6.1同步數(shù)字體系概述6.2SDH的速率和幀結(jié)構(gòu)6.3同步復(fù)用與映射6.4SDH傳送網(wǎng)結(jié)構(gòu)6.5SDH在微波與衛(wèi)星通信中的應(yīng)用

6.1.1同步數(shù)字體系的概念

同步數(shù)字體系(ＳynchronousDigitalHierarchy,

SDH)是一種全新的技術(shù)體制。這一概念最初是由美國貝爾通信研究所提出來的，并稱之為同步光網(wǎng)絡(luò)(SONET)，國際電信聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)部(ITU-T)的前身國際電報電話咨詢委員會(CCITT)于1988年接受了同步光網(wǎng)絡(luò)的概念，并重新命名為同步數(shù)字體系，使之成為不僅適用于光纖，也適用于微波和衛(wèi)星傳輸?shù)耐ㄓ眉夹g(shù)體制。6.1同步數(shù)字體系概述

1.準(zhǔn)同步數(shù)字體系的不足

現(xiàn)在的準(zhǔn)同步數(shù)字體系PDH傳輸體制已不能適應(yīng)現(xiàn)代通信網(wǎng)的發(fā)展要求，其缺點主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

(1)只有地區(qū)性數(shù)字信號速率和幀結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)而沒有世界性標(biāo)準(zhǔn)。

(2)通信線路中途上下話路困難。

(3)準(zhǔn)同步數(shù)字體系的復(fù)接設(shè)備復(fù)雜。

(4)在準(zhǔn)同步數(shù)字體系的幀結(jié)構(gòu)中，管理維護(hù)用的信息比特少，不利于電信網(wǎng)向高度靈活、動態(tài)和智能化的方向發(fā)展。

2.同步數(shù)字體系的概念

同步數(shù)字體系是一種傳輸體制，或者說是一種傳輸手段，它由一些網(wǎng)絡(luò)單元(NE)組成，在光纖上進(jìn)行同步信息傳輸、復(fù)用、分插和交叉連接的網(wǎng)絡(luò)。

SDH的特點體現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)采用全世界統(tǒng)一的傳輸體系及網(wǎng)絡(luò)節(jié)點接口(NNI)，既可復(fù)用2Mb/s系列信號，又可復(fù)用1.5Mb/s系列信號，使兩大PDH系列在STM-1中得到統(tǒng)一，便于實現(xiàn)國際互通，也便于順利地從PDH向SDH過渡，實現(xiàn)了與現(xiàn)有的PDH網(wǎng)絡(luò)完全兼容。

(2)SDH網(wǎng)有一套標(biāo)準(zhǔn)化的信息結(jié)構(gòu)等級，稱為同步傳遞模塊STM-N。

(3)SDH網(wǎng)具有一種塊狀幀結(jié)構(gòu)，允許安排豐富的開銷比特(即比特流中除去信息凈負(fù)荷后的剩余部分，約占信號的5％)用于網(wǎng)絡(luò)的運行、管理和維護(hù)(OAM)，提高了網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)管理能力。

(4)SDH網(wǎng)有一套特殊的復(fù)用結(jié)構(gòu)，可以兼容PDH的不同傳輸速率，現(xiàn)存準(zhǔn)同步數(shù)字體系(PDH)、同步數(shù)字體系和寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(B-ISDN)的信號都能納入其幀結(jié)構(gòu)中傳輸，即具有兼容性和廣泛的適應(yīng)性。

(5)SDH網(wǎng)有標(biāo)準(zhǔn)的光接口，即允許不同廠家的設(shè)備在光路上互通，實現(xiàn)橫向兼容。

(6)靈活的分插功能。

(7)SDH采用指針調(diào)整技術(shù)，有效地避免了同步傳輸時因網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間時針差異所產(chǎn)生的“滑碼”現(xiàn)象，避免了因幀調(diào)整過程所產(chǎn)生的信號時延。

(8)SDH具有強大的自愈能力、網(wǎng)絡(luò)生存能力和網(wǎng)管能力。

SDH特點中最主要的是同步復(fù)用、標(biāo)準(zhǔn)光接口和強大的網(wǎng)絡(luò)管理能力。6.1.2SDH的關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備

SDH有以下三種關(guān)鍵技術(shù)。

1.差錯控制編碼技術(shù)

差錯控制編碼又稱為信道編碼，是提高數(shù)字傳輸可靠性的一種技術(shù)。

2.自適應(yīng)均衡技術(shù)

在SDH微波接收設(shè)備中，一般先使用頻域均衡器，然后接基帶時域均衡器。

3.自動發(fā)信功率控制技術(shù)(ATPC)

ATPC技術(shù)的要點是：微波發(fā)信機的輸出功率在ATPC的控制范圍內(nèi)可以自動地隨接收電平的變化而變化，即ATPC技術(shù)可以根據(jù)收信機的收信電平而自動調(diào)整發(fā)信電平，以克服電波衰落的影響。

SDH的設(shè)備一般可分為三類，即交換設(shè)備、傳送設(shè)備和接入設(shè)備。6.2.1網(wǎng)絡(luò)節(jié)點接口

一個電信傳輸網(wǎng)主要由兩種基本設(shè)備構(gòu)成，即傳輸設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點接口如圖6.1所示，它有兩種含義：(1)接口代表了兩種設(shè)備連接時要遵從的協(xié)議和實現(xiàn)連接的方案，稱為邏輯接口。

(2)接口是設(shè)備連接所需的電路，稱為物理接口。

SDH網(wǎng)的節(jié)點接口(NNI)是前者。NNI規(guī)范了接口速率和信號幀結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點接口示意圖見圖6.1。6.2SDH的速率和幀結(jié)構(gòu)圖6.1網(wǎng)絡(luò)節(jié)點接口6.2.2SDH的速率

SDH具有統(tǒng)一規(guī)范的速率。SDH信號以同步傳送模塊(STM)的形式傳輸。STM是一種用以支持SDH內(nèi)的段層連接的信息結(jié)構(gòu)，它由信息凈負(fù)荷、段開銷(SOH)和AU指針構(gòu)成，組織成塊狀幀結(jié)構(gòu)。

ITU-T所規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)速率值如表6.1所示。SDH信號最基本的同步傳送模塊是STM-1。6.2.3SDH的幀結(jié)構(gòu)

SDH的幀結(jié)構(gòu)必須適應(yīng)同步數(shù)字復(fù)用、交叉連接和交換的功能，同時也希望支路信號在一幀中有規(guī)律地均勻分布

，以便接入和取出。ITU-T最終采納了一種以字節(jié)為單位的矩形塊狀(或稱頁狀)幀結(jié)構(gòu)，如圖6.2所示。圖6.2矩形塊狀幀結(jié)構(gòu)

STM-N由270個9行N列的矩陣組成，即幀長度為270×9×N個字節(jié)，幀周期為125μs。

比如STM-1，由270個9行1列的矩陣組成，幀長度=270×9＝2430byte=19440bit，幀周期為125μs，由此可算出其速率為270×9×8／125／10-6=155.520Mb/s。

每一幀中字節(jié)的傳輸順序是自上而下，由左向右，好像是電視信號的同步掃描。行的寬度是270×9(字節(jié))，列寬為9行。

1)段開銷(SOH)區(qū)域

段開銷(SectionOverhead)是指STM幀結(jié)構(gòu)中為了保證信息凈負(fù)荷正確靈活地傳送所必須附加的供網(wǎng)絡(luò)運行、管理和維護(hù)(OAM)使用的字節(jié)。

2)信息凈負(fù)荷(Payload)區(qū)域

信息凈負(fù)荷區(qū)域是幀結(jié)構(gòu)中存放各種用戶信息碼塊的地方，也存放少量用于通道性能的監(jiān)視、管理和控制的通道開銷(POH)字節(jié)。

3)管理單元指針(AU-PTR)區(qū)域

管理單元指針區(qū)域存放指針字節(jié)，主要用來指示信息凈負(fù)荷的第一個字節(jié)在STM-N幀內(nèi)的準(zhǔn)確位置，使接收端正確地進(jìn)行信息分解。6.2.4開銷的類型和功能

SDH幀結(jié)構(gòu)中安排有兩個類型不同的開銷，即段開銷(SOH)和通道開銷(POH)。段開銷是幀結(jié)構(gòu)中附加的供網(wǎng)絡(luò)運行、管理和維護(hù)使用的字節(jié)。

1.段開銷SOH

1)段開銷的安排

SOH中包含定幀信息、用于維護(hù)與性能監(jiān)視的信息以及其他操作功能。各種不同SOH字節(jié)在STM-1幀內(nèi)的安排如圖6.

3所示。圖6.3STM-1幀內(nèi)SOH字節(jié)的安排

2)SOH字節(jié)的功能

(1)幀定位字節(jié)A1和A2。

SOH中的A1和A2字節(jié)可用來識別幀的起始位置。A1為11110110，A2為00101000。

(2)再生段蹤跡字節(jié)J0。

該字節(jié)被用來重復(fù)地發(fā)送段接入點標(biāo)識符，以便使段接收機能據(jù)此確認(rèn)其是否與指定的發(fā)射機處于持續(xù)連接狀態(tài)。

(3)數(shù)據(jù)通信通路(DCC)D1～D12。

(4)公務(wù)字節(jié)E1和E2。

E1和E2兩個字節(jié)用來提供公務(wù)聯(lián)絡(luò)語音通路。

(5)使用者通路F1。

(6)比特間插奇偶檢驗8位碼(BIP-8)B1。B1字節(jié)用做再生段誤碼監(jiān)測。

(7)比特間插奇偶檢驗24位碼(BIP-N×24)字節(jié)B2。(8)自動保護(hù)倒換(APS)通路字節(jié)K1、K2。兩個字節(jié)用做自動保護(hù)倒換(APS)信令。

(9)復(fù)用段遠(yuǎn)端失效指示(MS-RDI)字節(jié)K2。

(10)同步狀態(tài)字節(jié)S1。

S1字節(jié)的第5～8比特用于傳送四種同步狀態(tài)信息，可表示16種不同的同步質(zhì)量等級。

(11)復(fù)用段遠(yuǎn)端差錯指示(MS-REI)M1。

(12)與傳輸媒質(zhì)有關(guān)的字節(jié)△。

(13)備用字節(jié)××。

其他模塊如STM-N(N=4，16，64)段開銷字節(jié)的安排由于N的不同，SOH字節(jié)在空間中的位置也不同，但SOH字節(jié)的種類和功能是相同或相近的。

2.通道開銷POH

通道開銷分為低階通道開銷和高階通道開銷。

高階通道開銷HPOH主要包括通道追蹤字節(jié)、通道字節(jié)、信號標(biāo)記字節(jié)、通道狀態(tài)指示字節(jié)、通道用戶字節(jié)和TU位置指示字節(jié)。

低階通道開銷LPOH主要包括通道狀態(tài)和信號標(biāo)記字節(jié)、通道蹤跡字節(jié)、網(wǎng)絡(luò)操作者字節(jié)、保留比特、備用比特和自動保護(hù)倒換APS通道。6.3.1復(fù)用單元

1.SDH的一般復(fù)用結(jié)構(gòu)

SDH的一般復(fù)用結(jié)構(gòu)如圖6.4所示。

圖6.4所示是由一些基本復(fù)用單元組成的有若干中間復(fù)用步驟的復(fù)用結(jié)構(gòu)。各種業(yè)務(wù)信號復(fù)用進(jìn)STM-N幀的過程都要經(jīng)歷映射(mapping)、定位(aligning)和復(fù)用(multiplexing)三個步驟。采用指針調(diào)整定位技術(shù)取代125μs緩存來校正支路頻差和實現(xiàn)相位對準(zhǔn)，是復(fù)用技術(shù)的一項重大革新。6.3同步復(fù)用與映射圖6.4SDH的一般復(fù)用結(jié)構(gòu)

2.復(fù)用單元

SDH的基本復(fù)用單元包括標(biāo)準(zhǔn)容器C、虛容器VC、支路單元TU、支路單元組TUG、管理單元AU和管理單元組AUG。1)標(biāo)準(zhǔn)容器C

容器是一種用來裝載各種速率的業(yè)務(wù)信號的信息結(jié)構(gòu)，主要完成適配功能(例如速率調(diào)整)，以便讓那些最常用的準(zhǔn)同步數(shù)字體系信號能夠進(jìn)入數(shù)目有限的標(biāo)準(zhǔn)容器。C12復(fù)幀結(jié)構(gòu)和字節(jié)安排如圖6.5所示。圖6.5C12復(fù)幀結(jié)構(gòu)和字節(jié)安排每格為一個字節(jié)，各個字節(jié)的格式如下：

W=IIIIIIII

Y=RRRRRRRR

G=C1C2OOOORR

M=C1C2RRRRRI

N=S2IIIIIII

其中：I為信息比特；R為塞入比特；O為開銷比特；C1為負(fù)調(diào)整控制比特；S1為負(fù)調(diào)整位置；C2為正調(diào)整控制比特；S2為正調(diào)整位置。

2)虛容器VC

虛容器是用來支持SDH通道層連接的信息結(jié)構(gòu)，它由容器輸出的信息凈負(fù)荷和通道開銷(POH)組成，即

VCn=Cn+VCnPOH

VC的輸出將作為其后接基本單元(TU或AU)的信息凈負(fù)荷。VC的包封速率是與SDH網(wǎng)絡(luò)同步的，因此不同VC是互相同步的，而VC內(nèi)部卻允許裝載來自不同容器的異步凈負(fù)荷。虛容器有5種：VC11、VC12、VC2、VC3和VC4。虛容器可分成低階虛容器和高階虛容器兩類。

3)支路單元TU和支路單元組TUG

TU提供低階通道層和高階通道層之間適配的信息結(jié)構(gòu)，負(fù)責(zé)將低階虛容器經(jīng)支路單元組裝進(jìn)高階虛容器。

支路單元有四種，即TUn(n=11，12，2，3)。TUn由一個相應(yīng)的低階VCn和一個相應(yīng)的支路單元指針(TUnPTR)組成，即

TUn=VCn+TUnPTR

TUnPTR指示VCn凈負(fù)荷起點在TU幀內(nèi)的位置。

在高階VC凈負(fù)荷中固定地占有規(guī)定位置的一個或多個TU的集合即TUG。

4)管理單元AU和管理單元組AUG

AU提供高階通道層和復(fù)用段層之間適配的信息結(jié)構(gòu)，負(fù)責(zé)將高階虛容器經(jīng)管理單元組裝進(jìn)STM-N幀。管理單元有AU3和AU4兩種。AUn(n=3，4)由一個相應(yīng)的高階VCn和一個相應(yīng)的管理單元指針(AUnPTR)組成，即

AUn=VCn+AUnPTR；n=3,4

AUnPTR指示VCn凈負(fù)荷起點在AU幀內(nèi)的位置。6.3.2我國的SDH復(fù)用路線

ITU-T在G.606建議中給出了SDH的復(fù)用結(jié)構(gòu)與過程，由于目前我國采用的是PCM30/32系列的PDH信號，因此，根據(jù)ITU-T的復(fù)用結(jié)構(gòu)，我國的光同步傳輸網(wǎng)技術(shù)體制規(guī)定，以2Mb/s為基礎(chǔ)的PDH系列作為SDH的有效負(fù)荷，并選用AU4復(fù)用路線，其基本復(fù)用映射結(jié)構(gòu)如圖6.6所示。圖6.6我國的基本復(fù)用映射結(jié)構(gòu)6.3.3映射

映射就是將各種速率的G.603支路信號先分別經(jīng)過碼速調(diào)整裝入相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)容器，然后再裝進(jìn)虛容器的過程。

1.映射方式的分類

為了適應(yīng)各種不同的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用情況，映射分為異步、比特同步和字節(jié)同步三種方法以及浮動和鎖定兩種工作模式。1)三種映射方法

(1)異步映射。

(2)比特同步映射。

(3)字節(jié)同步映射。

2)兩種工作模式

(1)浮動VC模式。

浮動VC模式是指VC凈負(fù)荷在TU或AU內(nèi)的位置不固定，并由TU-PTR或AU-PTR指示其起點位置的一種工作模式。(2)鎖定TU模式。

鎖定TU模式是一種信息凈負(fù)荷與網(wǎng)同步并處于TU或AU幀內(nèi)固定位置，因而無需TU-PTR或AU-PTR的工作模式。

2.映射過程

【例6.1】

支路信號復(fù)用映射成STM-N幀的復(fù)用映射過程。圖6.7為139.264Mb/s支路信號復(fù)用映射過程。圖6.7139.264Mb/s支路信號復(fù)用映射過程

(1)首先將標(biāo)稱速率為139.264Mb/s的支路信號裝進(jìn)C4，經(jīng)適配處理后C4的輸出速率為149.760Mb/s。然后加上每幀9字節(jié)的POH(相當(dāng)于576kb/s)后，便構(gòu)成了VC4(150.336Mb/s)，以上過程稱為映射。

(2)VC4與AU4的凈負(fù)荷容量一樣，但速率可能不一致，需要進(jìn)行調(diào)整。AU-PTR的作用就是指明VC4相對AU4的相位，它占有9個字節(jié)，相當(dāng)于容量為576kb/s。于是經(jīng)過AU-PTR指針處理后的AU4的速率為150.912Mb/s，這個過程稱之為定位。

(3)得到的單個AU4直接置入AUG，再由N個AUG經(jīng)單字節(jié)間插并加上段開銷便構(gòu)成了STM-N信號。以上過程稱為復(fù)用。當(dāng)N＝1時，一個AUG加上容量為4.608Mb/s的段開銷后就構(gòu)成了STM-1，其標(biāo)稱速率為155.520Mb/s。裝入后C4的子幀結(jié)構(gòu)如圖6.8所示。圖6.8C4的子幀結(jié)構(gòu)6.3.4復(fù)用與定位

1.定位

定位是一種將幀偏移信息收進(jìn)支路單元或管理單元的過程，即以附加于VC上的支路單元指針(或管理單元指針)指示和確定低階VC幀的起點在TU凈荷中(或高階VC幀的起點在AU凈荷中)的位置，在發(fā)生相對幀相位偏差使VC幀起點浮動時，指針值亦隨之調(diào)整，從而始終保證指針值準(zhǔn)確指示VC幀的起點的過程。

G.609建議的SDH復(fù)用結(jié)構(gòu)中有三種定位過程(參見圖6.4）：

(1)附加于VC12上的TU12PTR指示，以及確定VC12的起點在TU12凈負(fù)荷中位置的過程。

(2)附加于VC3上的TU3PTR指示，以及確定VC3的起點在TU3凈負(fù)荷中的位置的過程。

(3)附加于VC4上的AU4PTR指示，以及確定VC4的起點在AU4凈負(fù)荷中的位置的過程。

2.復(fù)用

復(fù)用過程指以字節(jié)交錯間插方式把多個低階通道層的信號TU組織進(jìn)高階通道VC，或者把多個高階通道層信號AU組織進(jìn)復(fù)用層STM-N的過程。

SDH復(fù)用結(jié)構(gòu)參見圖6.4。

定位(指針調(diào)整)過程：VC12加上TU12PTR構(gòu)成TU12。圖6.9為N個AUG復(fù)用進(jìn)STM-N幀示意圖。圖6.9將N個AUG復(fù)用進(jìn)STM-N幀

【例6.2】3個TU12復(fù)用進(jìn)TUG2和7個TUG2復(fù)用進(jìn)TUG3的復(fù)用字節(jié)安排如圖6.10所示；3個TUG3復(fù)用進(jìn)VC4如圖6.11所示。圖6.10復(fù)用字節(jié)安排1圖6.11復(fù)用字節(jié)安排26.4.1傳送網(wǎng)的概念

傳送網(wǎng)用來描述信息傳遞的過程，是信息傳遞的邏輯功能集合，是完成傳送功能的手段和方法，即邏輯功能意義上的網(wǎng)絡(luò)。

傳輸網(wǎng)用來實現(xiàn)信息信號通過具體物理媒質(zhì)傳輸?shù)奈锢磉^程，是實際設(shè)備組成的網(wǎng)絡(luò)。

SDH網(wǎng)是一種傳送網(wǎng)，它為交換局之間提供高速高質(zhì)量的數(shù)字傳送能力。6.4SDH傳送網(wǎng)結(jié)構(gòu)

1.一般SDH網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

一般SDH網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖6.12所示。

2.我國的SDH網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

我國的SDH網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如下：

1)第一級干線

2)第二級干線

3)第三級干線

4)第四級干線圖6.12一般SDH網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)我國的SDH網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有以下幾個特點：

(1)具有四個相對獨立而又綜合一體的層面；

(2)簡化了網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計；

(3)適應(yīng)現(xiàn)行行政管理體制；

(4)各個層面可獨立實現(xiàn)最佳化；

(5)具有體制和規(guī)劃的統(tǒng)一性、完整性和先進(jìn)性。6.4.2SDH傳送網(wǎng)分層模型

1.SDH傳送網(wǎng)分層模型

SDH傳送網(wǎng)由兩個相互獨立的傳送網(wǎng)絡(luò)層(即層網(wǎng)絡(luò))構(gòu)成，即通道層和傳輸媒質(zhì)層。下一層為上一層提供服務(wù)，而通道層又為上級層網(wǎng)絡(luò)(電路層)提供服務(wù)。

每一層網(wǎng)絡(luò)可在水平方向上按照其內(nèi)部結(jié)構(gòu)分割為若干部分，因而分層與分割的關(guān)系是相互正交的。

SDH傳送網(wǎng)分層模型見圖6.13所示。圖6.13SDH傳送網(wǎng)分層模型

1)電路層網(wǎng)絡(luò)

電路層網(wǎng)絡(luò)面向公用交換業(yè)務(wù)，其設(shè)備包括提供各種電話、數(shù)據(jù)交換業(yè)務(wù)的交換機和用于租用線業(yè)務(wù)的交叉連接設(shè)備。它們的輸出為速率固定的數(shù)據(jù)流。

2)通道層網(wǎng)絡(luò)

通道層又分為高階通道層和低階通道層。

3)傳輸媒質(zhì)層網(wǎng)絡(luò)

傳輸媒質(zhì)層網(wǎng)絡(luò)與傳輸媒質(zhì)(光纜或無線)有關(guān)，它支持一個或多個通道層網(wǎng)絡(luò)，為通道層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(例如DXC)提供合適的通道容量。

(1)段層網(wǎng)絡(luò)。

段層網(wǎng)絡(luò)又可以進(jìn)一步分為復(fù)用段層網(wǎng)絡(luò)和再生段層網(wǎng)絡(luò)。

(2)物理媒質(zhì)層網(wǎng)絡(luò)。

物理媒質(zhì)層網(wǎng)絡(luò)是指那些能夠為通道層網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)的、能夠以光電脈沖形式完成比特傳送功能的網(wǎng)絡(luò)，它與段開銷無關(guān)。

2.SDH傳送網(wǎng)的基本物理拓?fù)?/p>

網(wǎng)絡(luò)的物理拓?fù)浞褐妇W(wǎng)絡(luò)的形狀，即網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和傳輸線路的幾何排列，它反映了物理上的連接。

1)線形

將通信網(wǎng)絡(luò)中的所有點一一串聯(lián)，而使首尾兩點開放，這就形成了線性拓?fù)?，有時也稱為鏈形。線形結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D如圖6.14所示。圖6.14線形結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D

2)星形

星形拓?fù)浼赐ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)中某一特殊點(主節(jié)點)與其他各點直接相連，而其他各點間不能直接連接。星形結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D如圖6.15所示。圖6.15星形結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D

3)樹形

樹形拓樸結(jié)構(gòu)是由星形結(jié)構(gòu)和線形結(jié)構(gòu)組合而成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。所謂樹形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，是指將點到點拓?fù)鋯卧哪┒它c連接到幾個樞紐點的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖6.16所示。通常在這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，連接三個以上方向的節(jié)點應(yīng)設(shè)置DXC，其他節(jié)點可設(shè)置TM或ADM。圖6.16樹形結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)適合于廣播式業(yè)務(wù)，而不利于提供雙向通信業(yè)務(wù)，同時也存在樞紐點可靠性不高和光功率預(yù)算問題，但這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)仍在長途網(wǎng)中使用。

4)環(huán)形

環(huán)形拓?fù)鋵嶋H上就是將線形拓?fù)涞氖孜仓g再相互連接，而且任何一點都不對外開放，構(gòu)成一個封閉環(huán)路的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖6.17所示。圖6.17環(huán)形結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的一次性投資要比線形網(wǎng)絡(luò)大，但其結(jié)構(gòu)簡單，而且當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，具有自愈功能，即系統(tǒng)可以自動地進(jìn)行環(huán)回倒換處理，排除故障網(wǎng)元，而無需人為地干涉就可恢復(fù)業(yè)務(wù)的功能。

5)網(wǎng)孔形

當(dāng)涉及通信的許多點直接互相連接時就形成了網(wǎng)孔拓?fù)?，若所有的點都彼此連接即稱為理想的網(wǎng)孔形拓?fù)?網(wǎng)形網(wǎng))，如圖6.18所示。圖6.18網(wǎng)孔形結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D6.4.3SDH傳輸網(wǎng)及網(wǎng)絡(luò)單元

1.SDH網(wǎng)絡(luò)單元

SDH的設(shè)備一般可分為三類，即交換設(shè)備、傳送設(shè)備和接入設(shè)備。

交換設(shè)備包括交換機和ATM設(shè)備；傳送設(shè)備由一些基本網(wǎng)絡(luò)單元組成，主要有同步光纜線路系統(tǒng)、終端復(fù)用器(TM)、分插復(fù)用器(ADM)、再生中繼器(REG)和同步數(shù)字交叉連接設(shè)備(SDXC)；接入設(shè)備包括數(shù)字環(huán)路載波系統(tǒng)、寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)以及光纖分布式數(shù)據(jù)接口等。SDH的基本網(wǎng)絡(luò)單元如圖6.19所示，圖中TR是支路信號。圖6.19SDH的基本網(wǎng)絡(luò)單元

1)終端復(fù)用器TM

SDH網(wǎng)中的終端復(fù)用器可以一次完成復(fù)用功能，并進(jìn)行電-光轉(zhuǎn)換，然后將光信號送入光纖。

TM的作用如下：

(1)在發(fā)送端能將各PDH支路信號復(fù)用進(jìn)STM-N幀結(jié)構(gòu)，在接收端進(jìn)行分接。

(2)在發(fā)送端將若干個STM-N信號復(fù)用為一個STM-M(M＞N)信號(例如將四個STM-1復(fù)用成一個STM-4)，在接收端將一個STM-M信號分成若干個STM-N(M＞N)信號。

(3)TM還具備電-光(光-電)轉(zhuǎn)換功能。

2)分插復(fù)用器ADM

ADM位于SDH網(wǎng)的沿途，主要作用是從主信號碼流中靈活地分出一些支路信號或插入另外一些支路信號。

STM-1終端及分插復(fù)用器示意圖見圖6.20所示。圖6.20STM-1終端及分插復(fù)用器示意圖圖6.21采用ADM的環(huán)形網(wǎng)ADM的功能如下：

(1)具有支路-群路的連接能力。

(2)具有群路-群路(即直通)的連接能力。

(3)可以具有數(shù)字交叉連接功能，即將DXC功能融于ADM中。

(4)可以用于環(huán)形網(wǎng)中，如圖6.21所示。

3)數(shù)字交叉連接設(shè)備(SDXC)

SDH數(shù)字交叉連接設(shè)備(SDXC)是SDH網(wǎng)的重要網(wǎng)絡(luò)單元，是進(jìn)行傳輸網(wǎng)有效管理，實現(xiàn)可靠的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)/恢復(fù)以及自動化配線和監(jiān)控的重要手段。

SDXC是一種具有一個或多個PDH(G.602)或SDH(G.606)信號端口并至少可以對任何端口速率(和／或其子速率信號)與其他端口速率(和／或其子速率信號)進(jìn)行可控連接和再連接的設(shè)備。

DXC的簡化結(jié)構(gòu)如圖6.22所示。圖6.22DXC的簡化結(jié)構(gòu)

SDXC設(shè)備與相應(yīng)的網(wǎng)管系統(tǒng)配合，可支持復(fù)用功能、網(wǎng)絡(luò)管理、業(yè)務(wù)匯集、業(yè)務(wù)疏導(dǎo)、網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)、傳輸設(shè)備管理、保護(hù)倒換、通道監(jiān)視、測試接入等功能。

SDXC的構(gòu)成方框圖如圖6.23所示。圖6.23SDXC構(gòu)成方框圖

2.常見的SDH網(wǎng)結(jié)構(gòu)

常見的SDH網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖6.24所示。圖6.24常見的SDH網(wǎng)結(jié)構(gòu)(a)點對點；(2)線形；(c)環(huán)形；(d)網(wǎng)孔形6.4.4SDH的自愈網(wǎng)

1.自動線路保護(hù)倒換

自動線路保護(hù)倒換是最簡單的自愈形式，其基本原理是當(dāng)出現(xiàn)故障時，由工作通道(主用)倒換到保護(hù)能道(備用)，使用戶業(yè)務(wù)得以繼續(xù)傳送。其結(jié)構(gòu)有兩種，即1+1結(jié)構(gòu)和1∶n結(jié)構(gòu)。

1)1+1結(jié)構(gòu)

在圖6.25中給出了1+1線路保護(hù)倒換結(jié)構(gòu)，從圖中可以看出，由于發(fā)送端是永久地與主用、備用信道相連接的，因此STM-N信號可以同時在主用信道和備用信道中傳輸，在接收端，其MSP(復(fù)用段保護(hù)功能)同時對所接收到的來自主、備用信道的STM-N信號進(jìn)行監(jiān)視。正常工作情況下，選擇來自主用信道的信號作為輸出信號。一旦主用信道出現(xiàn)故障，則MSP會自動從備用信道中選取信號作為接收信號。圖6.251+1線路保護(hù)倒換結(jié)構(gòu)

2)1∶n結(jié)構(gòu)

在圖6.26中給出1∶n線路保護(hù)倒換結(jié)構(gòu)。從圖中可以看出，在1∶n結(jié)構(gòu)中，備用信道由多個主用信道共享，一般n的取值范圍為1～14。圖6.26

1∶n線路保護(hù)倒換結(jié)構(gòu)

3)線路保護(hù)倒換的特點

(1)業(yè)務(wù)恢復(fù)時間很快，可短于50ms。

(2)若工作段和保護(hù)段屬同纜復(fù)用(即主用和備用光纖在同一纜芯內(nèi))，則有可能導(dǎo)致工作段(主用)和保護(hù)段(備用)同時因意外故障而被切斷，此時保護(hù)方式失去作用。

2.環(huán)路保護(hù)

1)自愈環(huán)結(jié)構(gòu)方式的分類

自愈環(huán)結(jié)構(gòu)方式大致分類如圖6.27所示。圖6.27自愈環(huán)結(jié)構(gòu)方式的分類

(1)按照自愈環(huán)結(jié)構(gòu)來劃分，可分為通道倒換環(huán)和復(fù)用段倒換環(huán)。

(2)按照進(jìn)入環(huán)的支路信號和由分路節(jié)點返回的支路信號方向是否相同來劃分，可分為單向環(huán)和雙向環(huán)兩種。

(3)按照一對節(jié)點之間所用光纖的最小數(shù)量來劃分，可分為二纖環(huán)和四纖環(huán)。顯而易見，前者是指節(jié)點間采用兩根光纖傳輸信號，而后者則采用四根光纖。

2)二纖單向通道倒換環(huán)

二纖單向通道倒換環(huán)的結(jié)構(gòu)如圖6.28(a)所示。圖6.28二纖單向通道倒換環(huán)結(jié)構(gòu)由圖可見，它采用1+1保護(hù)方式。當(dāng)信息由A節(jié)點插入時，一路由主用光纖S1攜帶經(jīng)B節(jié)點到達(dá)C節(jié)點，另一路由備用光纖P1攜帶經(jīng)D節(jié)點到達(dá)C節(jié)點，這樣在C節(jié)點同時從主用光纖S１和備用光纖P1中分離出所傳送的信息，再按分路通道信號的優(yōu)劣決定選哪一路信號作為接收信號。

若B、C節(jié)點間出現(xiàn)斷纖故障，則結(jié)構(gòu)如圖6.28(b)所示。

3)二纖雙向通道倒換環(huán)

圖6.29(a)給出了二纖雙向通道倒換環(huán)的結(jié)構(gòu)。在二纖雙向通道倒換環(huán)上既可以采用1+1保護(hù)方式，也可以采用1∶1保護(hù)方式。正常工作情況下，可利用保護(hù)通道傳輸一些額外的保護(hù)級別較低的業(yè)務(wù)量，從而提高系統(tǒng)利用率。但在出現(xiàn)故障時(最壞情況是B、C節(jié)點之間的兩根光纖同時出現(xiàn)斷纖故障，如圖6.29(b)所示)，則啟動倒換開關(guān)從主用通道轉(zhuǎn)向保護(hù)通道，這樣信號可以通過保護(hù)通道進(jìn)行傳輸。圖6.29二纖雙向通道倒換環(huán)結(jié)構(gòu)

4)二纖單向復(fù)用段倒換環(huán)

圖6.30給出了二纖單向復(fù)用段倒換環(huán)的結(jié)構(gòu)，圖中以節(jié)點A和C之間的信息傳遞為例，說明其工作原理,(a)圖為正常工作情況，(b)圖為當(dāng)B、C節(jié)點之間兩根光纖同時出現(xiàn)斷纖故障時的情況。圖6.30二纖單向復(fù)用段倒換環(huán)結(jié)構(gòu)

5)二纖雙向復(fù)用段倒換環(huán)

二纖雙向復(fù)用段倒換環(huán)結(jié)構(gòu)如圖6.31所示。圖中以A、C節(jié)點間的信息傳遞為例，說明其工作原理，(a)圖為正常工作情況，(b)圖為當(dāng)B、C節(jié)點之間兩根光纖同時出現(xiàn)斷纖故障時的情況。圖6.31二纖雙向復(fù)用段倒換環(huán)結(jié)構(gòu)

6)四纖雙向復(fù)用段倒換環(huán)

四纖雙向復(fù)用段倒換環(huán)的結(jié)構(gòu)如圖6.32所示。同樣地，以A、C節(jié)點間的信息傳遞為例，說明其工作原理，

(a)圖為正常工作情況，(b)圖為B、C節(jié)點之間四根光纖同時出現(xiàn)斷纖故障時的情況。圖6.32四纖雙向復(fù)用段倒換環(huán)結(jié)構(gòu)

3.DXC保護(hù)

DXC保護(hù)主要是指利用DXC設(shè)備在網(wǎng)孔形網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行保護(hù)的方式。采用DXC為節(jié)點的保護(hù)方式示意圖如圖6.33所示。

4.混合保護(hù)

所謂混合保護(hù)，是采用環(huán)形網(wǎng)保護(hù)和DXC保護(hù)相結(jié)合的方式，這樣可以取長補短，大大增加網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)能力。混合保護(hù)結(jié)構(gòu)如圖6.34所示。圖6.33采用DXC為節(jié)點的保護(hù)圖6.34混合保護(hù)結(jié)構(gòu)

5.各種自愈網(wǎng)的比較

(1)線路保護(hù)倒換方式(采用路由備用線路)配置容易，網(wǎng)絡(luò)管理簡單，而且恢復(fù)時間很短(50ms以內(nèi))，但缺點是成本較高，主要適用于兩點間有穩(wěn)定的大業(yè)務(wù)量的點到點應(yīng)用場合。

(2)環(huán)形網(wǎng)結(jié)構(gòu)具有很高的生存性，發(fā)生故障后網(wǎng)絡(luò)的恢復(fù)時間很短(一般小于50ms)，具有良好的業(yè)務(wù)量疏導(dǎo)能力，在簡單網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錀l件下，環(huán)形網(wǎng)絡(luò)成本要比DXC低很多，環(huán)形網(wǎng)主要適用于用戶接入網(wǎng)和局間中繼網(wǎng)。

(3)DXC保護(hù)同樣具有很高的生存性，但在同樣的網(wǎng)絡(luò)生存性條件下所需附加的空閑容量遠(yuǎn)小于網(wǎng)形網(wǎng)。DXC保護(hù)最適于高度互連的網(wǎng)孔形拓?fù)洹?/p>

(4)混合保護(hù)網(wǎng)的可靠性和靈活性較高，而且可以減小對DXC的容量要求，降低DXC失效的影響，改善了網(wǎng)絡(luò)的生存性，另外環(huán)的總?cè)萘坑伤械慕粨Q局共享。6.4.5網(wǎng)同步、SDH網(wǎng)同步結(jié)構(gòu)和同步方式

1.網(wǎng)同步

所有數(shù)字網(wǎng)都要實現(xiàn)網(wǎng)同步。所謂網(wǎng)同步，是使網(wǎng)中所有交換節(jié)點的時鐘頻率和相位保持一致(或者說所有交換節(jié)點的時鐘頻率和相位都控制在預(yù)先確定的容差范圍內(nèi))，以便使網(wǎng)內(nèi)各交換節(jié)點的全部數(shù)字流實現(xiàn)正確有效的交換。

圖6.35為數(shù)字網(wǎng)寫入/讀出示意圖。圖6.35數(shù)字網(wǎng)寫入/讀出示意圖

(1)若寫入速率大于讀出速率，將會造成存儲器溢出，致使輸入信息比特丟失(即漏讀)，如圖6.36(a)所示。

(2)若寫入速率小于讀出速率，則可能會造成某些比特被讀出兩次，即重復(fù)讀出(重讀)，如圖6.36(b)所示。圖6.36漏讀、重讀現(xiàn)象示意圖

2.SDH網(wǎng)同步結(jié)構(gòu)

1)局間應(yīng)用

局間同步時鐘分配采用樹形結(jié)構(gòu)，使SDH網(wǎng)內(nèi)所有節(jié)點都能同步。各級時鐘間的關(guān)系如圖6.37所示。圖6.37局間分配的同步網(wǎng)結(jié)構(gòu)

2)局內(nèi)應(yīng)用

所有網(wǎng)元時鐘都直接從本局內(nèi)最高質(zhì)量的時鐘——綜合定時供給系統(tǒng)(BITS)獲取。

綜合定時供給系統(tǒng)也稱通信樓綜合定時供給系統(tǒng)，屬于受控時鐘源。

3.同步方式

SDH網(wǎng)同步有四種工作方式。

(1)同步方式：指在網(wǎng)中的所有時鐘都能最終跟蹤到同一個網(wǎng)絡(luò)的基準(zhǔn)主時鐘。

(2)偽同步方式:是在網(wǎng)中有幾個都遵守G.811建議要求的基準(zhǔn)主時鐘，它們具有相同的標(biāo)稱頻率，但實際頻率仍略有差別。

(3)準(zhǔn)同步方式:

是指當(dāng)同步網(wǎng)中有一個或多個時鐘的同步路徑或替代路徑出現(xiàn)故障時，失去所有外同步鏈路的節(jié)點時鐘，進(jìn)入保持模式或自由運行模式工作。

(4)異步方式：

指網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)很大的頻率偏差(即異步的含義)，時鐘精度達(dá)不到ITU-TG.81S所規(guī)定的數(shù)值時，SDH網(wǎng)不再維持業(yè)務(wù)，而將發(fā)送AIS告警信號。

網(wǎng)同步的方式有很多種，其具體實施有以下兩種方式。

1)主從同步方式

目前各國公用網(wǎng)中交換節(jié)點時鐘的同步主要采用主從同步方式。

所謂主從同步方式，是指在網(wǎng)內(nèi)某一主交換局設(shè)置高精度、高穩(wěn)定度的時鐘源(稱為基準(zhǔn)主時鐘或基準(zhǔn)時鐘)，并以其為基準(zhǔn)時鐘，通過樹狀結(jié)構(gòu)的時鐘分配網(wǎng)傳送到(分配給)網(wǎng)內(nèi)其他各交換局。主從同步方式示意圖如圖6.38所示。圖6.38主從同步方式由于主時鐘到各站的傳輸線路長度不等，會在各站產(chǎn)生不同的時延，因此必須在各個站(交換局)設(shè)置時延調(diào)整電路。一般采用鎖相技術(shù)將本局時鐘頻率和相位鎖定在基準(zhǔn)主時鐘上，使全網(wǎng)各交換節(jié)點時鐘都與基準(zhǔn)主時鐘同步。

目前公用網(wǎng)中實際使用的主時鐘主要有銫原子鐘、石英晶體振蕩器和銣原子鐘三種類型。在主從同步方式中，節(jié)點從時鐘有三種工作模式：正常工作模式、保持模式和自由運行模式。主從同步方式一般采用等級制，目前ITU-T將時鐘劃分為四級，如表6.2所示。表6.2ITU-T的時鐘劃分

2)相互同步方式

相互同步方式指各站之間相互同步，協(xié)調(diào)它們的基準(zhǔn)時鐘。相互同步方式各站相互牽連，如圖6.39所示。圖6.39相互同步方式6.5.1STM-1微波幀結(jié)構(gòu)

MLCM微波幀結(jié)構(gòu)是在原STM-1幀結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加了用于糾錯編碼、微波公務(wù)、旁路業(yè)務(wù)和系統(tǒng)控制的附加微波開銷。

1.附加微波開銷[HT5SS](RFCOH)

用于多級編碼64QAM和128QAM的STM-1的微波幀附加開銷如圖6.40所示。6.5SDH在微波與衛(wèi)星通信中的應(yīng)用圖6.40微波幀附加開銷

2.微波幀結(jié)構(gòu)

微波幀結(jié)構(gòu)示意圖如圖6.41所示，它是將每一幀的微波附加開銷和原有STM-1幀數(shù)據(jù)排列組合成一個共6行的方陣復(fù)幀，每行包含3.564kb，每一個復(fù)幀又可分為兩個子幀，其寬度為1.776kb，它是由148個碼字構(gòu)成的，每個碼字的寬度為12bit，其中包括二級糾錯編碼監(jiān)督位C1和C2，通常第一級使用卷積碼，第二級使用奇偶校驗碼。在一個復(fù)幀中總共用1480bit作為多級糾錯編碼監(jiān)督位，因而MLCM的速率為11.84Mb/s。在一個復(fù)幀中，除上述兩個子幀外，每行還