光纤通信技术第5章光纤传输系统

1、第5章 光纤传输紊统学习目标知识要点=业务层电路层光传输层+4XX* *电 话沐MSDH传输系统：统一光接口;复用与映射； 强大的网管;网络的自愈电时分复用DWDM传输系统：挖掘光纤带宽资源；提高容量，降低成本； 对速率和业务透明：灵活组网和恢复保护波分复用OTDM传输系统：以光域的OTDM+WDM组介 实现超岛速率超大容量传输光时分复用511通信系统51 2 3 4数字光纤通信騎被复用成高速率业务信号，以达=J的处理。通信的目的是传递消息。通信系统则是实现消息传逹- 所需要的一切技术与信道的总和。最简单的通信系统是由 信源（发送端）、信道（传输介质）和信宿（接收端）共 同组成。人们通过使用通

2、信系统来完成语音、文字、图形、 图像和多媒体等消息的传递。在光纤通信中，按照对光源的调制的信号是模拟信号还是数字信号，可以将光纤通信系统划分为模拟光纤通信 系统和数字光纤通信系统。有线电视网络、光纤测量和光 纤传感器领域采用的是模拟光纤通信系统。现在语音、数 据、图像、多媒体等通信业务普遍采用光纤数字通信系统， .究其原因是，数字通信具有抗干扰、可编解码、同步复用 解复用、便于加密、器件集成和设备微型化简单的优点(5)信号还原光信号经光纤传输到达光接收端时，首先由光电检测器完成光信号至电信号的转换，接着实现电信号的放大和均 衡，然后提取时钟信号，在时钟信号的作用下，判决再生 出数字信号。(6)

3、取出开销或线路解码解扰并取出开销处理或者进行线路解码，同时处理运行、 管理和维护开销。(7)解复用通过解复用处理，使所传输的信号复原为各路的数字业 务信号。PDH在数字光纤通信系统中,5. 2.1基本概念和特点二传送的信号都是数字化的脉冲间传输时，其速率血该保持 兀空一豉。接(PDH)和向步数学秣系(SDH)0(1)没有统一的接口标准PDH体系没有世界统一的电接口和光接口标准。国际卡験欧醤系列、拿本系列和北美系列三大地区系列标准。(2)复用结构复杂PDH采用异步复用方式，各速率等级帧长不同，当低 要通过逐级复用和解复用过程。* M X到:MOWW(3)缺乏有效的网管功能PDH帧结构中安排网络管

4、理的开销字节很少， 不能提供对于网络运行、维护和管理进行有效管 理能力。网络的运行、维护和管理主要靠人工的 数字交叉连接和停止业务检测，完全不能适应电 信网不断地变化的发展要求。2SDH产生在1985年，美国贝尔通信研究所针对PDH体系所 存在上述缺陷而提由了同步北网谿(Synchronous Optical Network, SONET)的概念及相应的帧结构、 复用方法等美国数字体系标准。3.基本概念SDH拥有一整套标准化的信息结构等级。这些信息 结构等级分别称为同步庙送穫镇(Synchronous Transfer Module, STM) STM -1. STM-4 STM- 16. S

5、TM-64和STM-256。同步传送模块釆用一种+ 矩形块状帧结构具有丰富的开销比特，便于安排用于 -网络运行维护管理信息。X x 上 Tx 1 X J*点作为一种传送网体制，SDH具有的主要特点可以概括 如下：（1）统一的接口。使北美、日本和欧洲三个地区性的标准 在STM-1至STM-256各个等级上获得统一。数字信号在跨 越国界通信时不再需要转换成另一种标准，因而第一次真 正实现了数字传输体制上的世界性标准。（2）同步复用。采用同步复用方式和灵活的复用映射结 构。各种不同等级的码流在帧结构净荷内的排列是有规律 的，而且净荷与网络同步，因而只需利用软件即可使高速 信号一次直接分插出低速支路信

6、号，不仅简化了信号的复 十接和分接，而且也可在线实现数字交叉连接。例如，图5 .4所示的是采用SDH分插复用器可以在155Mbit/s码流中， 上申用软件直接厂次分出2Mbit/s的支路信号。广个J一沐（3）强大的网管能力。SDH在帧结构中安排了丰富的开销比特，约占了整个信号的5%,大大增强了网络的自 动化监控和维护功能。（4）高可靠性。设备具备智能化，利用软件即可灵活 实现多方向的交叉连接及性能监测功能，从而使网络具 备自动恢复或自愈功能，大大提高了网络的可靠性和生 存性。（5）兼容性。SDH网既能与现有PDH的各种速率兼容， 使SDH可以支持已经建起来的PDH网络,同时SDH网还 能容纳A

7、TM的信号、光纤分布式数据接口信号等其他体 木制的信号。X5. 2.2SDH速率与帧结SDH的速率rri I /亠斗-s4 F亠MrE.口n r=f tH9x 270x N个字节STM-N帧结构为萄腿的矩羽块状帧结构。 -Mt- W x-7世卜节为与传辐媒质有关的特征宇节（暂用）为国内使用保留宇节为不扰码国内使用字节所有未标记宇节待将来国际标准确定（与媒质有关的应用，附加 国內使用和其他用透）图5-7 STM-1的段开销字节安井 厂2 TX-/ji-ft uit-ZSlAlAlAlA2A2A2JOxX *RSOHBlAElA卩iXXDID2D8管理单元指针B2B2B2KIK2MSOHD4D5D

8、6D7D8D9DIODllD12SIMlE2XXXDHF销中 亍低阶 更，如 叉连 尢备之殳的开 P管理 基础。I）再X（3）段开销功能设计思想 为了能够在SDH传送网上3在融结梅审安排一些的字节的形式，按照从左先进的网络管理，人们通过 .亠n. 法来解决SDH网络的管理问题。这些开销可以解决的网络管理问题如下：1 同步问题： 包括贩定位和同步状态；2通信问题：涉及音频和数据通信； 3监淫问题：误码特性等国际与地区分区问题等。字节功能为了掌握帧结构、开销字节与网络管理之间所存在的紧密 关系，下面简要介绍各个主要开销字节的定义、功能和应用。 A.定帧字节：A1和A2在SDH的帧结构中，信号的以一

9、帧一顺的形式，按照从左 - 到右，从上到下方式的规律传送的。定廠字节A1和A2的作 用是识别一帧的起始位置，以区分各帧，即实现帧同步。B.再生段踪迹字节：J0在SDH网络中，为了检验再生段、信号源端和信号宿 端应该按照要求进行连接，引入的再生段踪迹字节J0被用 作重复发送段接入点识别符，以便使段接收端能据此确认 其与指定的发送端处于持续连接状态。C数据通信通路（DCC） : D1D12SDH网络管理的诸多功能，如用于运行、管理和维护 （OAM）功能的相关数据是放在STMN帧中的D1-D12 字节处，由STM-N信号在SDH网络上传输的，即D1 D12提供所有SDH网元都可接入的通用数字通信通路

10、。* PCC被嵌入段开销中，使所有网元都具备便于实现统一 即网谿管理功能。D公务联络字节：E1和E2E1和E2字节各自提供一个64kbit/s的公务联络语声通 路，供维护人员通过电话进行公务联络。E1属于RSOH, 用于再生段、再生器之间的公务联络，可以在再生器和复 用终端接入；E2属于MSOH,用于复用段终端之间的直 达公务联络，可以在复用段终端接入。E.自动保护倒换通路字节：K1和K2K1和K2字节用于在复用段保护方式下传送自动保护倒 换(Automatic Protection Switching, APS)协议， 使设备在故障时能自动切换，使网络业务快速恢复。管理单元指针(Admini

11、strative Unit Pointer, AUPTR)是一种指示符，主要用来指示信息净负荷的第一个 字节在STM-N内的准确位置，以便在接收端正确分离信 息净负荷。AU-PTR位于STM-N帧中第1至第9XN列中的 第4行，共9X N个字节。指针是SDH实现同步复用的重要手段。由于低速支路 信号在高速SDH信号帧中的排列具有规律性，因此只要 根据指针找到信息净负荷的第一个字节的位置，就可以根 据支路信号摆放位置的规律性直接分插出所需支路信号。.采用指针是SDH的重要创新。引入指针可使SDH在准同步环境中完成复用同步和STM-N信号的帧定位。3.信息净荷信息净荷（Payload）是STM-N

12、帧结构中存放各种通信 信息码块的地方。这些信息码块（低速信号）在传送之前 先被SDH打包并装入一系列大小不同的标准容器，再按一 定顺序装入STM-N帧内。横向从10XN列到第270XN列, 纵向第1行至第9行的2349 X N个字节都属于信息净负荷区 域。实现高速数字传输可以采用时分复用技术，即在时域 上将多路低速信号复用成高速信号，然后再送入高速 信道进行传输。低速信号复用成高速信号的传统方法 是比特塞入法和固定位置映射法。翳调整控制比特来显示插入的比特是否载有信号数比特塞入法利用固定位置的比特插入，使得各支路 信号的瞬时数码率达到一致，同时利用固定位置上的）,而且能方便地由高而SDH的复用

13、方式要求既能满足异步复用（例如, 将PDH信号复用进STM-N ）,又能满足同步复用4（例如，STM-1、STM-4 iMSTM-N信号分/插出低速信号，同时不造成较大的 工工猪号感延和滑动损伤。显然，传统的比特塞入复用法 -和固定位置映射第用法不能满足SDH的复用要求。*丿乂严 2 复用原理我们可以利用汽车运输货物过程来简单和形象的描述 SDH映射、定位和复用的基本工作原理为：如果将要传送 的信号比喻为货物，STM-N是运货的汽车，汽车承载了一个大集装箱，各种货物都堆积在这个集装箱内，为了在货 物达到的各个站点能方便地找到并取出所需的货物，在货 物装入集装箱之前，预先应该做一些准备工作：首先

14、根据 货物的大小选用一个合适的标准容器(Cn, Container ), 将货物装入容器打包后再贴上说明货物情况的标签(POH),这时就构成了虚容器(VC-n,Virtual+ Container),这个过程称为映射；为了指示各级虚容器在 -更丈的虚容器中的位置，需要为虚容器附上指针(PTR, Pointer x附上了指针的虚容器就构成支路单元(TU, Tributary Unit) 或管理单元(AU, Administrative Unit),附上指轩的过 程称为定位；然后把多个相同的支路单元(组)逐步集装 成高阶虚容器，或把多个相同的管理单元集装成管理单元 组，直至把多个管理单元组集装起来

15、填满大集装箱(STM-N帧的净荷和管理单元指针)，然后为集装箱贴 上说明集装箱情况的标签(SOH),这时就完成了汽车(STM-N)的装货过程，汽车可以开上“光纤线路” 了， 这其中的集装过程就称为复用。STM4 AUG-645. 2. 4基本复用单元*U坊4CoS6cX1AU4 64uVC4-64J：ooAUM-1C VC-15 c五种标准容器的主要參数,容器C-11C-12C-203C-4容器速率，Mbi t/s1.6002. 1766. 78448. 384149. 760基帧频率，kHz88888基倾结构9X3-29X4-29X12-29X849X260墓倾帧长，bil206272848

16、604818720表522、虚容器虚容器是用来支持SDH的通道层连接的信息结构。它表53五种虚容器的主要參数，虚容器VC-11VC-12VC-2VC-3VC-4周期或复帧周期，US500500500125125帧频或复帧频率,Hz20002000200080008000基帧结构4(9X3-1)4(9X4T)4(9X12-1)9X859X261容量（字节数）1041404287652349速率，Mbit/s1.6642.2406.B4848.960150.336支路单元TU-11TU-12TU-2TU3周期或复帧周期，US500500500125帧频或复帧频率.Hz200020002000800

17、0基桢结构4(9X3)4(9X4)4(9X12)9X85+3容量(字节数)108144432768速率，Mbit/s1.7282.3046.91249.304支路单元是一种提供低阶通道层和高阶通道层之间适11支路单元组(Tributary Unit Group, TUG)是由一个或 多个在高阶VC净负荷中占有固定、准确位置的一个或多个 支路单元组成。支路单元组可以简称为TU的集合。一些不 同规格的TU被复用成一个TUG的信息净负荷，可增加传送 网络的灵活性。支路单元组有TUG-2和TUG-3两种，其中1 个TUG-2由1个TU-2或3个TU-12或4个TU-11按字节交错间插复用而成；1个TU

18、G-3由1个TU-3或7个TUG-12按字节交 错间插复用而成。如图5-8所示，一个VC4可以容纳3个 TUG-3； 一个VC-3可以容纳7个TUG-2。管理单元(Administrative Uni, AU)是提供高阶通 堪层和复甩段层之间适配的信息结柯。轄里童以表示 成AU-n形式5 = 3,4)。AU-n由一术相应的高阶VC- n和一个相应的管理单元指针(AU-n PTR)组成，即AU - n = VC 门 + AU 门 PTR (5-3)AU-n PTR用来指示VC-n净负荷起点禎对于复用段帧起点 间的偏移量。AU指针相对于STM-N的位置总是固定的。5、管理单元组管理单元组(Admi

19、nistrative Unit Group, AUG)是 由一个或多个在STM-N的净负荷中占有固定、准确位置 的管理单元组成。1个AUG由1个AU-4或3个AUG-3按字 T上节交错间插复用而成。X6、同步传送模块同步传送模块是用以支持SDH内段层连接的一种 信息结初。同步传送欖块(Synchronous Transfer Mode, STM)帧结构，如图5-2所示。STM-1是基 本模块，其传输的信号速率为155.520Mbit/s,高阶 的STMN模块(N = 4, 16, 64, 256)是由N个 STM-1信号同步复用而成的。除了以上介绍的各个基 本单元之外，SDH还可以通过采用灵活

20、的级联方式 来解决传输非标准的PD H等级信号。5.2.5映射、复用结蒔各种信号通过映射、复用装入SDH帧结构的净 - 映射、1鞠髀漏陀蠶說体步骤。1.映射映射(Mapping)是指在SDH网络边界处使各 种支路映射方式可分细为异步映射方式和同步映射方式。 当支路时钟与容器或虚容器的时钟相互独立时，魅龜玄式。甞常射信号基有块状帧向步時，可菜角荷步换射。C Mapping;Mil采爾X x.X2.定位定位(Alignment)即加入调整指针，以记录数据信息 VCn在相应的AU或TU帧的起点位置，使信息码流在相应 的帧中灵活动态地定位的过程。因此，定位可以校正支路 信号频差和实现相位校准。由VCn

21、出来的数字流加上帧 偏移信息(指针)，再进入管理单元AU-n或支路单元TU- n,这其中的适配过程就是复用结构中的定位校准过程。3.复用复用(Multiplexing)是一种将多个低阶通道层信号适 配进高阶通道或将多个高阶通道层信号适配进复用层的过 程。2级联分类级联就是将多个虚容器组合起来，形成一个组合容量更5.2.6虚容器级联:-1、级联在实际应用中，当SDH网络需要传送速率类型 与SDH虚容器（VC3/4/2/12/11）的标准速率不相匹 配的业务。例如，以太网的10M/100M业务，若 选择曰（或POS中的VC-12容器）显然不能满足 要求；如果选择E3 （或POS中的VC3容器），

22、则构成对传输带宽资源的浪费。因此，人们通过 釆用了虚容器级联方法来解决图象数字编码和IP 路由器等传送的信息净负荷与SDH虚容器的标准 忸率不匹配问题。义的一一联。在ITU-T G.707M议中对VC-3/4、VC-2. VC-1 n的级 联进行了规定。根据级联VC的种类，可以分为： VC-3/4的级联：提供容量大于一个C3/4的有效载荷的传 送； VC-2的级联：实现容量大于一个C2容器，但低于一个C- 3/4容器的有效载荷的传送； VC-1n的级联：实现脊量大于一个C1,但低于一个C 4* 2/3/4容器的有效载涵传送。3、级联方法ITUT规定了两种级联方法：连续级联和虚级联。两种 级联方

23、法相同之处在于都能够使传输带宽扩大到单个VC 的x倍，而它们的主要区别是构成级联的VC的传输方式不 同。连续级联需要在整个传输过程中保持占用一个连续的带 宽，而虚级联先将连续的带宽拆分为多个独立的vc,各 独立的VC分别传送，在接收侧重新组合为连续带宽。连 续级联要求级联信号经过的每个网元都支持该功能，而虚 级联只需要在路径终端的设备具有级联功能。因此，虚级 -联比连续级联具有更大的灵活性。当两种级联之间要互通 时必须进行转换。X . x5. 2.7同步复用1同步复用SDH中的低阶虚容器经过支路单元指针调整，高阶虚容器经过管理单元指针调整，各个 层面的信号速率已经同步，即复用时无需再进 行频率

24、或相位调整。因此，我们将仅以字节间 插方式完成的复用称为同步复用。X?2复用过程先经过码速调整装入C12中，C-12加上POH映射到VC 12o经过定位校准，附上支路单元指针TU-12 PTR后，形 成了TU-12,由TU-12 PTR指明VC12的相对相位。3个 TU-12经过同步复用后，形成TUG-2； 7个TUG-2同步复同步复用过程则是一种将多个低阶通道层的信号适配至 高阶通道层或者将多个高阶通道层信号适配至复用段层的 过程。为了便于理解，以2M支路信号的复用进STM-N的 过程为例来说明SDH的复用步骤，2.048Mbit/s的信号首用形成TUG-3。3个TUG-3同步复用并加上高阶

25、POH后构 成VC-4净荷，定位校准后加上AU4 PTR指针形成管理单 丄元AU-4。单个AU4直接置入管理单元组AUG-1,最后，基本网元-X528SDH组网-NAUG-1通过同步复用，再加上段开销SOH就形成了SDH传送网是由一些不同类型的基本网元设备与光缆 线路连接形成的拓扑结构组成的。与传统的PDH系统构 成的网络相比，SDH传送网具有控制简单、组网灵活、 生存性强等突出优点。SDH传送网的这些优点恰好是通过一些基本网元设备，如分插复用器和数字交叉连接设备,为了 SDH传送网提供灵活的组网能力。SDH组网的基本网元有：终端复用器(TenninationMultiplexer , TM)、分插复用器(Add-Drop Multiplexer, ADM)、输生中继器(Regenerative Repeater, REG)和数李交叉连接设备(Digital CrossCognect , DXC)的主要功能和组网结构。(1)终端复用器TMSTMS140言忌34Mbei52Mbd/s图5-11 终端复用器的功能示意图STMN*