光传输系统基本知识

徐州太守

光传输系统基本知识

一、SDH基本知识

（一）SDH的概念

SDH，即同步数字体系，根据ITU-T的建议定义，是为不同速率的数字信号的传输提供相应等级的信息结构，包括复用方法和映射方法，以及相关的同步方法组成的一个技术体制。

（二）SDH的帧结构

SDH帧一个STM-N帧有9行，每行由270×N个字节组成。每帧共有9×270×N个字节， 每字节为8 bit。 帧周期为125 μs， 即每秒传输8000帧。对于STM1 而言，传输速率为9×270×8×8000=155.520 Mb/s。字节发送顺序为：由上往下逐行发送，每行先左后右。

SDH帧大体可分为三个部分：

（1）信息净负荷（payload）是在STM-N帧结构中存放将由STM-N传送的各种用户信息码块的地方。信息净负荷区相当于STM-N这辆运货车的车箱，车箱内装载的货物就是经过打包的低速信号——待运输的货物。为了实时监测货物（打包的低速信号）在传输过程中是否有损坏，在将低速信号打包的过程中加入了监控开销字节——通道开销（POH）字节。POH作为净负荷的一部分与信息码块一起装载在STM-N这辆货车上在SDH网中传送，它负责对打包的货物（低阶通道）进行通道性能监视、管理和控制。

（2）段开销（SOH）是为了保证信息净负荷正常传送所必须附加的网络运行、管理和维护（OAM）字节。例如段开销可进行对STM-N这辆运货车中的所有货物在运输中是否有损坏进行监控，而通道开销（POH）的作用是当车上有货物损坏时，通过它来判定具体是哪一件货物出现损坏。也就是说SOH完成对货物整体的监控，POH是完成对某一件特定的货物进行监控，当然，SOH和POH还有一些其他管理功能。

段开销又分为再生段开销（RSOH）和复用段开销（MSOH），可分别对相应的段层进行监控。段，其实也相当于一条大的传输通道，RSOH和MSOH的作用也就是对这一条大的传输通道进行监控。

二者的区别在于监管的范围不同。举个简单的例子，若光纤上传输的是2.5G信号，那么，RSOH监控的是STM-16整体的传输性能，而MSOH则是监控STM-16信号中每一个STM-1的性能情况。

再生段开销在STM-N帧中的位置是第一到第三行的第一到第9×N列，共3×9×N个字节；复用段开销在STM-N帧中的位置是第5到第9行的第一到第9×N列，共5×9×N个字节。

（3）管理单元指针（AU-PTR）

管理单元指针位于STM-N帧中第4行的9×N列，共9×N个字节，SDH能够从高速信号中直接分/插出低速支路信号（例如2Mbit/s），这是因为低速支路信号在高速SDH信号帧中的位置有预见性，也就是有规律性。预见性的实现就在于SDH帧结构中指针开销字节功能。AU-PTR是用来指示信息净负荷的第一个字节在STM-N帧内的准确位置的指示符，以便接收端能根据这个位置指示符的值（指针值）准确分离信息净负荷。

其实指针有高、低阶之分，高阶指针是AU-PTR，低阶指针是TU-PTR（支路单元指针），TU-PTR的作用类似于AU-PTR，只不过所指示的信息负荷更小一些而已。

各种信号装入SDH帧结构的净负荷区需经过三个步骤：映射、定位、复用。

（三）SDH和PDH的比较

PDH,即准同步数字系列，缺点如下：

1、速率和帧结构没有统一的世界标准 。

2、没有世界性的光接口规范。

3、信号采用同步复用和异步复用两种复用结构。

4、传统的准同步系统的网络运行、管理和维护（OAM）主要靠人工的数字信号交叉连接和停业务测试，因而复用信号帧结构中不需要安排很多用于网络OAM的比特。

5、由于建立在点对点传输基础上的复用结构缺乏灵活性，使数字通道设备的利用率很低，非最短的通道路由占了业务流量的大部分。

SDH，即同步数字传输网，优点：

1、使1.5Mbit/s和2Mbit/s两大数字体系（三个地区性标准）在STM-1等级以上获得统一。

2、采用了同步复用方式和灵活的复用映射结构。

3、SDH帧结构中安排了丰富的开销比特（大约占信号的5％），因而使网络的OAM能力加强，诸如故障检测、区段定位、端到端性能监视、单端维护能力等等。

4、由于将标准光接口综合进各种不同的网络单元，减少了将传输和复用分开的需要，从而简化了硬件，缓解了布线拥挤。

5、SDH网具有信息净负荷的透明性。

6、SDH网具有定时透明性

7、由于用光接口代替了大量的电接口，节省了资源。

8、SDH信号结构的设计已经考虑了网络传输和交换应用的最佳性，因而在电信网的各个部分中都能提供简单、经济和灵活的信号互连及管理，使得传统电信网各个部分的差别正在渐渐消失，彼此的直接互连变的十分简单和有效，从而在电信网中出现了一个单一的SDH基本网络设施。

9、SDH网与现有网络能完全兼容，即可以兼容现有准同步数字体系的各种速率。

STM-N帧结构由9行270 X N列8BIT字节组成。如N=1时，STM-1帧长度为9*270=2430个字节，相当于2430*8=19440BIT，用时间表示为199440/155.52M=125Us。及一帧时间为125us，也就是说1/125us=8000帧，即一秒传输8000帧。

（四） PCM 系统介绍

1.多路复用技术

多路复用技术，是提高线路利用率的主要手段，目前主要采用的是频分复用（FDM)、时分复用（TDM)和码分复用（CDM）等方式。

频分复用（FDM)系统中每路终端信号占用不同的频率段传输用。时分复用（TDM）系统每路终端信号占用不同的时间段传输。码分复用（CDM）系统中每路终端信号使用不同的随机码序列传输。

2.语音信号的数字化

对于时间上连续的模拟语音信号，要实现时分复用，就要先将模报信号转换为时间上离散的信号，即模拟信号数字化。PCM（Pulse Code Modulation—脉冲编码调制）就是一种常用的模拟信号数字化技术。

PCM基本单元完成的信号处理过程如下：

抽样：所谓抽样就是每隔一定的时间间隔 T，抽取模拟信号的一个瞬时浮动值（抽样值）。抽样后所得的一系列在时间上离散的抽样值称为抽样值序列。根据奈奎斯特抽样定理，只要抽样脉冲的时间间隔T≤1/2fm，即抽样频率fs>2fm（fm是模拟信号的最高频率），则抽样后的样值序列可以不失真地还原成模拟信号。

量化：量化是将幅度连续的抽样值，通过一定的方法变换为幅度离散的样值序列，这样就能用有限位的二进制数字来表示信号的幅度。

编码和解码：编码是将抽样并量化后的信号幅度值变换成一组二进制码元。解码是将一组二进制码元还原成相应信号幅度的量化值。

3. PCM 系统

在实现了模拟信号的PCM数字化后，可以进一步实现多路终端信号的时分复用。将信道按抽样周期T加以分割，得到的时间段称为帧，再将帧等分成N个小时间段，每个小时间段T/N称为时隙。在一帧内，为每一路终端信号分配一个时隙，多路终端信号交替传送，就实现了信道的PCM复用。

根据1TU-T建议，话音信号（300Hz~3400Hz）的抽样频率为8kHz，抽样值量化级数为256，抽样值编码位数为8，所以单路话音PCM信号的传输速率为 8x8k=64kbit/s。

对于 PCM 基群（一次群)，目前国际上有两种复用制式：30/32路帧结构和24 路顿结构、我国采用的是3032 路帧结构，即每一帧占125μs，分为32个时陬。但只传送30路话音信息，一次复用后的基群复用速率为 32×64kbiU/s=2048kbid/s=2.048Mbit/s，也就是我们常说的E1，用它可组成高次群，也可独立使用，在市话电缆、长途电缆、数字微波、光纤等传输信道中传输。