数字光纤通信

1、第5章 数字光纤通信系统5.1 数字光纤通信系统概述数字光纤通信系统概述5.2 PDH数字光纤传输系统数字光纤传输系统5.3 SDH光同步数字传输系统光同步数字传输系统5.4 SDH传送网传送网5.5 SDH系统同步与定时系统同步与定时5.6 光波分复用系统光波分复用系统5.7 全光通信系统全光通信系统第第 5 章章 数字光纤通信系统数字光纤通信系统返回主目录第5章 数字光纤通信系统第第5 5章章 数字光纤通信系统数字光纤通信系统5.1 数字光纤通信系统概述数字光纤通信系统概述 5.1.1 光纤通信基本概念光纤通信基本概念 数字光纤通信, 是以光波运载数字信号, 以光导纤维为传输媒介的一种通信

2、方式。1996年，英籍华人“光通信之父”高锟(C.K.Kilo)博士根据介质波导理论提出了光纤通信的概念。 光纤通信有如下的显著特点。 1. 线径细线径细, 重量轻重量轻 由于光纤的直径小, 只有0.1 mm左右, 所以制成光缆后与电缆比要细得多, 因而重量轻, 有利于长途和市话干线布放, 而且便于制造多芯光缆。 第5章 数字光纤通信系统 2. 损耗极低损耗极低 由于技术的发展, 现在制造出的光纤介质纯度很高, 因而损耗极低。现已制出的在光波导 1.55 mm窗口的衰耗低于 0.18 dB/km。 由于损耗极低, 所以传输的距离可以很长, 这就大大减少了数字传输系统中中继站的数目, 既可降低成

3、本, 也可提高通信质量。 3. 传输的频带宽、传输的频带宽、 信息容量大信息容量大 由于光波频率高, 因此用光来携带信号则信息量大。现在已经发展到几十千兆比特/秒的光纤通信系统, 它可传输几十万路电话和几千路彩色电视节目。 第5章 数字光纤通信系统 4. 不受电磁干扰、不受电磁干扰、 防腐和不会锈蚀防腐和不会锈蚀 因光纤是非金属材料, 它不会受到电磁干扰, 也不会发生锈蚀, 具有防腐的能力。 5. 不怕高温不怕高温, 防爆、防爆、 防火性能强防火性能强 因光纤是石英玻璃材料, 熔点高达2000以上, 所以不怕高温, 有防火的性能。因而可用于矿井下、军火仓库、石油、 化工等易燃易爆的环境中。 6

4、. 光纤通信保密性好光纤通信保密性好 由于光纤在传输光信号时向外泄漏小, 不会产生串话等干扰, 因而光纤通信保密性好。 第5章 数字光纤通信系统 由于光纤通信具有一系列的突出优点, 随着科学技术的进步, 光纤通信技术近年来发展速度之快、应用范围之广, 出乎人们的预料, 它是世界信息革命(互联网)的一个重要标志, 是现代通信技术的重要组成部分。可以说有了光纤通信, 就为构筑信息高速公路打下了基础, 光纤通信成为通向信息社会的桥梁。 第5章 数字光纤通信系统 5.1.2 数字光纤通信系统的组成数字光纤通信系统的组成 数字光纤通信系统与一般通信系统一样, 它由发送设备、 传输信道和接收设备三大部分构

5、成。 现在普遍采用的数字光纤通信系统, 是采用数字编码信号经强度调制-直接检波的数字通信系统。这里的强度是指光强度, 即单位面积上的光功率。强度调制是利用数字信号直接调制光源的光强度, 使之与信号电流成线性变化。直接检波, 是指信号在光接收机的光频上检测出数字脉冲信号。光纤通信系统组成原理方框图如图 5.1 所示。 第5章 数字光纤通信系统图 5.1 光纤通信系统组成原理方框图电信号光发送机E/O变换光源光中继机光缆O/E变换O/E变换光接收机电信号光检测器光纤连结器E/O变换第5章 数字光纤通信系统 在发送设备中, 有源器件把数字脉冲电信号转换为光信号(E/O变换), 送到光纤中进行传输。在

6、接收设备中, 设有光检测器件, 将接收到的光信号转换为数字脉冲信号(O/E变换)。 在其传输的路途中, 当距离较远时, 采用光中继设备, 把信号经过中继再生处理后传输。 实用系统是双方向的, 其结构图如图 5.2 所示。 图中, 数字端机主要是把用户各种数字信号, 包括数字程控交换机和数字接口, 通过复用设备组成一定的数字传输结构(帧结构), 不同速率等级的数字信号流送至光端机, 光端机把数字端机送来的数字信号进行处理, 变成光脉冲送入光纤进行传输, 接收端进行相反的变换。 第5章 数字光纤通信系统图 5.2 数字光纤通信传输系统结构方框图 PCM电端机发送接收发送接收接收发送接收发送PCM电

7、端机模拟信号数字信号光端机光信号光端机数字信号模拟信号监控台光中继机光信号第5章 数字光纤通信系统 光端机主要由光发送、光接收、信号处理及辅助电路组成。在光发送部分完成电/光变换, 在光接收部分主要完成光/电变换。信号处理, 主要指把数字端机送来的数字脉冲信号再处理, 以及各种码型变换, 使之适应光传输及其他目的。辅助电路主要包括告警、公务、监控及区间通信等等。 光中继机的作用, 主要是将光纤长距离传输后, 受到的衰耗及色散畸变的光脉冲信号, 转换为电信号后经放大整形、定时、再生还原为规则的数字脉冲信号。经过再调制光源, 变为光脉冲信号送入光纤继续传输, 达到延长传输距离的目的。 第5章 数字

8、光纤通信系统插入光纤通信 （第5.2章）第5章 数字光纤通信系统 5.1.3 光纤和光缆光纤和光缆(讲第二、三章)内容 1. 光纤光纤 光纤就是导光的玻璃纤维的简称, 是石英玻璃丝, 它的直径只有0.1 mm, 如同人的头发丝粗细。在通信中, 它和原来传送电话的明线、电缆一样, 是一种新型的信息传输介质, 但它比以上两种方式传送的信息量要高出成千上万倍, 可达到上百千兆比特/秒, 而且衰耗极低。 2. 光纤的导光原理光纤的导光原理 光纤为什么能够导光, 能传送大量信息呢? 这要研究其传输理论, 但其传输理论涉及的数学、 物理知识面相当广, 它要用到微分方程、场论等等高等数学知识及物理的微电子学

9、、 光学等高深理论。这里我们用简单的比喻, 从物理概念上来说明, 以加深对光纤传输信息的理解。 第5章 数字光纤通信系统 光纤是利用光的全反射特性来导光的。在物理中学习过光从一种介质向另一种介质传播, 由于它们在不同介质中传输速率不一样, 因此, 当通过两个不同的介质交界面就会发生折射。 若现在有两种不同介质, 其折射率分别为n0, n1而且n1n0, 设界面为XX, 折射率小的称光疏媒质, 折射率大的称光密媒质。假定光线从光疏媒质射向光密媒质, 其折射情况如图5.3所示。图中，入射角为0入射光线与法线YY夹角, 折射角为1折射光线与YY夹角，由图可见，10。 第5章 数字光纤通信系统图 5.

10、3 光的折射示意图YXAY光疏媒质光密媒质ABB01X第5章 数字光纤通信系统 若使光束从光密媒质射向光疏媒质时, 则折射角大于入射角，如图5.4所示。如果不断增大0可使折射角1达到90, 这时的1称为临界角。如果继续增大1, 则折射角会大于临界角, 使光线全部返回光密媒质中, 这种现象称为光的全反射当光线从光密媒质射向光疏媒质, 且入射角大于临界角时, 就会产生全反射现象, 光纤就是利用这种全反射来传输光信号的。 根据这一原理, 在制造光纤时, 使光纤芯的折射率高, 在外面涂上一包屏层, 可使折射率低, 当选择一定的角度0时，射入纤芯的光束将会全部返回纤芯中。这就要制造一种像水管一样的光导管

11、, 在光导管壁及光纤芯包的边界使之形成光束的全反射, 从而达到将光束都集中在光纤芯部传输而不向外泄漏, 就似水管中的水流那样, 使之永远在水管中流动。 第5章 数字光纤通信系统图5.4 临界角和光线的全反射 光疏媒质光密媒质cn0第5章 数字光纤通信系统 要做成这样的光导管, 除了对光纤芯部的折射率有要求以外, 还要使靠近纤芯与包层的边沿具有极小的光损耗, 使能量都集中在光芯中传播。 当然, 这就对光纤材料提出了很高的要求。由于石英玻璃质地脆、易断裂, 为了保护光纤表面, 提高抗拉强度，以便于实用, 一般都在裸光纤外面进行两次涂覆而构成光纤芯线。光纤芯线结构如图5.5所示。 光纤的芯线由纤芯、

12、包层、涂覆层、套塑四部分组成。 包层的外面涂覆一层很薄的涂覆层, 涂覆的材料为硅铜树脂或聚氨基甲醚乙脂, 涂覆层的外面套塑, 套塑的原料大都采用尼龙、聚乙烯或聚本烯等塑料。 第5章 数字光纤通信系统图5.5 光纤芯线的剖面构造 2b2a包层一次涂覆(涂覆层)二次涂覆(套塑)纤芯第5章 数字光纤通信系统 3. 单模光纤及特性参数单模光纤及特性参数 根据波导传输波动理论分析, 光纤的传播模式可分为多模光纤和单模光纤。 1) 多模光纤 多模光纤即能承受多个模式的光纤, 如图5.6(a)、(b)所示。这种光纤结构简单、易于实现, 接头连接要求不高, 用起来方便, 也较便宜。因而在早期的数字光纤通信系统

13、(PDH系列)中采用但这种光纤传输带宽窄、衰耗大、时延差大, 因而已逐步被单模光纤代替。 第5章 数字光纤通信系统 2) 单模光纤 单模光纤即只能传送单一基模的光纤, 如图5.6(c)所示。 这种光纤从时域看不存在时延差, 从频域看, 传输信号的带宽比多模光纤宽得多, 有利于高码率信息长距离传输。单模光纤的纤芯直径一般为410 m, 包层即外层直径一般为125m, 比多模光纤小得多。 3) 单模光纤的主要特性 光纤的特性参数及定义相当复杂。在一般数字光纤工程中， 单模光纤所需的主要参数有: 模场直径、衰减系数和工作波长或截止波长等。 第5章 数字光纤通信系统 图 5.6 裸光纤结构示意图(a)

14、 阶跃型多模光纤(SI); (b) 梯度型多模光纤(GI); (c) 单模光纤 包层包层(n2)芯(n1)DCBA2b2a折射率折射率包层包层CBA芯A包层芯折射率(a)(b)(c)第5章 数字光纤通信系统 (1) 截止波长。 截止波长通常是判断光纤是否在单模工作的一个重要参数, 只有当工作波长大于截止波长时才能保证光纤在单模工作。 (2) 模场直径d。 模场直径是单模光纤的一个重要参数。到目前为止, 模场直径的确切定义还没有明确规定。从物理概念上我们可理解为, 对于单模光纤, 基模场强在光纤横截面近似为高斯分布, 如图5.7所示。通常将纤芯中场分布曲线最大值 1/e 处所对应的宽度定义为模场

15、直径, 用d表示。 第5章 数字光纤通信系统dmE(r)图5.7 基模场强分布曲线第5章 数字光纤通信系统 (3) 衰减系数。 衰减系数是在工程上设计光纤通信系统时, 必须要用到的一个重要参数。它是指沿光纤传播方向光信号的损耗, 它是决定光纤中继段长度的重要因素。衰减量的大小通常用衰减系数来表示, 单位是dB/km, 其定义为OipPLalg10 式中, Pi为输入光纤的光功率；Po为光纤输出的光功率; L为光纤的长度(单位为km)。 第5章 数字光纤通信系统 4. 光缆光缆 为了使光纤能在工程中实用化, 能承受工程中拉伸、 侧压和各种外力作用, 还要具有一定的机械强度才能使性能稳定。 因此,

16、 将光纤制成不同结构、不同形状和不同种类的光缆以适应光纤通信的需要。 根据不同的用途和条件, 制成的光缆种类很多, 但其基本结构是相同的。光缆主要由缆芯、护套和加强元件组成。 1) 缆芯 缆芯是由光纤芯组成的, 它可分为单芯和多芯两种。单芯型缆芯和多芯型缆芯结构的比例如表 5.1 所示。 第5章 数字光纤通信系统第5章 数字光纤通信系统 单芯型由单根二次涂覆处理后的光纤组成。 多芯型由多根经二次涂覆处理后的光纤组成, 它又分为带状结构和单位式结构。目前国内外对二次涂覆主要采用下列两种保护结构: (1) 紧套结构。 如图 5.8(a)所示, 在光纤与套管之间有一个缓冲层, 其目的是为了减少外面应

17、力对光纤的作用。缓冲层一般采用硅树脂, 二次被覆用尼龙口。这种光纤的优点是: 结构简单、使用方便。 (2) 松套结构。 如图5.8(b)所示, 将一次涂覆后的光纤放在一个管子中, 管中充油膏, 形成松套结构。这种光纤的优点是: 机械性能好, 防水性好, 便于成缆。 第5章 数字光纤通信系统 图 5.8 紧套和松套光纤结构示意图(a) 紧套光纤结构示意图； (b) 松套光纤结构示意图0.1250.40.9光纤一次涂覆二次被涂覆层缓冲层(a)光纤一次涂覆油膏松套管(b)单位：mm第5章 数字光纤通信系统 2) 强度元件 由于光纤的材料比较脆, 容易断裂, 为了使光缆便于承受敷设安装时所加的外力等,

18、 在光缆内中心或四周要加一根或多根加强元件。加强元件的材料可用钢丝或非金属的纤维增强塑料(FRP)等。 3) 护层 光缆的护层主要是对已形成的光纤芯线起保护作用, 避免受外部机械力和环境损坏。因此, 要求护层具有耐压力、防潮、 湿度特性好、重量轻、耐化学侵蚀、阻燃等特点。光缆的护层又分内护层和外护层, 内护层一般采用聚乙烯或聚氦乙烯等, 外护层可根据敷设条件而定, 要采用由钻带和聚乙烯组成的LAP外护套加钢丝铠装等。 第5章 数字光纤通信系统 4) 光缆的种类 在公用通信网中用的光缆结构如表 5.2 所示。 下面介绍几种有代表性的光缆结构形式。 (1) 层绞式光缆。 它是将若干根光纤芯线以强度

19、元件为中心绞合在一起的一种结构, 如图5.9(a)所示。特点是成本低, 芯线数不超过10根。 (2) 单位式光缆。 它是将几根至十几根光纤芯线集合成一个单位, 再由数个单位以强度元件为中心绞合成缆, 如图5.9(b)所示, 其芯线数一般适用于几十芯。 第5章 数字光纤通信系统第5章 数字光纤通信系统 (3) 骨架式光缆。 这种结构是将单根或多根光纤放入骨架的螺旋槽内, 骨架中心是强度元件, 骨架上的沟槽可以是V型、U型或凹型, 如图5.9(c)所示。由于光纤在骨架沟槽内具有较大空间, 因此当光纤受到张力时, 可在槽内作一定的位移, 从而减少了光纤芯线的应力应变和微变, 这种光纤具有耐侧压、抗弯

20、曲、抗拉的特点。 (4) 带状式光缆。 它是将412根光纤芯线排列成行, 构成带状光纤单元, 再将多个带状单元按一定方式排列成缆, 如图5.9(d)所示。这种光缆的结构紧凑, 采用此种结构可做成上千芯的高密度用户光缆。 第5章 数字光纤通信系统 图 5.9光缆的基本结构(a) 层绞式； (b) 单位式； (c) 骨架式； (d) 带状光纤加强构件光纤单位加强构件加强构件塑料骨架光纤防热层综合护套光纤带加强构件(a)(b)(c)(d)第5章 数字光纤通信系统5.2 PDH5.2 PDH数字光纤传输系统数字光纤传输系统 PDH系列-主要指PCM一、 二、 三、 四次群。根据系统业务容量（多少路）来

21、确定PCM高次群的等级的。 以PCM3032路基群即 2 Mbs速率接口为基础。采用按码位异步复接方式, 按一定帧结构进行逐级复接而成。系统中发送端为复接, 在接收端为分接。第5章 数字光纤通信系统 随着数字集成技术的提高， PDH设备把数字端机、光端机集成在一个物理体中, 体积很小(窄架)模块。 这些设备把复接的数字码进行PDH系列光传输码型的变换(线路编码CMI), 组成如4B1H、1B1H等不同帧结构系统的传输设备。 近年来，PDH系列设备只在公网中用作市话网的中继传输系统。 在我国公用电话网及数据网中, PDH系列的数字结构, 主要用于数字网络接口标准, 特别是 2 Mbs速率的接口,

22、 在数据、卫星、 移动通信系统中普遍采用。 第5章 数字光纤通信系统 1. PDH系统电接口主要参数系统电接口主要参数 CCITT在G703 协议中, 对以2.048 Mb/s为基础的PDH系列规定接口特性、速率、码型, 如表 5.3 所示。 第5章 数字光纤通信系统G921规定的标称比特容差如表5.4所示。 比特率增加-精度容差减小 2. PDH系统光接口主要参数系统光接口主要参数 系统发光功率如表 5.5所示。 第5章 数字光纤通信系统 系统光接收灵敏度, 当BER=110-10时所需的最低接口光功率如表5.6 所示。 第5章 数字光纤通信系统接光纤第5。5第5章 数字光纤通信系统5.3

23、SDH5.3 SDH光同步数字传输系统光同步数字传输系统 5.3.1 SDH光同步数字传输系统的概念及特点光同步数字传输系统的概念及特点 1.SDH系统的基本概念系统的基本概念 世界通用的数字通信网。标准由美国制定，中国基本没有话语权。全球公认的宽带传送网, 并代表数字通信发展的方向, 这成为信息高速公路传送网基础。 SDH系列是:在光纤上同步(全球)信息传输的一些网络单元网络单元(NE)。 有国际统一的网络节点接口网络节点接口(NNI),(接口模块) 采用网络单元和网络节点简化了信号互通、信号的传输复接、 交叉连接、交换过程。如图第5章 数字光纤通信系统表5.10 NNI的位置示意图网络单元

24、网络单元(NE) 网络节点接口网络节点接口(NNI),第5章 数字光纤通信系统 有标准化的信息结构等级, 称为“同步传输模块同步传输模块”STM-N(N为1, 4, 16, 64, 256,), 如表5.7所示。 2. SDH系统的特点系统的特点 SDH系统具有如下特点： SDH系统是采用以字节间插字节间插同步方式复接, 而成为更高等级的SDH传送模块STM-N的, 因此, 从STM-N中容易分出支路信号, 分/插复用灵活, 可动态改变网络配置。 第5章 数字光纤通信系统第5章 数字光纤通信系统 有充足的开销, 有可扩展的管理维护(OAM)能力（间插脉冲数量大）。 兼容了国际上1.544 Mb

25、/s和2.048 Mb/s系列, 为国际通信接口提供方便。 STM-N信号帧中, 含有线路终端终端(光发射或光接收机光发射或光接收机)功能, 便于光电合一, 光接口标准化, SDH具有横向（欧、美标准）兼容性, 设备可在多供货商环境下互通（透明性）。 有效网管和网络动态配置, 容易实现自愈环的组网, 提高网络可用性, 并能降低维护费用。 8 kHz帧频与字节同步复用（量化与编码）, 为将SDH传输终端综合进行数字交换，并为简化交换设备提供了可能。 第5章 数字光纤通信系统 适用于支撑(ITU-T)关于B-ISDN用户/网接口标准速率定为155 Mb/s和622 Mb/s, 而且已建议采用STM

26、帧作为传送传送ATM信元信元物理层的一种方式, 从而使SDH成为支撑支撑B-ISDN的重要传输手段。 综上所述, 可归纳为三大特点: 有标准光接口;（最低传输速率） 同步字节复用(复接);（以量化与编码为基础） 强大的网络管理功能。（包括支撑支撑B-ISDN ） 任何事物都不是十全十美的, SDH系统也有不足之处: 第5章 数字光纤通信系统有3个不足： 由于增加大量的维护管理（脉冲）比特, 因此频带利用率不如PDH系统。如果按收容2.048 Mb/s的STM-1(155.520 Mb/s), SDH只有63个 2 Mb/s(PDH四次群有64个)。 在复接中采用指针调整技术, 使编解码技术设备

27、复杂。（间插脉冲管理） 由于大量采用了软件技术进行控制、管理与维护, 如果出现人为和设备、软件故障及计算机病毒侵入, 会导致系统发生重大故障, 甚至造成系统瘫痪。（未来集中控制） 随着技术的不断发展、 进步, 传输信道的带宽更宽, 这些弱点会逐渐被克服。 第5章 数字光纤通信系统 5.3.2 SDH的开销的开销(OH)功能功能 1. 开销开销(OH)的概念的概念（脉冲间插）（脉冲间插） SDH系列的帧结构的开销有三大部分； 一、为段开销区段开销区用SOH表示; 二、在净负荷区通道净负荷区通道开销, 用Vc-POH表示， 三、管理单元指针单元指针(AU-PTR) . 开销指：在帧结构中安排的一些

28、特殊比特特殊比特（脉冲脉冲）, 是分层使用的。信息净负荷之外的接口数据流接口数据流的部分, 作为段层和通道层运行、管理、监视和维护用的比特比特。 第5章 数字光纤通信系统9270 N字节SOHAU -PTRSOH1234567893行1行5行STM -N净负荷(含POH)传输方向9 N261 N270 N例第5章 数字光纤通信系统 2. 开销分类开销分类1) 段开销SOH SOH段开销作为（数字信号）段层数字信号）段层性能监视、管理和维护的信息, （一旦出现数字出错）进一步分为再生段再生段开销(RSOH)和复用段复用段开销(MSOH), 其中, RSOH可在再生器接入, 也可以在终端设备接入。

29、 MSOH将透明地通过再生器, 能终结在AUG（管理）的组合和分解点, 即终端设备处。 SOH在帧结构中的位置为前9列8行, 其中第13行为RSOH, 第5第9行则为MSOH, 2) 通道开销Vc-POH 它主要用于复用(复接)Vc进入STM的开销比特, 安排在净负荷中。分为两类: 第5章 数字光纤通信系统图 5.11 STM-1 SOH字节安排再生开销：来自再生器复用段开销SOH在桢结构位置，其中1-3行RSOH;5-9为MSOH第5章 数字光纤通信系统 第一类: 低阶Vc-POH(Vc-11（1.544M）/Vc-12(2.048M) POH). 其功能对低阶Vc数字传输通道数字传输通道监

30、视、维护、及告警状态指示。 第二类: 高阶Vc-POH(Vc-3(34.368M)/Vc-4(139.264M) POH), 其功能对高阶Vc数字传输通道数字传输通道监视, 告警指示, 维护以及复用结构等。 3. 段开销段开销(SOH)安排安排 以STM-1的SOH为例说明, 1) 帧定位字节: A1和A2 A1、A2：识别帧的起始位置, 二进制数值为, A1为11110110, A2为00101000。第5章 数字光纤通信系统 STM-1帧内安排3个A1和3个A2帧定位字节帧定位字节, 占帧长的0.25%, 主要实现帧同步帧同步而设立的。 对STM-N, 帧定位由3N个A1及3N个A2组成。

31、 在收信正常(包括帧失步)时, 再生器直接转发定帧定帧字节; 收信故障时, 再生器产生定帧定帧字节。 在再生器中, 定帧字节应不经扰码（加密）, 全透明传输。 2) STM识别字符: C12识别每个STM-1在STM-N复用结构中位置。 3) 数据通信字节(DCC): D1D12 DCC：用构成SDH管理网的传送通路； STM-1：其中D1、 D2、D3共192 kb/s作为再生段的DCC; 字节D4D12共576 kb/s的通路字节作为复用段的DCC。 第5章 数字光纤通信系统 4) 公务联络字节: E1、 E2 作为话音通信的公务联络通路, E1在再生段开销(RSOH)内, 在再生段接入,

32、； E2在复用段开销(MSOH)内, 并可在复用段终端接入。 5) 使用者通路字节: F1 这个字节留给使用者(网络使用者)使用, 主要为特殊维护目的提供临时数据/音频通路的连接。 6) BIP-8 字节: B1 作再生段的误码监测, 使用偶校验的比特间插间插，校验8位码 (BIP-8)。 B1是计算前一个STM-N帧扰码后的所有比特而得到的, 置于扰码前的B1位置。 STM-1传送码率155.520Mb/s, (194408000)为一页。 第5章 数字光纤通信系统 7) BIP-N24字节: B2 B2:用于复用段误码监测复用段误码监测(对于STM-1有三个字节共24比特, 使用偶校验使用

33、偶校验)。 对前一个STM-N帧中除了SOH的第 1 到第 3 行外的全部比特进行计算而获得, 结果置于扰码前的B2字节位置。 产生方式与BIP-8 类似。 8) 自动保护倒换(APS)通路字节: K1, K2(b1b5)（光纤倒换） 9) 同步状态字节: Z1(b5b8) Z1字节的b5b8比特用作同步状态同步状态消息。 10) 空闲字节: Z1(b1b4)和Z2 其功能尚未正式确定。 11) 复用段远端失效指示字节: K2(b6b8)第5章 数字光纤通信系统 5.3.3 SDH系列的复用系列的复用 包括：复用结构以及包括：复用结构以及复接过程 1. 复用结构复用结构 采用净负荷的指针技术采

34、用净负荷的指针技术,避免接口设备的滑动避免接口设备的滑动,接入方便容易接入方便容易(与与PDH 比比). 根据ITU-T G.709 协议, SDH的复用结构。 复用复用：低速率信号必须送入相应低速接口容器C，对支路信号标准化。 传输速率必须符合国际标准传输速率必须符合国际标准PDH和和SDH 国际协议规定5种标准：接口容器C-11（1.544M）、 C-12(2.048M)、C-2(6.312M)、C-3(44.736/34368M)、C-4(139.264M)的标准比特速率, 帧结构分为三个区域： STM-N净负荷(POH)、 段开销(SOH)、 单元指针(AU-PTR)。第5章 数字光纤

35、通信系统图 5.12 G-709复用结构 国际协议规定的复用方式 有已知的支路信号(PDH)，向未来光通信(SDH-N)级别发展 映射步骤: 1、将支路接口容器内的支路信号映射世标容器中， 2、从世标容器再送入复接过程。采用插入脉冲方法。第5章 数字光纤通信系统图5-13 我国的SDH基本复用结构中国标准3种: C-12(PDH 2.048 Mb/s)、C-3(34.368Mb/s)和C-4(139.264 Mb/s),即欧洲标准。 同样有复接过程分别经过映射、映射、 指针处理、定位和形成指针处理、定位和形成TU的过程, 第5章 数字光纤通信系统图 5.14 POH支路形成TU过程脉冲插入映射

36、入容器支路POH指针PDHCVCTU 1、采用脉冲插入的PDH数字信号形成容器C, 2、再加上通道开销构成Vc, 这是SDH中最重要的信息结构, 主要支持通路层连接。Vc(虚容器)的包封速率与网络是同步速率与网络是同步的, 在包封内部允许装载各种不同的准同步支路信号（速率标准化）。 3、Vc在SDH网中传输时总是保持完整不变, 因而可作为一个独立的实体在通道中取出或插入, 进行同步复用和交叉连接处理十分灵活方便。 第5章 数字光纤通信系统 2. 复用过程复用过程 1) 映射 所谓映射, 就是把PDH系列各种速率数字信号和ATM信元经过适配处理进入虚容器Vc的过程（完成速率标准化过程），有两个过

37、程： (1) PDH系列的映射。 为适应各种不同的网络应用, 目前有异步映射、同步映射、 浮动模式映射、锁定模式映射等多种方式。现在, 一般采用浮动的异步映射浮动的异步映射方式。 (2) ATM信元映射。 ATM信元信元是指异步转移模式异步转移模式ATM的信息结构的信息结构, 也是宽带 B-ISDN信网的信息结构单元,并以信元信元cell为基本单位。信元cell是53个字节， 第5章 数字光纤通信系统 按ITU-T 协议, 每个信元长53个字节, ATM信元的映射就是利用将每个信元的字节结构与所用虚容器字节结构(包括级联结构Vc-X，X1)进行定定位对准位对准来实现的。（码速不同步） 因Vc-

38、X容量有可能不是ATM信元长度(53字节)的整数倍, 所以允许cell跨越V c-X边界（容量）。 ATM信元前面5个字节为信头, 其余48个字节为信息域。在信息域，映射进入Vc-X之前要进行扰码, 在信头（进入Vc-X ）期间停止扰码, 并保持状态不变。当Vc-X信号终结（后）时进行逆变换, 只对信息域进行解扰码后传送给ATM层(恢复cell信元)。 2) 指针调整 (1) 指针描述。 指针：是虚容器Vc在AU（管理单元）或TU（支路单元）帧内提供的一种灵活和动态定位灵活和动态定位的方法, 指针不仅能容纳Vc和SOH在相位上的差别相位上的差别, 而且能够容纳帧速率的差异帧速率的差异。 指针的

39、作用可归纳为三条: 第5章 数字光纤通信系统 当网络处于同步工作状态时, 指针用来作同步信号间的相位校准相位校准。 当网络失去同步时, 指针用作频率和相位校准频率和相位校准, 当网络处于异步工作时, 指针用作频率跟踪频率跟踪校准。 指针还可以用来容纳网络中的频率抖动和漂移频率抖动和漂移。 (2) 指针分类。 指针(PTR)主要有（管理）AU-PTR和（支路）TU-PTR两类。 1、AU-PTR主要指AU-4 PTR; 管理指针提供PDH系列的四次群139.264 Mb/s的数字信号进入Vc-4的灵活动态定位灵活动态定位方法。它包括了指针位置指针位置以及指针值的码字值的码字安排, 频率调整频率调

40、整以及标识符标识符NDF。 2、TU-PTR主要指TU-11和TU-12以及TU-3 PTR 第5章 数字光纤通信系统 支路指针主要是PDH系列的一次群2.048 Mb/s的数字信号进入Vc-12 而为其浮动映射浮动映射提供的一种灵活动态定位动态定位的方法, 与Vc的实际内容无关。 TU-12 PTR包括了指针位置、 字节以及指针值的比特安排, 频率调整及新标识符NDF（未来名称）等。 TU-3 PTR主要提供PDH三次群(34.368 Mb/s)的数字信号进入Vc-3, 为其提供动态、灵活的定位方提供动态、灵活的定位方法, 定位过程与Vc-3的实际内容无关。TU-3 PTR也同样包括了位置指

41、示字节、指针值以及频率调整和新数据标识符NDF等。 第5章 数字光纤通信系统 3) 通道开销Vc-POH（比特安排） 在PDH系列数字信号(视为信息净负荷)适配进虚容器前, 即终结(完成）符合虚容器组装和拆卸点的字节比特安排, 称为通道开销Vc-POH, 可提供通信的完整性, 分为两类: 低阶Vc-POH(Vc-11/Vc-12 POH), 在一般复接于帧（帧头）结构中用V5、J2、K2和K4四个字节表示。C-12加上Vc-12 POH构成了Vc-12（提高速率）。 高阶Vc-POH(用HPOH表示)(Vc-3/Vc-4 POH)一般在子帧复接结构中, 依次分别插入9个字节(J1、B3、 C2

42、、 G、F2、H4、 F3、K3、N1)构成V c-4。第5章 数字光纤通信系统 4) 复用过程 综上所述, SDH系列复用的单元包括容器容器C-n、（加开销）虚容器虚容器Vc-n、支路单元支路单元TU-n、支路单元组、支路单元组TUG-n、管理单元、管理单元AU-n和管理单元组和管理单元组AUG-n(n为单元等级序号)。 复用过程可用下列式子来表述: C-n+Vc-n POH=Vc-n (5.3.1) Vc-n+TU-n PTR=TU-n (5.3.2) TU-nN=TUG2 (5.3.3) TUG2N=TUG3 (5.3.4)第5章 数字光纤通信系统 AU-nN=AUG (5.3.6) A

43、UGN=STM-N (5.3.7) STM-1N=STM-N(5.3.8) 下面举例说明我国PDH系列一次群2.048 Mb/s速率和四次群139.264 Mb/s速率复用为STM-1的过程。 例 1 利用AU-4复用线路直接从C-12复用的方法, 步骤如图5-15所示。 图中复用过程为: 标称速率为2.048 Mb/s PDH一次群数字信号(2 Mb/s接口)先进入C-12作适配处理, 加上Vc-n POH构成Vc-12后, 其速率为2.240 Mb/s。（速率提高） Vc-12加上TU-12 PTR, 以指明Vc-12相对TU-12的相位, 并经速率调准和速率调准和相位对准相位对准后的TU

44、-12速率变为2.304 Mb/s。 第5章 数字光纤通信系统图 5.15 利用AU-4直接从C-12复用的方法C-12Vc-12 POHTU-12 PTRTU-12 PTRTU-12 PTRTUG-2TUG-2TUG-3TUG-3Vc-4 POHAU-4 PTRAU-4 PTRAUGAUGSOH(2.048 Mb/s)C-12C-12Vc-12(2.240 Mb/s)TU-12Vc-12(2.304 Mb/s)Vc-12Vc-12(6.912 Mb/s)(49.536 Mb/s)(150.336 Mb/s)Vc-4(150.912 Mb/s)Vc-4(150.912 Mb/s)(N155.5

45、20 Mb/s)TUG-2TUG-3Vc-4AU-4AUGSTM-N逻辑结合物理结合非阴影区域是相位对准定位的，阴影区与非阴影区间的相位对准定位由指针规定并由箭头指示注：第5章 数字光纤通信系统 又经均匀同步复接,即均匀间插组成TUG-2(32.304 Mb/s), 再经7个TUG-2单字节间插组成TUG-3(加上塞入字节使速率达到 49.536 Mb/s), 再由三个TUG-3经字节间插加上高阶POH和塞入字节后构成Vc-4 净负荷, 速率为150.336 Mb/s。 最后加上AU-4 PTR的576 kb/s的指针信号组成了AU-4, 速率为150.912 Mb/s。单个AUG直接接入加上

46、4.608 Mb/s的段开销组成 STM-1(标称速率为155.520 Mb/s)的帧结构。 例 2 利用AU-4直接从C-4复用的方法, 如图5.16 所示。 第5章 数字光纤通信系统图5.16 利用AU-4直接从C-4复用的方法C-4(139.264 Mb/s)C-4C-4Vc-4 POHAU-4 PTRAU-4 PTRAUGAUGSOH(149.760 Mb/s)(150.336 Mb/s)(150.912 Mb/s)(150.912 Mb/s)(N155.520 Mb/s)VC-4AU-4AUGSTM-NVc-4逻辑结合物理结合非阴影区域是相位对准定位的，阴影区与非阴影区间的相位对准定

47、位由指针规定并由箭头指示注：Vc-4第5章 数字光纤通信系统 其复用过程为: 139.264 Mb/s的PDH信号进入C-4, 经适配处理后输出为149.760 Mb/s, 加上每帧9个字节的HPOH高阶通道开销, 相当于576kb/s(C-4+Vc POH=Vc-4), 便构成Vc-4高阶虚容器(速率为150336 Mb/s), 它与AU-4净负荷容量一样, 但速率可能不一致, 需要进行调整。 AU-4PTR的作用就是指明Vc-4相对AU-4的相位,占有9个字节相当于容量为576 kb/s, 加上AU-4 PTR指针后的AU-4速率为150.912 Mb/s, 得到单个AU-4直接置入AUG

48、, 再由AUG经单字节间插加上段开销4.608 Mb/s的数字信号就构成了STM-1标称速率为155.520Mb/s的SDH信号。 若由N个AUG经单字节间插加上段开销, 便构成了STM-N的SDH系列数字信号。 第5章 数字光纤通信系统续国际标准接口容器有哪些，C-11（1.544M）、 C-12(2.048M)、C-2(6.312M)、C-3(44.736/34368M)、C-4(139.264M)的标准比特速率国内标准接口容器有哪些，第5章 数字光纤通信系统 3. IP over SDH IP over SDH技术:把IP直接接入到SDH数字系列中。过程如下: 1） IP数据包（各种数字

49、信号）符合RFC1662规范（）, 插入到PPP帧中的信息段, 2）在SDH通道层，IP数据包映射到SDH的同步净负荷区, 经SDH传输层和传输层和段层段层, 加上相应的开销, 把净负荷装入到SDH帧中(符合RFC1619: PPP over SDH要求), 3）到达光层, 在光纤中传输通道。 IP over SDH标准已由我国武汉光通信研究院提出并经ITUT通过, 作为国际标准。 目前, 是我国在国际电联(ITU)首次被采纳的标准, 而且是作为IP over SDH的通信技术国际标准。 第5章 数字光纤通信系统图 5.17 IP over SDH分层模型640X480X24 (7.37Mb)

50、 25/s第5章 数字光纤通信系统 5.3.4 SDH设备设备 根据SDH帧结构和复接方法来设计, 使SDH设备在组网中与其他设备互通及兼容(透明性好), 就需要制订统一标准, 对各种设备进行规范。 根据信息流程, 设计设计设备的基本基本“积木块积木块”结构有：结构有： G781规定了SDH复用设备协议结构（各支路信号标准）。 G782又规定了SDH复用设备的类型复用设备的类型和一般特性。 G783 协议给出了SDH设备的基本功能块的功能基本功能块的功能描述（具体）。 SDH设备分为终端复用设备(TM)、 分/插复用设备(ADM)和同步数字交叉连接设备(SDXC)等。这些设备都是由各种逻辑功能

51、块组合而成的。 1. TM、ADM复用设备第5章 数字光纤通信系统 在SDH系统中, 有两种复用设备:一种称为终端复用器TM, 另一种称为分/插复用器ADM。 TM设备主要用于点对点的系统（光端机包括发射与接收、开销功能等不包括分站结构），用于两个系统间数据传输。 ADM链路的上、下路设备 （高速、低速传输速率转换），可以是分站结构， 1) TM终端复用器 TM的主要功能是实现将PDH信号(指G703 协议接口信号或STM-N信号)复接成高速的STM-M信号(MN)并完成电光相互转换, 使其在光纤中传输。 第5章 数字光纤通信系统 TM终端复用设备分两种情况： 一种是低阶接口终端复用设备, 按

52、G703 协议规定的各类PDH系列信号作为支路输入、输出信号,这些信号可以是2 Mb/s（常用）、34 Mb/s(很少用)、140 Mb/s的信号, 也可以是异步传送模式ATM信号, 或其他视频等宽带业务信号, 或这些信号的混合信号。 这些信号可以是固定(如以63个2 Mb/s 接入STM-1)接入, 也可以是各种准同步PDH系列信号混合，还可以灵活的方式进入STM-N中, 以及灵活地分配给STM-N帧结构中的任意位置。 二种为高阶终端复用设备, 实现同步系列各级信号之间的复接/分接, 即将若干个STM-N同步复接为STM-M, 或相反处理: 从STM -M信号分接出STM-N信号(M=4N)

53、。这里的输入端口可以有4, 8, 16, 个端口。 第5章 数字光纤通信系统图5.18终端复用设备简图（a)接口终端复用设备（b)高阶终端复用设备第5章 数字光纤通信系统 2) ADM分/插复用设备 ADM设备充分体现了SDH系统的特点, 在SDH系统中具有比PDH更灵活的上、下电路功能,。 ADM设备可以替代TM作为终端复用器。 可作为系统中间站，将支路信号从主信号码流中提取出来将支路信号从主信号码流中提取出来, 也可将支将支路信号方便地插入到主信号码流中路信号方便地插入到主信号码流中。 有两种类型: 一种是在STM-M信号中满足PDH支路的分/插信号（电光转换）； 而另一种是实现满足同步数

54、字信号STM-M与STM-N的插/分信号, 从而实现网络中信号码流的分配、交叉与组合（光光转换）。在实际应用中, 有多种类型的设备。第5章 数字光纤通信系统图 5.19 同步ADM代替PDH的ADM第5章 数字光纤通信系统图 5.20 ADM用作终端复接器 第5章 数字光纤通信系统图 5.21 ADM功能图交换盘A交换盘B复接光电复接光电复接光电复接光电复接光电复接HDB3复接HDB3复接HDB3复接CM1控制盘通信盘辅助盘电源盘西STM -1(11)东STM -1(11)FQSTM-1光STM-1(140 Mb/s)34 Mb/s2 Mb/s2 Mb/s备用第5章 数字光纤通信系统 ADM设

55、备不但可用在点对点的传输点对点的传输上, 而且可方便地用于链状网和链状网和环型网环型网，成为SDH网中最活跃的设备。以STM-1为例, SDH的ADM设备及功能组成框图。 图示ADM设备由基本盘基本盘和根据应用要求的扩展盘扩展盘构成。基本盘一般由控制盘、交换盘、复接盘、通信盘、辅助盘、电源盘等组成。其中，支路盘接口速率是2 Mb/s、34 Mb/s和140 Mb/s。 2. SDH系统的数字交叉连接设备系统的数字交叉连接设备SDXC 1) DXC的基本概念 现代通信技术的发展,： 使数字传输系统的种类越来越多（数据量大）, 带宽越来越宽和容量越来越大, （速率高） 网络也越来越复杂, （互联网

56、） 智能化也越来越高（信息集成度高）。 第5章 数字光纤通信系统 按传统人工数字配线架：数字传输系统互连的方式不仅效率低、可靠性差, 而且费用高, 已不能满足适应动态变化、快速连接的传输网络配置和管理要求。 因而就出现了相当于数字配线架自动化的设备数字交叉连接设备DXC。 数字交叉连接设备DXC是SDH的重要组成部分（实现交换）, 提高SDH系统组网组网的灵活性和自愈能力自愈能力作用（实现自诊断）。 把SDH系统的DXC称为SDXC，是一种具有1个、多个PDH数字系列(G702)或SDH同步数字系列(G707)信号, 可以对任何端口信号(和/或其子速率信号)与其他端口的信号(和/或其子速率信号

57、)间, 进行可控连接和再连接可控连接和再连接的设备。 第5章 数字光纤通信系统 SDXC能进一步在接口端口间提供可控Vc的透明连接和再连接。这些接口端口信号可以是PDH速率, 也可以是SDH速率。此外, SDXC能支持G84所规定的控制和管理功能。 SDXC能处理包含各种等级信号及其混合体信号及其混合体的Vc, 对这些Vc信号实现连接和再连接连接和再连接(功能)。 Vc信号按照一个周期顺序映射到STM-1信号中, 一个特定的Vc是固定在同一个列组中, 这样, Vc的交换就变成了STM帧结构中列组间的交换, 如图示。 第5章 数字光纤通信系统5.22 PDH与SDH交叉连接（电电转换）第5章 数

58、字光纤通信系统图 5.23 交换实现虚容器交换（光光）Vc内数字信号通过映射、映射、 指针处理、定位和形成指针处理、定位和形成TU的过程实现交换。第5章 数字光纤通信系统 从某种意义上讲, 交叉连接也就是实现一种“交换功能”, 和数字程控交换机不同之处在于, SDXC交换的是多个电路群（用户）多个电路群（用户）。 就交叉连接矩阵而言, SDXC远非数字交换机那样动态变化, 基本上是永久性的永久性的, 采用虚容器Vc，统一开销标准，统一开销标准 ，因而有人称DXC为“静态静态交换交换”或冻结的交换冻结的交换“由外部操作系统控制”。DXC与数字交换机的比较见表5.8。 SDXC采用了SDH复用原理

59、, 因而省去了DXC内的全套背靠背（不透背靠背（不透明）复用明）复用设备, 使设备变得简单、 灵活和经济。 SDXC是虚容器连接, 由于SDH中Vc都是可识别都是可识别的, 因此不需对信号进行任何调整, 可以很方便地进行任何级别任何级别的交叉连接。（电话号码，运行管理软件）第5章 数字光纤通信系统互换性强，甚至不同厂家产品。第5章 数字光纤通信系统 2) 交叉连接设备 交叉连接设备组成原理方框图由交叉连接矩阵、控制系统、外部时钟、线路时钟、TMN接口、告警指示、调配线以及输入、输出接口等组成。 此设备能在STM-1信号间交换Vc, 并且能交换任何级别任何级别的Vc, 可提供88个STM-1信号容量, 可用9个这种挂钩挂钩装在一个板上组成1616个STM-1的更大容量, 还可用更多的电路板组成一个方阵开关供更大的系统应用, 使用非常灵活。 典型的交叉连接设备如图5.25所示。 第5章 数字光纤通信系统图 5.24 DXC方框图控制系统操作接口支援存储140 Mb/sSTM-1STM-N外部时钟线路时钟TMN接口STM-1STM-N办公室告警调配线交叉连接矩阵本地或远端操作终端到线路操作系统