第 5 章 数字光纤通信系统
数字光纤通信系统——通过光纤信道传输数字信号 对信道的非线性失真不敏感 对失真和噪声不积累 对光源特性的非线性和接收机的信噪比要求不高 适合长距离、大容量和高质量的信息传输
本章内容：
5.1 两种传输体制 5.2 系统的性能指标 5.3 系统的设计
2009/9/29 现代通信技术研究所 殷洪玺
155 Mb/s 光接口
155 Mb/s 光接口
2 Mb/s (电信号)
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2. SDH帧结构 SDH 帧结构是实现数字同步时分复用、保证网络可靠有效 运行的关键。 一个STM-N帧有9行，每行由270×N个字节组成。 这样每帧共有9×270×N个字节， 每字节为8 bit。 帧周期为125μs， 即每秒传输8000帧。 对 于 STM-1 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。
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1 2 3 4 5 … 9
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SOH AU-PTR SOH 9× N STM-N载荷 (含POH) 发送顺序
261×N 270×N
图 5.5 SDH帧的一般结构
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SDH帧分为三部分： (1) 段开销(SOH)。 段开销是在SDH帧中为保证信息正常传输 所必需的附加字节(每字节含64 kb/s的容量)，主要用于运行、 维护和管理，如帧定位、 误码检测、 公务通信、自动保护倒换 以及网管信息传输。 对于STM-1 而言，SOH共使用9×8(第4行除外)=72 Byte，相 应于576 bit。由于每秒传输8000帧，所以SOH的容量为576× 8000 = 4.608 Mb/s。 (2) 信息载荷(Payload)。信息载荷域是SDH帧内用于承载各 种业务信息的部分。 对于STM-1而言，Payload有9×261=2349 Byte, 相应于2349× 8×8000=150.336 Mb/s的容量。
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E1
再生中继器 通道 终接设备 TM 线路 终接设备 Section ADM/DXC 再生段 再生段 复接段(Line) 传输通道(Path) 再生段 ADM/DXC TM 线路 终接设备 通道 终接设备
E1
E3
图 5.3 (a)
传输通道的结构传输通道连接模型
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表5.1 世界各国商用光纤通信制式(PDH)
国家或 基群/ (Mb/s) 地区 中国 西欧 日本 二次群 / (Mb/s) 三次群 / (Mb/s) 四次群 / (Mb/s) 五次群 / (Mb/s)
×2
六次群 / (Gb/s)
1 .1 3 15360ch 2 .4 ×4 30720ch
每个通道(Path)由一个或多个复接段(Line)构成，而每一复 接段又由若干个再生段(Section)串接而成。
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E3
…
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SDH传输网的分层结构
Path Line Section Photonic
通道(Path) 复接段(Line) 再生段(Section)
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PDH和SDH分插信号流程的比较 在PDH中，为了从140 Mb/s码流中分出一个2 Mb/s的支路信 号，必须经过140/34 Mb/s, 34/8 Mb/s和8/2 Mb/s三次分接。 采用SDH分插复用器(ADM)，可以利用软件一次直接分出和 插入 2 Mb/s支路信号，十分简便。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3. 复用原理 将低速支路信号复接为高速信号，通常有两种传统方法： 正码速调整法和固定位置映射法。 正码速调整法的优点：容许被复接的支路信号有较大的频 率误差；缺点：复接与分接相当困难。 固定位置映射法是让低速支路信号在高速信号帧中占用固 定的位置。 这种方法的优点：复接和分接容易实现，但由于低速信号 可能是属于PDH的或由于SDH网络的故障，低速信号与高速信 号的相对相位不可能对准，并会随时间而变化。
274.176 4032ch 564.992 ×12 8064ch 432 ×9 6048ch ×6
北美
1 .5 4 4 6.312 ×4 ×7 24ch 96ch 44.736 672ch
1.13 16128ch 2.4 ×4 32256ch ×2
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• 对于以2.048 Mb/s为基础速率的制式，各次群的话路数按4倍 递增，速率的关系略大于4倍。 • 对于以1.544 Mb/s为基础速率的制式，在3次群以上，日本和 北美各国又不相同， 看起来很杂乱。 • PDH各次群比特率相对于其标准值有一个规定的容差，而且 是异源的，通常采用正码速调整方法实现准同步复用。 • 1次群至4次群接口比特率早在1976年就实现了标准化，并得 到各国广泛采用。 • PDH主要适用于中、低速率点对点的传输。
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在这种形势下，现有PDH的许多缺点也逐渐暴露出来，主要 有： (1) 北美、西欧和亚洲所采用的三种数字系列互不兼容，没 有世界统一的标准光接口，使电信网的建立和运维复杂、成本 高。 (2) 各种复用系列都有其相应的帧结构，没有足够的开销比 特，使网络设计缺乏灵活性，使网络的可扩展性差、技术升级 困难。 (3)由于从低速信号到高速信号和从高速信号到低速信号只 能采用逐级插分，所以，复接/分接设备结构复杂，上下话路价 格昂贵。
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5.1.2 同步数字系列SDH
1. SDH传输网 SDH不仅适合于点对点传输，而且适合于多点之间的网络传 输。 图5.1示出SDH传输网的拓扑结构。 SDH传输网由SDH终接设备(或称SDH终端复用器TM)、分 插复用设备ADM、数字交叉连接设备DXC等网络单元以及连接 它们的(光纤)物理链路构成。 SDH终端(TM)的主要功能是：复接/分接和提供业务适配 例如将多路E1信号复接成STM-1信号及完成其逆过程，或 者实现与非SDH网络业务的适配。
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分接 1 1: m … n
交叉连接矩阵
复接 1 m:1 n
1: m
m :1
配置管理 (c) SDH传输网络单元数字交叉连接设备DXC
通过DXC的交叉连接作用，在SDH传输网内可提供许多条 传输通道，每条通道都有相似的结构，其连接模型如图5.3(a)。
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SDH解决了PDH存在的问题，是一种比较完善的传输体 制，现已得到大量应用。这种传输体制不仅适用于光纤信道， 也适用于微波和卫星干线传输。
5.1.1 准同步数字系列PDH
准同步数字系列有两种基础速率： • 以1.544 Mb/s为第一级(一次群，或称基群)基础速率，采 用的国家有北美各国和日本； • 以2.048 Mb/s为第一级(一次群)基础速率， 采用的国家有 西欧各国和中国。
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5.1
两种传输体制
光纤大容量数字传输目前都采用同步时分复用(TDM)技 术。 复用又分为若干等级，先后有两种传输体制： • • 准同步数字系列(PDH) 同步数字系列(SDH)
PDH在1976年实现了标准化，但随着光纤通信技术和网络 的发展，遇到了许多困难。 1976年，美国提出了同步光纤网(SONET)。 1988年，ITU-T(原CCITT) 参照SONET提出了同步数字系列 (SDH)的规范建议。
2 .0 4 8 8.448 ×4 30ch 120ch 1 .5 4 4 ×4 24ch 6.312 96ch
139.264 564.992 34.368 ×4 ×4 1920ch ×4 7680ch 480ch 32.064 ×5 480ch
×3
97.728 397.20 1.5888 ×4 ×4 1440ch 5760ch 23040ch
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(3) 在SDH帧结构中，丰富的开销比特用于网络的运行、 维 护和管理，便于实现性能监测、故障检测和定位、故障报告等 管理功能。 (4) 采用数字同步复用技术，其最小的复用单位为字节， 不 必进行码速调整，简化了复接分接的实现设备，由低速信号复 接成高速信号，或从高速信号分出低速信号，不必逐级进行。 (5) 采用数字交叉连接设备DXC可以对各种端口速率进行可 控的连接配置，对网络资源进行自动化的调度和管理，既提高 了资源利用率，又增强了网络的抗毁性和可靠性。SDH采用了 DXC后，大大提高了网络的灵活性及对各种业务量变化的适应 能力，使现代通信网络提高到一个崭新的水平。
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在Payload中包含少量字节用于通道的运行、维护和管理， 这 些字节称为通道开销(POH)。 (3) 管理单元指针(AU-PTR)。管理单元指针是一种指示符， 主 要用于指示Payload第一个字节在帧内的准确位置(相对于指针位 置的偏移量)。 对于STM-1而言，AU-PTR有9个字节(第4行)，相应于9×8 × 8000=0.576 Mb/s。 采用指针技术是SDH的创新，结合虚容器(VC)的概念， 解决 了低速信号复接成高速信号时，由于小的频率误差所造成的载荷 相对位置漂移的问题。
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• SDH终端的复接/分接功能主要由TM设备完成。 分接