光纤通信SDH技术论文
光 纤 通 信 论 文 之
SHD 传送网 姓 名 : 郑 专业班级: 通信11-1 学 号:
指导老师: 许 焱 平
【摘要】:长期以来PDH在通信网的传输中占着主导地位,然而随着数字通信技术的发展,这种复用方法有以下一些固有弱点。(1)两大体系,3种地区性标准,是国际间的互通存在困难。(2)无统一的光接口,使各厂家的产品互不兼容。
(3)准同步复用方式,上下电路不方便。(4)网络管理能力弱,给建立集中式电信管理网带来困难。(5)网络结构缺乏灵活性。(6)面向语音业务设计,不适应业务多样化、宽带化、智能化和个人化的发展趋势。因此同步数字体系(SDH)应运而生。SDH是一种全新的传输体制,它是随着现代信息网络的发展和用户要求的不断提高而产生的。它显著提高了网络资源的利用率,并大大降低了管理和维护的费用,实现了灵活、可靠和高效的网络运行、维护和管理,因而在现代信息传送网络中占据重要地位。
一、SDH的产生和基本概念
1.1SDH产生背景
由于PDH已经不能满足现代通信的需求,于是在1984由美国贝尔通信研究所的科学家们提出来一种新的传输体质——光同步传输网(SYNTRAN),此技术结合了高速大容量光纤传输技术和只能网络技术。1985年美国过节标准协会(ANSI)通过此标准,形成了构架的正式标准。与此同时,欧洲和日本等国也提出了自己的意见,同事也引起了原国际电报电话咨询委员会CCITT(现改为ITU-T,即国际电联标准话组织)的关注。1988年CCITT经过充分的讨论协商,接受了SONET的概念,并进行了修改,重新命名为同步数字体系(SDH),使之成为不仅适用于光纤,也适用于微波和卫星传输的技术体制。SDH和SONET相比,两者的主题思想和内容基本一致,但在一些技术细节上却不尽相同,主要反映在速率等级、复用映射结构、开销字节定义、指针中比特定义和净负荷类型等方面。近年来,SDH和SONET的标准各自都进行了一些修改,并向彼此靠拢,尽量做到兼容互通。
1.2SDH的基本概念
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数字信号的结构等级。SDH网络是由一些基本网络单元(NE)组成的,在传输媒质上(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输网络。它的基本网元有终端复用器TM、分插复用器ADM、同步数字交叉连接设备SDXC和再生中继器REG等。
1.2.1SDH传输速率
SDH所使用的信息结构等级为STM-N同步传输模块,其中最基础的模块信号是STM-1,其速率为155.520Mb/s,更高等级的STM-N信号是将N个STM-1按字节间插同步复用后获得的。其中N是正整数,目前国际标准化N的取值为:1、4、16、64、256。相应各STM-N等级的速率为
STM-4 155.520Mb/s
STM-4 622.080Mb/s
STM-16 2488.320Mb/s
STM-64 9953.280Mb/s
STM-256 39813.12Mb/s
1.2.2SDH帧结构
由于要求SDH网能够支持支路信号(2/34/140Mb/s)在网中进行同步数字复用和交叉连接等功能,因而其帧结构必须能够使得支路信号在帧内的分布是均匀、有规律,便于接入、取出。同时对PDH各大系列信号,都具有同样的方便性和实用性。为满足这些要求,SDH的帧结构为一种块状帧结构。如图1所示
图1 SDH帧结构图
由图1看出,整个帧结构分为3个区域:段开销(SOH)区、信息净负荷区和管理单元指针。段开销是指SDH帧结构中,为了保证信息正常传送而供网络运行、管理和维护所使用的附加字节,它在STM-N帧结构中的位置是第1~9×N列中的第1~3行和第5~9行。信息净负荷区域内存放的是有效传输信息,也成为信息净负荷,它是由有效传输信息加上部分用于通道见识、管理和控制的通道开销(POH)组成。通常(POH)被视为净负荷的一部分,并与之一起传输,知道在接收端该净负荷被分接出来。信息净负荷在STM-N中的位置是第10~270×N列。管理单元指针实际上是一组数码,用来指示净负荷中信息起始字节的位置,这样在接收端可以根据指针所指示的位置正确分解出有效传输信息。管理单元指针在STM-N中的位置是第4行的1~9×N列。
二、SDH网的特点
(1)SDH网络是由一系列SDH网元(NE)组成的,它是一个可在光纤或微 波、卫星传输系统上进行同步信息传输、复用和交叉连接的网络。
(2)它有全世界统一的网络结点接口(NII)。
(3)它有一套标准化的信息结构等级,被称为同步传输模块STM-N。
(4)它具有一种块状帧结构,在帧结构中安排了丰富的管理比特,大大增加了网络的维护管理能力。
(5)它有一套特殊的服用结构,可以兼容PDH的不同传输速率,而且还可以容纳BISDN信号,因而具有广泛的适应性。
2.SDH的基本复用映射结构和映射方法
2.1SDH复用结构
SDH的复用结构是由一系列的复用单元构成,各复用单元的信息结构和功能各不相同。常用的有容器(C)、虚容器(VC)、管理单元(AU)、支路单元(TU)等。
图2 SDH复用映射结构图
容器(C)实际上是一种装载各种速率业务信号的信息结构,主要完成PDH信号和VC之间的适配功能。针对不同的PDH信号,ITU-T规定了5种标准容器,我国的SDH复用结构中,仅使用于了装载2.048Mb/s,34.368Mb/s和139.264Mb/s信号的3种容器。
虚容器(VC)是用来支持SDH通道层连接的信息结构,它是由标准容器C的信号加上用以对信号进行维护和管理的通道开销(POH)构成的。虚容器又包括高阶虚容器和地接虚容器。无论是高阶VC,还是低阶VC,它们在SDH网络中始终保持独立的互相同步的传输状态,即其帧速率与网络保持同步,并且同一网络中的不同VC都是保持互相同步的,因而在VC级别上可以实现交叉连接操作,从而在不同VC中装载不同速率的PDH信号。另外,VC信号仅在PDH/SDH网络边界处才进行分接,从而在SDH网络中始终保持完整不变,独立地在通道的任意一点进行取出、插入或交叉连接。
支路单元与支路单元组,从图2中可以看出,VC出来的数字流进入管理单元(AU)或支路单元(TU)。TU是为低阶通道层和高阶通道层提供适配功能的一种信息结构,它是由虚拟容器和一个相应的支路单元指针构成。指针用来指示虚拟容器在高一阶虚容器中的位置,这种净负荷中对虚容器位置的安排称为定位。一个或多个TU组成一个支路单元组(TUG)。这种TU经TUG到高阶VC-4的过程就是复用,复用的方法字节间插。
管理单元(AU)是一种在高阶通道层和复用层提供适配功能的信息结构,由高阶VC和一个相应的管理单元指针构成。一个或多个在STM-N帧中占固定位置的AU组成一个管理单元组(AUG)。管理单元指针的作用是用来指示该高阶VC在STM-N中的位置。
同步传输模块(STM-N)是在N个AUG的基础上,加上能够起到运行、管理和维护作用的段开销组成。如前所述,N表示不同的信息等级,N个STM-1可同步复用成STM-N。
2.2映射方法
2.2.1异步映射
异步映射是一种对映射信号的结构无任何限制,也无需与网络同步,仅利用正码速率调整将信号适配装入VC的映射方法。此种方法的通用性大,可直接接入/取出PDH速率等级的信号。
2.2.2比特同步映射
比特同步映射是一种对映射信号无任何限制,但要求其与网络同步,从而无需码率调整即可使信号适配装入VC的映射方法。
2.2.3字节同步映射
字节同步映射是一种要求映射信号具有帧结构,并与网络同步,无需任何速率调整即可将信息字节装入VC内规定位置的映射方法。
三、SDH网元
光同步数字传输网是由一系列SDH网络单元组成。它的基本网络单元有同步光缆线路系统、复用器和数字交叉连接设备等。
3.1终端复用器(TM)
TM的示意图如图3所示,TM可提供从G.703接口到STM-1输出的简单复用功能,也可以将若干个STM-N组合成为一个STM-M(M>N)信号。
Rec.G
.703 STM-N
图3终端复用器(TM)示意图
3.2分差复用器(ADM)
ADM是在SDH网络中使用的另一种复用设备。具有能够在不需要对信号进行解复用和完全终结STM-N情况下经G.703接口接入各种准同步信号的能力。它也可以将STM-N输入到STM-M(M>N)内的任何支路能力,如图4所示。这里需要说明的是,虽然ADM的输入、输出信号等级相同,但其中的信息内容已经发生了变化。另外由于分插复用器ADM能在SDH网中具有灵活的插入和分接电路的功能,即通常所说的上下话路的功能,因此ADM可以用在SDH网中点对点的传输上,也可用于环形网和链状网的传输上。
STM-M STM-M
Rec.G.703 STM-N
图4 ADM终端复用器示意图
3.3数字交叉连接器(DXC)
DXC实质上是兼有复用、配线、保护/恢复、监测和网络管理等多种功能的一种传输设备。而且,由于DXC采用了SDH的复用方式,省去了传统的PDH DXC的背靠背复用、解复用方式,从而使DXC变得明显简单。另外DXC的交叉连接功能实质上也可以理解为是一种交换功能。
3.4再生中继器(REG)
由于光线固有损耗的影响,使得光信号在光线中传输时,随着传输距离的增加,光波逐渐减弱。如果接收端所接收的光功率过小时,便会造成误码,影响系统的性能,因而此时必须对变弱的光波进行放大、整形处理,这种仅对光波进行放大、整形的设备就是再生器。由此可见,再生器不具备复用功能,它是最简单的一种设备。
四、SHD的发展现状
在SDH网络中,经常可以使用具有自愈功能的环形结构,这样可以使SDH网络的应用具有很大的灵活性和高度可靠性,但却给网同步定时时钟信号的选择带来复杂性。这是因为复用段通信链路倒换时,网络的定时时钟传送路由随时都有可能交换,因而其定时性能也随时可能变化,这样要求网络单元必须能够判断所接收的定时基准是否可用,是否需要搜寻其他的更合适的定时源等,以保证低级的时钟只能接收更高等级或同一等级的时钟作为定时基准,以避免形成定时信号的环路,造成同步不稳定。
我国所使用的同步时钟系统是采用四级结构,不同级别的时钟其精度和稳定度不同,因而需采用不同种类的时钟。第一级时钟,也就是基准时钟,为了保证其具有高稳定性和精度,一般是采用铯原子钟,其长期频率偏移通常能达到优于110-11的指标,同时又由于采用多重备用和自动切换技术,从而使系统的可靠性指标可达到相当高的水平。第二级时钟是由设置在一级(C1)、二级(C2)、三级(C3)和四级(C4)交换中心的,受控制时钟或具有高稳定性的石英晶体时钟构成,并应通过同步链路直接与基准时钟相连,从而保持与之同步。第三级时钟是由设置在汇接层(TM)和端局(C5)的,具有保持功能的高稳定性晶体时钟构成,通常频率偏差大于第二级时钟,这样网络节点经过同步链路与第二级时钟或同级时钟保持同步。第四级始终是设置在SDH终端设备内的,具有保持功能晶体或设置在PDH终端设备和SDH再生器内的一般晶体时钟,它们通过同步链路受第三极时钟控制并与之保持同步。
五、应用前景
现在SDH的设备产品在市面上已有很多种,在医学和军用上都有广泛应用。