《两种传输体系》PPT课件.ppt

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1、第五章 数字光纤通信系统,光纤通信系统是以光为载波，利用纯度极高的玻璃拉制成极细的光导纤维作为传输媒介，通过光电变换，用光来传输信息的通信系统。,基本光纤通信系统:最基本的光纤通信系统由数据源、光发送端、光学信道和光接收机组成。数据源包括所有的信号源，它们是话音、图象、数据等业务经过信源编码所得到的信号；光发射机和调制器则负责将信号转变成适合于在光纤上传输的光信号，先后用过的光波窗口有0.85 m、1.31 m和1.55 m。光学信道包括最基本的光纤，还有中继放大器、EDFA等；光学接收机则接收光信号，并从中提取信息，然后转变成电信号，最后得到对应的话音、图像、数据等信息。,光纤通信系统,备用

2、系统与辅助设备,为了确保系统的畅通，通常设置都有备用系统，就好比对磁盘的备份。正常情况下只有主系统工作，一旦主要系统出现故障，就可以立即切换到备用系统，这样就可以保障通信的畅通和正确无误。辅助设备是对系统的完善，它包括监控管理系统、公务通信系统、自动倒换系统、告警处理系统、电源供给系统等。,光纤通信系统,定义：通过光纤信道传输数字信号的通信系统。,经过模/数变换的语音信号 经过压缩编码的视频信号 以太交换机和路由器转发的数据信号,依据光源调制的信号是模拟信号还是数字信号，光纤通信系统分为：模拟光纤通信系统和数字光信通信系统,数字光信通信系统的发展历程,数字光纤通信系统从20世纪80年代中后期开

3、始应用系统速度（单波长）：40Mb/s 10Gb/s,40Gb/s工作波长：单波长 几十甚至更多波长（复用技术）结构：由简单的点对点的传输 拓扑结构的网络,SDH网物理拓扑 物理拓扑（5种）,线型,树型,环型,网孔型,本章主要内容,5.1 两种传输体制5.2 系统性能指标5.3 系统设计,5.1 两种传输体制,在数字通信系统中，传送的信号都是数字化的脉冲序列。这些数字信号流在数字交换设备之间传输时，其速率必须完全保持一致，才能保证信息传送的准确无误，这就叫做“同步”。在数字传输系统中，有两种数字传输系列：准同步数字系列(PDH：Plesiochronous Digital Hierarchy)

4、同步数字系列(SDH：Synchronous Digital Hierarchy),PDH和SDH,准同步：就是被复接的支路信号的时钟来自不同的时钟源（在数字通信网的每个节点上都分别设置高精度的时钟，这些时钟的信号都具有统一的标准速率）在准同步中，各支路信号的数码率都可以在标称值上有偏差，各支路信号的时钟和本机的定时信号是异步的，所以准同步复接又称为异步复接。,同步：如果被复接的各支路信号的时钟都来自于同一个时钟源，并且各支路的时钟于本机的定时时钟是同步的（即同一时钟源），这样的复接就是同步复接,基本概念,复接/解复接是数字信号传输的重要部分 复接：将低速信号按照一定的规则变成高速信号 解复接

5、：将收到的高速信号恢复成原来的低速信号,5.1.1 准同步数字传输体系,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，采用的国家有北美各国和日本；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。,一次群（基群）、二次群、三次群、四次群以及高次群来描述PDH的速率,对于以2.048Mb/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，这是因为复接时插入了一些相关的比特。对于以1.544Mb/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主要适用于中、低速率点对点的传输。

6、,(1)北美、西欧和亚洲所采用的三种数字系列互不兼容，没有世界统一的标准光接口，使得国际电信网的建立及网络的营运、管理和维护变得十分复杂和困难。,PDH的缺点,(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，不能适应电信网络不断扩大、技术不断更新的要求。,(3)由于低速率信号插入到高速率信号，或从高速率信号分出，都必须逐级进行，不能直接分插，因而复接/分接设备结构复杂，上下话路价格昂贵。,SDH的诞生,PDH流行于上世纪80年代，由于当时的通信业务量小，种类也少，所以对传输的需求量也相对较小。由美国朗讯科技贝尔实验室制定的同步数字体系的原型同步光纤网Sonet(

7、Synchronous Optical Network),后来ITU-T（原来的CCITT）在SONET的基础上对同步传输的各支路速率进行了更进一步的规范，就形成了今天的SDH,SDH的基本速率 为 155.520 Mbps，其速率分级名称为同步传递模块STM(Synchronous Transport Module)。,5.1.2 同步数字系列 SDH,一、SDH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。,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。,SDH终接设备（SDH终端复

8、用器TM）,SDH终端的主要功能是：复接/分接和提供业务适配，例如：将多路E1信号（一次群信号）复接成STM-N信号及完成其逆过程，或者实现与非SDH网络业务的适配。,分插复用设备ADM,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,数字交叉连接设备DXC,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。其核心部分是可控的交叉连接开关(空分或时分)矩阵。,图5.2(c)SDH传输网络单元数字交叉连接设备DXC,每个输入信号被分接为m个并行支路，然后通过时分（或空

9、分）交换网络，按照预先存放的交叉连接图或动态计算的交叉连接图对这些电路进行重新编排，最后将重新编排后的信号复接成高速信号输出。,数字交叉连接设备DXC,通常用DXC X/Y来表示一个DXC的配置类型，其中：第一个数字X表示输入端口速率的最高等级，第二个数字Y表示参与交叉连接的最低速率等级。,数字0：64 kb/s电路速率；数字1、2、3、4：分别表示PDH的1至4次群的速率，其中4也代表SDH 的 STM-1 等级；数字 5 和 6：分别代表SDH的STM-4 和STM-16等级。,例如:DXC 1/0 表示输入端口的最高速率为一次群信号的速率(E1:2.048 Mb/s),而交叉连接的基本速

10、率为64 kb/s;DXC 4/1 表示输入端口的最高速率为155.52 Mb/s(对于SDH)或140 Mb/s(对于PDH)，而交叉连接的基本速率为2.048 Mb/s。,目前应用最广泛的是DXC 1/0、DXC 4/1和DXC 4/4。,DXC(交叉连接设备)在干线传输网中的主要用途是实现自动化的网络配置管理。主要功能有：分离本地交换业务和非本地交换业务，为非本地交换业务迅速提供可用路由；为临时性重要事件(如运动会、发生地震等)迅速提供通信电路；当网络发生故障(如某些干线中断)时，能迅速提供网络的重新配置；根据业务流量的季节变化使网络配置最佳化；当网络中混合使用PDH和SDH时，可作为P

11、DH与SDH的网关。,数字交叉连接设备DXC,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(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。,SDH传输网的连接模型,再生中继器,图 5.3(b)传输通道的结构分层结构,SDH传输网的分层结构,与PDH相比SDH的优点,(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/

12、s 16个STM-1 组成STM-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。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。,与PDH相比SDH的优点,(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。,PDH和SDH分插信号流程的

13、比较。在PDH中，为了从140 Mb/s码流中分出一个2 Mb/s的支路信号，必须经过140/34 Mb/s,34/8 Mb/s和8/2 Mb/s三次分接。若采用SDH分插复用器(ADM)，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。,图5.4 分插信号流程的比较,图 5.4 分插信号流程的比较,光,/,电,分接,分接,分接,复接,复接,复接,电,/,光,SDH,ADM,PDH,从高速信号插/分低速信号要一级一级进行，层层的复用/解复用增加了信号的损伤，不利于大容量传输。,与PDH相比SDH的优点,(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接配置，对网络资

14、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。,二、SDH帧结构,SDH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。,一个STMN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。,帧结构,SDH帧大体可分为三个部分：段开销(SOHSectio

15、n Overhead)。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。,对于STM-1而言，SOH共使用98(第4行除外)=72Byte相应于576bit。由于每秒传输8000帧，所以SOH的容量为 5768000=4.608 Mb/s。,帧结构,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)：负责对整个STM-N信号的监控管理。复接段开销(LOH)：负责对STM-N中每一个STM-1信号的监控管理。前者占前3行，后者占59行。,帧结构,(

16、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。对于STM1而言，Payload有9261=2349Byte,相应于234988000=150.336Mb/s的容量。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(POHPath Overhead)。,帧结构,(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第一个字节在帧内的准确位置(相对于指针位置的偏移量)，以便在接收端正确地分解。对于STM1 而言，AU PTR有9个字节(第4行)，相应于988000=0.576 Mb/s。采用指针技术

17、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。,帧结构,所谓虚容器(VC:Virtual Container)是一种支持通道层连接的信息结构,当将各种业务经处理装入虚容器后,系统只需要处理各种虚容器即可达到目的,而不管具体信息结构如何,因此具有很好信息透明性,同时也减少了管理实体的数量,三、复用原理,所谓复用就是将多个低速支路信号合成单路高速数字流的过程。,将低速支路信号复接为高速信号，通常有两种办法：,正码速调整法：每一个参与复接的数码流都必须经过一个码速调整装置，将瞬时数码率不同的数码流调整到相同的、较高的数码率，

18、然后再进行复接。,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：让低速支路信号在高速信号帧中占用固定的位置,优点：复接和分接比较容易实现缺点：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。,SDH采用载荷指针技术，结合了上述两种方法的优点。代价是在接收端要对指针进行处理。,三、复用原理,ITUT规定了SDH的一般复用映射结构。所谓映射结构：把支路信号适配装入虚容器的过程，其实质是使支路信号与传送的载荷同步。（这种结构可以把目前PDH的绝大多数标准速率信号装入SDH帧）SDH的复用结构是由一系

19、列的复用单元组成，而复用单元实际上是一种信息结构。不同的复用单元，其信息结构不同，因而在复用过程中所起的功能各不相同，常用的复用单元有：标准电容（C），虚电容（VC）,管理单元（AU)，支路单元（TU）,三、复用原理,图 5.7 SDH的一般复用映射结构,图中C-n是标准容器，用来装载现有PDH的各支路信号，即C11,C12,C2,C3和C4 分别装载1.5 Mb/s,2Mb/s,6 Mb/s,34 Mb/s,45 Mb/s和140Mb/s的支路信号，并完成速率适配处理的功能。,映射：指将支路信号适配器装入VC的过程定位校准：通过指针完成同步复用：同步字节间插,图 5.7 SDH的一般复用映射

20、结构,在标准容器的基础上，加入少量通道开销(POH)字节，即组成相应的虚容器VC。它是用来支持SDH通道层连接的信息结构。VC的包络与网络同步，但其内部则可装载各种不同容量和不同格式的支路信号。所以引入虚容器的概念，使得不必了解支路信号的内容，便可以对装载不同支路信号的VC进行同步复用、交叉连接和交换处理，实现大容量传输。,映射：指将支路信号适配器装入VC的过程定位校准：通过指针完成同步复用：同步字节间插,图 5.7 SDH的一般复用映射结构,映射：指将支路信号适配器装入VC的过程定位校准：通过指针完成同步复用：同步字节间插,由于在传输过程中，不能绝对保证所有虚容器的起始相位始终都能同步，所以

21、要在VC的前面加上管理单元指针(AU PTR)，以进行定位校准。高阶VC加入指针后组成的信息单元结构为管理单元(AU)，低阶VC加入指针后组成的信息单元结构为支路单元(TU)。,图 5.7 SDH的一般复用映射结构,TU经均匀字节间插后，组成支路单元组(TUG)，然后组成AU-3或AU-4。3个AU-3或1个AU-4组成管理单元组(AUG)，加上段开销SOH，便组成 STM-1 同步传输信号；N个STM-1 信号按字节同步复接，便组成STM-N。,图 5.7 SDH的一般复用映射结构,同步复用原理：把多个低阶通道的信号适配进高阶通道层，以及把多个高阶通道层适配进STM-1（N）的过程。,图 5

22、.7 SDH的一般复用映射结构,把139.264Mb/s的信号装入容器C-4，经速率适配处理后，输出信号速率为149.760Mb/s;在虚容器VC-4 内加上通道开销POH(每帧9 Byte,相应于0.576 Mb/s)后，输出信号速率为150.336Mb/s；在管理单元AU-4 内，加上管理单元指针AU PTR(每帧9Byte,相应于0.576Mb/s)，输出信号速率为150.912Mb/s;由1个AUG加上段开销SOH(每帧72 Byte,相应于4.608Mb/s),输出信号速率为155.520Mb/s,即为STM-1。,PDH的4次群信号到SDH的STM-1的复接过程,149.760 M

23、b/s,SDH用于点对点传输,四.SDH的应用,SDH可用于点对点传输、链形网和环形网,SDH链形网,四.SDH的应用,SDH环形网的一个突出优点是具有“自愈”能力。当某节点发生故障或光缆中断时，仍能维持一定的通信能力。所以，SDH环网目前得到广泛的应用。,SDH环形网(双环),四.SDH的应用,SDH通过ADM和DXC等网络单元可以构成更为复杂的网形网。这种SDH网络的主要特点是端到端之间存在一条以上的路径，可同时构成一条以上的传输通道，通过DXC的灵活配置，使网络具有更好的抗毁性和更高的可靠性。,四.SDH的应用,五、传统SDH的缺点,虽然SDH被设计用来传递数据，但它是在互联网出现之前开

24、发的。与话音业务每年增长几个百分点相比，当分组业务开始以每年100的速度增长时，系统就有点紧张了。因此SDH的许多缺点成为业内讨论的一个话题。带宽的重新分配是通过一个集中的管理系统重新提供来实现的，常常包括一个完全手工的请求和购买过程。这就不太适合高容量数据业务动态和不可预测的特性。当数据在SDH中传输时，通常会由为其他应用设计的协议或还未标准化的协议如PPP和POS来映射。新的协议，如以太网、FICON和ESCON，变得重要，不同的和专有的映射过多就导致兼容问题。,传统SDH的缺点,在原来的SDH复用结构中（2/8/34/140Mb/s），四倍的增量对分组数据流的最优配给来说太大了。最高速率也太低了，最高速率的虚拟容器（VC-4，140Mb/s）对数据流、以太网和路由端口中使用的较高带宽来说太小了。VC的虚拟级联尽管已标准化却没有广泛使用。没有2.5Gbit/s或10Gbit/s的直接路由。随着带宽的增加，对于那些在交叉联接中不需要重新选路的低阶信息流进行解复用将很昂贵。高层之间也没有相互作用。所有层，不仅SDH，都互相隔离。SDH、ATM和IP都是分离的网络，只有人工来使层间的资源比如带宽或保护等得到转移或利用。这些问题产生于较高的带宽和数据流的不确定性，既需要较高的速率也需要网络的较高的和自动的灵活性。很明显单层不能解决这些问题。,