现代通信系统4 - 图文

第5章数字光纤通信系统第5章数字光纤通信系统5.1PDH数字光纤传输系统5.2SDH光同步数字传输系统5.3SDH传送网5.4SDH系统同步与定时5.5光波分复用系统第5章数字光纤通信系统

5.1 PDH数字光纤传输系统

在第4章,对PDH系列的帧结构组成已经讲述,这里主要讲述PDH数字系列的光纤传输系统及其网络接口。PDH数字光纤通信传输系统方框图结构如图5.2所示。系统终端设备由

数字端机和光端机组成,对其PDH系列来说,主要是指在方框图中的电端机的PCM一、二、三、四次群(PCM高次群)。它是根据系统业务容量来确定PCM高次群的等级的。正如第4章中所讲述的,它是以PCM30／32路基群即2Mb／s速率接口为基础,采用按码位异步复接方式,按一定帧结构进行逐级复接而成。

第5章数字光纤通信系统

在发端为复接,在接收端为分接,从高次群中分接出低次群数字信号。随着数字集成技术的发展,PDH系统设备已把数字

端机、光端机集成在一个物理体中,体积很小(窄架),这些设备根据不同用户、不同用途,把复接的数字码进行PDH系列光传输码型的变换(线路编码),组成如4B1H、1B1H等不同帧结构系统的传输设备。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也得到广泛应用。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。

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1.PDH系统电接口主要参数

CCITT在G703协议中,对以2.048Mb/s为基础的PDH系列规定接口特性、速率、码型,如表5.3所示。

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G921规定的标称比特容差如表5.4所示。

2.PDH系统光接口主要参数系统发光功率如表5.5所示。

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系统光接收灵敏度,当BER=1×10-10时所需的最低接口光功率如表5.6所示。

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5.2 SDH光同步数字传输系统

5.2.1SDH光同步数字传输系统的概念及特点

1.SDH系统的基本概念

SDH系统是国际电联(ITU-T)在20世纪80年代后期推出的一种光传输数字通信体系。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。SDH网以其卓越的性能被公认为新一代理想的宽带传送网,它代表了数字通信发展的方向,并且将成为信息高速公路传送网基础。

SDH系列,实质上是在光纤上进行同步信息传输的一些网络单元(NE)。它有国际上统一的网络节点接口(NNI),如图5.10所示,从而简化了信号互通和信号的传输复接,交叉连接和交换过程。

第5章数字光纤通信系统NNITRTRTRSMSMSMNNINNISMSMTRTRSMDXC：数字交叉连接设备EA：外部接入设备TRLineradioDXCEALineradioTR：支路信号Line： 线路系统SM：同步复用器radio：无线系统表5.10 NNI的位置示意图第5章数字光纤通信系统

它有一套标准化的信息结构等级,称为“同步传输模块”STM-N(N为1,4,16,64,…),如表5.7所示。

2.SDH系统的特点SDH系统具有如下特点：

①SDH系统是采用以字节间插同步方式复接,而成为更高等级的SDH传送模块STM-N的,因此,从STM-N中容易分出支路信号,分/插复用灵活,可动态改变网络配置。

第5章数字光纤通信系统

第5章数字光纤通信系统

②有充足的开销,有可扩展的管理维护(OAM)能力。③兼容了国际上1.544Mb/s和2.048Mb/s系列,为国际通信接口提供方便。

④STM-N信号帧中,含有线路终端功能,便于光电合一,光接口标准化,SDH具有横向兼容性,设备可在多供货商环境下互通。

⑤有效网管和网络动态配置,容易实现自愈环的组网,提高网络可用性,并能降低维护费用。

⑥8kHz帧频与字节同步复用,为将SDH传输终端综合进数字交换并简化交换设备提供了可能。

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⑦适用于支撑(ITU-T)关于B-ISDN用户/网接口标准速率定为155Mb/s和622Mb/s,而且已建议采用STM帧作为传送

ATM信元物理层的一种方式,从而使SDH成为支撑B-ISDN的重要传输手段。

综上所述,可归纳为三大特点:①有标准光接口;②同步字节复用(复接);③强大的网络管理功能。

任何事物都不是十全十美的,SDH系统也有不足之处:

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①由于增加了大量的维护管理比特,因此频带利用率不如PDH系统。如果按收容2.048Mb/s的STM-1(155.520Mb/s),SDH

只有63个2Mb/s(PDH四次群有64个)。

②由于在复接中采用了指针调整技术,使技术设备复杂。

③由于大量采用了软件技术进行控制、管理与维护,如果出现人为和设备、软件故障及计算机病毒侵入,会导致系统发生重大故障,甚至造成系统瘫痪。

随着技术的不断发展、进步, 传输信道的带宽更宽, 这些弱点会逐渐被克服。

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5.2.2SDH的开销(OH)功能

1.开销(OH)的概念

在第4章中已讲述了SDH系列的帧结构。在帧结构中的开销安排为三大部分,其中一部分为段开销区,用SOH表示;在净负

荷区还含有通道开销,用Vc-POH表示。

所谓开销,是指在帧结构中安排的一些特殊比特,是分层使用的。它是在网络节点接口数据流中扣除信息净负荷之后的部分,在SDH系统中作为段层和通道层运行、管理、监视和维护用的比特。

2.开销分类

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1)段开销SOH

SOH段开销作为段层性能监视、管理和维护的信息,进一

步分为再生段开销(RSOH)和复用段开销(MSOH),其中,RSOH可在再生器接入,也可以在终端设备接入。

MSOH将透明地通过再生器,能终结在AUG的组合和分解点,即终端设备处。SOH在帧结构中的位置为前9列8行,其中第1～3行为RSOH,第5～第9行则为MSOH,如图5.11所示。

2)通道开销Vc-POH

它主要用于复用(复接)Vc进入STM的开销比特,安排在净

负荷中。分为两类:

第5章数字光纤通信系统9字节A1B1D19行B2D4D7D10Z1Z1Z1A1··A1··A2E1D2K1E1D8D11Z2Z2Z2A2··AU PTRB2B2K2D6D9D12E2MSOHA2C1F1D1**RSOH国内使用字节*不扰码国内使用字节图5.11 STM-1 SOH字节安排第5章数字光纤通信系统

第一类:低阶Vc-POH(Vc-11/Vc-12POH),其主要功能有低阶Vc通道功能监视,维护信号以及告警状态指示。

第二类:高阶Vc-POH(Vc-3/Vc-4POH),其主要功能有高阶Vc通道性能监视,告警状态指示,维护信号以及复用结构指示等。

3.段开销(SOH)安排

这里以STM-1的SOH为例说明,如图5.11所示。1)帧定位字节:A1和A2

A1和A2用来识别帧的起始位置,它具有确定的二进制数值,即A1为11110110,A2为00101000。

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STM-1帧内安排了3个A1和3个A2帧定位字节,占帧长的0.25%,主要是为实现帧同步而设立的。

对于STM-N,帧定位由3×N个A1及3×N个A2组成。在收信正常(包括帧失步)时,再生器直接转发定帧字节;收信故障时,再生器产生定帧字节。

在再生器中,定帧字节应不经扰码,全透明传输。2)STM识别字符:C1Ｃ1用来识别每个STM-1信号在STM-N复用结构中的位置。

3)数据通信字节(DCC):D1～D12

DCC用来构成SDH管理网的传送通路,在STM-1中,D1、D2、D3共192kb/s的通路作为再生段的DCC;字节D4～D12共576kb/s的通路字节作为复用段的DCC。

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4)公务联络字节:E1、E2

这两个字节可作为话音通信的公务联络通路,E1是再生段开销(RSOH)的一部分,并可在再生段接入,E2是复用段开销(MSOH)的一部分,并可在复用段终端接入。

5)使用者通路字节:F1

这个字节留给使用者(网络使用者)使用,主要为特殊维护目的提供临时数据/音频通路的连接。

6)BIP-8字节:B1

该字节用作再生段的误码监测,这是使用偶校验的比特间插奇偶校验8位码(BIP-8)。B1是通过计算前一个STM-N帧扰码后的所有比特而得到的,置于扰码前的B1位置。

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7)BIP-N×24字节:B2

B2字节用于复用段误码监测(对于STM-1有三个字节共24比特,使用偶校验)。它是对前一个STM-N帧中除了SOH的第1到第3行外的全部比特进行计算而获得,结果置于扰码前的B2字节位置。产生方式与BIP-8类似。

8)自动保护倒换(APS)通路字节:K1,K2(b1～b5)9)同步状态字节:Z1(b5~b8)Z1字节的b5~b8比特用作同步状态消息。

10)空闲字节:Z1(b1～b4)和Z2其功能尚未正式确定。11)复用段远端失效指示字节:K2(b6~b8)

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5.2.3SDH系列的复用

在第4章中已讲述了数字复接的基本概念,在这里主要讲字节的同步复接。

1.复用结构

SDH复接过程:由一些基本单元经过若干复接步骤,并采用了净负荷的指针技术,这样可避免复用设备接口滑动,又可以容易地接入同步净负荷,因而这是复接的一个重要革新。

按ITU-TG.709协议,SDH的复用结构如图5-12所示。从图5.12看出,各种低速率等级的数字信号分别进入其相应的接口容器C,主要完成其适配功能。

第5章数字光纤通信系统× NSTM-NAUG× 1AU-4Vc-4× 3TUG-3AU-3指针处理复用映射定位校准TU-11Vc-11C-111544 kb/sVc-3× 7C-4× 1× 7× 1TUG-2× 4× 3TU-2TU-12Vc-2Vc-12C-2C-12TU-3Vc-3C-344 736 kb/s34 368 kb/s6312 kb/s2048 kb/s139 264 kb/s× 3图5.12 G-709复用结构第5章数字光纤通信系统

在ITU-TG-709协议中,已规定了5种标准接口容器C-11、C-12、C-2、C-3、C-4的标准比特速率,而我国制定的行业标准有3种:C-12(PDH2.048Mb/s)、C-3(34.368Mb/s)和C-4(139.264Mb/s),如图5-13所示。

从图5.13中可见,其复接过程首先要分别经过映射、指针处理、定位和形成TU的过程,如图5-14所示。

首先采用脉冲插入的PDH数字信号形成容器C,再加上通道开销构成Vc,这是SDH中最重要的信息结构,主要支持通路层连接。Vc(虚容器)的包封速率与网络是同步的,在包封内部允许装载各种不同的准同步支路信号。Vc在SDH网中传输时总是保持完整不变,因而可作为一个独立的实体在通道中取出或插入,进行同步复用和交叉连接处理十分灵活方便。

第5章数字光纤通信系统×NSTM-NAUG×1AU-4Vc-4×3指针处理复用定位校准映射TUG-3×1×7TUG-2×3TU-12Vc-12C-122018 kb/sTU-3Vc-3C-1C-313 926 kb/s31 368 kb/s注：在干线上采用34 368 kb/s时，应经上级主管部门批准图5-13 我国的SDH基本复用结构第5章数字光纤通信系统脉冲插入映射入容器PDHC支路POHVC＋指针TU图5.14 POH支路形成TU过程

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2.复用过程1)映射

所谓映射,就是把PDH系列各种速率数字信号和ATM信元经过适配处理进入虚容器Vc的过程。

(1)PDH系列的映射。

为适应各种不同的网络应用,目前有异步映射、同步映射、浮动模式映射、锁定模式映射等多种方式。现在,一般采用浮动的异步映射方式。

(2)ATM信元映射。

ATM信元是指异步转移模式ATM的信息结构,也是宽带B-ISDN信息网的信息结构单元,并以信元cell为基本单位。

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按ITU-T协议,每个信元长53个字节,ATM信元的映射就是利用将每个信元的字节结构与所用虚容器字节结构(包括级联结构Vc-X，X≥1)进行定位对准来实现的,因Vc-X容量有可能不是ATM信元长度(53字节)的整数倍,所以允许cell跨越Vc-X边界。ATM信元前面5个字节为信头,其余48个字节为信息域。在信息域，映射进入Vc-X之前要进行扰码,在信头期间停止扰码,并保持状态不变。当Vc-X信号终结时进行逆变换,只对信息域进行解扰码后传送给ATM层(恢复cell信元)。

2)指针调整

(1)指针描述。

指针可以认为是Vc在AU或TU帧内提供的一种灵活和动态定位的方法,因此指针不仅能容纳Vc和SOH在相位上的差别,而且能够容纳帧速率的差异。指针的作用可归纳为三条:

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·当网络处于同步工作状态时,指针用来作同步信号间的相位校准。

·当网络失去同步时,指针用作频率和相位校准,当网络处于异步工作时,指针用作频率跟踪校准。

·指针还可以用来容纳网络中的频率抖动和漂移。(2)指针分类。

指针(PTR)主要有AU-PTR和TU-PTR两类。AU-PTR主要指AU-4PTR;TU-PTR主要指TU-11和TU-12以及TU-3PTR。·AU-4PTR主要是提供PDH系列的四次群139.264Mb/s的数字信号进入Vc-4的灵活动态定位方法。它包括了指针位置以及指针值的码字安排,频率调整以及标识符NDF。

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·TU-12PTR主要是PDH系列的一次群2.048Mb/s的数字信号(通常称为2Mb/s接口)进入Vc-12而为其浮动映射提供的一

种灵活动态定位的方法,与Vc的实际内容无关。

TU-12PTR包括了指针位置、字节以及指针值的比特安排,频率调整及新标识符NDF等。

·TU-3PTR主要提供PDH三次群(34.368Mb/s)的数字信号进入Vc-3,为其提供动态、灵活的定位方法,定位过程与Vc-3的

实际内容无关。TU-3PTR也同样包括了位置指示字节、指针值以及频率调整和新数据标识符NDF等。

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3)通道开销Vc-POH

在前面讲述开销中,提到了通道开销,它是在PDH系列(视为信息净负荷)适配进虚容器前,即终结在虚容器组装和拆卸点的虚容器的字节比特安排,称为通道开销Vc-POH,它能提供通信的完整性,分为两类:

·低阶Vc-POH(Vc-11/Vc-12POH),在一般复接于帧结构中用V5、J2、K2和K4四个字节表示。C-12加上Vc-12POH构成了Vc-12。

·高阶Vc-POH(用HPOH表示)(Vc-3/Vc-4POH)一般在子帧复接结构中,依次分别插入9个字节(J1、B3、C2、G、F2、H4、F3、K3、N1)构成Vc-4。

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4)复用过程

综上所述,SDH系列复用的单元包括了若干容器C-n、虚容器Vc-n、支路单元TU-n、支路单元组T

UG-n、管理单元AU-n和

管理单元组AUG-n(n为单元等级序号)。

复用过程可用下列式子来表述: C-n+Vc-nPOH=Vc-n

(5.3.1)

Vc-n+TU-nPTR=TU-n(5.3.2)TU-n×N=TUG2TUG2×N=TUG3

(5.3.3)(5.3.4)

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AU-n×N=AUG(5.3.6)

AUG×N=STM-N(5.3.7)

STM-1×N=STM-N(5.3.8)

下面举例说明我国PDH系列一次群2.048Mb/s速率和四次群139.264Mb/s速率复用为STM-1的过程。

例1利用AU-4复用线路直接从C-12复用的方法,步骤如图5-15所示。

图5.15中的复用过程为:标称速率为2.048Mb/sPDH一次群数字信号(2Mb/s接口)先进入C-12作适配处理,加上Vc-nPOH构成Vc-12后,其速率为2.240Mb/s。Vc-12加上TU-12PTR,以指明Vc-12相对TU-12的相位,并经速率调准和相位对准后的TU-12速率变为2.304Mb/s。

第5章数字光纤通信系统(2.048 Mb/s)C-12C-12Vc-12 POH(2.240 Mb/s)C-12Vc-12TU-12 PTRVc-12(2.304 Mb/s)TU-12TU-12 PTR…TU-12 PTR…Vc-12…(6.912 Mb/s)Vc-12TUG-2TUG-2…TUG-2(49.536 Mb/s)TUG-3Vc-4 POHTUG-3…TUG-3Vc-4(150.336 Mb/s)AU-4 PTRVc-4(150.912 Mb/s)AU-4AU-4 PTRVc-4(150.912 Mb/s)AUGSOH逻辑结合物理结合AUG…AUG(N×155.520 Mb/s)STM-N注：非阴影区域是相位对准定位的，阴影区与非阴影区间的相位对准定位由指针规定并由箭头指示图5.15 利用AU-4直接从C-12复用的方法第5章数字光纤通信系统

又经均匀同步复接,即均匀间插组成TUG-2(3×2.304Mb/s),再经7个TUG-2单字节间插组成TUG-3(加上塞入字节使

速率达到49.536Mb/s),再由三个TUG-3经字节间插加上高阶POH和塞入字节后构成Vc-4净负荷,速率为150.336Mb/s。最后加上AU-4PTR的576kb/s的指针信号组成了AU-4,速率为150.912Mb/s。单个AUG直接接入加上4.608Mb/s的段开销组成STM-1(标称速率为155.520Mb/s)的帧结构。

例2利用AU-4直接从C-4复用的方法,如图5.16所示。

第5章数字光纤通信系统(139.264 Mb/s)C-4(149.760 Mb/s)C-4Vc-4 POHC-4(150.336 Mb/s)VC-4AU-4 PTRVc-4(150.912 Mb/s)AU-4AU-4 PTRVc-4(150.912 Mb/s)AUGSOHAUG…AUG(N×155.520 Mb/s)STM-N逻辑结合物理结合注：非阴影区域是相位对准定位的，阴影区与非阴影区间的相位对准定位由指针规定并由箭头指示图5.16 利用AU-4直接从C-4复用的方法

第5章数字光纤通信系统

其复用过程为:标称速率为139.264Mb/s的PDH系列四次群数字信号进入C-4,经适配处理后输出为149760Mb/s,加上每帧

9个字节的HPOH高阶通道开销,相当于576kb/s(C-4+VcPOH=Vc-4),便构成Vc-4高阶虚容器(速率为150336Mb/s),它与AU-4净负荷容量一样,但速率可能不一致,需要进行调整。AU-4PTR的作用就是指明Vc-4相对AU-4的相位,占有9个字节相当于容量为576kb/s,加上AU-4PTR指针后的AU-4速率为150912Mb/s,得到单个AU-4直接置入AUG,再由AUG经单字节间插加上段开销4608Mb/s的数字信号就构成了STM-1标称速率为155520Mb/s的SDH信号。若由N个AUG经单字节间插加上段开销,便构成了STM-N的SDH系列数字信号。

第5章数字光纤通信系统

3.IPoverSDH

IPoverSDH技术是把IP直接接入到SDH光同步数字系列中。其简单过程为:IP的数据包根据RFC1662规范,简单地插入到PPP帧中的信息段,然后再由SDH通道层的业务适配器把封装后的IP数据包映射到SDH的同步净负荷区,再经过SDH传输层和段层,加上相应的开销,把净负荷装入到SDH帧中(符合RFC1619:PPPoverSDH要求),最后到达光层,在光纤中传输。其示意图分层模型结构如图5.17所示。

IPoverSDH标准已由我国武汉光通信研究院提出并经ITU—T通过,作为国际标准。目前,是我国在国际电联(ITU)首

次被采纳的标准,而且是作为IPoverSDH的通信技术国际标准。

第5章数字光纤通信系统语音图像数据IP/PPPSDH光纤传输管道图5.17 IP over SDH分层模型第5章数字光纤通信系统

5.2.4SDH设备

SDH设备是根据SDH帧结构和复接方法来设计的,为了使设备在组网中与其他设备互通及兼容,就需要制订统一标准,对各种设备进行规范。根据信息流程,通过定义来设计设备的基本“积木块”结构。为此,CCITT(现为ITU-T)G781规定了SDH复用设备协议结构。G782又规定了SDH复用设备的类型和一般特性。G783协议给出了SDH设备的基本功能块的功能描述。

SDH设备分为终端复用设备(TM)、分/插复用设备(ADM)和同步数字交叉连接设备(SDXC)等。这些设备都是由各种逻辑功能块组合而成的。

1.TM、ADM复用设备

第5章数字光纤通信系统

在SDH系统中,有两种复用设备,一种称为终端复用器TM,另一种称为分/插复用器ADM。TM设备主要用于点对点的系

统以及ADM链路的两端,在我国一级干线网的传输系统中广泛应用。ADM设备充分体现了SDH系统的优越性,由于它在组网中可灵活应用于上、下电路,它不但可用于点对点的传输,而且大量地用于链路和环型网,在我国的二级干线和本地网中得到广泛应用。

1)TM终端复用器

TM的主要功能是实现将PDH信号(指G703协议接口信号或STM-N信号)复接成高速的STM-M信号(M＞N)并完成电光

相互转换,使其在光纤中传输。

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