SDH第一章分析

1、第1章SDH概述第1章SDH概述 11.1 SDH 產(chǎn)生的技術(shù)背景一一為什么會(huì)產(chǎn)生SDH傳輸體制 11.2與PDH相比SDH有哪些優(yōu)勢(shì) 41.3 SDH 的缺陷所在 7小結(jié)9習(xí)題9目標(biāo)：1. 了解SDH的產(chǎn)生背景一一為什么會(huì)產(chǎn)生 SDH傳輸體制。2. 了解SDH體制的優(yōu)點(diǎn)和不足。3. 建立有關(guān)SDH的整體概念為以后更深入的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。1.1 SDH產(chǎn)生的技術(shù)背景一一為什么會(huì)產(chǎn)生SDH傳輸體制在講SDH傳輸體制之前，我們首先要搞清楚 SDH到底是什么。那么SDH是 什么呢？ SDH全稱叫做同步數(shù)字傳輸體制，由此可見SDH是一種傳輸?shù)捏w制（協(xié)議），就象 PDH 準(zhǔn)同步數(shù)字傳輸體制一樣，SDH這種

2、傳輸體制規(guī)范了數(shù)字信號(hào)的幀結(jié)構(gòu)、復(fù)用方式、傳輸速率等級(jí)，接口碼型等特性。那么SDH產(chǎn)生的技術(shù)背景是什么呢？我們知道當(dāng)今社會(huì)是信息社會(huì)，高度發(fā)達(dá)的信息社會(huì)要求通信網(wǎng)能提供多種 多樣的電信業(yè)務(wù)，通過通信網(wǎng)傳輸、交換、處理的信息量將不斷增大，這就 要求現(xiàn)代化的通信網(wǎng)向數(shù)字化、綜合化、智能化和個(gè)人化方向發(fā)展。傳輸系統(tǒng)是通信網(wǎng)的重要組成部分，傳輸系統(tǒng)的好壞直接制約著通信網(wǎng)的發(fā) 展。當(dāng)前世界各國(guó)大力發(fā)展的信息高速公路，其中一個(gè)重點(diǎn)就是組建大容量 的傳輸光纖網(wǎng)絡(luò)，不斷提高傳輸線路上的信號(hào)速率，擴(kuò)寬傳輸頻帶，就好比 一條不斷擴(kuò)展的能容納大量車流的高速公路。同時(shí)用戶希望傳輸網(wǎng)能有世界 范圍的接口標(biāo)準(zhǔn)，能實(shí)現(xiàn)我們

3、這個(gè)地球村中的每一個(gè)用戶隨時(shí)隨地便捷地通 信。傳統(tǒng)的由PDH傳輸體制組建的傳輸網(wǎng)， 由于其復(fù)用的方式很明顯的不能滿足 信號(hào)大容量傳輸?shù)囊螅?另外PDH體制的地區(qū)性規(guī)范也使網(wǎng)絡(luò)互連增加了難度，因此在通信網(wǎng)向大容量、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展的今天，PDH的傳輸體制已經(jīng)愈來愈成為現(xiàn)代通信網(wǎng)的瓶頸，制約了傳輸網(wǎng)向更高的速率發(fā)展。傳統(tǒng)的PDH傳輸體制的缺陷體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1. 接口方面(1) 只有地區(qū)性的電接口規(guī)范，不存在世界性標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)有的PDH數(shù)字信號(hào)序 列有三種信號(hào)速率等級(jí)：歐洲系列、北美系列和日本系列。各種信號(hào)系列的電接口速率等級(jí)、信號(hào)的幀結(jié)構(gòu)以及復(fù)用方式均不相同，這種局面 造成了國(guó)際互通的困難，不適應(yīng)當(dāng)

4、前隨時(shí)隨地便捷通信的發(fā)展趨勢(shì)。三 種信號(hào)系列的電接口速率等級(jí)如圖 1-1所示。歐洲系列北美系列日本系列圖1-1電接口速率等級(jí)圖(2) 沒有世界性標(biāo)準(zhǔn)的光接口規(guī)范。為了完成設(shè)備對(duì)光路上的傳輸性能進(jìn)行監(jiān)控，各廠家各自采用自行開發(fā)的線路碼型。典型的例子是mBnB碼。其中mB為信息碼，nB是冗余碼，冗余碼的作用是實(shí)現(xiàn)設(shè)備對(duì)線路傳輸 性能的監(jiān)控功能。由于冗余碼的接入使同一速率等級(jí)上光接口的信號(hào)速 率大于電接口的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)速率，不僅增加了發(fā)光器的光功率代價(jià)，而且 由于各廠家在進(jìn)行線路編碼時(shí)，為完成不同的線路監(jiān)控功能，在信息碼后加上不同的冗余碼，導(dǎo)致不同廠家同一速率等級(jí)的光接口碼型和速率 也不一樣，致使不同廠

5、家的設(shè)備無法實(shí)現(xiàn)橫向兼容。這樣在同一傳輸路線兩端必須采用同一廠家的設(shè)備，給組網(wǎng)、管理及網(wǎng)絡(luò)互通帶來困難。2. 復(fù)用方式現(xiàn)在的PDH體制中，只有1.5Mbit/s和2Mbit/s速率的信號(hào)(包括日本系列 6.3Mbit/s速率的信號(hào))是同步的，其他 速率的信號(hào)都是異步的，需要通過碼 速的調(diào)整來匹配和容納時(shí)鐘的差異。由于PDH采用異步復(fù)用方式，那么就導(dǎo)致當(dāng)?shù)退傩盘?hào)復(fù)用到高速信號(hào)時(shí)，其在高速信號(hào)的幀結(jié)構(gòu)中的位置沒規(guī)律性和固定性。也就是說在高速信號(hào)中不能確認(rèn)低速信號(hào)的位置，而這一點(diǎn)正是能否從高速信號(hào)中直接分 /插出低速信號(hào)的關(guān)鍵所在。正如你在一群人中尋找 一個(gè)沒見過的人時(shí)，若這一群人排成整齊的隊(duì)列，那

6、么你只要知道所要找的 人站在這堆人中的第幾排和第幾列，就可以將他找了出來。若這一群人雜亂 無章的站在一起，若要找到你想找的人，就只能一個(gè)一個(gè)的按照片去尋找了。既然PDH采用異步復(fù)用方式，那么從PDH的高速信號(hào)中就不能直接的分/插出低速信號(hào)，例如：不能從 140Mbit/s的信號(hào)中直接分/插出2Mbit/s的信號(hào)。 這就會(huì)引起兩個(gè)問題：(1) 從高速信號(hào)中分/插出低速信號(hào)要一級(jí)一級(jí)的進(jìn)行。例如從140Mbit/s的8Mbit/s解復(fù)用34Mbit/:信號(hào)中分/插出2Mbit/s低速信號(hào)要經(jīng)過如下過程。如圖1-2所示。140Mbit/s 解*復(fù) 用2Mbit/s圖1-2從140Mbit/s信號(hào)分/

7、插出2Mbit/s信號(hào)示意圖從圖中看出，在將140Mbit/s信號(hào)分/插出2Mbit/s信號(hào)過程中，使用了大量的“背靠背”設(shè)備。通過三級(jí)解復(fù)用設(shè)備從140Mbit/s的信號(hào)中分出2Mbit/s低速信號(hào)；再通過三級(jí)復(fù)用設(shè)備將2Mbit/s的低速信號(hào)復(fù)用到140Mbit/s信號(hào)中。一個(gè)140Mbit/s信號(hào)可復(fù)用進(jìn)64個(gè)2Mbit/s信號(hào)，但是若在此僅僅從140Mbit/s 信號(hào)中上下一個(gè)2Mbit/s的信號(hào)，也需要全套的三級(jí)復(fù)用和解復(fù)用設(shè)備。這樣不僅增加了設(shè)備的體積、成本、功耗，還增加了設(shè)備的復(fù)雜性，降低了設(shè)備 的可靠性。(2)由于低速信號(hào)分/插到高速信號(hào)要通過層層的復(fù)用和解復(fù)用過程，這樣就會(huì)使

8、信號(hào)在復(fù)用/解復(fù)用過程中產(chǎn)生的損傷加大，使傳輸性能劣化，在大容量傳輸時(shí)，此種缺點(diǎn)是不能容忍的。這也就是為什么PDH體制傳輸信號(hào)的速率沒有更進(jìn)一步提高的原因。3. 運(yùn)行維護(hù)方面PDH信號(hào)的幀結(jié)構(gòu)里用于運(yùn)行維護(hù)工作（OAM ）的開銷字節(jié)不多，這也就是為什么在設(shè)備進(jìn)行光路上的線路編碼時(shí)，要通過增加冗余編碼來完成線路性 能監(jiān)控功能。由于PDH信號(hào)運(yùn)行維護(hù)工作的開銷字節(jié)少，因此對(duì)完成傳輸網(wǎng)的分層管理、性能監(jiān)控、業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)調(diào)度、傳輸帶寬的控制、告警的分析定 位是很不利的。4. 沒有統(tǒng)一的網(wǎng)管接口由于沒有統(tǒng)一的網(wǎng)管接口，這就使你買一套某廠家的設(shè)備，就需買一套該廠家的網(wǎng)管系統(tǒng)。容易形成網(wǎng)絡(luò)的七國(guó)八制的局面，不

9、利于形成統(tǒng)一的電信管理網(wǎng)。由于以上這種種缺陷，使 PDH傳輸體制越來越不適應(yīng)傳輸網(wǎng)的發(fā)展，于是美 國(guó)貝爾通信研究所首先提出了用一整套分等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字傳遞結(jié)構(gòu)組成的同 步網(wǎng)絡(luò)（SONET ）體制。CCITT于1988年接受了 SONET概念，并重命名 為同步數(shù)字體系（SDH ），使其成為不僅適用于光纖傳輸，也適用于微波和 衛(wèi)星傳輸?shù)耐ㄓ眉夹g(shù)體制。本課程主要講述SDH體制在光纖傳輸網(wǎng)上的應(yīng)用。你也許在資料中看過 SDH信號(hào)能直接從高速信號(hào)中下低速信號(hào)，例如直接從 622Mbit/s信號(hào)中下2M信號(hào)，為什么？這種特性跟 SDH所特有的同步復(fù)用 方式有關(guān)，既然是同步復(fù)用方式， 那么低速信號(hào)在高速信號(hào)幀

10、中的位置是可預(yù) 見的，于是從高速信號(hào)中直接下低速信號(hào)就變成了一件很容易的事了。1.2與PDH相比SDH有哪些優(yōu)勢(shì)SDH傳輸體制是由PDH傳輸體制進(jìn)化而來的，因此它具有 PDH體制所無可 比擬的優(yōu)點(diǎn)，它是不同于 PDH體制的全新的一代傳輸體制，與 PDH相比在 技術(shù)體制上進(jìn)行了根本的變革。首先，我們先談一談 SDH的基本概念。SDH概念的核心是從統(tǒng)一的國(guó)家電 信網(wǎng)和國(guó)際互通的高度來組建數(shù)字通信網(wǎng)，是構(gòu)成綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng) （ISDN），特別是寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ B-ISDN ）的重要組成部分。那么怎樣理解這個(gè)概念呢？因?yàn)榕c傳統(tǒng)的PDH體制不同，按 SDH組建的網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)高度統(tǒng)一的、標(biāo)準(zhǔn)化的、智能化

11、的網(wǎng)絡(luò)。它采用全球統(tǒng)一的接口以實(shí)現(xiàn)設(shè)備多廠家環(huán) 境的兼容，在全程全網(wǎng)范圍實(shí)現(xiàn)高效的協(xié)調(diào)一致的管理和操作，實(shí)現(xiàn)靈活的 組網(wǎng)與業(yè)務(wù)調(diào)度，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自愈功能，提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率。并且由于維護(hù) 功能的加強(qiáng)大大降低了設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。下面我們就SDH所具有的優(yōu)勢(shì)（可以算是SDH的特點(diǎn)吧），從幾個(gè)方面進(jìn)一步說明。注意與 PDH體制相對(duì)比。1. 接口方面電接口方面接口的規(guī)范化與否是決定不同廠家的設(shè)備能否互連的關(guān)鍵。SDH體制對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口（ NNI）作了統(tǒng)一的規(guī)范。規(guī)范的內(nèi)容有數(shù)字信號(hào)速率等級(jí)、幀結(jié)構(gòu)、復(fù)接方法、線路接口、監(jiān)控管理等。這就使SDH設(shè)備容易實(shí)現(xiàn)多廠家互連，也就是說在同一傳輸線路上可以安裝不同廠

12、家的設(shè)備，體現(xiàn)了橫向兼容性。SDH體制有一套標(biāo)準(zhǔn)的信息結(jié)構(gòu)等級(jí)，即有一套標(biāo)準(zhǔn)的速率等級(jí)?；镜男?號(hào)傳輸結(jié)構(gòu)等級(jí)是同步傳輸模塊一一STM-1，相應(yīng)的速率是155Mbit/s 。高等級(jí)的數(shù)字信號(hào)系列例如：622Mbit/s （ STM-4 ）、2.5Gbit/s （ STM-16 ）等，是通過將低速率等級(jí)的信息模塊（例如STM-1）通過字節(jié)間插同步復(fù)接而成，復(fù)接的個(gè)數(shù)是 4的倍數(shù)，例如： STM-4 = 4 X STM-1 , STM-16 = 4 X STM-4。技術(shù)細(xì)節(jié)：什么是字節(jié)間插復(fù)用方式呢？我們以一個(gè)例子來說明。有三個(gè)信號(hào)：幀結(jié)構(gòu)各為每幀3個(gè)字節(jié)，若將這三A _B1 C2 C3A1A2

13、 |兩|B1| B2 麗| C個(gè)信號(hào)通過字節(jié)間插復(fù)用方式復(fù)用成信號(hào)D，那D就應(yīng)該是這樣一種幀結(jié)構(gòu):幀中有9個(gè)字節(jié)，且這9個(gè)字節(jié)的排放次序如下圖：A1B1C1A2B2C2A3 B3C3那么這樣的復(fù)用方式就是字節(jié)間插復(fù)用方式。你明白了嗎? 光接口方面線路接口（這里指光口）采用世界性統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，SDH信號(hào)的線路編碼僅對(duì)信號(hào)進(jìn)行擾碼，不再進(jìn)行冗余碼的插入。想想看，為什么會(huì)這樣？擾碼的標(biāo)準(zhǔn)是世界統(tǒng)一的，這樣對(duì)端設(shè)備僅需通過標(biāo)準(zhǔn)的解碼器就可與不同廠家SDH設(shè)備進(jìn)行光口互連。 擾碼的目的是抑制線路碼中的長(zhǎng)連“0”和長(zhǎng)連“1”，便于從線路信號(hào)中提取時(shí)鐘信號(hào)。由于線路信號(hào)僅通過擾碼，所以SDH的線路信號(hào)速率與

14、 SDH電口標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)速率相一致， 這樣就不會(huì)增加發(fā)端 激光器的光功率代價(jià)。2. 復(fù)用方式由于低速SDH信號(hào)是以字節(jié)間插方式復(fù)用進(jìn)高速SDH信號(hào)的幀結(jié)構(gòu)中的，這樣就使低速SDH信號(hào)在高速SDH信號(hào)的幀中的位置是固定的、有規(guī)律的， 也就是說是可預(yù)見的。這樣就能從高速 SDH信號(hào)例如2.5Gbit/s （ STM-16）中直接分/插出低速SDH信號(hào)例如155Mbit/s （ STM-1 ），從而簡(jiǎn)化了信號(hào)的 復(fù)接和分接，使SDH體制特別適合于高速大容量的光纖通信系統(tǒng)。另外，由于采用了同步復(fù)用方式和靈活的映射結(jié)構(gòu)，可將PDH低速支路信號(hào)（例如2Mbit/s ）復(fù)用進(jìn)SDH信號(hào)的幀中去（STM-N ），

15、這樣使低速支路信號(hào)在STM-N幀中的位置也是可預(yù)見的，于是可以從STM-N信號(hào)中直接分/插出低速支路信號(hào)。 注意此處不同于前面所說的從高速SDH信號(hào)中直接分插出低速SDH信號(hào)，此處是指從SDH信號(hào)中直接分/插出低速支路信號(hào)，例如 2Mbit/s，34Mbit/s與140Mbit/s 等低速信號(hào)。于是節(jié)省了大量的復(fù)接 /分接 設(shè)備（背靠背設(shè)備），增加了可靠性，減少了信號(hào)損傷、設(shè)備成本、功耗、 復(fù)雜性等，使業(yè)務(wù)的上、下更加簡(jiǎn)便。SDH的這種復(fù)用方式使數(shù)字交叉連接（ DXC ）功能更易于實(shí)現(xiàn)，使網(wǎng)絡(luò)具有 了很強(qiáng)的自愈功能，便于用戶按需動(dòng)態(tài)組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)靈活的業(yè)務(wù)調(diào)配。技術(shù)細(xì)節(jié)：什么是網(wǎng)絡(luò)自愈功能？網(wǎng)絡(luò)自

16、愈是指當(dāng)業(yè)務(wù)信道損壞導(dǎo)致業(yè)務(wù)中斷時(shí)，網(wǎng)絡(luò)會(huì)自動(dòng)將業(yè)務(wù)切換到備用業(yè)務(wù)信道，使業(yè)務(wù)能在較短的時(shí)間（ITU-T規(guī)定為50ms以內(nèi)）得以恢復(fù)正常 傳輸。注意這里僅是指業(yè)務(wù)得以恢復(fù)，而發(fā)生故障的設(shè)備和發(fā)生故障的信道則還是要人去修復(fù)。那么為達(dá)到網(wǎng)絡(luò)自愈功能除了設(shè)備具有 DXC功能（完成將業(yè)務(wù)從主用信道切 換到備用信道）夕卜，還需要有冗余的信道（備用信道）和冗余設(shè)備（備用設(shè)備） 以下是一個(gè)具有自愈功能傳輸網(wǎng)的簡(jiǎn)單例子。廠 爭(zhēng)主*備主信道主信道備信道備信道3. 運(yùn)行維護(hù)方面SDH信號(hào)的幀結(jié)構(gòu)中安排了豐富的用于運(yùn)行維護(hù)（OAM ）功能的開銷字節(jié)，使網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控功能大大加強(qiáng)，也就是說維護(hù)的自動(dòng)化程度大大加強(qiáng)。PDH

17、的信號(hào)中開銷字節(jié)不多，以致于在對(duì)線路進(jìn)行性能監(jiān)控時(shí)，還要通過在線路編碼時(shí)加入冗余比特來完成。以PCM30/32信號(hào)為例，其幀結(jié)構(gòu)中僅有 TS0時(shí)隙和TS16時(shí)隙中的比特是用于 OAM功能。SDH信號(hào)豐富的開銷占用整個(gè)幀所有比特的1/20，大大加強(qiáng)了 OAM功能。這樣就使系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用大大降低，而在通信設(shè)備的綜合成本中，維護(hù)費(fèi)用 占相當(dāng)大的一部分，于是SDH系統(tǒng)的綜合成本要比 PDH系統(tǒng)的綜合成本低, 據(jù)估算僅為PDH系統(tǒng)的65.8% 。4.兼容性SDH有很強(qiáng)的兼容性，這也就意味著當(dāng)組建SDH傳輸網(wǎng)時(shí)，原有的 PDH傳輸網(wǎng)不會(huì)作廢，兩種傳輸網(wǎng)可以共同存在。 也就是說可以用 SDH網(wǎng)傳送PDH 業(yè)

18、務(wù)，另外，異步轉(zhuǎn)移模式的信號(hào)（ATM ）、FDDI信號(hào)等其他體制的信號(hào)也可用SDH網(wǎng)來傳輸。那么SDH傳輸網(wǎng)是怎樣實(shí)現(xiàn)這種兼容性的呢？SDH網(wǎng)中用SDH信號(hào)的基本傳輸模塊（STM-1 ）可以容納PDH的三個(gè)數(shù)字信號(hào)系列和其它的各種體制的 數(shù)字信號(hào)系列一一ATM、FDDI、DQDB等，從而體現(xiàn)了 SDH的前向兼容性 和后向兼容性，確保了 PDH向SDH及SDH向ATM的順利過渡。SDH是怎 樣容納各種體制的信號(hào)呢？很簡(jiǎn)單，SDH把各種體制的低速信號(hào)在網(wǎng)絡(luò)邊界處（例如：SDH/PDH起點(diǎn)）復(fù)用進(jìn) STM-1信號(hào)的幀結(jié)構(gòu)中，在網(wǎng)絡(luò)邊界處（終點(diǎn)）再將它們拆分出來即可，這樣就可以在SDH傳輸網(wǎng)上傳輸各種

19、體制的數(shù)字信號(hào)了。訣竅:在SDH網(wǎng)中，SDH的信號(hào)實(shí)際上起著運(yùn)貨車的功能，它將各種不同體制的信號(hào)（本課程主要是指 PDH信號(hào)）象貨物一樣打成不同大小的 （速率級(jí)別）包， 然后裝入貨車（裝入 STM-N幀中），在SDH的主干道上（光纖上）傳輸。在收端從貨車上卸下打成貨包的貨物（其它體制的信號(hào)），然后拆包封，恢復(fù)出原來體制的信號(hào)。這也就形象地說明了不同體制的低速信號(hào)復(fù)用進(jìn)SDH信號(hào)（STM-N ），在SDH網(wǎng)上傳輸和最后拆分出原體制信號(hào)的全過程。1.3 SDH的缺陷所在凡事有利就有弊，SDH的這些優(yōu)點(diǎn)是以犧牲其他方面為代價(jià)的。1. 頻帶利用率低我們知道有效性和可靠性是一對(duì)矛盾，增加了有效性必將降低

20、可靠性，增加可靠性也會(huì)相應(yīng)的使有效性降低。例如，收音機(jī)的選擇性增加，可選的電臺(tái) 就增多，這樣就提高了選擇性。但是由于這時(shí)通頻帶相應(yīng)的會(huì)變窄，必然會(huì)使音質(zhì)下降，也就是可靠性下降。相應(yīng)的，SDH的一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)是系統(tǒng)的可靠性大大的增強(qiáng)了 （運(yùn)行維護(hù)的自動(dòng)化程度高），這是由于在SDH的信號(hào)STM-N幀中加入了大量的用于OAM功能的開銷字節(jié)， 這樣必然會(huì)使在傳輸同樣多有效信息的情況下，PDH信號(hào)所占用的頻帶（傳輸速率）要比SDH信號(hào)所占用的頻帶（傳輸速率）窄，即PDH信號(hào)所用的速率低。例如： SDH的STM-1信號(hào)可復(fù)用進(jìn) 63個(gè)2Mbit/s或3個(gè)34Mbit/s （相當(dāng)于48 x 2Mbit/s ） 或1個(gè)140Mbit/s （相當(dāng)于64 x 2Mbit/s ）的PDH信號(hào)。只有當(dāng) PDH信號(hào)是 以140Mbit/s的信號(hào)復(fù)用進(jìn)STM-1信號(hào)的幀時(shí)，STM-1信號(hào)才能容納64 x 2Mbit/s的信息量，但此時(shí)它的信號(hào)速率是155Mbit/s，速率要高于PDH同樣信息容量的E4信號(hào)（140Mbit/s ），也就是說STM-1所占用的傳輸頻帶要大 于PDH E4信號(hào)的傳輸頻帶（二者的信息容量是一樣的