，并把它們重新編排在一起，從而形成一個高速數字流。從表面上看，復接是一種合成，但其本質仍然是一種時分復用的概念。為了與PCM復用相區別，所以稱之為“復接”。 2）PCM復用是針對模擬信號的，而數字復接是以數字信號為對象的，盡管數字復接的任務是把低速PCM碼流（低次群）變換成高速PCM碼流（高次群）。5.2 同步數字序列同步數字序列SDH簡介簡介 5.2.1 SDH（Synchronous Digital Hierarchy

20、）的提出）的提出 1 產生背景產生背景 數字通信技術的應用是從市話中繼傳輸開始的，當時可利用的傳輸媒介主要是電纜，其頻帶寬度有限，因此，盡量減小幀中的開銷以節約頻帶資源便成為選擇各級速率的一個基本出發點，并由此形成了28-34140Mb/s的準同步數字系列準同步數字系列（PDH-Plesiochronous Digital Hierarchy ）。美、日等國則采用基于1.5Mb/s的PDH。 以光纖為代表的大容量傳輸技術的進步，要求PDH向更高速率發展。傳統準同步（PDH）系統暴露出了一些固有的缺點： (1) PDH是逐級復用的，當要在傳輸節點從高速數字流中分出支路信號時，需配備背對背的各級復

21、分接器，分支插入電路不靈活。 (2) PDH各級信號的幀中預留的開銷比特很少，不利于傳送操作管理和維護（OAM）信息，不適應電信管理網（TMN）的需要。 (3) PDH中1.5Mb/s與2Mb/s兩大系列難以兼容互通。 (4) 更高次群如繼續采用PDH將難以實現。 (5) PDH在各支路信號同源時仍需塞入脈沖來調整速率，不利于向BISDN發展。 (6) 歐洲、北美和日本等地區和國家規定的話音信號編碼速率不同，給國際間的互通造成不便。 20世紀80年代以來，光纖通信獲得廣泛應用，并以其優良的寬帶特性、傳輸性能和低廉的價格而逐漸成為電信網的主要傳輸手段。帶寬的節省不再是選擇速率的主要依據，重要的是

22、網絡運用的靈活性、可靠性、維護管理的方便性以及對未來發展的適應性。 基于這一想法并針對PDH的缺點，美國Bellcore公司在1985年提出了同步光纖網（同步光纖網（SONET）的設想，在此基礎上，CCITT于1988年提出SDH的建議，并于1990年和1992年兩次修訂完善，形成了一套SDH的標準。 我們可將信息高速公路同目前交通上用的高速公路做一個類比：一個類比： 公路：是SDH傳輸系統(主要采用光纖作為傳輸媒介，還可采用微波及衛星來傳輸SDH) 。 立交橋：是大型ATM交換機，SDH系列中的上下話量復用器(ADM)就是一些小的立交橋或叉路口。 在“SDH高速公路”上跑的“車”：是各種電信

23、業務(語音、圖像、數據等)。 用鐵路運輸類比： PDH技術如同散裝列車，各種貨物(業務)堆在車廂內，若想把某一包特定貨物(某一項傳輸業務)在某一站取下，即需把車上的所有貨物先全部卸下，找到你所需要的貨物，然后再把剩下的貨物及該站新裝貨物一一堆到車上，運走。因此，PDH技術在凡是需上下電路的地方都需要配備大量各次群的復接設備。 若把SDH技術與PDH技術的主要區別： 而SDH技術就好比集裝箱列車，各種貨物(業務)貼上標簽(各種開銷：Overhead)后裝入集裝箱。然后小箱子裝入大箱子，一級套一級，這樣通過各級標簽，就可以在高速行駛的列車上準確地將某一包貨物取下，而不需將整個列車“翻箱倒柜”(通過

24、標簽可準確地知道某一包貨物在第幾車廂及第幾級箱子內)，因此，只有在SDH中，才可以實現簡單地上下電路。 信息高速公路基本上由SDH設備構成，只有同高速公路(SDH)相連的支路、叉路將仍保留部分PDH設備。 2 SDH的基礎設備的基礎設備 同步傳送模塊（STM），它的第一級稱為STM1，它實際上是一個帶有線路終端功能的準同步數字復用器準同步數字復用器，它將63個2Mb/s信號，或3個34Mb/s信號，或1個140Mb/s信號復用或適配為155520kb/s（簡稱155Mb/s），在155Mb/s信號中預留了相當多的開銷比特。 從155Mb/s往上則完全采用同步字節復用同步字節復用，從而形成速率為

25、622080Mb/s的STM4和速率為2488320kb/s的STM16，更高速率的STMN尚待標準化。 圖55 STM1幀結構 z8926190SOHAU PRTSOH信息凈負荷x(byte)y(byte) 5.2.2 SDH的幀結構的幀結構 1SDH的幀結構的幀結構 SDH最基本、最重要的數據塊為同步傳輸模塊STM1。更高級別的STMN信號則是將STM1按同步復用，經字節間插后形成的。 STM1矩形塊狀幀結構如圖55所示，它由兩部分組成：比特開銷和信息凈負荷。圖55 STM1幀結構 z8926190SOHAU PRTSOH信息凈負荷x(byte)y(byte) STM1幀結構由9行、270

26、列組成。每列寬一個字節即8比特，開始9列為開銷所用，其余261列則為有效負荷即數據存放地。 整個幀容量為（261+9）9=2430字節，相當于2430819440比特。 幀傳輸速率為8000幀秒，即125s為一幀，因而STM1傳輸速率為194408000=155.520Mb/s。 其它較高級別的碼速都是STM1碼速的正整數倍；如表5-2所示，目前只定義了1、4、16級，STM64尚待研究中。表52 STM系列表 速率等級速率（Mb/s)STM-1155.520STM-4622.080STM-162488.320STM-649953.280 STM1幀結構字節的傳送幀結構字節的傳送: 從左到右，

27、從上到下按行進行，首先傳送幀結構左上角第一個8比特字節，依次傳遞，直到9270個字節都送完，再轉入下一幀。 圖56 SDH比特開銷 A1A1A1A2A2A2C1B1E1F1D1D2D3B2B2B2K1K2D4D5D6D7D8D9D10D11D12E2RSOHAU PRTMSOH9個字節9行2比特開銷 比特開銷由段開銷（SOH）和指針組成。段開銷（SOH）中98矩陣提供網絡運行、維護和管理所需的附加字節。對STM1而言，每幀有8972個字節（576bit）用于段開銷，所占比例幾乎為3%，可見段開銷是相當豐富的，這是SDH的重要特點之一。 SDH的比特開銷又分為再生段開銷（RSOH）和復用段開銷（

28、MSOH）,如圖56所示。下面分別敘述SOH和PTR的各項功能。 在SDH中，13行分給RSOH，59行分給MSOH。RSOH可以在再生中繼器接入，也可以在終端設備中接入。MSOH則只能在終端設備中接入。 （1）幀定位字（A1、A2）。幀定位字 用來識別幀的起始位置。A1、A2具有確定的H進制數據。A1為11110110，A2為00101000。在STM1幀內集中安排六個幀定位字，占幀長的0.25%，誤碼率為 (1/2)683.5510-15，因此幀失步概率大大減小。 （2）STM體系識別符（C1）。 SDH中的C1字節用來識別每個STM1信號在STMN復用信號中的位置，解復用時，只需依據C1

29、即可較快實現正確分路。 （3）數據通信通路（DCC）D1D12。 SDH中的DCC用來構成SDH管理網（SMN）的傳送鏈路。PDH中也有控制通路，但都是專用的，外界無法接入。SDH中的DCC則是通用的，具備所有網絡單元，其中D1D3字稱為再生段DCC，用于再生段終端間交流OAM信息，速率為643192（kb/s）；D4D12字符為復用段DCC，用于復用段終端間交流OAM信息，傳輸速率為576kb/s。 （3）數據通信通路（DCC）D1D12。 SDH中的DCC用來構成SDH管理網（SMN）的傳送鏈路。PDH中也有控制通路，但都是專用的，外界無法接入。SDH中的DCC則是通用的，具備所有網絡單元，其中D1D3字稱為再生段DCC，用于再生段終端間交流OAM信息，速率為643192（kb/s）；D4D12字符為復用段DCC，用于復用段終端間交流OAM信息，傳輸速率為576kb/s。 （4）比特交叉奇偶校驗8bit碼BIP8（B1，B2）。B1字節用作再