光纤通信 第四章 SDH和WDM光纤传输系统

第4章SDH和WDM光纤传输系统光纤传感与通信教育部重点实验室本章内容4.1SDH概述4.2SDH帧结构、复用和映射4.3SDH的开销和指针4.4SDH设备与同步4.5波分复用技术4.1SDH概述1SDH的产生背景2SDH的特点3SDH传输网1SDH的产生背景社会背景：SDH同步数字传输体制1、信息社会需求

通信网传输、交换与处理大量的信息，光纤传送网总的发展趋势是大容量、数字化、综合化和宽带化。2、对信息网的要求

宽带化-----信息高速公路

规范化-----世界性统一标准1SDH的产生背景光传送网：

采用光纤作为媒介在各个地点之间传递用户信息的网络，属于OSI结构中的物理层。光传送网的发展：PDH→SDH→SDH+WDMPDH：PlesiochronousDigitalHierarchy，准同步数字体系SDH：SynchronousDigitalHierarchy，同步数字体系1SDH的产生背景1）PDH技术工作原理（1）一个模拟话路变换为64kb/s数字话路；（2）将30个独立的64kb／s信道与两个用于信息控制的信道一起形成一个32个数字信道“帧结构”，复接后比特率是2.048Mb/s；（3）将4个2Mb/s信道以比特交错方式复接为8Mb/s信号流，接着扩展到34Mb/s、140Mb/s及565Mb/s，形成一个完整比特速率系列。2Mbit/s1SDH的产生背景比特复接1SDH的产生背景请问码率是多少？1SDH的产生背景PDH二次群准同步复接：1SDH的产生背景PDH基群支路比特分配：帧同步码标志码插入码或信息码标志码1SDH的产生背景PDH二次群帧结构：1SDH的产生背景PDH三次群帧结构：2）PDH的时钟特点支路信息可来自不同设备，有各自的主时钟。规定了各主时钟之间允许偏离标称值范围。这种对比特率偏差的约束,就是所称的准同步工作。1SDH的产生背景1SDH的产生背景3）PDH存在的缺陷1.业务接口电接口速率等级图（1）电接口规范未世界性标准化（2）光接口规范未世界性标准化各厂家各自采用自行开发的线路码型1SDH的产生背景2.复用方式（1）从高速信号中分/插出低速信号要一级一级的进行。实例：140Mbit/s的信号中分/插出2Mbit/s低速信号

由于PDH采用异步复用方式，低速信号在高速信号的帧结构中的位置没规律性和固定性；不能从高速信号中直接分/插出低速信号。（2）层层复用和解复用造成的损伤加大，裂化传输性能。1SDH的产生背景3.运行维护（OAM）

开销字节少，导致对分层管理、性能监控、业务的实时调度、传输带宽的控制、告警的分析定位的支撑不够。4.网管接口

网管接口不统一，各厂家自己定义。1988：CCITT接受了SONET概念，并重命名为同步数字体系（SDH）；适用范围：光纤，微波和卫星。

4.1SDH概述1SDH的产生背景2SDH的特点3SDH传输网2SDH的特点1.业务接口（1）电接口规范世界性标准化规范的内容：信号速率等级、帧结构复接方法、线路接口监控管理。实现：各厂家横向兼容。基本的信号传输结构等级：同步传输模块—STM-1

155Mbit/s622Mbit/s（STM-4）、2.5Gbit/s（STM-16）

字节间插同步复接

STM-4＝4×STM-1，STM-16＝4×STM-4

2SDH的特点字节间插复用原理：（2）光接口规范世界性标准化2SDH的特点SDH信号的线路编码：仅进行扰码，不再进行冗余码的插入。说明：扰码的标准是世界统一。扰码的目的：抑制线路码中的长连“0”和长连“1”。优点：1）利于时钟恢复；

2）不增加码速，光接口速率和电接口速率一致。

2.复用方式2SDH的特点特点：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。优点：1）能从高速SDH信号中直接分/插出低速SDH信号。

2）增加了可靠性，减少了信号损伤2.5Gbit/s（STM-16）155Mbit/sSTM-1155Mbit/sSTM-1分/插举例：2SDH的特点3.运行维护增加开销字节，使网络的监控功能大大加强。开销占用整个帧所有比特的1/20

4.兼容性支持其他传输协议：PDH，ATM，FDDI，DQDB，IP等。方法：在网络边界处，复用进STM-1中。2SDH的特点5.存在的问题（1）频带利用率低：在STM-N帧中加入了大量用于OAM功能的开销字段；（2）指针调整机理复杂：指针实现了从高速信号中直接分离低速信号，但增加了系统的复杂性，且易引起抖动；（3）软件的大量使用对系统安全性的影响。网络管理采用大量软件，易受到：病毒、误操作和软件故障的影响。4.1SDH概述1SDH的产生背景2SDH的特点3SDH传输网3SDH传输网SDH传输网拓扑：

点对点传输，多点之间的网络传输。SDH传输网构成： （1）终接设备(或称SDH终端复用器TM)；（2）分插复用设备ADM；（3）数字交叉连接设备DXC；（4）光纤链路构成。SDH传输网的典型结构：TMADMDXCADMTMTMTMADMSTM-nSTM-nDXCADMTMSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-nSTM-n低速信号低速信号……低速信号低速信号(n<N)3SDH传输网终端复用器（TM）功能：把PDH/SDH支路信号复用成SDH线路信号，或反之。3SDH传输网PDH支路信号SDH支路信号OAM线路信号STM-NTM3SDH传输网分插复用器ADMDMXMUX中继线STM-N中继线STM-NAddSTM-n分接复接DropSTM-n本地SDH传输网络单元分插复用设备ADM(Add/DropMultiplexer)功能：网络的中间局站，完成直接上、下电路功能。3SDH传输网再生器REGOAM东侧线路信号西侧线路信号STM-NSTM-NREG功能：设在网络的中间局站，目的是延长传输距离，但不能上、下电路。数字交叉连接设备DXC3SDH传输网功能：兼有同步复用、分插、交叉连接、网络的自动恢复与保护等多项功能的SDH设备。1:m1:m…m:1m:1复接交叉连接矩阵分接1n1n配置管理SDH传输网络单元数字交叉连接设备DXC3SDH传输网SDH网络拓扑TMADMADMTMREG

树形网TMADMADMTMREGADMTM线型网ADMADMADMADM3SDH传输网

环形网3SDH传输网

网状网ADMADMADMADM

SDH传输网的连接模型

3SDH传输网本章内容4.1SDH概述4.2SDH帧结构、复用和映射4.3SDH的开销和指针4.4SDH设备与同步4.5波分复用技术4.2SDH帧结构、复用和映射1SDH的帧结构2SDH基本单元3SDH的复用4SDH的映射1SDH的帧结构9×270×N字节13459RSOHSTM-N净负荷

(含POH)传输方向9×N261×N270×N列MSOHAUPTRT=125μs（8000帧/秒）再生段开销复用段开销管理单元指针通道开销STM-1：9行×270列STM-N：9行×（270×N）列，字节间插方式。STM-N帧结构1SDH的帧结构（1）信息净负荷（Payload）组成：业务信号+通道开销（POH：PathOverhead）。POH功能：对低速信号进行通道性能监视、管理和控制。SDH帧的组成：（2）段开销（SOH）目的：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。分类：RSOH和MSOH；特点：实现了层层监控。1SDH的帧结构层层监控的实现举例：STM-16

通道终接设备线路终接设备TMADM/DXC再生段Section再生段再生段线路终接设备通道终接设备E1…E3E1…E3ADM/DXCTM再生中继器1）RSOH：监控STM-16信号的传输状态；2）MSOH：监控STM-16中STM-1信号的传输状态；3）POH：每个STM中低速支路信号。（3）管理单元指针（AU-PTR）功能：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1SDH的帧结构4.2SDH帧结构、复用和映射1SDH的帧结构2SDH基本单元3SDH的复用4SDH的映射2SDH的基本单元（1）信息容器C作用：将常用的PDH信号适配进入标准容器。（我国的SDH以2Mbps的PDH系列作为基础）（2）虚容器VC2SDH的基本单元组成：容器C+通道开销成为虚容器VC。

VC-12VC-3POHC-3(34/45Mb/s)85列POHC-12

(2Mb/s)4列9行2SDH的基本单元（2）虚容器VC2SDH的基本单元（3）支路单元TU组成：虚容器VC+支路单元指针（TU-PTR）成为支路单元TU。说明：TU-PTR指明低阶VC在TU中的位置。H1H2H3TUPTRVC-12

VC-39行

TU-12TU-34列85列9行2SDH的基本单元（3）支路单元TU2SDH的基本单元（4）支路单元组TUG组成：一个或多个支路单元TU组成支路单元组TUG。3×TU-127×TUG-2

（1×TU-3）9行

TUG-2TUG-3

R为填充字节12列86列9行RR2SDH的基本单元（4）支路单元组TUG2SDH的基本单元（5）管理单元AU组成：高阶VC+AU-PTR。AU-PTR：指明高阶VC在STM-N内的位置。AU-PTRVC-49行261列9列2SDH的基本单元（5）管理单元AU2SDH的基本单元（5）管理单元组AUG组成：多个管理单元AU组成。4.2SDH帧结构、复用和映射1SDH的帧结构2SDH基本单元3SDH的复用4SDH的映射3SDH的复用复用类型：1）低阶通道层适配进高阶通道层；2）高阶通道层适配进复用段层。复用方法：字节间插。3SDH的复用传统的复用方式：（1）比特塞入法；（2）固定位置映射法。（1）比特塞入法（码速调整法）方法：固定位置的比特塞入；实现：（1）帧中有比特塞入指示和比特塞入；（2）比特塞入和去塞入过程。优点：可容许有较大的频率差异；缺点：不能直接实现低速支路信号到高速复用信号的插入和分出。3SDH的复用（2）固定位置映射法方法：低速信号在高速信号中的特殊位置。实现：（1）低速信号与高速信号同步，也就是说帧频相一致；（2）125μs（8000帧/秒）缓存器来进行频率校正和相位对准。优点：可实现直接从高速信号中分/插低速信号。缺点：缓冲器导致信号较大延时和滑动损伤。3SDH的复用SDH的复用方式：（1）低阶SDH信号复用到高阶SDH信号；如：4×STM-1→STM-4，4×STM-4→STM-16

方法：字节间插复用。（2）低速支路信号复用到STM-N；如：E1、E3、E4复用进STM-N中；方法：映射（相当于信号打包）、定位（相当于指针调整）、复用（相当于字节间插复用）。

3SDH的复用SDH的复用方式：（3）大于C-4的高速信号复用进STM-4和STM-16；方法：级联（多个虚容器组合起来）G.707复用映射结构3SDH的复用中国的复用结构：4.2SDH帧结构、复用和映射1SDH的帧结构2SDH基本单元3SDH的复用4SDH的映射4SDH的映射映射：支路信号→虚容器 地点：SDH网络边界处。4SDH的映射映射过程：（1）码速调整，装入容器； （2）加上通道开销，形成虚容器。映射方法：（1）异步映射：码速调整后适配进VC；（2）比特同步映射：支路信号与网同步（E1—8000帧/秒），无需码速调整装入VC；（3）字节同步映射：无需码速调整装入VC。同步映射采用125微秒滑动缓冲器实现。映射模式：（1）浮动模式：

VC净负荷在TU内的位置不固定，由TU-PTR指示VC起点的一种工作方式； 一般结合异步映射（码速调整），称为异步浮动VC模式；（2）锁定模式： 信息净负荷与网同步并处于TU帧内的固定位置，因而无需TU-PTR来定位的工作模式。4SDH的映射4SDH的映射我国主要采用异步浮动模式。4SDH的映射码速调整例子：E4→C4（1）C4基帧划分为9个子帧，每个子帧占一行；（2）每个子帧又可以13个字节为一个单位，分成20个单位（20个13字节块）。4SDH的映射（3）每个子帧的20个13字节块的第1个字节依次为：W、X、Y、Y、Y、X、Y、Y、Y、X、Y、Y、Y、X、Y、Y、Y、X、Y、Z码速调整例子：E4→C44SDH的映射码速调整例子：E4→C4（4）字节定义4.3SDH的开销与指针1段开销2通道开销3管理单元指针4支路单元指针1段开销开销：传输码流中除了信息净负荷之外的剩余部分，所以又称开销字节；开销比例：5%；开销分类： 段开销：RSOH和MSOH； 功能：段层的运行、管理维护。 通道开销：高阶POH（VC-4POH/VC-3POH）； 低阶POH（VC-12POH）；功能：通道层的运行、管理维护。1段开销1）A1、A2：帧定位字节作用：确定每一帧的开始。2）J0：再生段跟踪字节作用：该字节重复地发送再生段“接入点标识符”，以便使接收机能够确认它是否和所要连接的发送机确实保持着连接状态1段开销3）B1：再生段奇偶校验字节（BIP-8）作用：再生段误码检测；实现方法：对上一帧扰码后的全部比特进行偶校验的结果

1段开销BIP-N:B1字节被校验字节被校验字节被校验字节b1b2b3b4b5b6b7b8××××××××110010011101001010011010发送端： （1）是通过对上一帧扰码后的全部比特进行偶校验的结果； （2）将结果放在扰码前的B1字节位置。接收端： （1）B1字节的内容，是通过对当前帧解扰码前的全部比特进行偶校验的结果； （2）将该结果和下一帧收到的B1字节进行比较，若不一致便认为产生一个误码块。

1段开销1段开销4）E1：公务联络字节作用：为再生段提供一路公务电话（64Kbps）。

5）F1：使用者通路字节作用：为维护提供一路64Kbps数据/音频通路。6）D1~D3：再生段数据通道字节作用：再生段运行、维护和管理。（192Kbps）1段开销（1）B2：复用段奇偶校验字节（BIP-24N）作用：复用段误码检测。实现：1）顺序以三个B2字节组成校验矩阵的第一行（24个比特）；2）以被校验内容的每三个字节为一组（一行），3）用B2字节的每一个比特对每列进行偶校验。

BIP：BitInterleavedParity1段开销（2）K1、K2：自动保护倒换字节（APS）作用：传输系统的保护倒换信息。实现：1）K1保护倒换的类型、倒换原因和请求保护倒换的局站编号；2）K2桥接到保护信道上的局站编号、保护方式和复用段远端缺陷指示（MS-RDI）。APS：AutomaticProtectionSwitchingMS：MultiplexSectionRDI：RemoteDefectIndication1段开销（3）D4～D12：数据通信通道字节（DCC）复用段部分

作用：用于复用段传递运行、维护和管理信息。

提供：576Kbps（64×9）数据通信通路DCC：DataCommunicationChannel1段开销（4）S1：同步状态字节作用：表示SDH设备的同步状态b5～b8说

明0000同步质量未知0010一级时钟（G.811时钟信号）0100二级时钟（G.812转接局时钟信号）1000三级时钟（G.812本地局时钟信号）1011SDH设备时钟（G.813同步设备定时源SETS信号）1111不应用作同步其余保留b1~b4比特暂不使用1段开销（5）M1：复用段远端差错指示（MS-REI）作用：指示B2（BIP-24N）对复用段误码块检测的结果STM-1：M1误块数指示0～24；STM-4：M1误块数指示0～96；（6）E2：公务联络字节作用：复用段提供一路公务电话。REI：RemoteErrorIndication1段开销小结：字节主要含义：（1）A：起始定位；（2）B：奇偶校验字节；（3）D：网络管理；（4）E：公务电话；（5）K：保护倒换；（6）S：时钟同步；（7）M：监控4.3SDH的开销与指针1段开销2通道开销3管理单元指针4支路单元指针2通道开销1）段开销独立于信息净负荷；

2）通道开销作为信息净负荷的一部分。通道开销与段开销的差别：高阶通道开销：1）VC-4POH：VC-4（9行×261列）的第一列；2）VC-3POH：VC-3（9行×85列）的第一列。高阶通道开销：2通道开销（1）J1字节：通道跟踪字节

作用：通道的接收端通过对接入点识别符的验证，就可以知道是否正确地连接在预定的发送端上。思考：与RSOH中的J0有什么区别？2通道开销（2）B3：通道奇偶校验字节（BIP-8）作用：高阶通道误码块检测。（3）C2：信号标记字节作用：指示高阶虚容器信息结构和信息净负荷性质。1路140Mbps3路34Mbps63路2Mbps2通道开销（4）G1：通道状态字节作用：

b1~b4：B3字节误码块检测结果；b5：RDI远端缺陷；（5）F2、F3：通道使用字节作用：提供通道之间通信。RDI：RemoteDefectIndicationG1:2通道开销（6）H4：位置指示字节作用：指示净负荷的复帧类型和净负荷位置。（7）K3：通道自动保护倒换字节（APS）作用：提供自动保护功能支持。

b1～b4比特用来传送APS信令；

b5～b8比特留作备用。H4:2通道开销（8）N1：网络操作者字节作用：提供高阶通道的串接监视（TCM）功能。TCM：TandemConnectionMonitor串接Tandembicycle：？2通道开销低阶级通道开销：说明：（1）每个子帧在一个STM-N帧中发送；（2）每个子帧的第一个字节分别为V5、J2、N2和K4。目的：实时监测任一个2Mbit/s通道信号的性能。

结构：

2通道开销低阶级通道开销：V5：通道状态与信号标记字节，

作用：通道误码检测和是否装载信号标记。比特序号b1b2b3b4b5b6b7b8用途BIP-2REI（FEBE）RFI信号标记RDI（FERF）两位间插奇偶校验通道远端误块指示通道远端失效指示通道远端缺陷指示V5：比特序号b1b2b3b4b5b6b7b8用途BIP-2REI（FEBE）RFI信号标记RDI（FERF）信号标记第5~7比特含义000未装载信号001装载非特定信号010已装载，异步映射011已装载，比特同步映射100已装载，字节同步映射101扩展的信号标记，与K4第1比特配合使用110O．181特定映射的测试信号111VC-AIS2通道开销2通道开销低阶级通道开销：J2：通道跟踪字节

作用：用来重复发送低阶通道（VC-12）的接入点识别符（APID），在通道的接收端通过对接入点识别符的验证，确定是否与指定的发送端处于持续地连接状态。APID：AccessPointIdentifier.2通道开销低阶级通道开销：N2：网络操作字节

作用：通用一路监控通道。K4：通道自动保护倒换（APS）比特序号b1b2b3b4b5b6b7b8用途APS予留备用4.3SDH的开销与指针1段开销2通道开销3管理单元指针4支路单元指针3管理单元指针管理单元AU作用：在高阶通道层和复用段之间提供适配的信息结构。

组成：由高阶虚容器VC加上管理单元指针（AUPTR）。

管理单元（AU）：3管理单元指针管理单元指针（AU-PTR）：作用： 指示VC-4在AU-4帧中的位置。3管理单元指针AU-PTR内容：Y：100111SS111*：11111111H1、H2和H3的定义：NDF：新数据标识，用以表示所载净负荷容量有无变化。无变化：0110；有变化：10013管理单元指针H1、H2和H3的定义：AU类别：指示AU或TU的类型；

SS=10，AU-4，TU-3，TU-12；

SS=00，TU-2；

SS=11，TU-11。

3管理单元指针H1、H2和H3的定义：指针值：1）10位指针值：表示0~1023；含义VC-4中J1字节离最后H3字节的单位时隙；2）一个单位时隙：3个字节；3）I：增加比特，I反转表示正码速调整；

D：减少比特，D反转表示负码速调整。4）3帧后才能进行新调整。 正速率调整：当VC-4的帧速率低于AU-4的帧速率时，则需要提高VC-4的速率。含义：VC-4在时间上周期性地向后移动。3管理单元指针负速率调整：当VC-4的帧速率高于AU-4的帧速率时，则需要降低VC-4的速率。含义：VC-4在时间上周期性地向前移动。

插入字节插入字节4.3SDH的开销与指针1段开销2通道开销3管理单元指针4支路单元指针4支路单元指针支路单元指针：TU-3PTR，TU-12PTRTU-3PTR4支路单元指针TU-12PTR500μs复帧作用：指示净负荷信息在TU-12复帧内的位置、速率调整和新数据标识。位置：4支路单元指针TU-12PTR定义：与AU-PTR的差别：一个调整单位为1个字节。4.4SDH的同步1同步方式2主从时钟工作模式3SDH网同步结构和方式4SDH设备的定时工作方式1同步方式同步：使网内运行的所有数字设备都工作在一个相同的平均速率上。

同步传输要求：发送设备和接收设备同步。同步分类：1）主从同步方式；2）相互同步方式。

1）主从同步方式工作原理：使用一系列分级的时钟，每一级时钟都与其上一级时钟同步。组成要素：

PRC：PrimaryReferenceClock，基准参考时钟——最高一级时钟。 时钟同步分配网：向下一级进行时钟分配。1同步方式树形同步时钟分配网：优点：网络稳定性较好，组网灵活，结构和控制简单，网络的抗滑动性较好。缺点：对基准主时钟和传输链路的故障较敏感。多重备份解决办法2）相互同步方式工作原理：通过锁相环受所有接收定时基准信号的共同加权控制。应用：很少使用。1同步方式4.4SDH的同步1同步方式2主从时钟工作模式3SDH网同步结构和方式4SDH设备的定时工作方式4.4SDH的同步时钟类型：目前主要使用的时钟类型有3种：铯原子钟（利用铯原子跃迁现象的谐振器来稳定石英晶体振荡器的频率，精度高）石英晶体振荡器（造价低，可靠性高，频率稳定范围宽，从时钟）铷原子钟（介于上述两者间，适合某个区域的基准时钟）2主从时钟工作模式主从时钟工作模式：

1）正常工作模式；2）保持工作模式；3）自由运行模式。正常工作模式保持工作模式自由运行模式时钟丢失获取时钟保持失效获取时钟4.4SDH的同步1同步方式2主从时钟工作模式3SDH网同步结构和方式4SDH设备的定时工作方式3SDH网同步结构和方式SDH网同步分类：1）局内同步；2）局间同步。（1）局内同步工作原理：1）所有网络单元时钟都直接从本局内最高质量的时钟（BITS）获取定时；

2）BITS是从来自别的交换节点基准主时钟。拓扑：星形拓扑；

BITS：BuildingIntegratedTimingSupply3SDH网同步结构和方式（2）局间同步工作原理：低等级的时钟接收更高等级或同一等级时钟的定时。拓扑：类树形拓扑；

4.4SDH的同步1同步方式2主从时钟工作模式3SDH网同步结构和方式4SDH设备的定时工作方式4SDH设备的定时工作方式

（1）外同步定时；定义：网元的同步定时由外部定时源供给。应用：构建在PDH上的网络，外部时钟来自PDH2048KHz时钟源。（2）从接收信号中提取的定时；定义：从接收的STM信号中提取定时。应用：SDH主要采用方式。（3）内部定时

定义：外部时钟丢失时，使用自身内部的时钟。应用：SDH设备。4.5波分复用技术1光信道的复用方式2波分复用系统3WDM关键技术1光纤信道复用方式1）光时分复用（OTDM）