光传输技术-概述及SDHPPT课件.ppt

光传输技术 概述及SDH简介设计一所 侯全心2002 8 1 课程目的 掌握光传输基本知识 掌握SDH基础知识 掌握SDH光传输组网设计方法 2 主要内容 一 通信网二 光通信三 PDH四 SDH五 设计举例 3 通信网概述 按通信内容 固定电话网 移动电话网 电报网 计算机网 综合业务数字网 电视节目网等 按范围 局域网 广域网 城域网 国内网 国际网 按传输媒质 电缆网 短波无线网 微波中继网 卫星网 光缆网 4 通信网概述 通信网可分为由两大功能群组成 控制功能群 传输功能群 控制功能群 实现各种辅助服务和操作维护功能 传输功能群 将任何通信信息从一个地点传递到另一个地点 如 光传输网 微波中继网 卫星传输等 5 通信网概述 GSM CDMA移动通信网传输通信组织 6 通信网概述 珠海移动通信网 7 光通信概述 1 光通信的发展 1 1978年 第一代光传输系统 0 8 m波长 速率50 100Mb s 中继距离10km 2 1987年 第二代光传输系统 1 3 m波长 最小色散 速率1 7Gb s 中继距离50km 3 1990年 第三代光传输系统 1 55 m波长 色散位移光纤 速率2 4Gb s 中继距离超过100km 4 第四代光传输系统 以频分复用增加速率和使用光放大器增加中继距离为标志 实现在2 5Gb s速率上传输4500km和10Gb s速率上传输1500km 5 WDM系统 长途DWDM 城域全光网络 6 光孤子通信 光纤非线性效应与光纤色散相互抵消 使光脉冲在无损耗的光纤中保持其形状不变地传输 8 光通信概述 2 光通信的优点通信容量大 传输距离长 抗电磁干扰强 保密性好 重量轻 资源丰富 9 光通信概述 10 PDH概述 8kHz的抽样速率 以及每个PCM编码的样值用8位 比特 bit 码表示 也就是125 s的数字传输的基本帧周期 每通路8bit 得出每通路8bit 125 s 64kbit s 我国采用PCM30 32路时分多路系统 32个时隙中30个传话音 一个时隙 TS0 用于传送帧同步码 另一个 TS16 用来传送各话路的标志信号码 如拨号脉冲 被叫摘机 主叫挂机等 每时隙一路信号得出 32 64kbit s 2048kbit s 基群速率 11 PDH概述 复用方式 先用比特 塞入 或调整 调整支路信号至相同步的速率上 形成四个相同步的支路信号 然后用比特间插的方法 将四个支路复用成高一等级的群路信号 以基群为基础 4倍 多一点 关系形成二 三 四次群 8448kb s 34368kb s 139264kb s 12 SDH 基本概念 SDH传输网 由SDH网络单元组成 在光纤线路或其他传输媒质上 完成同步信息的传输 复用 交叉连接 管理等功能的网络 有世界上统一的网络节点接口 有标准的信息结构等级 帧结构 SDH复用等级 STM 1 155 520Mb s STM 4 622 080Mb s STM 16 2488 320Mb s STM 64 9953 280Mb s 4倍的关系 13 SDH 基本概念 STM N桢结构 块状的桢结构 传送顺序为先左后右 先上后下 STM 1速率 270 9 8bit 125us 155 520Mb s 125us 14 SDH 基本概念 SDH复用单元 1 容器 n C n 是一种为虚容器提供网络同步信息净负荷的信息结构 每个虚容器有相应的容器 有 C 12 C 3 C 4 每个容器对应于相应PDH标准输入电路 在桢结构中有固定结构 位置 如 2048kb s对应C 12结构为 子桢结构由4列 9行 2字节结构 子桢周期为125 s 4个子桢构成1个复桢 复桢周期为500 s 虚容器 n VC n 用于支持SDH通道层连接的信息结构 它由信息净负荷 容器 和通道开销 POH 组成的块状桢结构 重复周期为125 s或500 s 由低阶虚容器 VC 12 VC 3 和高阶虚容器 VC 4 如 VC 12子桢结构由C 12加1字节VC 12POH组成块状结构 即4列 9行 1字节 4个子桢构成1个复桢 各虚容器在桢结构中按列位置固定 通过列交换可实现任意的交叉连接 15 SDH 基本概念 SDH复用单元 2 支路单元 TU 和支路单元组 TUG 是提供低阶通道和高阶通道层之间适配的信息结构 由信息净负荷 低阶虚容器 和支路单元指针组成 支路单元指针用来指示净负荷桢起点相对于高阶虚容器桢起点间的偏移 有 TU 12 TU 3 如 TU 12子桢由VC 12加1字节支路单元指针组成 即4列 9行组成块状结构 4个子桢构成一个复桢管理单元 AU 和管理单元组 AUG 是提供高阶通道层和复用段层间适配的信息结构 它由信息净负荷 高阶虚容器 和指示净负荷桢起点相对于复用段桢起点间偏移的管理单元指针组成 管理单元AU 4由VC 4加9字节管理单元指针组成 其桢结构为261列 9行 9字节的块状结构组成 在STM N的净负荷中占有固定位置的一个或多个Au的集合成为管理单元组AUG 16 SDH 基本概念 SDH复用单元 3 17 SDH 基本概念 SDH复用单元 4 把各种支路信号变成相应的信息模块 再对这些模块进行适当的处理 通过规定的一些路径最终形成STM N信息模块 具体为 将支路信号映射进相应的容器和虚容器中 以支路单元 TU 为基础对它们进行桢相位调整 将这些TU复用成TUG 以AU为基础 进一步进行桢相位调整 并复用为AUG 并进行相应指针调整等 18 SDH 基本概念 开销 1 19 SDH 基本概念 开销 2 几个重要开销字节 每字节提供64kb s通道 公务字节E1 E2 两字节分别提供64kb s公务通信信道 E1属于RSOH 可在再生器接入 E2属于MSOH 可在复用段终端接入 数据通信通道DCC D1 D12 构成SDH管理网 SMN 的传送信道 在网元之间传送操作 管理和维护 OAM 信息 自动保护倒换 APS 信道K1 K2 用作复用段保护倒换的APS信令通道 同步状态S1 b5 b8 用作同步状态信息 SSM 20 SDH 基本概念 开销 3 指针对于各种VC 均有相应指针指示其 相对 位置 如 AU4PTR AU3PTR TU3PTR TU12PTR等 指针的作用之一是保证复用时各支路信号的同步 指针指示了虚容器在净负荷区中的起始位置 通过调整这个起始位置 可以进行同步信号间的相位校准 由于设置了正 负调整机会 指针还可完成频率校准 网络处于同步状态时 指针进行相位校准 当网络失去同步时 指针用来进行频率和相位校准 指针还用来容纳网络的频率抖动和漂移 21 SDH 基本概念 开销 3 指针 AU4PTR 22 SDH 基本概念 复用实现 1 复用单元在网络中 23 SDH 基本概念 复用实现 2 复用单元在设备中 24 复用实现 复用过程的比喻 25 SDH 基本概念 复用实现 3 设备中的功能模块完成上述复用在SDH设备中是分别由不同的功能模块实现的 PPI PDH物理接口 为G 703PDH支路信号提供接口 将PDH的接口信号变换成符合内部逻辑电平的PDH信号及其反过程 LPA 低阶通道适配 使G 703PDH支路信号映射进容器C n 把PDH信号适配进SDH复用单元C n LPT 低阶通道终结 在通道源处产生低阶VC n的POH并将它加到对应的容器C n中在通信宿端读出并取去这些POH 完成通道终结 LPC 低阶通道连接 执行某种类型的交叉连接功能 为低阶VC信号提供灵活的互连功能 HPA 高阶通道适配 通过对TU指针处理 把低阶VC VC 12 VC 3 适配进低阶VC VC 3 VC 4 26 SDH 基本概念 复用实现 3 设备中的功能模块HPT 高阶通道终结 类似LPT HPC 高阶通道连接 类似LPC MSA 复用段适配 利用指针把AU 3 4复用进STM N的净荷中 最终组装成完整的STM N桢 在接收方反之 MSP 保护时 完成保护切换等 MST 复用段终结 在形成SDH桢的过程中产生MSOH 反方向终结MSOH RST 再生段终结 在形成SDH桢的过程中产生RSOH 反方向终结RSOH SPI SDH物理接口 是STM N信号与物理媒介相接口 即把内部逻辑电平的STM N信号变成STM N信号 或相反之 27 SDH 基本概念 复用实现 3 设备中的功能模块MCF 消息通信功能 它利用DCC传递内部信息 SEMF 同步设备管理功能 将有关性能和告警的数据变换成面向目标的消息供经由DCC Q接口传送 或将面向目标的消息变换后经S参考点送给其他管理功能 SETS 同步设备定时源 产生其他功能单元所需的定时基准信号 SETPI 同步设备定时物理接口 为外部同步设备定时信号与SETS之间提供接口 提供同步输出信号供外部设备使用 OHA 开销接入功能 28 SDH 基本概念 复用实现 3 设备中的功能模块各设备厂家根据自己的技术特点及产品理念 制定设备模块 但其设备完成的功能与上述功能模块对应 29 SDH 组网设计 1 SDH网元同步终端复用器TM 分插复用器ADM 再生中继器REG和同步交叉连接设备DXC 网络管理系统设备NMS 30 SDH 组网设计 1 SDH网元 同步终端复用器TM 分2类 一类 型 提供G 703接口到STM N的复用功能 它代替了PDH中一连串背靠背的复用器 这类复用设备具有VC1 2 3或VC3 4通道连接功能 能将输入支路信号灵活地分配到STM N帧内的任何位置 另一类 型 是高阶复用器 它将低阶STM信号复用成更高阶的STM信号 现在的TM设备一般均可满足以上两种功能 31 SDH 组网设计 1 SDH网元 分插复用器ADM 标准的ADM是一个三端口设备 具有两个SDH光群路接口 通过第三个端口可以灵活地上 下路复用在STM信号中的低速率信号 可当做是背靠背的TM 构成线性 环型网络 现在有的ADM是集合了部分DXC功能 称为MADM 他有多个光群路口组成 32 SDH 组网设计 1 SDH网元 再生中继器ADM 通过O E O 实现光信号的放大 延长传输距离 不能上下电路 REG STN N STN N 33 SDH 组网设计 1 SDH网元 交叉连接器DXC DXC是种兼有复用 配线 保护 监控和网管多功能的传输设备 它能代替配线架 对VC进行交叉连接 动态调整网络 实现半永久连接 DXC还能对业务进行集散 在输入端对业务进行集中 可以提高线路利用率 在输出端可进行业务分离 与ADM可构成环型网 34 SDH 组网设计 1 SDH网元 网络管理系统网络管理系统设备完成对整个SDH网的管理 它应满足有关电信管理网的规定 并应有各类标准接口以便与各类网络设备连接 在SDH的网络设备中都设有同步设备管理功能 SEMF 它将性能数据和硬件告警等信号转变成面向目标的消息 并送入DCC或Q接口 35 SDH 组网设计 2 网络类型有线型 星型 树型 环型 网型之分 线型 星型 36 SDH 组网设计 2 网络类型 环型 环型网络可实现网络的自愈功能 对业务进行保护 37 SDH 组网设计 2 网络类型 网络的组网设计 主要根据控制网元的业务的流向 流量 选择网络的等级 根据网元所处地理位置 业务的等级 选择不同的网络结构 根据网络规模选择网络层次 在后面设计举例中细述 38 SDH 组网设计 3 网络扩容方案 当网络随着业务的增长 网络容量会出现饱和 这样就需要网络扩容 一般可从以下方面考虑 A 在光缆上的扩容 即采用叠加一个与原有网相同的网络扩容 B 在电域上 即升级原有设备等级 C 在光域上 即采用WDM方式 D 打破原有格局 分层重组网络 39 SDH 组网设计 3 网络扩容方案 以本地环网升级为例说明 方案一 采用分芯拆环方式优点 投资少 只需调整部分光接口板 缺点 要求纤芯资源能满足需求 资源欠缺时需重新敷设光缆 割接量大 适用 纤芯资源丰富时 并且业务类型 分布确定 需注意的问题 应核实纤芯资源的可用性 做到纤芯资源的统一优化安排 或重新敷设光缆 应特别注意中继段距离的预算 需核实原网络节点设备光接口型号 对光接口不能满足拆环后中继段距离的 需更换光接口板 局端增加一端设备或光接口板 40 SDH 组网设计 3 网络扩容方案 方案二 网络节点类型升级优点 对纤芯资源不做变化 网络建成后容量富余较大 缺点 设备升级投资大 受设备性能的限制 适用 节点数较少 容量需求较多 而纤芯资源较匮乏的情况 需注意的问题 应了解原有环设备的情况 对设备升级方案应与设备厂家交流 确定增加单元板情况 造价 41 SDH 组网设计 3 网络扩容方案 方案三 部分节点升级 其余环路节点采用虚拟纤芯环方式接入优点 本方案是方案一和方案二的结合 相对其经济效益较好 缺点 受设备性能的限制 适用 节点数较多 但纤芯资源又匮乏的情况 需注意的问题 应了解环路节点设备情况 对是否可支持虚拟纤芯环进行确认 对升级节点的选择应考虑该节点电路需求 一般选择较为重要或预期容量需求较大的节点 应对虚拟纤芯环所需纤芯资源的可用性进行确认 升级节点间中继距离应核实是否满足 核实同步链路长度 42 SDH 保护方式 1 几点概念 1 1结构 由一个正常业务信号 一个正常子网连接 路径 一个保护子网连接 路经和一个常设的桥接组成 m n结构 m n 由n个正常业务信号 n个正常子网连接 路径 m个保护子网连接 路经组成 桥接 一种在工作和保护通路上传送同一业务信号的动作 APS 自动保护倒换协议 专用保护 专为载送业务的容量提供保护 1 1 共享保护 使用m个保护实体供n个工作实体共用 m n 当没用作保护时 保护实体可用来载送额外的业务信号 单向环 一个双向连接的两个方向在环中是沿着同样方向 这样每个双向连接使用沿整个环一周的容量 双向环 一个双向连接的两个方向在环中是经过相同的节点 但是以相反方向传送 这样每个双向连接仅使用两节点之间的容量 43 SDH 保护方式 要点 双发选手 环路容量 环上电路沿环一周 故环上容量仅为系统容量 二纤单向通道环 44 2020 1 8 45 SDH 保护方式 要点 每节点线路信号先通过保护倒换开关 保护空余 两端倒换 环路容量 环上电路沿环一周 故环上容量仅为系统容量 二纤单向复用段环 46 SDH 保护方式 四纤双向复用段环 47 SDH 保护方式 要点 每跨段容量一定 故环路容量与业务类型分布有关 在集中型业务时 容量和其他形式一样 在相邻型和混合型时 容量较大 倒换需APS协议 由K1 K2字节传送 支持跨段保护 48 SDH 保护方式 二纤双向复用段环 49 SDH 保护方式 要点 在两纤双向环中 每个传输方向用一条光纤 且在每条光纤上将一般容量分配给业务通路 另一半分配给保护通路 故 2纤环可看作与实际4纤环结构相当的逻辑的4纤环 使用时隙交换技术 逻辑光纤环的保护方式则与实际4纤环的相似 但2纤环段容量等于系统容量的一半 没跨段保护 倒换需APS协议 由K1 K2字节传送 50 SDH 保护方式 51 SDH 网同步 从SDH网的设计原理上看需要严格的同步网同步 在网络中将公共频率信号或时间信号传送到所有网元的方法 由同步网完成该项功能 同步网 是一个提供同步参考信号的网络 是通过同步链路将同步网节点连接起来而形成的物理网 同步网由各级时钟组成 时钟等级 基准主时钟 G 811 PRC LPR 转接局从时钟 G 812 BITS SSU DXC设备时钟 端局从时钟 G 812 BITS SSU DXC设备时钟 SDH网元时钟 G 813 ADM设备时钟 TM设备时钟 52 SDH 网同步 1 同步方式分为主从同步和相互同步方式 1 主从同步方式 使用一系列分级时钟 每一级时钟都与其上一级时钟同步 在网中的最高一级时钟称为基准主时钟 PRC PRC经同步分配网分配给下级时钟 同步分配网采用树型结构 将定时基准信号送至网内各交换 传输节点 然后通过锁相环使本地时钟的相位锁定到收到的定时基准上 从而使网内各交换 传输节点的时钟都与基准主时钟同步 分级一般与交换分级网相匹配 基准信号主要在SDH网内进行传送分配时 必须保证避免中间节点的由于指针调整引起的损伤 采用从线路码流中提取时钟 一般不从经SDH传输的支路信号中提取 53 SDH 网同步 1 同步方式 2 相互同步网络中的时钟不分级 时钟具有几乎相同的准确度和稳定度 网络中的时钟在一定程度上接受其它时钟的同步 各时钟间进行频率的比对计算 获得一个网络参数 用于调整各个时钟 使网内各个时钟具有相同的准确度 处于同步状态 54 SDH 网同步 2 同步状态 1 异步状态 2 准同步状态指网络中所有时标或信号都工作在几乎相同的速率上 任何变化都不能超过规定范围 一般用于国与国之间或不同运营者之间 3 伪同步状态网络中的所有时钟在正常工作状态下与一个符合G 811的基准时钟的长期长期频率准确度相同 但不是所有时钟都跟踪到同一个基准时钟上 4 同步状态网络内的所有时钟都跟踪到同一个或一组基准源上 正常情况下网内时钟没有频率偏差 5 同步状态信息 SSM 用于在同步定时链路中传递定时信号的质量等级 由段开销中S1字节的5 8比特传递 55 3 同步节点数量 56 SDH 网同步 4 SDH网络同步SDH网络的同步源 通常由设在局端的SDH设备从BITS系统或MSC中提取时钟源 可同时提取作为主备用 其他网元从线路码流中提取时钟信号 采用主从同步方式 避免形成定时环路 高等级时钟同步于低级时钟 57 SDH 网络管理 1 网管SDH网管管理由上而下分为网络管理层 NML 网元管理层 EML 和网元层 NEL 三级 网元管理系统 具有四种管理功能 配置管理 性能管理 故障管理 安全管理 2 网络连接方式网络系统信息的传送在环内依靠DCC通道 环环 环链之间通过设备本身的Q接口跳接 在局端网管中心 各设备通过HUB与网管工作站相连 58 SDH 网络管理 3 一般网元级网系统应有的功能 1 网络设备配置管理 使网管给设备提供一切必要的配置数据 使网元设备能够投入正常服务 提供网络单元必要的配置数据 节点名 节点位置 节点类型 及单元配置 可在设备安装前输入网管 可以配置 查看和修改支路单元和线路单元的传输接口参数设置 对定时源管理 对SSM功能进行必要的配置 查看和设置设备保护和定时保护 选择使用E1 E2字节做公务通道 查看设备光接口的光参数 59 SDH 网络管理 3 一般网元级网系统应有的功能 2 业务开通 配置 功能 对受控SDH网元设备内部的交叉连接机制进行配置 储存 查看所有设备的VC交叉连接数据 查看 设置和启动所有保护倒换机制 手工命令强制执行保护倒换 支持地理冗余 两套系统与同一SDH网络相连 分别管理不同部分 并可作为相互的备份 3 告警和事件处理功能 查看每一条告警的属性 告警类型 告警状态 告警发生与消除的日期与时间 告警源的位置 告警的等级 发生告警的网元及单元位置等 用直观的画面显示告警 查看修改外接告警性质 60 SDH 网络管理 3 一般网元级网系统应有的功能 4 性能监测功能 对SDH设备的信号 MS RS VC4 VC12 终结点进行连续的测试 显示端到端的电路质量 当电路性能下降时及时通知并采取措施 对监测结果进行统计分析并得到性能趋势 5 测试管理功能 对网管与网元设备间的监控通道进行不间断的测试和维护 发现故障及时告警并努力恢复 6 安全管理功能 对用户分成不同的权限等级 通过设置权限密码实现 61 SDH 中继段距离预算 光口即SPI SDH物理接口 是STM N信号与物理媒介相接口 即把内部逻辑电平的STM N信号变成STM N信号 或相反之 SDH通过定义统一的光接口 光信号1收1发 解决了不同厂家设备之间的兼容问题 在G 957建议中 提供了对同步数字系列光接口的规定 SDH中的光接口按传输距离和所用的技术可分为三种 即局内连接 短距离局间连接和长距离局间连接 62 SDH 中继段距离预算 光口代码 第一个字母表示应用场合 I表示局内通信 S表示近距通信 L表示长距通信 V表示甚长距通信 U表示超长距 字母后第一个字母表示STM的等级 字母后第二个字母表示工作窗口和所用光纤类型 空白或1表示工作波长是1310nm所用光纤为G 652 2表示工作波长为1550nm所用光纤为G 652 G 654 5表示波长1550nm所用光纤为G 655 另 电接口仅限STM 1等级 PDH接口 63 SDH 中继段距离预算 G 703接口标准 64 SDH 中继段距离预算 ITU T关于光纤的主要规范 65 SDH 中继段距离预算 光缆传输中继段的长度受限于衰减限制的中继段长度 色散限制的中继段长度 高速率时PMD受限 衰减限制就是由于光传输过程中 由于存在光纤衰减 ODF损耗 光纤接头损耗等造成的光传输功率的减小引起的传输距离限制以及接受功率大于过载点所限制的最短传输距离 色散限制就是光在光纤中传输中遇到不均匀或不连续的情况时 就会有一部分光散射到各个方向上去 不能传输到终点 从而造成散射衰减限制 它主要与光传输收发两点间的允许的最大色散值和工作波长内的最大光纤色散系数有关 66 SDH 中继段距离预算 衰减限制L Ps Pr Ac Pp Mc Af As Ps 光口平均发射功率 当发送机发送伪随机序列信号时 参考点S所测得的平均光功率 标准规定有5dB的范围 Pr 光口最小接收灵敏度 Ac S R点间其他连接器损耗 如ODF等FC型平均0 8dB 个 PC型平均0 5dB 个 一般取2 0 5 Pp 光通道功率代价 一般取1dB或2dB Mc 光缆线路运行中的变动 可取0 05 0 1dB km 在一个中继段内 光缆富裕度不宜超过5dB 一般预算距离小于30km时取0 1dB km 大于30km时取3dB Af 光缆光纤平均衰减系数 设计按1310nm取0 36dB km 在1550nm取0 22dB km As 单个光纤接头平均熔接衰减 按规范固定接头损耗应小于0 1dB 个 按2公里 盘计时可取0 05dB km 或实测值 67 SDH 中继段距离预算 衰减限制最坏值计算法 1 最长限制传输距离Ps 最小平均发射功率Pr 光口最小接收灵敏度得出长限制距离L 2 最短限制传输距离Ps 最大平均发射功率Pr 光口接收过载功率Mc 取0得出短限制距离l 68 SDH 中继段距离预算 色散受限距离的预测可由下式计算得到 Ld Dmax D Dmax 光传输收发两点间的允许的最大色散值 D 光纤色散系数 在G 652光纤中1310nm取3 5Ps nm km 在1550nm取18Ps nm km 中继段范围 l min L Ld 69 SDH 中继段距离预算 PMD受限偏振模色散指光纤中偏振色散 简称PMD 起因于实际的光纤中基模含有两个相互垂直的偏振模 沿光纤传播过程中 由于光纤难免受到外部的作用 如温度和压力等因素变化或扰动 使得两模式发生耦合 并且它们的传播速度也不尽相同 从而导致光脉冲展宽 展宽量也不确定 便相当于随机的色散 引起信号失真 70 SDH 中继段距离预算 PMD受限系统偏振模色散受限距离的计算和解决方法 L Pt P 2其中 Pt指光口的PMD容限 对于10Gb s信号 Pt 10ps 1 A 1 2 A为系统速率 Tb s P为光缆实际测试的PMD值 例如某段光纤PMD值为1 2ps km1 2 那么对于10G系统来说 PMD受限距离 10 1 2 2 69 44km 71 SDH 环 链节点数确定 环链节点数的确定由3方面因素确定 1 同步链节点数要求 SDH同步链路设备时钟SEC个数应 20 2 自愈环节点数要求 1 通道保护 倒换时间应满足 50ms 其倒换时间与传送倒换信息的延迟有关 与厂家设备参数有直接关系 一般应可满足环上节点数至少为19