第3章同步数字系列SDH(传送网)

1、2021-7-11 第3章 同步数字系列SDH （传送网） 2 2021-7-1 本章重点 n光纤通信系统 nPCM时分多路复用 n同步数字系列SDH n全光网络 3 2021-7-1 3.1传送网简述 n传输介质 传输技术分为有线传输、无线传输； 有线传输有：双绞线、同轴线、光纤、混合系统； 无线传输有：卫星、微波、蜂窝移动通信系统； n传输系统所用介质，和传输速率有关。光纤、毫米 波导、卫星通信，适合于高次群PCM话路的传送。 4 2021-7-1 3.1传送网简述 n3.1.1光纤通信系统 n光纤通信系统是以光波为载体、光导纤维 为传输介质的通信方式，最基本的光纤通 信系统由数据源、光发

2、送端、光学信道和 光接收机组成 5 2021-7-1 光纤通信系统构成 6 2021-7-1 1、光源 光源是光波产生的根源，是话音、图像、数据等业 务经过信源编码所得到的信号； 2、光学信道 光学信道是传输光波的导体，包括最基本的光纤， 还有中继放大器等； 3、光发送机和调制器 光发送机负责产生光束，将电信号转变成光信号， 再把光信号导入光纤； 4、光接收机 光接收机负责接收从光纤上传输过来的光信号，并 从中提取信息，然后转变成电信号，最终还原成 原来的话音、图像、数据等信息。 7 2021-7-1 光纤通信系统优点 nSDH可以连接到ATM、ISDN和其他设备的 接口上，在很长的距离上提供

3、高速的数据 传输，为这些设备提供高速通信，非常适 合于为多种高带宽LAN和WAN技术和协议 提供传输路径。 8 2021-7-1 光纤通信具有以下的主要优点： 1) 传输频带宽、通信容量大，短距离时传输速率超 过10Gbps； 2) 抗干扰能力强、线路损耗低、传输距离远； 3) 造价低、实现简单，应用范围广； 4) 线径细、质量小、抗化学腐蚀能力强、光纤制造 资源丰富； 5) 使用的是标准化技术，对应用需求具有快速的适 应能力。 9 2021-7-1 3.1.2 微波传送网络技术 数字微波中继通信概述 1微波中继通信的概念和特点 n微波中继通信是利用微波频段的波长范围为 1m1mm、频率范围为

4、300MHz300GHz的无 线电波沿地面进行中继传输的无线通信。 10 2021-7-1 n微波中继通信主要用来传送长途电话 信号、宽频带电视信号、数据信号和移动 通信信号等。 n微波中继通信有以下特点。 n（1）通信频段的频带宽，通信容量大， 利于宽频带信号的传输。 n（2）由于工作频率高，受外界干扰的 影响小。（一般干扰在100MHz以下。） 11 2021-7-1 n（3）通信灵活性较大，采用中继方式 可以实现地面上远距离通信，并可以跨越 沼泽、江河、湖泊和高山等特殊地理环境， 特别是在遭受如地震、洪水等灾害时，通 信的建立、撤收及转移都较容易。 12 2021-7-1 n（4）天线增

5、益高，方向性强。当天 线面积给定时，天线增益与工作波长的平 方成反比。由于微波中继通信的工作波长 短，因而容易制造高增益天线，降低发信 机的输出功率。另外微波天线具有很强的 方向性，可以把电磁波聚集成很窄的波束， 减少通信中的相互干扰。 n（5）投资少，建设快。 n（6）数字微波通信除具有上述微波 通信的共同特点外，还具有数字通信的特 点。 13 2021-7-1 2微波中继系统的组成 3微波中间站的转接方式 微波中继通信系统中间站的转接方式一般 是按照收发信机转接信号时的接口频带划分的， 分为基带转接方式、中频转接方式和微波转接 方式三种。 14 2021-7-1 数字微波的收发信原理 1数

6、字微波发信设备 数字微波发信设备通常有两种组成方案。 （1）微波直接调制发射机 （2）中频调制发射机 15 2021-7-1 2数字微波收信设备 数字微波收信一般都采用超外差接收方式。 它由射频系统、中频系统和解调系统三大部分 组成，将来自接收天线的微弱的微波信号经过 馈线、微波滤波器、低噪声放大器后和本振信 号进行混频，变成中频信号，再经过中频放大 器放大，滤波后送解调单元实现信码解调和再 生。 16 2021-7-1 3天线馈线系统 微波通信系统中，对天线馈线的基本要求是： 足够的天线增益，良好的天线方向性；低传输 损耗的馈线系统、极小的电压驻波比；整个天、 馈线系统应有较高的极化去耦度和

7、足够的机械 强度。 17 2021-7-1 4射频波道的频率配置 （1）单波道频率配置 （2）多波道频率配置 （3）射频波道的频率再用 5微波传播特性 微波中继通信的电磁波主要是在靠近地表的大 气空间传播，因而地形地物对微波电磁波会产 生折射、反射、散射、绕射和吸收现象。 18 2021-7-1 3.1.3 卫星传送网技术 卫星通信概述 1卫星通信的基本概念 卫星通信是指地球上的无线电通信站之间利用人 造卫星作为中继转发站而实现多个地球站之间的 通信，相应的通信系统称为卫星通信系统。如图 2-77所示，设在空间用于中继转发的人造卫星称 为通信卫星。 19 2021-7-1 通信卫星 空中移动站

8、 电缆或光缆 可搬移站 指挥所 移动站 电缆或光缆 控制中心跟踪遥测指令站 海上移动站 固定站 通信枢纽 微波接力 图图3-1 卫星通信系统示意图卫星通信系统示意图 20 2021-7-1 2通信卫星类型 3卫星通信的特点和使用频率 （1）卫星通信特点 （2）卫星通信工作频段的选择是一个十分 重要的问题，它直接影响整个系统的传输容量、 质量、可靠性和设备的复杂性，以及成本的高 低，并还将影响与其他通信系统的协调。如表 2-9所示。 21 2021-7-1 卫星通信系统组成 卫星通信系统主要由通信卫星和地球站两大部 分组成。 n1通信卫星 n2地球站 22 2021-7-1 卫星通信系统中的多址

9、方式 n多址方式是卫星通信系统中多个地球站共 用一个卫星转发，分别同时建立相互之间的通 信线路而实现多边通信。 n卫星通信系统中常用4种多址方式，分别为 频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、 码分多址（CDMA）和空分多址（SDMA）。 23 2021-7-1 卫星通信应用系统 n1ALOHA系统 n2VSAT系统 n3移动卫星通信系统 n4低轨道卫星移动通信系统 24 2021-7-1 1 1、同步时分复用、同步时分复用 将时间划分为以帧为单位的等时间间隔，每帧再进一步划分为等 数量等间隔的时隙且对这些时隙按顺序编号，所有帧中编号相同 的时隙位置用于传送来自于同一源端的信号。同步的含

10、义在于时 隙位置与源端信号是严格对应的，在一次通信建立后的交换过程 中，时隙位置与源端信号对应关系一旦确立，其关系就保持固定 不变。易见，知道时隙位置，就可以知道该位置上的信号来自于 哪个源端。 u没有信息的话路，也要保持该话路在帧里面的时隙位置； u同步时分复用，对于网络的时钟同步有很高的要求； 同步时分复用模式： 各个话路的时隙， 在帧里面的相对位置固定； 3.2 PCM时分多路复用时分多路复用 25 2021-7-1 2、异步时分复用 将时间划分为若干个等间隔或不等间隔的时隙，每个时隙位 置用于传送来自于一个源端的信号，但信号与时隙位置没有 固定的对应关系。正是由于信号与时隙位置之间没有

11、固定对 应关系这一原因，所以，不同于同步时分复用方式，统计时 分复用方式中每个时隙位置上的信号都含有一个附加的标志 头，该标志头信息用于标志该信号来自哪个源端以及用于转 接设备进行转接处理。而同步复用方式无需添加标志头。 u异步时分复用，可以提高时分信道的利用率,多用于分组交 换。 3.2 PCM时分多路复用时分多路复用 26 2021-7-1 【补充内容：同步网简介】 n（严格）同步网； n准同步网； 自学：沈庆国书，P32-38； 27 2021-7-1 名词解释： PCM采样 PCM（脉冲编码调制）的原理图 3.2 PCM时分多路复用时分多路复用 28 2021-7-1 名词解释： 时分

12、复用、时分解复用 29 2021-7-1 名词解释： 一路PCM编码速率、基群（一次群）、二次群、三次群、四次群、 高次群； -一路PCM编码（64kbit/s）：一路语音的PCM采样波特率， 即：8000次PCM采样/s 8bit/每次采样=64kbit /s ； -基群（也称：一次群，为2.048Mbit/s）： 包含32路信号（30路PCM语音、2路非语音）波特率在时分复用 后形成的波特率； 即：3264kbit /s = 2.048Mbit/s ； -二次群、三次群、四次群，依此类推 ； -高次群； 30 2021-7-1 3. 3光纤通信传输体制的发展 n在数字通信发展的初期，为了适

13、应点到点 通信的需要，大量的数字传输系统都是准 同步数字体系（PDH）。 n准同步（PDH）是指各级的比特率相对于 其标准值有一个规定的容量偏差，而且定 时用的时钟信号并不是由一个标准时钟发 出来的，通常采用正码速调整法实现准同 步复用。 3.3.1 准同步PDH 31 2021-7-1 PDH的缺点： PDH只有地区性的数字信号速率和帧结构，没有世界标准， 难以向更高次群的技术发展； PDH没有世界性的标准光接口规范，妨碍了联网应用的灵活 性； PDH复用结构，低速率采用同步复接，其他多数等级采用异 步复接，通过塞入额外比特，复用成高速率信号，难以提取低 速支路信号； PDH的网络管理比特偏

14、少，不能满足通信网操作、维护和管 理（OAM）的要求； PDH难以从高次群信号中直接分离出低次群甚至基群信号， 对于中继站上、下话路，很不方便； 32 2021-7-1 33 2021-7-1 34 2021-7-1 光纤通信传输体制的发展历程 n1972 年ITU-T前身CCITT提出第一批PDH建议； n1976和1988年提出两批建议-形成完整的PDH体系； n1984年美国贝尔实验室开始同步信号光传输体系的研究； n1985年美国国家标准协会(ANSI)起草光同步网标准，并命 名为SONET； n1986年CCITT开始以SONET为基础制订SDH； n1988年通过了第一批SDH建议

15、； n1990以后，SDH已成为光纤通信基本传输方式；目前 SDH不仅是一套新的国际标准，又是一个组网原则，也是 一种复用方法。 35 2021-7-1 实现语音通信时的传输速率 n明线技术，FDM模拟技术，每路电话4kHz； n小同轴电缆6O路FDM模拟技术，每路电话4kHz； n中同轴电缆1800路FDM模拟技术，每路电话4kHz； n光纤通信140Mbps PDH系统，TDM数字技术，每 路电话64kbps； n光纤通信2.5Gbps SDH系统，TDM数字技术，每 路电话64kbps； n光纤通信N2.5Gbps WDM系统，TDM数字技术 +光频域FDM模拟技术，每路电话64kbps

16、。 FDM：频分复用； TDM：时分复用； WDM：波分复用； 36 2021-7-1 3.3.2同步数字系列SDH n3.3.2.1通信介质和特性 nSDH高速通信使用的通信介质是单模光纤 电缆和T载波通信(从T3开始)。主要的传 输方法发生在物理层，这样其他一些传输 技术，如ATM、FDDI等，可以运行在 SDH之上。SDH和使用固定信元长度的技 术(如ATM)最为兼容，和使用可变帧长的 技术兼容性要差一些。 37 2021-7-1 SDH的特点 n把世界上两套流行的PDH数字系列（1.544MHz系列、 2.048MHz系列）融合到统一标准之中，在STM-1基础上 得到统一，实现了数字通

17、信传输的世界标准； n从STM-1（基础帧）往上，完全采用同步字节复用，便于 实现横向兼容，便于向高次群、大容量方向发展； n有充足的管理开销比特，网络管理维护能力强，便于组织 自愈合环； n有一套灵活的复接结构与指针技术，解决了节点间时钟差 异问题； n从SDH-N中容易分出/插入支路信号，还可用软件动态改 变网络配置，及时适应用户业务对于传输能力的需求； 38 2021-7-1 nSDH的基本速率是155.52Mbps，称为同步 传输模块1 (STM-1),STM-N则表示速率为 N155.520Mb/s的传送模块，其中N一般 取1、4、16、64、256。 nSTM-1，为SDH的基础帧

18、； nSTM-4、16、64、256，为SDH的复接后 的高阶帧； 39 2021-7-1 比较：PDH，是通过专门的复接器进行复接； 40 2021-7-1 SDH的光纤传输速率 41 2021-7-1 3.3.2.2 SDH组成 n同步数字序列SDH，是由SDH网元（NE） 组成，在光纤上进行同步信息传输、复用 和交叉连接的网络。 42 2021-7-1 3.3.2.3 SDH帧结构 nSDH 是基于时分多路复用（TDM）的一种 技术。SDH帧结构基于构建模块的同步字 节多路复用。这些同步复用单元是固定字 节数的结构，采用字节交织到或映射到其 它帧，最终构成STM-N/STS-N帧。对于

19、TDM传输，虚容器（VC）或虚支路（VT） 是基本的构建模块。一个VC/VT映射一个负 载，负载可以是任意PDH（准同步数字体 系）信号或其它任何低阶同步复用单元。 43 2021-7-1 STM-N帧结构的说明： （1）净荷区：存放信息码净荷，包含有POH； （2）通道开销POH：是用于通道性能监视、管理和控制的通道开销字节； 通道的作用是：在复用结构中，通过对通道进行管理，把数据组织进入STM帧结 构的净荷区。 （3）段开销SOH：主要用于网络的运行管理和维护； （4）管理单元指针AUPTR：用来指示信息净荷的第一字节在帧内的准确位置； 44 2021-7-1 nSDH的基本模块是速率为1

20、55.520MHz的同步传送模块 STM-1； n更高速率等级的信号是STM-N（N=4、16、64），可 以简单地将STM-1进行字节间插入同步信号复接而成， 简化了复接和分接过程，使SDH适合于高速大容量光纤 通信系统； nSDH的帧结构，便于实现横向兼容； 45 2021-7-1 3.3.2.4 SDH复用原理 1、复用方法 n传统的做法。低速支路信号复用成高速信号的方法有： 正比特塞入法、固定位置映射携带法；（正比特塞入法， 存在塞入和去塞入的过程，不利于快速插入与分接；固定 位置映射携带法，有个频差的处理问题） nSDH，采用净荷指针技术，低阶SDH信号通过字节间插 入同步复用的方式

21、来实现复用成高阶信号； nSDH网，既有异步复用方式的应用（如：将PDH复用进 STM-N），又有同步复用方式的应用（如：STM-1复用成 STM-4）； 46 2021-7-1 正比特塞入法 存在问题：正比特塞入法，存在塞入和去塞入的过程，不利于快速插入与分接； 塞入比特，进行速 率适配 47 2021-7-1 存在问题：固定位置映射携带法，需要严格同步，有个频差的处理问题； 固定位置映射携带法 48 2021-7-1 3.3.2.4 SDH复用原理 SDH复用结构，包括： VC：虚容器 ； C-11、C-12、C-2、C-3、C-4：容器； TU：支路单元； AU：管理单元； TUG：支路

22、单元组； 2、复用结构 49 2021-7-1 （1）容器（C） 容器，是一种信息结构，主要完成速率适配功能；容器可以用 来装载PDH信号的标准信息结构，也可以用来装载ATM信号。 CCITT规定了五种标准容器； （2）虚容器（VC） 虚容器，是支持SDH通道层连接的信息结构，在SDH网中传输 时总保持不变。它是TU或AU的信息净荷。 VC由信息净荷（即C的输出）与通道开销（POH）组成。 （3）支路单元、支路单元组（TU、TUG） 提供低阶通道层与高阶通道层之间适配的信息结构； （4）管理单元、管理单元组（AU、AUG） AU是为高阶通道层和复用段层提供适配的信息结构； 50 2021-7-

23、1 3、SDH的复用原理 （1）在SDH网络的边界处，各种速率的信号（如：PDH、 ATM等）先分别经过码速率调整（正比特塞入），装入相应 的标准容器（C-n），实现与SDH传输网的同步； （2）由标准容器出来的信号，加入通道开销POH，形成虚容 器（VC-n），这个过程叫“映射”； （3）低阶VC在高阶VC中的位置、高阶VC在AU中的位置， 由指针（支路单元指针和管理单元指针）描述，以方便接收 端快速正确地（从STM-N拆离出VC，从VC、C拆分出低速 PDH信号）拆分，从而实现从STM-N信号中直接下载低速支 路信号；（固定位置映射） （4）TU、AU的主要功能就是进行指针调整。当由于频差

24、导 致发生帧相位偏移时，指针也随之调整，确保指针准确指向 VC帧起点位置。 51 2021-7-1 3.3.2.5 SDH分层模型 nSDH使用了四个协议层，SDH的协议和体 系结构使其能够提供远距离上的安全传输。 52 2021-7-1 SDH与OSI模型的通信层次比较 53 2021-7-1 3.3.2.6 网络拓扑和故障恢复 1、SDH环网 nSDH技术已经作为传输网络的成熟标准被 接受。因为SDH技术本身具有生存性和性 能优势。自愈性双向环架构提供了优异的 可用性和错误监控能力。用于高速传输的 主干都是基于SDH技术的。 54 2021-7-1 2、SDH网的结构 nSDH网，是一个智

25、能化的设备，可以通过远程控制灵 活地组网和管理。网络中的每一个SDH的网元节点，都 可以通过软件进行本地或远程操作。 55 2021-7-1 56 2021-7-1 uTM：终端复用器。用于将低速支路信号复用进STM-N帧上任意位置，或 完成相反的变换。 uREG：再生中继器。主要进行光的功率放大以延长光传输距离。 uDXC：SDH的数字交叉连接设备，也称SDXC。它是能够在接口端之间提 供可控的VC透明连接与再连接的设备。它还具有一定控制、管理功能。可 以为临时重要事件提供通信电路；当网络出现故障时，迅速更新网络配置， 快速实现网络恢复；可作为SDH、PDH网络的连接设备。 uADM：分插复

26、用器（三端口）。用于将低速支路信号交叉复用进两侧线 路（即：支路信号上电路），或者从线路端口收的线路信号中拆分出低速 支路信号（即：支路信号下电路）。 57 2021-7-1 n3、故障恢复 nSDH环网具有的自动备份和恢复容错机制，可以 进行用户不会觉察到的过程检测和修复系统故障。 SDH的容错能力，意味着网络设备或者网络链路 的故障不会导致整个网络的瘫痪。 nSDH在环型拓扑中传输，提供的故障恢复方法有 三种：单向路径交换、自动保护交换和双向路径 交换。 58 2021-7-1 3.3.3 SDH技术的发展 n21世纪的高速传输技术将以光通信技术为 主，目前各发达国家的骨干网基本上都是 采

27、用SDH传输体制。 n现有的SDH系统最初是为传输固定速率的 语音而设计的，因而具有固定的速率等级 难以扩展，不适宜IP环境的开销等缺点。 59 2021-7-1 3.3.3.1 在SDH上实现ATM n具有ATM虚拟路径功能的SDH设备，可以 在ATM层处理、增加和丢弃ATM信元。 n通过ATM流量分配同步传输模式STM，在 基于ATM的LAN之间，传输的所有ATM数 据流量都可以连接到SDH环，并且共享 SDH信号。ATM VC是通过位于传输环之外 的ATM网络设备(ATM交换机)进行管理的。 60 2021-7-1 3.3.3.2 IP over SDH nIP Over SDH，是IP

28、数据包通过采用点到点 协议（PPP，Point to Point Protocol）映射 到SDH帧上，按各次群相应的线速率进行 连续传输的。IP Over SDH也叫Packet Over SDH或PPP Over SDH（POS）。 POS即通过SDH提供的高速传输通道直接 传送IP分组。POS定位于电信运营级的数 据骨干网，其网络主要由大容量的高端路 由器，经由高速光纤传输通道连接而成。 61 2021-7-1 3.3.3.3 DOS（Data over SDH） 新的SDH 62 2021-7-1 1、通用成帧规程 （GFP，Generic Framing Procedure） n为了

29、完成多协议的子波长复用，需要一种组帧机制，它既 能保持光信号的透明性，又能有效复用若干个相互独立的、 不同的协议流。 nITU-T的通用成帧协议（GFP）是一个信息流量自适应协 议，提供一个支持所有传输网的各种高层协议的组帧格式， 能将任何数据类型转换成SDH同步信道字节。通用成帧协 议支持两种协议映射模式：帧映射模式和透明传输模式。 n帧映射模式能够适配分组协议。目前的GFP标准对IP/点到 点协议、以太网协议和弹性分组环（RPR）都制定了帧适 配机制。 n透明传输模式用于适配时间敏感型协议，这些协议包含所 有固定速率的数据传输协议。 DOS用到的几个技术（补充）： 63 2021-7-1

30、2、虚拟级联 （VC，Virtual Concatenation） n级联可以分为相邻级联和虚级联。 n相邻级联是在同一个STM-N中，利用相邻的虚支 路VT级联，成为一个整体结构进行传输。 n虚拟级联可以按照数据流的不同需求有效分配传 输带宽。虚级联是将分布在不同STM-N中的VT等 (可能同一路由，也可能不同路由)按级联的方法， 形成一个虚拟的大结构进行传输，也就是把几个 小的信道，按所需带宽组合成一个大的信道来传 输用户数据，因而具有很强的灵活性。 64 2021-7-1 3、链路容量调整方案（LCAS） n链路容量调整方案（LCAS），是一个端到 端的握手机制，允许源和目的成帧器协调

31、增加或删除信道，灵活动态地在整个网络 范围内改变SDH信道的带宽。 65 2021-7-1 3.3.3.4 我国的SDH传输网结构 66 2021-7-1 3.4全光网OTN n光学传输网络（OTN），又称全光网，通常被定 义为具有高级特性，如光学信道路由、交换、监 控、生存性的光学网络，并且能够以无与伦比的 带宽粒度（最大可扩展到每光学信道数十Gbps）， 灵活地、可扩展和可靠地传输范围广泛的客户信 号。在全功能光学传输网络中，传输网络功能将 从SDH网络转向光学传输网络，并补充服务层特 性，以满足广泛的基础设备和特定服务要求。 67 2021-7-1 3.4.1全光网的优点 n1简单可靠。全光网结构简单，端到端采用透明光通路 连接，沿途没有光电转换与存储，网中许多光器件都是无 源的，便于维护、可靠性高。 n2可扩展性好