重庆邮电大学——现代通信技术ppt课件-数字.ppt

1 现代通信技术 第二章数字通信技术2005年3月 2 第二章数字通信技术 传输数字信号的通信称为数字通信 数字通信以其抗干扰能力强 便于存储 处理和交换等特点 已经成为现代通信网中的最主要的通信技术基础 广泛应用于现代通信网的各种通信系统 数字通信系统的框图如书图2 1所示 接收端 发送端 发送设备 接收设备 3 数字通信系统模型中各部分的作用 1 信源 把原始的消息变换成原始的电信号 常见的信源有产生模拟信号的电话机 话筒 摄像机和输出数字信号的电子计算机 各种数字终端设备 2 信源编码 把模拟信号变换成数字信号 即完成模数变换 如果信源输出的已经是数字信号 则可省去信源编码部分 3 信道编码 把信源输出的数字信号变换成适于信道传输的数字信号 还包括自动检错和纠 4 错的功能 4 调制器 将数字基带信号的频谱搬移道适合于信道传输的频带上 再传输到对端 5 信道 指信号的传输通道 根据传输媒介可划分为有线信道 明线 电缆 光缆信道 和无线信道 短波电离层传播 微波视距传播 卫星中继信道 其中除明线或电缆可以直接传输数字基带信号外 其他各种信道都工作在较高的频段上 因此需要将数字基带信号经过调制 6 接收端的解调 信道解码 信源解码等几个 5 方框的功能与发送端几个对应的方框正好相反 是一一对应的反变换关系 7 信宿 信源解码后的电信号 由受信者接收 通常称为信宿 信宿可以是人 也可以是各种终端设备 对于具体的数字通信系统 可能与上图不一样 在数据通信系统中 没有信源编码和信源解码 基带传输时 不需要调制和解调部分 传输话音信号时 不需要检错和纠错功能 在保密通信中 需要加入加密器和解密器 6 2 1模拟信号的数字化 2 1 1模拟信号和数字信号这一部分内容已经在第一章学过 我们简单复习一下 模拟信号的波形模拟着信息的变化而变化 一般情况下 在时间和幅度取值上都是连续的 而数字信号在时间和幅度取值上都是离散的 因此 要把模拟信号转换成数字信号 必须在时间和幅度取值上都要离散化 两种信号的波形可参见下页图 7 图2 2模拟信号 图2 3数字信号 PAM信号 在图2 3中 分别是二进制码和四进制码 8 2 1 2数字通信的特点 抗干扰能力强 无噪声积累 模拟通信中存在噪声积累 参见图2 4 a 数字通信中采用判决再生的方法 再生成没有噪声干扰的和原发送端一样的数字信号 所以无噪声积累 可实现长距离高质量的传输 参见图2 4 b 便于加密处理 便于存储 处理和交换 设备便于集成化 微型化 便于构成综合数字网和综合业务数字网 占用信道频带宽 9 a 模拟通信 b 数字通信 10 2 1 3脉冲编码调制 PCM 技术 PCM调制是先对信号进行抽样 并对每个样值独力地加以量化 然后通过编码转换成数字信号 如图2 5所示 基带信道 信道设备 发送端 接收端 模拟话音信号 数字信号 数字信号 模拟话音信号 11 由上图可见 发送端 通过抽样 量化和编码 完成A D抽样 指用每隔一定时间的信号样值序列来代替原来在时间上连续的信号 也就是在时间上将模拟信号离散化 量化 是用有限个幅度值近似原来连续变化的幅度值 把模拟信号的连续幅度变为有限数量的有一定间隔的离散值 也就是在幅度上将模拟信号离散化 编码 是按一定的规律 把量化后的值用二进制数字表示 然后转换成二值或多值的数字信号 12 流 这样得到的数字信号可以通过电缆 微波干线 卫星通道等数字线路传输 传送信道 在上图中采用的是再生中继传输 接收端 再生 译码 滤波 D A在接收端则与上述模拟信号数字化过程相反 再经过后置滤波又恢复成原来的模拟信号 1 抽样 把连续信号 对话音信号 在时间上离散化 样值序列图2 6 抽样是实现时分多路复用的基础 抽样就是每隔一定时间间隔下 抽取话音信号的一个瞬时幅度值 抽样值 13 话音信号抽样频率fS 8000HzT 125us2 量化抽样把模拟信号变成了时间上离散的脉冲信号 但是脉冲的幅度仍然是连续的 还必须进行离散化处理 才能最终用数字来表示 这就要对幅值进行舍零取整的处理 这个过程称为量化 量化的实质就是把抽样后的样值序列在幅度上离散化变成多进制数字信号 抽样定律 14 量化的方法 把样值的最大变化范围划分成若干个相邻的间隔 当某样值落在某一个间隔内 其输出值就用此间隔内的某一个固定值来表示 常用的量化方法有两种 均匀量化和非均匀量化 均匀量化均匀量化就是采用相等的量化间隔对抽样得到的信号作量化 任何一个量化器都有一定的量化范围 通常取 U U 量化级数N 则量化间隔 15 则 2U N而量化值则取量化范围的中值 下面假设N 8 举例说明抽样量化的过程 由于N 8 所以 2U N 2U 8 U 4则U 4 所以量化范围为 4 4 下面我们就可得到八个量化范围和八个量化值 16 0 3 2 7 3 8 2 3 0 5 2 5 1 7 0 6 T 样值 量化值 0 5 2 5 3 5 2 5 0 5 2 5 1 5 0 5 编码 100110111110000010001000 17 经过量化从 4 4V范围连续取值的样值变成 0 5 1 5 2 5 3 5 信号8个离散值 量化的目的是量化后的信号可以用有限的二进制信号表示 量化结果 引起误差 最大误差不超过半个量化级 2 量化级数越多 量化误差愈小 但量化级数不能太多 否则码位增长 增加了编码的复杂性 使速率提高 对传输信道有更高的要求 18 量化的理论基础 由于信号在传送的过程中必然会引入噪声 这将会掩盖信号的细微变化 而接收信息的器官 耳朵 对声音信号 和眼睛 对图像信号 区分细微差别的能力是有限的 所以我们既不可能也没有必要精确反映原信号的一切可能的值 只要量化级数合适使量化误差足够小 非均匀量化 实际使用 均匀量化缺点 大信号失真小 小信号失真大 19 非均匀量化 小信号时量化间隔小 大信号时量化间隔大 实际中使用 A律13折线量化 编8位码A 87 62 编码和解码 编码 将量化后的信号变成2进制脉冲信号 解码 在接收端 按所收到的信息重新组成原来的样值 折叠二进制码8级三位码 a1a2a3a1极性码a2a3幅度码 20 21 实际的话音信号采用8位码 a1a2a3a4a5a6a7a8 其中 a1极性码 a2a3a4段落码 非均匀8段实现非均匀量化 a5a6a7a8段内电平码 段内16段均匀量化 量化级数 非均匀 28 256级 所以 上例中的编码为 100110111110000010001000 22 A律13折线编码 书32页表2 2的说明 编码编码就像天平称重一样 段落码的判定值 a2 1 a2 0 4 4 a3 1 a4 1 a3 1 a4 1 a4 1 a4 1 a3 0 a3 0 a4 0 a4 0 a4 0 a4 0 2 2 2 2 23 表2 213折线A律电平范围及其段落码列表 24 段内码的判定值的确定 IR5 Ibi 8 iIR6 Ibi 8 i a5 4 iIR7 Ibi 8 i a5 4 i a6 2 iIR8 Ibi 8 i a5 4 i a6 2 i a7 i由上面可见 判定法与先行码有关如eg1 is 445 码字为 11011011 eg2 us 0 2V U 4 096V按A律13折线编8位码 编码过程 25 eg1解 is 445 0 极性码a1 1 IS is 445 445 信号全波整流成正信号 IR2 128 IS 445 IR2 a2 1 IR3 128 4 512 IS 445 IR3 a3 0 IR4 512 2 256 IS 445 IR4 a4 1所以段落码为101 第六段 且IB6 256 6 256 16 16 26 IR5 IB6 8 6 256 8 16 384 IS 445 IR5 a5 1 IR6 IB6 8 6 a5 4 6 256 8 16 4 16 448 IS 445 IR6 a6 0 IR7 IB6 8 6 a5 4 6 a6 2 6 256 128 0 2 16 416 IS 445 IR7 a7 1 IR8 IB6 8 6 a5 4 6 a6 2 6 a7 6 256 128 0 32 16 432 IS 445 IR8 a8 1 27 所以445 的抽样值编出的码字是 11011011 解码 编码的逆过程编码电平 IC Ibi 8a5 4a6 2a7 a8 i 256 8 0 2 1 16 432 编码误差 编码电平 样值的绝对值432 445 13 超过 i 2 8 应补偿IC i 2 440 440 445 5 不超过 i 2 8 28 解码电平 ID 2a1 1 IC i 2 解码误差 解码电平 样值ID 2a1 1 IC i 2 2 1 1 432 16 2 440 解码误差 解码电平 样值 440 445 5 完 29 eg2解 U 4 096V 4096mV 2048 2mV则 us 0 2V 200mV 2mV 100 us 0 极性码a1 0 US us 100 100 负信号全波整流成正信号 US 100 IR2 128 a2 0 US 100 IR3 128 4 32 a3 1 US 100 IR4 32 2 64 a4 1 30 所以段落码为011 第四段 IB4 64 4 4 IR5 IB4 8 4 64 8 4 96 US 100 IR5 a5 1 IR6 IB4 8 4 a5 4 4 64 32 4 4 112 US 100 IR6 a6 0 IR7 IB4 8 4 a5 4 4 a6 2 4 64 32 0 2 4 104 US 100 IR7 a7 0 IR8 IB4 8 4 a5 4 4 a6 2 4 a7 4 64 32 0 0 4 100 US 100 IR8 a8 1 31 所以 200mV的抽样值编出的码字是 00111001编码电平IC Ibi 8a5 4a6 2a7 a8 i Ib4 8a5 4a6 2a7 a8 4 64 8 0 0 1 4 100 编码误差100 100 0 无误差解码电平ID 2a1 1 IC 4 2 2 0 1 100 4 2 102 解码误差 100 102 2 4mV 4 2 恰好半个 4 32 2 2时分多路复用及PCM30 32路系统 2 2 1时分多路复用的基本概念1 概念 为了提高信道利用率 使多个信号沿同一信道传输而互相不干扰 要用到多路复用 目前采用较多的是频分多路复用和时分多路复用 频分多路复用用于模拟通信 例如载波通信 时分多路复用用于数字通信 例如PCM通信 时分多路复用通信 是各路信号在同一信道上占有不同时间时隙进行通信 33 2 抽样定理是多路复用的理论基础通过抽样 将时间上连续的信号变换成时间上离散的信号 其在信道上占用时间的有限性 这就为多路信号沿同一信道传输提供了条件 34 具体来说 就是把时间分成一些均匀的时隙 将各路信号的传输时间分配在不同的时间时隙 以达到互相分开 互不干扰的目的 3 时分多路复用原理图2 10P34 抽样 合路门 分配器 分路门 分配器 35 CH1 图1 9时分复用示意图 一帧 36 图中发端的分配器不仅起到抽样的作用 而且还起到复用合路的作用 收端的分配器起到时分复用的分路作用 K1和K2 分配器 必须同频同相 同步数字通信中 比特同步 字符同步 帧同步 回图 37 2 2 2时分复用中的同步技术 时分复用通信中的同步技术包括位同步 时钟同步 和帧同步 这是数字通信的又一个重要特点 1 位同步 位同步是最基本的同步 是实现帧同步的前提 位同步的含义 位同步的基本含义是收 发两端机的时钟频率必须同频 同相 这样接收端才能正确接收和判决发送端送来的每一个码元 如何实现位同步 38 传输的码型中应含有发送端的时钟频率成分 这样接收端从接收到的PCM码中提取发端时钟频率来控制收端时钟 就可做到位同步 2 帧同步 帧同步的前提是位同步 即必须正确接收每一个二进制比特 什么是帧 数字信号中特定长度的二进制比特流 帧同步的概念 帧同步的作用 实现话路 或字符 同步 以便接收端正确接 39 收每一个话路 或字符 信号 实现帧同步的方法 对帧进行定界 确定帧的起点和终点 手段是在每一帧 或几帧 中的固定位置插入特定码型的帧同步码 2 2 3PCM30 32路系统帧结构 完成数字通信全过程 除对各个话路进行编 解码外 还必须有定时 同步等措施 在数字通信系统中 各种信号 包括加入的定时 同步等信号 都是严格按时间关系进行的 在数字通信中把这种严格的时间关系称为帧结构 40 下面以PCM30 32路系统为例说明时分复用的帧结构 这样形成的PCM信号称为PCM一次群信号 1 帧结构图 P35图2 11参见下页2 各部分作用 32个时隙的安排 30个话路时隙 TS1 TS15 TS17 TS31传送CH1 CH30路话音信号 帧同步时隙 TS0偶帧TS0后7位发送帧同步码 0011011 偶帧中的8位码中第一位码保留给国际通信用 国内通信不用 因此 暂定为1 41 t 1帧 F0 F1 F2 F15 F0 F15 1复帧 16帧 2ms 125us 保留给国际用 目前固定为1 奇帧 A1帧失步对告 F0帧 复帧同步帧失步对告 F1帧 CH1信令码CH16信令码 F15帧 CH15信令码CH30信令码 同步 A1 0 A2 0失步 A1 1 A2 1 42 t 1帧 125us F0 F1 F2 F15 F0 F15 1复帧 16帧 2ms 偶帧 F2帧 CH2信令码CH17信令码 PCM30 32路系统帧结构 43 t 1帧 125us F0 F1 F2 F15 F0 F15 1复帧 16帧 2ms 32个路时隙256比特 奇帧 A1帧失步对告 F1帧 CH1信令码CH16信令码 PCM30 32路系统帧结构 返回39页 44 奇帧TS0第三位传送帧失步告警码A1 整个码型11A111111 A1 0 帧同步 A1 1 帧失步 奇 偶帧通过TS0时隙第二个比特是1还是0来区别 信令与复帧同步时隙 TS16F0帧的TS16时隙的前4位传送复帧同步码0000 第六位传送复帧失步告警码A2 同步时为0 失步时为1 其它位为1 F1 F15帧的TS16时隙分别传送30个话路的信令码 具体来说高 低四位各传一路信令a b 45 c d 所以每一路的信令码16帧才能传送一次 其抽样频率为500Hz a b c d 不能同时编为0码 否则就无法与复帧同步码区别 通过前面的学习 可得帧结构就是数字信号的一种有序结构 即多路数字信号的传输按一定的规律进行 这种规律即数字信号的结构 称为帧结构 有了帧结构 接收端就能按帧结构进行正确的分路 3 码速 46 2 2 4PCM30 32路系统简介 1 PCM30 32路系统方框图 P36页图2 122 各部分的作用和工作过程 说明P36 P37 fb 32 路 帧 8 比特 路 8000 帧 秒 2048kb s 2 048Mb s帧同步的目的是为了分别每一帧的开始和结果 以便正确的分路 复帧同步的目的是确定复帧的开始和结果 分别每一帧以便区分30路随路信令 47 图3 20集中编码方式PCM30 32路系统方框图 话音信号 发至信道 来至信道 48 2 3数字复接技术 一 数字复接的概念在数字通信系统中 为了扩大传输容量和提高效率 常常需要将若干个低速数字信号合并成一个高速数字流 以便在高速宽带信道中传输 数字复接技术就是把两个或两个以上分支数字信号按时分复用方式汇接成为单一的复合数字信号 具体来说 数字复接技术是解决PCM信号由低次群到高次群的合成的技术 它把PCM数字信号由低次群逐级合成位高次群以适应在高速线路中传输 49 二 扩大数字通信容量的两种方法 扩大数字通信容量 形成二次群以上的高次群的方法通常有两种 PCM复用和数字复接 PCM复用所谓PCM复用就是采用PCM30 32系统复用的方法 直接将更多路信号编码复用 即将多路模拟话音信号按125us的周期分别进行抽样 然后合在一起统一编码形成多路数字信号 PCM复用对编码器的元件精度要求高 不易实现 所以实际中不采用 而是采用数字复接 50 2 数字复接 数字复接是将几个低次群在时间的空隙上迭加合成高次群 例如将四个一次群合成二次群 四个二次群合成三次群等 数字复接的原理示意图参见下图 51 在上图中 低次群 与低次群 的速率完全相同 假设均为 1 码 为了达到数字复接的目的 首先将各低次群的脉宽缩窄 图中波形A和B 是脉宽缩窄后的低次群 以便留出空隙进行复接 然后对低次群 进行时间位移 就是将低次群 的脉冲信号移到低次群 的脉冲信号的空隙中 最后将两个低次群合成高次群C 52 三 数字信号的复接方法 书中2 3 2 经过数字复接以后 数码率提高了 但是对每个低次群的编码速度则没有提高 所以 数字复接的方法克服了PCM复用的缺点 目前这种方法被广泛采用 主要有按位复接 按字复接和按帧复接三种 按位复接 又叫比特复接 即复接时每支路依照被复接的顺序 每次只取一个支路的一位码进行复接 其示意图参见下页图 53 a 一次群 基群 b 二次群 按位数字复接 c 二次群 按字数字复接 11110101100111100111101000011111 10110101 11011001 10011101 11101011 54 按字复接要求有较大存储容量的缓冲存储器 但保证了一个码字的完整性 有利于以字节为单位的信号的处理和交换 同步数字体系 SDH 大多采用这种方法 按位复接要求复接电路存储容量小 简单易行 准同步数字体系 PDH 大多采用它 但这种方法破坏了一个字节的完整性 不利于以字节 即码字 为单位的信号的处理和交换 2 按字复接按字复接是每次复接各低次群 也称为支路 的一个码字形成高次群 如上图所示 55 按帧复接 每次复接一个支路的一个帧 一帧含有256个比特 这种方法的优点是复接时不破坏原来的帧结构 有利于交换和转接 但是要求更大的存储容量 四 两类数字速率系列表2 3及图2 14 56 五 数字复接中的码速变换 书中2 3 3 各个低次群的瞬时数码率是不同的 如果被复接的各低次群的时钟是各自产生的 则各个支路的时钟 晶体振荡器的振荡频率 不可能完全相同 例如 原CCITT规定PCM30 32系统的瞬时数码率在2048kbit s 100bit s 如果直接复接 复接后的数码就会产生重叠和错位 从而使接收端无法分接恢复成原来的低次群信号的 参见图2 16 57 这样复接合成后的信号 在接收端是无法分接恢复成原来的低次群信号的 C 58 系统同步 通过前面的讨论 我们可知数码率不同的的低次群数字信号是不能直接复接的 为此 在复接前要使各低次群的数码率同步 同时使复接后的数码率符合高次群帧结构的要求 由此可见 复接之前 必须采取适当的措施 以调整各低次群系统的数码率使其同步 这种同步是系统与系统之间的同步 称为系统同步 59 系统同步的方法 两种复接情况 同步复接 不需要调整 只限于局部区域内使用 异步复接 需要进行码速调整 不论同步复接或异步复接 都需要码速变换 复接接后的码序列中还要加入帧同步码 对端告警码等码元 这样数码率就要增加 因此需要码速变换 例如二次群的数码率位8448kb s 所以复接之前应将基群的速率从2048kb s变换位2112kb s 这正是码速变换和码速调整的需要 60 正码速调整码速调整后的速率高于调整前的速率 正码速调整方框图如图2 17所示 其主体是缓冲存储器 还包括一些必要的控制电路 输入支路的数码率fL 2 048Mb s 100b s 而输出数码率为fM 2 112Mb s 正码速调整的工作原理 假定起初缓冲存储器处于半满状态 由于缓冲存储器的读出速率大于读入速率 则缓冲存储器的存储量随着时间的推移势必越来越少 若不采取措施 终将导致 取空 而读出虚假信号 61 图5 9正码速调整电路 62 如果设置一个门限 一旦缓冲存储器的存储量减小到门限值 调整单元内设置的相位比较器 就发出一个调整指令 将读出时钟扣除一个脉冲 于是缓冲存储器在该位置被禁读一位 相当于在信码流的对应时隙插入一个调整脉冲 如图2 18但是这种完全为了调整码速而人为插入的调整脉冲 在接收端必须予以消除 为此 必须再在调整后的数码流中固定插入标识码 这样 接收端就知道此时收到的并不是信号而是调整码速的调整脉冲 应将其去掉 63 禁读 扣除 b 码速变换 b 码速恢复 64 另外 还应固定插入高次群需要的帧同步码 对端告警码等码元 以便组成高次群的帧结构 六 二次群帧结构根据ITU TG 742建议 二次群由四个一次群合成 一次群码速为2 048Mb s 二次群码速为8 448Mb s 二次群每个帧共有848个比特 分成四组 每组212个比特 称为子帧 子帧码速为2 112Mb s 也就是说 通过正码速调整 使输入码速为2 048Mb s左右的一次群码速调整为2 112Mb s 65 然后将4个支路合并成二次群 码速为8 448Mb s 采用正码速调整的二次群复接子帧结构如下图所示 帧及子帧中各部分的作用 在子帧中的V位为调整插入位 在子帧中的C11C12C13位为调整指示位 当C11C12C13 111时 说明V位为提高支路码速的插入脉冲 不携带信息 当C11C12C13 000时 说明V位为信息位 没有插入脉冲进行速率调整 12个F位 前10位为帧同步码 1111010000 66 异步复接二次群帧结构 a 基群支路插入码及信息码分配 b 二次群复接帧结构 67 后两个F位作对端告警和备用 各组其余码位为信息比特 4 数字复接系统的组成及其各部分的作用数字复接系统主要由发端的数字复接器和收端的数字分接器两部分组成 如图2 13所示 68 数字复接器的功能是把4个支路 低次群 合成一个高次群 它是由定时 码速调整 或变换 和复接单元组成的 定时单元给设备提供同一的基准时钟 它备有内部时钟 也可以由外部时钟推动 码速调整 同步复接时是码速变换 单元的作用是把各输入支路的数字信号的速率进行必要的调整 或变换 使它们获得同步 这里需要说明的是4个支路分别有各自的码速调整 或变换 单元 即4个支路分别进行码速调整 或变换 复接单元将几个低次群合成高次群 数字分接器的功能是把高次群分解成原来的低次群 它是由定时 同步 分接和恢复单元等组成 分接器的定时单元是由接收信号序列中提取的时钟来推动的 借助于同步单元的控制使得分接器的基准时钟与复接器的基准时钟保持正确的相位关系 即保持同步 分接单元的作用是把合路的高次群分离成同步支路信号 然后通过恢复单元把它们恢复成原来的低次群信号 69 2 4同步数字系列 SDH 2 4 1SDH的产生传统的异步数字系列PDH的情况 a 当时的通信业务没有怎么发展 通信业务量小且单一是话音通信业务 b 使用的传输介质是同轴电缆 微波 而不是光纤 c PDH只考虑了交换节点之间的固定传输手段 着眼于解决局部的传输问题 电路群的调度 维护 管理都是人工的 根本没有考虑构成网路资源可灵活的调度的和自动管理的传输网 70 1 PDH技术的主要缺点P42 PDH只有地区性的数字信号速率和帧结构标准 没有世界性标准 造成了国际互通的困难 PDH没有世界性的标准光接口规范 导致各个厂家发行的专用光接口大量滋生 因而无法在光路上互通 PDH采用异步复用方式 存在很多问题 PDH的帧结构中没有安排很多用于网络运行 管理和维护 OAM 的比特 已成了进一步改进网络OAM能力的障碍 由于建立在点对点传输基础上的复用结构缺乏灵活性 使数字信道设备的利用率很低 71 图2 19分插信号流图的比较 155Mbit s光接口 155Mbit s光接口 2Mb s 2Mb s 72 2 SDH的产生 SDH的产生原因现代信息社会的通信业务要求 人们希望现代电信网络能够快速 经济 有效地提供各种电路和业务 SDH的产生条件a 光纤的使用 b 以微处理器支持的智能网元的出现有力支持了网络技术体制上的重大变革 SDH的产生首先美国贝尔通信研究所提出的称之为光同步网 SONET 的一种新体制 73 这种新体制有机地结合了高速大容量光纤传输技术和智能网络技术 其基本思想是采用一整套分级的标准数字传送结构组成同步网络 可在光纤上传送经适配处理后的业务 其次 1988年 国际电报电话委员会接收了SONET的要领并进行了适当的修改 重新命名为同步数字体系 SDH SDH不仅适于在光纤上传输 也是适于微波通信和卫星通信传输的新体制 SDH的诞生 从而揭开了现代信息传输崭新的一页 并在短短的二十年得到了空前的发展 74 3 SDH的概念P43 概念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的数字信号的结构等级 而SDH网络则是由一些基本的网络单元 NE 组成的 在传输介质上 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 它具有全世界统一的网络节点接口 NNI 75 NNI 网络节点接口 的标准化 NII的概念 传输网由传输设备和网络节点 又称网元设备 组成的 NII是传输设备和网络节点 或网络节点和网络节点 互连的接口 传输设备 包括光纤 微波和卫星通信等系统 网元设备 终端复用器TM 分插复用器ADM 交叉连接设备SDXC 再生中继器REG和交换设备 NII的标准化及意义 76 在现代通信传输网中 为提高NII的灵活性和适应性 使其不受特定的传输媒介及特定的网络节点限制 而能将不同的传输设备和网络节点结合在一起 构成统一的传输复用 交叉连接和交换接口 应使标准化NII NII标准化的要求 在现代传输网络中 要想统一上述技术和设备的规范 必须具有统一的接口速率及相应的帧结构 而SDH网络就具备了这一特点 SDH标准化的信息结构等级和特点 同步传送模块STM NSDH采用一套标准化的信息等级结构 称之为 77 同步传送模块STM N N 1 4 16 64 其中最基本 最重要的模块为STM 1 其传输速率为155 520Mbit s 将四个STM 1 或四个STM 4 同步复用构成STM 16 传输速率为2448 320Mbit s 块状帧结构 是立体的结构 便于从它的不同三维方向上处理 因而从帧中提取不同速率的信息很方便 丰富的开销 SOH POH 用于网络的运营 维护和管理 具备一套灵活的复用和映射结构 78 允许将不同级别的PDH信号 ATM信号和其他信号经处理后放入不同的虚容器VC N中 因而 具有广泛的适应性 在传输时 按照规定的位置结构将以上这些信号组装起来 利用传输介质 如光纤 微波等 送到目的地 SDH在组网时采用了大量软件功能进行网络管理 控制及配置 因而具有很强的可扩充性和可维护性 尤其在环形网 网状网等网络中应用时 可进行灵活的组网与业务调度 可实现高可靠的网络自愈 79 2 4 2SDH的特点 SDH是完全不同于PDH的新一代传输网络体制 它主要有以下特点 采用同步复用方式和灵活的复用映射结构 实现了数字传输体制上的世界标准 而且还可容纳其他各种数字业务信号 具有全世界统一的网络节点接口 使任何网络单元在光路上得以互通 帧结构中安排了丰富的开销比特 使网络运行 管理 维护和配置能力大大加强 80 采用指针调整技术 SDH引入了 虚容器 的概念 采用先进的分插复用器 数字交叉连接等设备 提出了一套完整的标准 使各生产单位和应用单位均有章可循 归纳起来 SDH最核心的三大特点是同步复用 强大的网络管理能力和统一的光接口及复用标准 并由此带来了许多优良的性能 成为信息传输的主要物理传送平台 81 2 4 3SDH的帧结构 SDH技术的基础是它的帧结构 而实现各种网络管理的基础是它的开销 所以本节将介绍SDH帧结构的组成 1 帧结构P45SDH帧结构是实现SDH网络诸多功能的基础 对帧结构的基本要求是 既能满足对支路信号进行同步数字复用 交叉连接和交换 也能使支路信号在一帧内的分布是均匀 规则和可控的 以便接入和取出 82 帧结构 属于块状帧结构 并以字节为基础 如图2 20传输时由左到右 由上到下顺序排成串形码流依次传输 传输一帧的时间为125微秒 每秒传8000帧 对STM 1而言传输速率为 8 9 270 8000 155520kbit s 更高阶的同步传送模块由基本模块信号STM 1的N倍组成 分别是 622080kbit s 2488320kbit s 彼此关系正好是四倍 块状帧结构 是立体的结构 便于从它的不同三维方向上处理 因而从帧中提取不同速率的信息很方便 83 84 2 帧结构的基本描述从帧结构组成看 整个帧结构可分成段开销 STM N净负荷和管理单元指针三个区域 段开销 SOH 区域概念 所谓段开销是指为保证信息正常 灵活 有效地传送所必须附加的字节 它主要用于网络的运行 管理 维护及配置 OAM P 分类 段开销 RSOH 和复用段开销 MSOH 两个部分 作用 用于OAM P 具体如 公务通信 误码 85 监测 自动倒换信息等 正是由于具有丰富的开销比特 从而实现强大的网络管理奠定了基础 STM N净负荷 playload 区域所谓信息净负荷指的是可真正用于电信业务的比特 例如对于STM 1而言共有 18792比特 8比特 字节 261字节 9行 属于净负荷 可用于业务传输 另外在该区域内还存放了少量可用于通道维护管理的通道开销 POH 字节 管理单元指针 AU PTR 区域 86 为一组特定的编码 用于指示净负荷区域内的信息首字节在STM N帧内的准确位置 以便接收时能正确分离净负荷 采用指针处理的方式是SDH的重要创新 它消除了在常规PDH系统中由于滑动缓冲存储器所引起的延时和性能损伤 3 开销类型 不要求 87 2 4 4SDH的复用原理 1 SDH复用的基本原理 不同系统之间的同步问题 如何解决各支路信号彼此之间的频差和相移等问题 传统的解决方法主要有码速调整法 或称比特塞入法 和固定位置映射法 而在SDH技术中 引入了指针调整法 其基本原理是利用净负荷指针来表示在STM N帧内浮动的净负荷的准确位置 当出现净负荷在一定范围内的频率变化时 只 88 需增加或减少指针的数值即可达到目的 SDH的一般复用结构 如图2 22所示它是由一些基本复用映射单元组成的 有若干个中间复用步骤的复用结构 具有一定频差的各种支路信号要想复用进STM N帧 都要经过映射 定位校准和复用三个步骤 基本工作过程 首先 各种速率等级的数据流进入相应的容器 C 完成适配功能 主要是速率调整 然后再进入虚容器 VC 加入通道开销 POH 89 图2 22G 709建议的SDH复用映射结构 139 264Mb s 44 736Mb s34 368Mb s 6 312Mb s 2 048Mb s 1 544Mb s 指针处理复用定位校准映射 90 VC在SDH网中传输时可以作为一个独力的实体 在通道的任意位置取出和插入 以便进行同步复用和交叉连接处理 由VC出来的数字流再按图中规定的路线进入支路单元 TU 和管理单元 AU 在AU和TU中要进行速率调整 因为低一级数字流在高一级数字流中的起始点是浮动的 为了准确地确定起始点的位置 在AU和TU中设置了指针 AU PTR和TU PTR 从而可以在相应的帧内进行灵活和动态的定位 91 最后在N个AUG的基础上 再附加上段开销SOH 便形成了STM N的帧结构 2 基本复用映射单元 容器 C 容器是一种用来装载各种速率业务信号的信息结构 其基本功能是完成适配 即码速调整 让那些最常使用的准同步数字体系信号能够进入有限数目的标准容器 C 11 C 12 C 2 C 3 C 4 我国目前仅涉及C 12 C 3及C 4等容器 每一种标准容器分别对应于一种标称的PDH输入速率 92 参与SDH复用的各种速率的业务信号都应首先通过码速调整等适配技术装进一个恰当的标准容器 已装载的标准容器又作为虚容器的信息净负荷 例如PCM一次群的标称速率是2048kbit s 而C 12的速率是2176kbit s 虚容器 VC 虚容器是用来支持SDH通道层连接的信息结构 它是SDH通道的信息终端 由安排在重复周期为125us的块状帧结构中的信息净负荷 容器的输出 即容器加上通道开销组成 93 C n VC nPOH VC nVC的输出将作为其后接 TU或AU 的信息净负荷 VC是SDH中最重要的一种信息结构 它的包封速率与SDH网络同步 因此不同等级的VC是互相同步的 但在VC的内部却允许装载来自不同容器的异步净负荷 即PDH系列信号等 除在VC的组合点和分解点 即PDH SDH网的边界处 外 VC在SDH网中传输时总是保持完整不变 因而可以作为一个独力的实体十分方便和 94 灵活地在通道中任一点插入和取出 以便进行同步复用和交叉连接处理 虚容器可分为低阶虚容器和高阶虚容器两类 VC 1和VC 2为低阶虚容器 VC 4和AU 3中的VC 3为高阶虚容器 若通过TU 3把VC 3复用进VC 4 则该VC 3应归于低阶虚容器 95 支路单元 TU 是一种提供低阶通道层和高阶通道层之间适配功能的信息结构 由相应的低阶虚容器和相应的支路单元指针组成 TU n VC n TU nPTRTU nPTR指示VC n净负荷起点在TU帧内的位置 有四种支路单元 即TU n n 11 12 2 3 支路单元组 TUG 由一个和多个在高阶VC净负荷中固定的占有规定位置的支路单元组成 96 把一些不同规模的TU组合成一个TUG的信息净负荷可增加传送网络的灵活性 VC 4和VC 3中有TUG 3和TUG 2两种支路单元组 一个TUG 2由一个TU 2或3个TU 12或4个TU 11按字节交错间插 按字复接 组合而成 一个TUG 3由一个TU 3或7个TUG 2按字节交错间插组合而成 一个VC 4可容纳3个TUG 3 一个VC 3可容纳7个TUG 2 97 管理单元 AU 管理单元 AU 是提供高阶通道层和复用段层之间适配功能的信息结构 有AU 3和AU 4两种管理单元 由一个相应的高阶VC n和一个相应的管理单元指针 AU PTR 组成 AU n VC n AU nPTRn 3 4AU nPTR指示VC n净负荷起点在AU帧内的位置 管理单元组 AUG 98 在STM N帧的净负荷中固定地占有规定位置的一个和多个的管理单元AU的集合称为管理单元组 AUG 一个AUG由一个AU 4或3个AU 3按字节交错间插组合而成 最后强调指出的是 在AU和TU中要进行速率调整 因而低一级数字流在高一级数字流中的起始点是浮动的 为了准确地确定起始点的位置 设置两种指针 AU PTR和TU PTR 分别对高阶VC在相应AU帧内的位置以及VC 1 VC 2 VC 3在相应TU帧内的位置进行灵活动态的定位 99 同步传送模块 即STM N 基本模块STM 1 除以上介绍的各个单元以外 SDH还安排有灵活的级联方式 以传输非标准PDH等级的信号 例如 用户要求传送10Mb s信号 可以用2个TU 2级联为1个TU 2 2c 其速率为13 696Mb s 而采用PDH系统 只能用标准的