第4章光纤数字通信系统.ppt

1 第4章光纤数字通信系统 4 2同步数字体系的概念4 3SDH设备4 4SDH传送网及其网络安全4 5SDH网络性能分析4 6SDH光接口 电接口技术指标 2 4 2同步数字体系的概念 4 2 1PDH的主要缺陷及SDH的产生4 2 2SDH网络节点接口 速率和帧结构4 2 3SDH网的特点4 2 4SDH中的基本复用 映射结构 3 1 PDH存在的主要问题 1 两大体系 3种地区性标准 使国际间的互通存在困难 北美和日本采用以1 544Mbit s为基群速率的PCM24路系列 但略有不同 中国采用以2 048Mbit s为基群速率的PCM30 32路系列 如下表所示 4 2同步数字体系的概念 4 4 2同步数字体系的概念 PDH准同步数字体系 5 PDH各等级复用图 6 2 无统一的光接口 无法实现横向兼容 3 准同步复用方式 上下电路不便 4 网络管理能力弱 建立集中式电信管理网困难 5 网络结构缺乏灵活性 6 面向话音业务 1 PDH存在的主要问题 7 2 SDH的产生 1984年美国贝尔提出一种新的传输体制 光同步传送网 SYNTRAN 1985年ANSI通过此标准 形成了国家的正式标准 并更名为同步光网络 SONET 1986年这一体系成为美国数字体系的新标准 同时 引起了ITU T的关注 1988年ITU T接受了SONET的概念 并进行了适当的修改 重新命名为同步数字体系 SDH 使之成为不仅适于光纤 也适于微波和卫星传输 下表是SONET和SDH的速率对照 1989年 ITU T在其蓝皮书上发表了G 707 G 708和G 709三个标准 从而揭开了现代信息传输崭新的一页 8 SDH和SONET网络节点接口的标准速率 9 4 2同步数字体系的概念 3 SDH的概念所谓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 SDH网络则是由一些基本网络单元 NE 组成的 在传输媒质上 如光纤 微波等 进行同步信息传输 复用 分插和交叉连接的传送网络 它的基本网元有终端复用器 TM 分插复用器 ADM 同步数字交叉连接设备 SDXC 和再生中继器 REG 等 10 4 2 2SDH的网络节点接口 速率和帧结构 1 网络节点接口 2 同步数字体系的速率3 帧结构 11 1 网络节点接口 一个传输网主要由传输设备和网络节点构成 简单的网络节点只有复用功能 而复杂的网络节点应包括复用和交叉连接等多种功能 要规范一个统一的网络节点接口 则必须有一个统一 规范的接口速率和信号帧结构 12 1 网络节点接口 NNI在网络中的位置 13 2 同步数字体系的速率 STM 1155 520Mbit s STM 4622 080Mbit s STM 162488 320Mbit s STM 649953 280Mbit s STM 25639813 12Mbit s 14 3 帧结构 由于要求SDH网能够支持支路信号 2 34 140Mbit s 在网中进行同步数字复用和交叉连接等功能 因而其帧结构必须具备下述功能 支路信号在帧内的分布是均匀的有规律的 便于接入 取出 对PDH各大系列信号 都具有同样的方便性和实用性 15 3 帧结构 STM N的帧结构 16 3 帧结构 整个帧结构分为三个区域 段开销 SOH 区 信息净负荷区和管理单元指针 17 STM 1SOH字节安排 18 5 1 3SDH网的特点 1 SDH网络是由一系列SDH网元 NE 组成的 它是一个可在光纤或微波 卫星上进行同步信息传输 复用和交叉连接的网络 2 它有全世界统一的网络节点接口 NNI 3 它有一套标准化的信息结构等级 被称为同步传输模块STM N 4 它具有一种块状帧结构 在帧结构中安排了丰富的管理比特 大大增加了网络的维护管理能力 5 它有一套特殊的复用结构 可以兼容PDH的不同传输速率 而且还可以容纳 B IS DN 信号 因而具有广泛的适应性 19 4 2 4SDH中的基本复用 映射结构 1 SDH复用结构2 复用单元3 关于通道 复用段和再生段的说明 4 复用过程举例 20 1 SDH复用结构 ITU T在G707建议中给出了SDH的复用结构与过程 由于我国选用PCM30 32系列PDH信号 因而根据ITU T的复用结构 简化出适用于我国的SDH复用结构 我国目前采用的复用结构是以2Mbit s系列PDH信号为基础的 通常采用2Mbit s和140Mbit s支路接口 当然如有需要时也可以采用34Mbit s支路接口 21 1 SDH复用结构 我国目前采用的SDH复用映射结构示意图 22 2 复用单元 1 容器C 2 虚容器VC 3 支路单元TU与支路单元组TUG 4 管理单元AU 5 同步传输模块STM N 23 3 关于通道 复用段和再生段的说明 SDH传输系统中通道 复用段和再生段间的关系 24 4 复用过程举例 PDH四次群信号至STM 1的复用 映射过程 25 4 3SDH设备 4 3 1SDH逻辑功能块4 3 2再生器4 3 3复用设备4 3 4数字交叉连接器 26 4 3 1SDH逻辑功能块 根据所完成的功能不同 SDH逻辑功能块可分为基本功能块和辅助功能块 1 基本功能块2 复合功能块3 辅助功能块 27 4 3 1SDH逻辑功能块 图4 7SDH设备的功能块的组成 28 1 基本功能块 1 SDH物理接口 SPI 功能 SDH物理接口功能块所起的作用是在STM N线路接口信号与逻辑电平信号之间完成相互转换 29 1 基本功能块 SDH物理接口功能 30 1 基本功能块 2 再生段终端 RST 功能块 RST功能块是RSOH 再生段开销 的源和宿 即在构成SDH帧信号的复用过程中加入RSOH 而在解复用过程中取出RSOH 信号流从参考点 WTBX B到C WTBZ 时RST完成的功能 当信号流从参考点 WTBX C到B时完成的功能 31 1 基本功能块 再生段终端功能块 32 1 基本功能块 3 复用段终端 MST 功能块 与RST的功能相似 只是复用段终端功能块是MSOH 复用段开销 的源和宿 即在构成STM N信号的复用过程中加入MSOH 而在解复用过程中取出MSOH 4 复用段保护 MSP 功能块 通过对STM N信号的监测及系统的评价来完成在复用段内避免STM N信号出现故障的功能块 33 1 基本功能块 复用段保护功能块 34 1 基本功能块 5 复用段适配 MSA 功能块 MSA功能块是用于处理AU 3 4指针 并完成组合 分解整个STM N帧信号的任务 6 高阶通道连接 HPC 功能块 是指只对信号的传输路由做出选择或改变 而不对信号本身进行任何处理 即将输入的VC 3 4指定给可供使用的输出口的VC 3 4 从而实现在VC 3 4等级上的重新排列 35 1 基本功能块 复用段适配功能 36 1 基本功能块 7 高阶通道终端 HPT 功能块 与RST MST的功能相似 高阶通道终端功能块是高阶通道开销的源和宿 即在构成STM N净负荷过程中加入高阶通道开销 POH 而在分解过程中则取出POH 并通过U3参考点将部分开销字节送入开销接入功能块 OHA 8 高阶通道适配 HPA 功能块 与MSA相似 HPA块所完成的是高阶通道与低阶通道之间的组合和分解以及指针处理等项工作 37 1 基本功能块 9 低阶通道连接 LPC 功能块 低阶通道连接 LPC 功能块与高阶通道连接功能块基本相同 只是对低阶通道信号的传输路由做出选择或改变 而不对其信号进行处理 10 低阶通道终端 LPT 功能块 与RST相似 低阶通道终端功能块是低阶通道开销的源和宿 即在构成TU支路信号过程中 加入低阶通道开销 V5 J2 N2 K4四个字节 而在分解过程中 取出低阶POH 并经U4参考点将部分开销送入OHA进行处理 38 1 基本功能块 11 低阶通道适配 LPA 功能块 与MSA HPA相似 低阶通道适配功能是通过映射 去映射的方式 用于完成PDH信号与SDH网络之间的适配过程 12 PDH物理接口 目前在光纤通信系统中仍采用强度调制 直接检波的通信方式 为适合光通路的信号传输 因而采用非归零码 NRZ 作为光线路码 该信号通过PDH物理接口 PPl 功能块之后 将所接收的信息流按HDB 3编码方式变换成适于支路传输的HDB 3码 从而形成支路信号 39 PDH物理接口 40 1 基本功能块 13 高阶 低阶连接监控功能块 由于高阶连接监控 HCS 功能和低阶连接监控 LCS 功能均由两个模块构成 因而它们同属于复用功能块 它们可以处于活动状态 也可以处于不活动状态 活动状态是指信息流透明地完成由参考点F到G点 或由G点到F点的传输 而无需对其通道开销进行监视 然而不活动状态是指在完成数据流从F点到G点或从G点到F点的同时 还通过HPOM或LPOM进行通道开销的提取 从而达到对传输质量的监控 41 高阶 低阶连接监控功能块示意图 42 2 复合功能块 根据不同的基本功能 可以构成两类不同的复合功能 一类是适配功能 另一类为监控功能 1 适配功能包括传送终端功能 TTF 高阶接口 HOI 低阶接口 LOI 和高阶组装 HOA 2 监控功能包括高阶连接监控 HCS 和低阶连接监控 LCS 43 3 辅助功能块 1 同步设备管理 SEMF 功能块 SEMF功能块是用以完成电信网管理任务而所需的各类数据采集工作的功能块 2 消息通信功能块 MCF 消息通信功能块是用来完成网管所需的各类数据信息传输的功能块 3 同步设备定时源 SETS SETS代表SDH网络单元的时钟 SDH设备中的各基本功能块都是以此时钟为依据进行工作的 44 3 辅助功能块 4 同步设备定时物理接口 SETPI SETPI是用来完成对外来2Mbit s信号进行时钟的提取 编 解码功能和提供与物理接口适配功能 5 开销接入功能 OHA 块 不同的容器 对其进行运行 维护和管理的开销字节不同 通过图4 7中所示的开销接入功能的U参考点 可以实现对各相应单元功能块的开销字节的统一管理 45 4 3 2再生器 再生器模型 46 4 3 2再生器 1 SDH物理接口 1 2 再生器终端 1 3 再生器终端 2 4 SDH物理接口 2 47 4 3 3复用设备 1 终端复用设备 TM 2 复用器类型 48 1 终端复用设备 TM 1 复用器 1 2 复用器 2 3 分插复用器ADM 49 1 终端复用设备 TM 复用器类型 1和 2示意图 50 1 终端复用设备 TM 复用器类型 1和 2示意图 51 2 复用器类型 由于国际上主要存在三大系列的准同步数字系列 因而不同的体系下的数字信号其映射路径不同 当两种不同体系的网络间需进行互通时 则要求VC 3净负荷能在使用AU 3与使用AU 4的网络之间进行转换 复用器类型 正提供了此种功能 无论何种复用器 都未包括特殊的物理功能分割 而仅仅是一般性的描述 不同的网络应用场合所需的配置不同 以上几种最常见的复用器类型的应用场合也不同 52 4 3 4数字交叉连接器 1 问题的提出2 DXC的基本功能3 DXC设备类型 53 1 问题的提出 在过去的电信网中 如果要对电路进行调度则是靠值机人员在人工配线架上进行操作来完成的 随着电信网的飞速发展 传输容量越来越大 传输系统种类也有所增加 这时再通过传统的人工配线架互连来调度路由 将因为它的低效率 低可靠性和高费用显得越来越不适应快速连接和再连接的要求 于是 人们就研制出了一种相当于 自动配线架 的数字交叉连接器 DigitalCrossConectequipment DXC 其中适用于SDH的数字交叉连接器则称为SDXC 但大多数场合仍称为DXC 54 2 DXC的基本功能 1 电路高度功能 2 业务的汇集和疏导功能 3 保护倒换功能 55 3 DXC设备类型 DXC类型I 56 3 DXC设备类型 1 线路接口的作用 2 接口控制器的作用 3 交叉连接矩阵的作用 4 矩阵控制器的作用 5 主控制器 6 定时系统功能 57 3 DXC设备类型 DXC类型 和类型 与DXC类型 的基本功能大致相同 它们之间的区别在于 DXC类型 仅提供低阶VC LOVC 的交叉连接 DXC类型 设备可为所有VC 包括HOVC和LOVC 提供交叉连接 58 4 4SDH传送网及其网络安全 4 4 1SDH光传输系统4 4 2SDH传送网4 4 3网络安全 59 4 4 1SDH光传输系统 1 点到点链状线路系统2 环路系统 60 4 4 1SDH光传输系统 图5 18SDH系统 61 4 4 2SDH传送网 1 SDH网络拓扑结构在SDH网络中 通常采用点对点链状 星形 树形 环形等网络结构 2 我国SDH网络结构 我国SDH网络结构采用四级制 具有以下的特点 1 具有四个相当独立而又综合一体化的层面 2 简化了网络规划设计 3 适应现行行政管理体制 4 各个层面可独立实现最优化 5 具有体制和规划的统一性 完整性和先进性 62 4 4 2SDH传送网 图5 19基本物理拓扑类型 63 4 4 2SDH传送网 图5 20我国SDH网络结构 64 4 4 3网络安全 1 网络保护2 网络同步问题 65 1 网络保护 自愈功能是指当网络出现故障时 能够在无需人为干预的条件下 在极短时间内从失效状态中自动恢复所携带的业务 使用户感觉不到网络已出现了故障 在SDH网络中的自愈保护可以分为线路保护倒换 环形网保护 网孔形DXC网络恢复及混合保护方式等 66 1 网络保护 1 自动线路保护倒换 自动线路保护倒换是最简单的自愈形式 1 1结构 1 n结构 67 图5 211 1线路保护倒换结构 68 图5 221 n线路保护倒换结构 69 1 网络保护 2 环路保护 SDH传输网中环形结构才具有真正意义上的自愈功能 故而也称为自愈环 自愈环结构方式的划分 按照自愈环结构来划分 可分为通道倒换环和复用段倒换环 按照进入环的支路信号和由分路节点返回的支路信号方向是否相同来划分 可分为单向环和双向环两种 按照一对节点之间所用光纤的最小数量来划分 可分为二纤环和四纤环 70 1 网络保护 2 环路保护 几种典型的自愈结构 二纤单向复用段倒换环 四纤双向复用段倒换环 二纤双向复用段倒换环 二纤单向通道倒换环 71 1 网络保护 图4 23二纤单向复用段倒换环 72 当B C节点间光缆被切断时 切断点两边的两个节点 B C 执行环回功能 此时 从A到C的信号AC经S1到B后 被环回到保护光纤P1 通过A D到达C 而信号CA仍经S1传输 故障排除后 倒换开关再返回原来位置 二纤单向复用段倒换环 73 图4 25二纤双向复用段倒换环 二纤双向复用段倒换环 74 利用时隙分配技术将一根光纤的一半时隙作为工作通道S1 另一半时隙作为占据另一根光纤一半时隙的工作通道S2的保护通道P2 并把这根光纤称为S1 P2纤 当BC段光纤全部被切断时 在B C节点分别将S1 P2光纤与S2 P1光纤沟通 各工作通道从原来的光纤环回到另一根光纤中自己的保护通道内 反方向迂回地通达目的节点 以维持通信 故障排除后 再倒回正常情况 75 1 网络保护 图4 24四纤双向复用段倒换环 76 1 网络保护 图4 26二纤单向通道倒换环 77 采用1 1保护方式 首端桥接 末端倒换 结构 一个单纤环作为双向通信工作光纤环S1 另一单纤环作为专用保护光纤环P1 发端业务信号桥接在双纤环上 各单纤环的信号传送方向相反 在接收端根据信号优劣选择从工作或保护光纤环上接收业务信号 二纤单向通道倒换环 78 由A节点到C节点的信号AC同时由S1光纤环顺时针方向经B节点和由P1光纤环反时针方向经D节点的两条路径到达C节点 由C节点从两路信号中择优使用 即使B C间光纤切断 仍有一条路径畅通 二纤单向通道倒换环 79 1 网络保护 2 环路保护 保护功能的实现 就环形网来说 ADM必须在所发出K1和K2字节中 明确指示该字节是由环上的哪一个ADM来接收 这样K1 K2字节便会透明地通过其他ADM 由于在自愈环中实施的是1 1保护方式 因此在K1和K2字节中无需标识去哪个工作信道将被倒换到保护信道上去 80 1 网络保护 图4 27保护功能的实现 81 2 网络同步问题 SDH网络是建立在同步传输基础之上的 在SDH网中 可以由多种拓扑结构的系统构成 因而网络同步技术直接影响到SDH网络的运行质量 网同步是指网络的所有设备的时钟频率和相位的偏差都控制在容许的范围之内 这样可以保证通信网内的数字信号的正常交换与传输 为了建立网络的同步 就必须建立同步网 从而以一定的方式使所有设备都同步工作 82 2 网络同步问题 1 网同步方式 目前国际上所使用的同步方式有主从同步方式 相互同步方式和准同步方式 但大多数国家普遍采用主从同步方式 主从同步方式就是要在同步网中设立一个最高级别的基准主时钟 而其他时钟均逐级与上一级时钟保持同步 以此实现与主时钟同步的目的 在SDH网络中 要求网络单元必须能够判断所接收的定时基准是否可用 是否需要搜寻其他更合适的定时源等 83 2 网络同步问题 图4 28我国同步时钟等级 84 2 网络同步问题 2 我国同步网结构 我国同步网采用分级的主从同步方式 即同步网中的时钟依据其在网中的位置和重要性被分为四个等级 其中基准时钟为第一级时钟 其他三级依次为转接局 本地局和设备从时钟 每一级从时钟需要和上一级或同级时钟保持同步 目前 我国分别在北京和武汉建立两个基准时钟 这样可将全国分为两大同步区 85 2 网络同步问题 3 同步时钟的等级标准 我们所使用的同步时钟系统是采用四级结构 不同级别的时钟其精度和稳定度不同 因而需采用不同种类的时钟 86 2 网络同步问题 4 时钟电路的工作模式 正常工作模式 保持模式 自由运行模式 87 4 5SDH网络性能分析 4 5 1SDH网络的误码性能4 5 2SDH网络抖动性能4 5 3可靠性 88 4 5 1SDH网络的误码性能 1 误码评定参数2 码性能规范 89 1 误码评定参数 1 误块 EB 由于SDH帧结构是采用块状结构 因而当同一块内的任意比特发生差错时 则认为该块出现差错 通常称该块为差错块 或误块 2 误码性能参数 误块秒比 ESR 严重误块秒比 SESR 背景误块比 BBER 90 误块秒 每秒钟误码个数取任意值的所有1秒钟时间段总和 HRX的误码指标 在不少于1个月时间 ESR 8 严重误块秒 每秒钟误码率大于10 3的所有1秒钟时间段总和 HRX的误码指标 在不少于1个月时间 SESR 0 2 91 2 码性能规范 1 全程误码指标 2 指标分配 92 2 码性能规范 图4 29高比特率通道全程指标分配 93 4 5 2SDH网络抖动性能 1 抖