1、Author:http:/www.5dw.org 青州 seoAuthor:http:/www.5dw.org 寿光 seo 11310 0.36 1550 0.22在 ITU建议中，G.652 光纤的截止波长应不大于 1260nm，G.655 光纤的截止波长应不大于 1 450 nm。就是说，G.652 光纤不仅可以单模工作在1 310 nm波长，也可以工作在 1 550 nm波长。但 G.655光纤却只能单模工作在 1 550 nm波长。而不保证在 1 330 nm波长能单模工作。第 1 章 光纤通信概述1.1 光纤通信本章简要介绍光纤通信的基本概念、发展简史及其突出的优点。1.1.1 光
2、纤通信的概念所谓光纤通信，就是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信之目的。要使光波成为携带信息的载体，必须在发射端对其进行调制，而在接收端把信息从光波中检测出来（解调）。依目前技术水平，大部分采用强度调制与直接检测方式（IM-DD）。典型的数字光纤通信系统方框图如图 1-1 所示。图 1-1 数字光纤通信系统从图 1-1 可以看出，数字光纤通信系统基本上由光发射机、光纤与光接收机组成。在发射端，电端机把模拟信息（如话音）进行模/数转换，用转换后的数字信号去调制发射机中的光源器件（一般是半导体激光器LD），则光源器件就会发出携带信息的光波。如当数字信号为“1”时，光源器件发射一个“传号”光脉冲
3、；当数字信号为“0”时，光源器件发射一个“空号”（不发光）。光波经光纤传输后到达接收端。在接收Author:http:/www.5dw.org 青州 seoAuthor:http:/www.5dw.org 寿光 seo 2端，光接收机把数字信号从光波中检测出来送给电端机，而电端机再进行数/模转换，恢复成原来的模拟信息。就这样完成了一次通信的全过程。1.2 光纤基础1.2.1 光纤的结构通信用光纤主要是由纤芯和包层构成，包层外是涂覆层，整根光纤呈圆柱形。光纤的典型结构如图 1-2 所示。图 1-2 光纤的典型结构纤芯的粗细、纤芯材料和包层材料的折射率，对光纤的特性起着决定性的影响。图 1-3 所
4、示为常用光纤三种基本类型。图 1-3 常用光纤三种基本类型按照光在光纤中传输模式的不同，分为单模光纤和多模光纤。单模光纤的纤芯直径极细，一般不到 10m，如图 1-5（a）所示；多模光纤的纤芯直径较粗，通常在 50m 左右。但从光纤的外观上来看，两种光纤区别不大。从图中可以看出，在纤芯和包层横截面上，折射率剖面有两种典型的分布。对于多模光纤而言，一种是纤芯和包层折射率沿光纤径向分布都是均匀的，而在纤芯和包层的交界面上，折射率呈阶梯形突变，这种光纤称为突变型光纤，如图 1-5（b）所示；另一种是纤芯的折Author:http:/www.5dw.org 青州 seoAuthor:http:/www
5、.5dw.org 寿光 seo 3射率不是均匀常数，而是随纤芯径向坐标增加而逐渐减小，一直渐变到等于包层折射率值，因而将这种光纤称为渐变型光纤，如图 1-5（c）所示。这两种光纤剖面的共同特点是：纤芯的折射率 n1大于包层折射率 n2，这也是光信号在光纤中传输的必要条件。对于突变型光纤而言，它可以使光波在纤芯和包层的交界面形成全反射，引导光波沿纤芯向前传播；对于渐变型光纤而言，它可以使光波在纤芯中产生连续折射，形成穿过光纤轴线的类似于正弦波的光射线，引导光波沿纤芯向前传播，两种光射线轨迹如图 1-5（b） 、 （c）所示。1.2.2 光纤的基本特性1. 衰减系数光纤的损耗主要包括吸收损耗、散射
6、损耗、弯曲损耗三种，在弯曲半径较大的情况下，弯曲损耗对光纤衰减系数的影响不大，决定光纤衰减系数的损耗主要是吸收损耗和散射损耗。吸收损耗是制造光纤的材料本身造成的，是光纤中过量金属杂质和氢氧根离子 OH-吸收光而产生的光功率损耗。散射损耗通常是由于光纤材料密度的微观变化，以及所含 SiO2、GeO 2和 P2O5等成分的浓度不均匀，使得光纤中出现一些折射率分布不均匀的局部区域，从而引起光的散射，将一部分光功率散射到光纤外部引起损耗；或者在制造光纤的过程中，在纤芯和包层交界面上出现某些缺陷、残留一些气泡和气痕等。这些结构上有缺陷的几何尺寸远大于光波，引起与波长无关的散射损耗，并且将整个光纤损耗谱曲
7、线上移，但这种散射损耗相对前一种散射损耗而言要小得多。综合以上几个方面的损耗，单模光纤的衰减系数一般分别为 0.30.4dB/km（1310nm 区域）和 0.170.25dB/km（1550nm 区域） 。ITU-T G.652 建议规定光纤在 1310nm 和 1550nm 的衰减系数应分别小于 0.5dB/km 和 0.4dB/km。 （注 1310nm和 1550nm均为波长区）2. 色散系数光纤的色散指光纤中携带信号能量的各种模式成分或信号自身的不同频率成分因群速度不同，在传播过程中互相散开，从而引起信号失真的物理现象。一般光纤存在三种色散： 模式色散：光纤中携带同一个频率信号能量的
8、各种模式成分，在传输过程中由于不同模式的时间延迟不同而引起的色散。 材料色散：由于光纤纤芯材料的折射率随频率变化，使得光纤中不同频率的信号分量具有不同的传播速度而引起的色散。 波导色散：光纤中具有同一个模式但携带不同频率的信号，因为不同的传播群速度而引起的色散。几种典型光纤的色散特性如图 1-4 所示。Author:http:/www.5dw.org 青州 seoAuthor:http:/www.5dw.org 寿光 seo 4图 1-4 典型光纤的色散特性3. 模场直径单模光纤的纤芯直径为 810m ，与工作波长 1.31.6m（13001600nm ）处于同一量级，由于衍射效应，不易测出纤
9、芯直径的精确值。此外，由于基模 LP01场强的分布不只局限于纤芯之内，因而单模光纤纤芯直径的概念在物理上已没有什么意义，所以改用模场直径的概念。模场直径是产生空间光强分布的基模场分布的有效直径，也就是通常说的基模光斑的直径。G.652 光纤在 1310nm 波长区的模场直径标称值在 8.69.5m 范围，偏差小于 10%；G.655光纤在 1550nm 波长区的模场直径标称值在 811 m 范围，偏差小于 10%。上述两种单模光纤的包层直径均为 125m。4. 截止波长为避免模式噪声和色散代价，系统光缆中的最短光缆长度的截止波长应该小于系统的最低工作波长，截止波长条件可以保证在最短光缆长度上单
10、模传输，并且可以抑制高阶模的产生或可以将产生的高阶模式噪声功率代价减小到完全可以忽略的地步。目前 ITU-T 定义了三种截止波长： 短于 2m 长跳线光缆中的一次涂覆光纤的截止波长； 22m 长成缆光纤的截止波长； 220m 长跳线光缆的截止波长。5. 零色散波长当光纤的材料色散和波导色散在某个波长互相抵消时，光纤总的色度色散为零，该波长即为零色散波长。一般来讲，光纤的零色散波长位于 1310nm 波长区内，但人们可以通过巧妙的波导结构设计使光纤的零色散波长移到我们所希望的波长区内，从而制造出色散移位光纤。Author:http:/www.5dw.org 青州 seoAuthor:http:/
11、www.5dw.org 寿光 seo 56. 零色散斜率在零色散波长附近，光纤的色度色散系数随波长而变化的曲线斜率称之为零色散斜率。其值越小，说明光纤的色散系数随波长的变化越缓慢，因此越容易一次性地对其区域内的所有光波长进行色散补偿，这一点对于 WDM 系统尤其重要，因为 WDM 系统是工作在某个波长区而不是某个单波长。1.2.3 光纤的种类ITU-T 首先在建议 G.651 中定义了多模光纤。由于单模光纤具有低损耗、带宽大、易于扩容和成本低等特点，目前国际上已一致认同 SDH/DWDM 光传输系统使用单模光纤作为传输媒质。ITU-T 在 G.652、G.653、G.654 和 G.655 建
12、议中分别定义了四种单模光纤，在此一并予以简要介绍。1. G.651 光纤G.651 光纤是一种折射率渐变型多模光纤，主要应用于 850nm 和 1310nm 两个波长区域的模拟或数字信号传输。其纤芯直径为 50m，包层直径 125m。在 850nm 波长区衰减系数低于 4dB/km，色散系数低于 120ps/nm.km；在 1310nm 波长区衰减系数低于 2dB/km，色散系数低于 6ps/nm.km。2. G.652 光纤G.652 光纤即指零色散点在 1310nm 波长附近的常规单模光纤，又称色散未移位光纤，这也是到目前为止得到最为广泛应用的单模光纤。可以应用在 1310nm 和 155
13、0nm 两个波长区域，但在 1310nm 波长区域具有零色散点，低达 3.5ps/nm.km 以下。在 1310nm 波长区，其衰减系数也较小，规范值为 0.30.4dB/km（实际光纤的衰减系数低于该规范值） 。故称其为 1310nm 波长性能最佳光纤。在 1550nm 波长区域，G.652 光纤呈现出极低的衰减，其衰减系数规范值为0.150.25dB/km。但在该波长区的色散系数较大，一般约 20ps/nm.km。由于在 1310nm 波长区域目前还没有商用化的光放大器，解决不了超长距离传输的问题，所以 G.652 光纤虽然称为 1310nm 波长性能最佳光纤，但仍然大部分工作于 1550
14、nm 波长区域。在 1550nm 波长区域，用 G.652 光纤传输 TDM 方式的 2.5Gbit/s 的 SDH 信号或基于2.5Gbit/s 的 WDM 信号是没有问题的，因为后者对光纤的色散要求仍相当于单波长2.5Gbit/s 的 SDH 系统的要求。但用来传输 10Gbit/s 的 SDH 信号或基于 10Gbit/s 的 WDM信号则会遇到相当大的麻烦。这是因为一方面 G.652 光纤在该波长区的色散系数较大，会出现色散受限的问题；另一方面还出现了偏振模色散（PMD）受限的问题。3. G.653 光纤Author:http:/www.5dw.org 青州 seoAuthor:htt
15、p:/www.5dw.org 寿光 seo 6G.653 光纤即零色散点在 1550nm 波长附近的常规单模光纤，又称色散移位光纤。它主要应用于 1550nm 波长区域，且在 1550nm 波长区域的性能最佳。因为在光纤制造时已对光纤的零色散点进行了移位设计，即通过改变光纤内折射率分布的办法把光纤的零色散点从1310nm 波长移位到 1550nm 波长处，所以它在 1550nm 波长区域的色散系数最小，低达3.5ps/nm.km 以下。而且其衰减系数在该波长区也呈现出极小的数值，其规范值为0.190.25dB/km。故称其为 1550nm 波长性能最佳光纤。在 1550nm 波长区域，因为 G
16、.653 光纤的色散系数极小，所以特别适合传输单波长、大容量的 SDH 信号。例如用它来传输 TDM 方式的 10Gbit/s 的 SDH 信号是没有问题的。但是，用它来传输 WDM 信号则会遇到麻烦，即出现严重的四波混频效应（FWM） 。考虑到今后网络设备将向超大容量密集波分复用系统方向发展，今后网上不宜使用 G.653光纤。4. G.654 光纤G.654 光纤又称 1550nm 波长衰减最小光纤，它以努力降低光纤的衰减为主要目的，在1550nm 波长区域的衰减系数低达 0.150.19dB/km，而零色散点仍然在 1310nm 波长处。G.654 光纤主要应用于需要中继距离很长的海底光纤
17、通信，但其传输容量却不能太大。5. G.655 光纤G.655 光纤是近几年涌现的新型光纤，基本设计思想是在 1550nm 窗口工作波长区具有合理的、较低的色散，足以支持 10Gbit/s 以上速率的长距离传输而无需色散补偿，从而节省了色散补偿器件及其附加光放大器的成本；同时，其色散值又保持非零特性，具有最小数值限制，足以压制四波混频和交叉相位调制等非线性影响，同时满足 TDM 和 WDM 两种发展方向的需要。因此，G.655 光纤可以用来传输单个载波上信号速率为 2.5Gbit/s 或10Gbit/s 的 WDM 光信号，复用的波长通道数量可达几十、几百个。它代表了今后光纤发展的方向。Aut
18、hor:http:/www.5dw.org 青州 seoAuthor:http:/www.5dw.org 寿光 seo 7第 2 章 SDH 概述2.1 SDH 产生的背景SDH 全称叫做同步数字传输体制，是一种传输的体制（协议） ，就象 PDH准同步数字传输体制一样，SDH 这种传输体制规范了数字信号的帧结构、复用方式、传输速率等级，接口码型等特性。传输系统是通信网的重要组成部分，传输系统的好坏直接制约着通信网的发展。当前世界各国大力发展的信息高速公路，其中一个重点就是组建大容量的光纤传输网络，不断提高传输线路上的信号速率，扩宽传输频带，就好比一条不断扩展的能容纳大量车流的高速公路。同时用户
19、希望传输网能有世界范围的接口标准，能实现我们这个地球村中的每一个用户随时随地便捷地通信。目前传统的 PDH 传输网，由于其复用方式不能满足信号大容量传输要求，而且 PDH 体制的地区性规范也使网络互连增加了难度，由此看出在通信网向大容量、标准化发展的今天，PDH 的传输体制已经愈来愈成为现代通信网的瓶颈，制约了传输网向更高的速率发展。传统 PDH 的缺陷：1. 业务接口(1) 只有地区性的电接口规范，不存在世界性标准。现有的 PDH 数字信号序列有三种信号速率等级：欧洲系列、日本系列和北美系列。各种信号系列的电接口速率等级以及信号的帧结构、复用方式均不相同，这种局面造成了国际互通的困难，不适应
20、当前随时随地便捷通信的发展趋势。三种信号系列的电接口速率等级如图 2-1 所示。图 2-1 电接口速率等级图(2) 没有世界性标准的光接口规范。为了完成设备对光路上的传输性能进行监控，各厂家各自采用自行开发的线路码型。典型的例子是mBnB 码。其中 mB 为信息码，nB 是冗余码，冗余码的作用是实现设备对线路传输性能的监控功能。由于冗余码的接入使同一速率Author:http:/www.5dw.org 青州 seoAuthor:http:/www.5dw.org 寿光 seo 8等级上光接口的信号速率大于电接口的标准信号速率，不仅增加了发光器的光功率代价，而且由于各厂家在进行线路编码时，为完成
21、不同的线路监控功能，在信息码后加上不同的冗余码，导致不同厂家同一速率等级的光接口码型和速率也不一样，致使不同厂家的设备无法实现横向兼容。这样在同一传输路线两端必须采用同一厂家的设备，给组网、管理及网络互通带来困难。2. 复用方式现在的 PDH 体制中，只有 1.5Mbit/s 和 2Mbit/s 速率的信号（包括日本系列 6.3Mbit/s 速率的信号）是同步的，其他速率的信号都是异步的，需要通过码速的调整来匹配和容纳时钟的差异。由于 PDH 采用异步复用方式，那么就导致当低速信号复用到高速信号时，其在高速信号的帧结构中的位置没规律性和固定性。也就是说在高速信号中不能确认低速信号的位置，而这一
22、点正是能否从高速信号中直接分/插出低速信号的关键所在。正如你在一堆人中寻找一个没见过的人时，若这一堆人排成整齐的队列，那么你只要知道所要找的人站在这堆人中的第几排和第几列，就可以将他找了出来。若这一堆人杂乱无章的站在一起，若要找到你想找的人，就只能一个一个的按照片去寻找了。既然 PDH 采用异步复用方式，那么从 PDH 的高速信号中就不能直接的分/插出低速信号，例如：不能从 140Mbit/s 的信号中直接分 /插出 2Mbit/s 的信号。这就会引起两个问题：(1) 从高速信号中分 /插出低速信号要一级一级的进行。例如从140Mbit/s 的信号中分/ 插出 2Mbit/s 低速信号要经过如
23、下过程。如图 2-2 所示。图 2-2 140Mbit/s 信号分/插出 2Mbit/s 信号示意图从图中看出，在将 140Mbit/s 信号分/插出 2Mbit/s 信号过程中，使用了大量的“背靠背”设备。通过三级解复用设备从 140Mbit/s 的信号中分出 2Mbit/s 低速信号；再通过三级复用设备将 2Mbit/s 的低速信号复用到 140Mbit/s 信号中。一个 140Mbit/s 信号可复用进 64 个2Mbit/s 信号，若在此处仅仅从 140Mbit/s 信号中上下一个 2Mbit/s 的信号，也需要全套的三级复用和解复用设备。这样不仅增加了设备的体积、成本、功耗，还增加了
24、设备的复杂性，降低了设备的可靠性。(2) 由于低速信号分/插到高速信号要通过层层的复用和解复用过程，这样就会使信号在复用/ 解复用过程中产生的损伤加大，使传输性能劣化，在大容量传输时，此种缺点是不能容忍的。这也就是为什么 PDH 体制传输信号的速率没有更进一步提高的原因。Author:http:/www.5dw.org 青州 seoAuthor:http:/www.5dw.org 寿光 seo 93. 运行维护PDH 信号的帧结构里用于运行维护工作（OAM）的开销字节不多，这也就是为什么在设备进行光路上的线路编码时，要通过增加冗余编码来完成线路性能监控功能。由于 PDH 信号运行维护工作的开销
25、字节少，这对完成传输网的分层管理、性能监控、业务的实时调度、传输带宽的控制、告警的分析定位是很不利的。4. 网管接口由于没有统一的网管接口，这就使你买一套某厂家的设备，就需买一套该厂家的网管系统。容易形成网络的七国八制的局面，不利于形成统一的电信管理网。由于以上这种种缺陷，使 PDH 传输体制越来越不适应传输网的发展，于是美国贝尔通信研究所首先提出了用一整套分等级的标准数字传递结构组成的同步网络（SONET）体制，CCITT 于 1988 年接受了 SONET 概念，并重命名为同步数字体系（SDH） ，使其成为不仅适用于光纤传输，也适用于微波和卫星传输的通用技术体制。本课程主要讲述 SDH 体
26、制在光纤传输网上的应用。2.2 SDH 相对 PDH 的优势由于 SDH 传输体制是 PDH 传输体制进化而来的，因此它具有 PDH 体制所无可比拟的优点，它是不同于 PDH 体制的全新的一代传输体制，与 PDH 相比在技术体制上进行了根本的变革。SDH 概念的核心是从统一的国家电信网和国际互通的高度来组建数字通信网，是构成综合业务数字网（ISDN） ，特别是宽带综合业务数字网（B-ISDN）的重要组成部分。那么怎样理解这个概念呢？因为与传统的 PDH 体制不同，按 SDH 组建的网是一个高度统一的、标准化的、智能化的网络，它采用全球统一的接口以实现设备多厂家环境的兼容，在全程全网范围实现高效
27、的协调一致的管理和操作，实现灵活的组网与业务调度，实现网络自愈功能，提高网络资源利用率，由于维护功能的加强大大降低了设备的运行维护费用。1. 业务接口(1) 电接口方面接口的规范化与否是决定不同厂家的设备能否互连的关键。SDH 体制对网络节点接口（NNI）作了统一的规范。规范的内容有数字信号速率等级、帧结构、复接方法、线路接口、监控管理等。于是这就使 SDH 设备容易实现多厂家互连，也就是说在同一传输线路上可以安装不同厂家的设备，体现了横向兼容性。SDH 体制有一套标准的信息结构等级，即有一套标准的速率等级。基本的信号传输结构等级是同步传输模块STM-1，相应的速率是 155Mbit/s。高等
28、级的数字信号系列例如： 622Mbit/s（STM-4） 、2.5Gbit/s （STM-16）等，可通过将低速率等级的信息模块（例如 STM-1）通过字节间插同步复接而成，复接的个数是 4 的倍数，例如：STM-44STM-1，STM-164STM-4。(2) 光接口方面线路接口（这里指光口）采用世界性统一标准规范，SDH 信号的线路编码仅对信号进行扰Author:http:/www.5dw.org 青州 seoAuthor:http:/www.5dw.org 寿光 seo 10码，不再进行冗余码的插入。扰码的标准是世界统一的，这样对端设备仅需通过标准的解码器就可与不同厂家 SDH 设备进行
29、光口互连。扰码的目的是抑制线路码中的长连“0”和长连“1” ，便于从线路信号中提取时钟信号。由于线路信号仅通过扰码，所以 SDH 的线路信号速率与 SDH 电口标准信号速率相一致，这样就不会增加发端激光器的光功率代价。2. 复用方式由于低速 SDH 信号是以字节间插方式复用进高速 SDH 信号的帧结构中的，这样就使低速SDH 信号在高速 SDH 信号的帧中的位置是固定的、有规律性的，也就是说是可预见的。这样就能从高速 SDH 信号例如 2.5Gbit/s（STM-16）中直接分/插出低速 SDH 信号例如155Mbit/s（STM-1） ，这样就简化了信号的复接和分接，使 SDH 体制特别适合
30、于高速大容量的光纤通信系统。另外，由于采用了同步复用方式和灵活的映射结构，可将 PDH 低速支路信号（例如 2Mbit/s）复用进 SDH 信号的帧中去（STM-N） ，这样使低速支路信号在STM-N 帧中的位置也是可预见的，于是可以从 STM-N 信号中直接分/插出低速支路信号。注意此处不同于前面所说的从高速 SDH 信号中直接分插出低速 SDH 信号，此处是指从SDH 信号中直接分/插出低速支路信号，例如 2Mbit/s，34Mbit/s 与 140Mbit/s 等低速信号。于是节省了大量的复接/分接设备（背靠背设备） ，增加了可靠性，减少了信号损伤、设备成本、功耗、复杂性等，使业务的上、
31、下更加简便。SDH 的这种复用方式使数字交叉连接（DXC）功能更易于实现，使网络具有了很强的自愈功能，便于用户按需动态组网，实时灵活的业务调配。3. 运行维护SDH 信号的帧结构中安排了丰富的用于运行维护（OAM ）功能的开销字节，使网络的监控功能大大加强，也就是说维护的自动化程度大大加强。PDH 的信号中开销字节不多，以致于在对线路进行性能监控时，还要通过在线路编码时加入冗余比特来完成。以PCM30/32 信号为例，其帧结构中仅有 TS0 时隙和 TS16 时隙中的比特是用于 OAM 功能。SDH 信号丰富的开销占用整个帧所有比特的 1/20（5） ，大大加强了 OAM 功能。这样就使系统的
32、维护费用大大降低，而在通信设备的综合成本中，维护费用占相当大的一部分，于是 SDH 系统的综合成本要比 PDH 系统的综合成本低，据估算仅为 PDH 系统的 65.8%。4. 兼容性SDH 有很强的兼容性，这也就意味着当组建 SDH 传输网时，原有的 PDH 传输网不会作废，两种传输网可以共同存在。也就是说可以用 SDH 网传送 PDH 业务，另外，异步转移模式的信号（ATM） 、FDDI 信号等其他体制的信号也可用 SDH 网来传输。那么 SDH 传输网是怎样实现这种兼容性的呢？SDH 网中用 SDH 信号的基本传输模块（STM-1）可以容纳PDH 的三个数字信号系列和其它的各种体制的数字信
33、号系列ATM、FDDI 、DQDB 等，从而体现了 SDH 的前向兼容性和后向兼容性，确保了 PDH 网向 SDH 网和 SDH 向 ATM的顺利过渡。SDH 是怎样容纳各种体制的信号呢？很简单，SDH 把各种体制的低速信号在网络边界处（例如：SDH/PDH 起点）复用进 STM-1 信号的帧结构中，在网络边界处（终Author:http:/www.5dw.org 青州 seoAuthor:http:/www.5dw.org 寿光 seo 11点）再将它们拆分出来即可，这样就可以在 SDH 传输网上传输各种体制的数字信号了。2.3 SDH 的不足凡事有利就有弊，SDH 的这些优点是以牺牲其他方
34、面为代价的。1. 频带利用率低我们知道有效性和可靠性是一对矛盾，增加了有效性必将降低可靠性，增加可靠性也会相应的使有效性降低。例如，收音机的选择性增加，可选的电台就增多，这样就提高了选择性。但是由于这时通频带相应的会变窄，必然会使音质下降，也就是可靠性下降。相应的，SDH 的一个很大的优势是系统的可靠性大大的增强了（运行维护的自动化程度高） ，这是由于在 SDH 的信号 STM-N 帧中加入了大量的用于 OAM 功能的开销字节，这样必然会使在传输同样多有效信息的情况下，PDH 信号所占用的频带（传输速率）要比 SDH 信号所占用的频带（传输速率）窄，即 PDH 信号所用的速率低（频带窄） 。例
35、如：SDH 的STM-1 信号可复用进 63 个 2Mbit/s 或 3 个 34Mbit/s（相当于 482Mbit/s）或 1 个140Mbit/s（相当于 642Mbit/s）的 PDH 信号。只有当 PDH 信号是以 140Mbit/s 的信号复用进 STM-1 信号的帧时，STM-1 信号才能容纳 642Mbit/s 的信息量，但此时它的信号速率是 155Mbit/s，速率要高于 PDH 同样信息容量的 E4 信号（ 140Mbit/s） ，也就是说 STM-1所占用的传输频带要大于 PDH E4 信号的传输频带（二者的信息容量是一样的） 。2. 指针调整机理复杂SDH 体制可从高速
36、信号（例如 STM-1）中直接下低速信号（例如 2Mbit/s） ，省去了多级复用/解复用过程。而这种功能的实现是通过指针机理来完成的，指针的作用就是时刻指示低速信号的位置，以便在“拆包”时能正确地拆分出所需的低速信号，保证了 SDH 从高速信号中直接下低速信号的功能的实现。可以说指针是 SDH 的一大特色。但是指针功能的实现增加了系统的复杂性。最重要的是使系统产生 SDH 的一种特有抖动由指针调整引起的结合抖动。这种抖动多发于网络边界处（SDH/PDH） ，其频率低，幅度大，会导致低速信号在拆出后性能劣化，这种抖动的滤除会相当困难。3. 软件的大量使用对系统安全性的影响SDH 的一大特点是
37、OAM 的自动化程度高，这也意味软件在系统中占用相当大的比重，这就使系统很容易受到计算机病毒的侵害，特别是在计算机病毒无处不在的今天。另外，在网络层上人为的错误操作、软件故障，对系统的影响也是致命的。这样系统的安全性就成了很重要的一个方面。SDH 体制是一种新生事物，尽管还有这样那样的缺陷，但它已在传输网的发展中，显露出了强大的生命力，传输网从 PDH 过渡到 SDH 已是一个必然的趋势。Author:http:/www.5dw.org 青州 seoAuthor:http:/www.5dw.org 寿光 seo 12第 3 章 SDH 帧结构、复用和映射3.1 SDH 的帧结构ITU-T 规定
38、了 STM-N 的帧是以字节（8bit）为单位的矩形块状帧结构，如图 3-1 所示。图 3-1 STM-N 帧结构图 诀窍：块状帧是什么呢？为了便于对信号进行分析，往往将信号的 帧结构等效为块 状帧结构。 这不是 SDH 信号所特有的，PDH 信号、ATM 信号、分组交换的数据包，它们的帧结构都算是块状帧。例如，E1 信号的帧是 32 个字节组成的 1 行32 列的块状帧【即一列就是一个字节】，ATM 信号是 53 个字节构成的块状帧。将信号的 帧结构等效为块状， 仅仅是为 了分析的方便。从上图看出 STM-N 的信号是 9 行270N 列的帧结构。此处的 N 与 STM-N 的 N 相一致，
39、取值范围：1，4，16，64。表示此信号由 N 个 STM-1 信号通过字节间插复用而成。由此可知，STM-1 信号的帧结构是 9 行270 列的块状帧。由上图看出，当 N 个 STM-1 信号通过字节间插复用成 STM-N 信号时，仅仅是将 STM-1 信号的列按字节间插复用，行数恒定为 9 行。STM-N 信号的传输也遵循按比特的传输方式，信号帧传输的原则是：帧结构中的字节（8 位）从左到右，从上到下一个字节一个字节（一个比特一个比特）的传输，传完一行再传下一行，传完一帧再传下一帧。ITU-T 规定对于任何的 STM 等级，帧频是8000 帧/秒，也就是帧长或帧周期为恒定的 125s。E1
40、 PDH 信号的帧频也是 8000 帧/秒。需要注意的是，对于任何 STM 级别帧频都是 8000 帧/秒，帧周期的恒定是 SDH 信号的一大特点。由于帧周期的恒定使 STM-N 信号的速率有其规律性。例如 STM-4 的传输数速恒定的等于 STM-1 信号传输数速的 4 倍，STM-16 恒定等于 STM-4 的 4 倍，等于 STM-1 的16 倍。而 PDH 中的 8.448Mbit/s 信号速率2.048Mbit/s 信号速率的 4 倍。SDH 信号的这种规律性使高速 SDH 信号直接分出低速 SDH 信号成为可能，特别适用于大容量的传输情况。从图 3-1 中可以看出，STM-N 的帧
41、结构由 3 部分组成：段开销，包括再生段开销（RSOH ）和复用段开销（MSOH） ；管理单元指针（AU-PTR） ；信息净负荷（payload ） 。Author:http:/www.5dw.org 青州 seoAuthor:http:/www.5dw.org 寿光 seo 131. 信息净负荷（payload ）信息净负荷由 STM-N 帧传送的各种业务信号组成。为了实时监测低速业务信号在传输过程中是否出错，在装载低速信号的过程中加入了监控开销字节通道开销（POH/Path OverHead）字节。 POH 作为信息净负荷的一部分与业务信号一起装载在 STM-N 帧中，在SDH 网中传送。
42、它负责对低速信号进行通道性能监视、管理和控制。2. 段开销（SOH）段开销是为了保证信息净负荷正常灵活传送所附加的供网络运行、管理和维护（OAM）使用的字节。段开销又分为再生段开销（RSOH/Regeneration Section OverHead）和复用段开销（MSOH/Multiplexing Section OverHead） ，分别对相应的段层进行监控。 RSOH 和MSOH 的区别主要在于监管的范围不同。举个简单的例子，若光纤上传输的是 STM-16 信号，那么，RSOH 监控的是 STM-16 整体的传输性能，而 MSOH 则是监控 STM-16 信号中每一个 STM-1 的性能
43、情况。 技术细节：RSOH、MSOH、POH 提供了对 SDH 信号的层层细化的监 控功能。例如对于 STM-16 系统，RSOH 监控的是整个 STM-16 的信号传输状态；MSOH 监控的是 STM-16 中每一个 STM-1信号的传输状态；POH 则是监 控每一个 STM-1 中每一个打包了的低速支路信号（例如 E1）的传输状态。这样通过开销的 层层监管功能，可以方便地从宏观（整体）和微观（个体）的角度来监控信号的传输状态，便于分析、定位。RSOH 在 STM-N 帧中的位置是第一到第三行的第一到第 9N 列，共 39N 个字节。MSOH 开销在 STM-N 帧中的位置是第 5 到第 9
44、 行的第一到第 9N 列，共 59N 个字节。与 PDH 信号的帧结构相比较，段开销丰富是 SDH 信号帧结构的一个重要的特点。3. 管理单元指针（AU-PTR）AU-PTR 是用来指示信息净负荷的第一个字节（起始字节）在 STM-N 帧内准确位置的指示符，以便信号的接收端能根据这个指针值所指示的位置找到信息净负荷。管理单元指针位于 STM-N 帧中第 4 行的 9N 列，共 9N 个字节。3.2 SDH 信息基本单元3.2.1 信息容器（ C）信息容器的功能是将常用的 PDH 信号适配进入标准容器。目前，针对常用的 PDH 信号速率，G.707 已经规定了 5 种标准容器： C-11、C-1
45、2、C-2、C-3 与 C-4。其标准输入比特率如图 3-2 所示。Author:http:/www.5dw.org 青州 seoAuthor:http:/www.5dw.org 寿光 seo 143.2.2 虚容器（ VC）由信息容器出来的数字流加上通道开销后就构成了虚容器，这是 SDH 中最重要的一种信息结构，主要支持通道层连接。3.2.3 支路单元（ TU）支路单元是一种为低阶通道层与高阶通道层提供适配功能的信息结构，它由低阶 VC 与 TU PTR 组成。其中 TU PTR 用来指明低阶 VC 在 TU 帧内的位置，因而允许低阶 VC 在 TU帧内的位置浮动，但 TU PTR 本身在
46、TU 帧内的位置是固定的。3.2.4 支路单元组（ TUG）一个或多个在低阶 VC 净负荷中占有固定位置的 TU 组成支路单元组。3.2.5 管理单元（ AU）管理单元是一种为高阶通道层与复用段层提供适配功能的信息结构，它由高阶 VC 与 AU-PTR 组成。其中 AU-PTR 用来指明高阶 VC 在 STM-N 帧内的位置，因而允许高阶 VC 在STM-N 帧内的位置浮动，但 AU-PTR 本身在 STM-N 帧内的位置是固定的。3.2.6 管理单元组（ AUG）一个或多个在 STM 帧中占有固定位置的 AU 组成管理单元组，它由若干个 AU-3 或单个AU-4 按字节间插方式均匀组成。3.
47、3 SDH 的复用方法3.3.1 复用的概念复用的概念比较简单，复用是一种使多个低阶通道层的信号适配进高阶通道层（例如 TU-12（3）TUG-2（7）TUG-3（3）VC-4）或把多个高阶通道层信号适配进复用层的过程（例如 AU-4（1）AUG（N）STM-N） 。复用也就是通过字节间插方式把 TU组织进高阶 VC 或把 AU 组织进 STM-N 的过程。3.3.2 传统的复用方法传统的将低速信号复用成高速信号的方法有两种： 比特塞入法（又叫做码速调整法） 固定位置映射法1. 比特塞入法这种方法利用固定位置的比特塞入指示来显示塞入的比特是否载有信号数据，允许被复用的净负荷有较大的频率差异（异
48、步复用） ，因为存在一个比特塞入和去塞入的过程（码速调整） ，而不能将支路信号直接接入高速复用信号或从高速信号中分出低速支路信号，也就是Author:http:/www.5dw.org 青州 seoAuthor:http:/www.5dw.org 寿光 seo 15说不能直接从高速信号中上/下低速支路信号，要一级一级的进行，这也就是 PDH 的复用方式。2. 固定位置映射法这种方法利用低速信号在高速信号中的特殊位置来携带低速同步信号，要求低速信号与高速信号同步，也就是说帧频相一致，可方便的从高速信号中直接上/下低速支路信号，但当高速信号和低速信号间出现频差和相差（不同步）时，要用 125s（8
49、000 帧/秒）缓存器来进行频率校正和相位对准，导致信号较大延时和滑动损伤。从上面看出这两种复用方式都有一些缺陷，比特塞入法无法从高速信号中上/下低速支路信号；固定位置映射法引入的信号时延过大。3.3.3 SDH 的复用方法要通过 SDH 网络传输业务信号，必须先将业务信号复用进 STM-N 信号帧当中。ITU-T 规定了一整套完整的信号复用结构（也就是复用途径） ，通过这些途径可将 PDH 3 个系列的数字信号以及其它信号通过多种形式复用成 STM-N 信号。ITU-T 规定的复用结构如图 3-2。图 3-2 G.707 复用映射结构从上图可以看出，从一个有效负荷到 STM-N 的复用途径不是唯一的。例如：2Mbit/s 的信号可通过两种途径复用成 STM-N 信号。SDH 网络中的复用包括三种情况： 低阶 SDH 信号复用成高阶 SDH 信号。 低速支路信号（例如 E1、E3、E4）复用成 SDH 信号 STM-N。
