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随着对光纤损耗机理的深入研究,人们发现在长波长1.31m和1.55m处光纤的传输损耗更小。
因此,长波长光纤通信受到重视并得到非常迅速的发展,光纤,按照传输模式数量进行分类所谓模式,实质上是电磁场的一种分布形式,模式不同,其电磁场的分布形式也不同。
根据光纤中传输模式数量来分,可分为单模光纤和多模光纤。
(1)单模光纤(SM),单模光纤的纤芯直径很小,约为4m10m,理论上只传输一种模式。
由于单模光纤只传输主模,从而完全避免了模式色散,使得这种光纤的传输频带很宽,传输容量很大,适用于大容量、长距离的光纤通信。
(2)多模光纤(MM),在一定的工作波长下,当有多个模式在光纤中传输时,则这种光纤称为多模光纤。
多模光纤的纤芯直径一般为50m75m,包层直径为100m200m。
这种光纤的传输性能较差,带宽比较窄,传输容量也比较小国际:
850nm窗口只用于多模传输,1310nm和1550nm两个窗口用于单模传输,光纤,ITU-T规定了三种常用光纤规范:
1G.652:
G.652光纤又称标准光纤,其零色散波长在1310nm,在波长为1550nm处衰减最小,所以G.652光纤可以工作于1310nm和1550nm两个窗口。
2G.653:
G.653光纤又称色散位移单模光纤。
它通过改变光纤内部的折射率分布将零色散点从1310nm处位移至1550nm处,成功实现了在1550nm处的低衰减和零色散。
这种光纤工作于1550nm窗口。
3G.654:
G.654光纤又称1550nm波长最低衰减光纤,优点是在1550nm处的最低衰减为0.15dB/km,工作于1550nm窗口。
这种光纤制造困难,价格昂贵,应用于需要很长再生段传输距离的海底光纤通信,引言:
通信网、传输、SDH,1.通信网的结构,2.SDH在通信网中的位置,3.其他传输技术:
微波、卫星、裸光纤、电缆等,内容提要,第一部分:
SDH的基本概念和原理,1、SDH基本概念2、帧结构与段开销3、复用与映射4、通道开销5、净负荷指针,2.3保护与恢复,2.2同步与定时,第二部分:
SDH设备,2.1网元,3.4网络管理系统,3.1光纤线路与光接口,3.2网络性能,3.3测试,第三部分:
SDH网络,一、PDH缺点没有国际统一的速率标准2M系列:
2M、8M、34M、140M、565M;
1.5M系列:
北美:
1.5M、6.3M、45M、274M;
日本:
1.5M、6.3M、32M、100M;
没有国际统一的光接口规范(多种码型变换方案)上下电路需大量硬件、结构复杂、成本高:
需要用硬件进行逐级复用与解复用(背靠背);
网络的OAM能力差:
无足够的开销字节。
SDH基本概念
(一),二、SDH特点优点:
速率统一:
155M、622M、2.5G、10G;
光接口与帧结构统一:
STM-N(N=1、4、16、64);
一步复用特性:
可从高速信号中直接提取/接入低速信号强大的OAM&
P能力实现了网络管理的智能化:
丰富的开销(码流量的5%)、强大的软件技术;
组网灵活、网络的生存性强:
可组多种类型网络、具有自愈能力、可在线升级;
前、后向兼容。
缺点:
带宽利用率稍低,如155M仅包括63个2M或3个34M。
SDH基本概念
(二),SDH全称同步数字体系(SynchronousDigitalHierarchy),SDH规范了数字信号的帧结构、复用方式、传输速率等级、接口码型特性,提供了一个国际支持框架,在此基础上发展并建成了一种灵活、可靠、便于管理的世界电信传输网。
SDH基本概念
(二),SDH与PDH分插信号的比较,STM-1分插复用器功能,三、SDH基本概况1、等级与速率,SDH基本概念(三),SDH与SONET的标准速率,2、SDH设备.终端复用器TM在线形网的端站,把PDH/SDH支路信号复用成SDH线路信号,或反之。
SDH基本概念(四),.分插复用器ADM设在网络的中间局站,完成直接上、下电路功能。
SDH基本概念(五),.再生器REG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。
SDH基本概念(六),.数字交叉连接设备DXC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。
SDH基本概念(七),3、SDH网络拓扑.线形网,SDH基本概念(八),.环形网,SDH基本概念(九),.枢纽网,SDH基本概念(十),.网状网,SDH基本概念(十一),SOH:
段开销AUPTR:
管理单元指针POH:
通道开销,帧结构与段开销
(一),SOH:
段开销是指STM帧结构中为了保证信息净负荷正常灵活传送所必须的附加字节,主要是供网络运行、管理和维护使用的字节。
SOH可进一步划分为再生段开销RSOH和复用段开销MSOH。
SDH帧中的第1至第9N列中,第1至第3行和第5行至第9行分配给段开销AUPTR:
管理单元指针是一种指示符,主要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,以便在接收端正确的分解。
位于STM-N帧结构中1至第9N列中的第四行Payload:
信息净负荷就是帧结构中用户所需要的真正的信息。
其中还包括少量用于通道性能监视、管理和控制的通道开销字节(POH)。
横向第10N列至第270N列,纵向第1至第9行都属于信息净负荷区域,在这里面还含有通道开销字节(POH),也作为净负荷的一部分并与之一齐在网络中传送,用于通道性能的监视、管理和控制,帧结构与段开销
(一),SDH以字节为单位进行传输,它的帧结构是一种以字节结构为基础的矩形块状帧结构,它由270N列和9行8bit字节组成。
2SDH的矩形帧在光纤上传输时是逐行传输的,在光发送端经并/串转换后逐行进行传输,而在光接收端经串/并转换后还原成矩形块状进行处理。
3在SDH帧中,字节的传输是从左到右按行进行的,首先由图中左上角第一个字节开始,从左向右按顺序传送,传完一行再传下一行,直至整个9270N个字节都传送完再转入下一帧,如此一帧一帧地传送。
每秒可传8000帧,帧长恒定为125s。
4SDH的帧频为8000帧/秒,这就是说信号帧中某一特定字节每秒被传送8000次,那么该字节的比特速率是80008bit64kbit/s,也即是一路数字电话的传输速率以STM-1等级为例,其速率为270(每帧270列)9(共9行)64kbit/s(每个字节64kbit)=155520kbit/s=155.520Mbit/s。
帧结构与段开销
(一),一、STM-1SOH字节安排,9列,帧结构与段开销
(二),二、SOH开销字节功能1.A1、A2:
帧定位字节(F628H);
2.J0:
再生段跟踪字节,使收、发能正确对接;
3.B1:
再生段比特间插奇偶校验字节(BIP-8);
校验矩阵,帧结构与段开销(三),4.D1D3:
再生段数据通信通道,可传送再生段运行数据;
5.D4D12:
复用段数据通信通道,可传送复用段运行数据;
6.E1、E2:
公务联络字节;
7.F1:
使用者通道字节,用于维护的数据/音频通道8.B2:
复用段比特间插奇偶校验字节(BIP-N24);
工作原理与B1相同;
9.K1、K2:
自动保护倒换字节,执行APS协议;
其中:
K1的b5b8为请求保护倒换的局站编号,K2的b1b4为倒换到保护通路上的局站编号。
帧结构与段开销(四),STEP1:
B站检测出工作通路故障后,利用上行保护光纤发出K1字节,K1字节中包含故障通路编号数。
STEP2:
A站收到K1字节后,完成下行工作光纤到保护光纤的桥接,并利用下行保护光纤送出K1、K2字节,其中K1字节作为倒换要求,K2字节作为证实。
STEP3:
B站收到K2字节后,经过对通道编号的确认后进行下行工作光纤到下行保护光纤的桥接,同时根据K1字节的要求进行上行工作光纤和保护光纤的桥接。
之后,利用上行保护光纤送出K2字节。
STEP4:
A站收到K2字节后,完成上行工作光纤和保护光纤的桥接。
APS完成。
自动保护倒换(APS)与K1、K2字节,10.S1:
同步状态字节,指示同步状态、时钟级别等;
其中b1b4暂不使用,b5b8表示时钟级别等;
b5b8=0010:
G.811时钟,0100:
G.812时钟(转接局),1000:
G.812(端局)1011:
设备时钟,1111:
不能用于同步。
11.M1:
复用段远端差错指示,指示B2的误块检测结果。
其中b1暂不使用;
b2b8:
用二进制编码方式,对B2的误块检测结果进行误块计数。
帧结构与段开销(五),一、SDH复用特点1、字节间插复用各支路信号按字节顺序进行间插排列以形成更高速率的信号;
各支路信号在帧中的位置固定,可直接提取/接入。
2、净负荷指针技术用软件指针指示净负荷在帧中的位置;
允许支路信号速率有差异(可进行速率调整);
不使用125s缓存器,避免滑动损伤。
复用与映射
(一),二、参与复用与映射的单元1、信息容器C用于装载各种速率业务信号的信息结构。
国际规范了5种信息容器,我国使用其中的三种:
种类,C-12,C-3,C-4,装载信号种类,2Mb/s,34/45Mb/s,140Mb/s,结构,9行4列2,9行84列,9行260列,速率(Mb/s),2.176,48.384,149.760,复用与映射
(二),2、虚容器VC是用来支持SDH通道层连接的信息结构。
VC是由信息容器C加上通道开销POH构成。
国际规范了5种虚容器,我国使用其中的三种:
种类,VC-12,VC-3,VC-4,装载信号种类,2Mb/s,34/45Mb/s,2/34/45/140Mb/s,结构,9行4列1,9行85列,9行261列,速率(Mb/s),2.240,48.960,150.336,复用与映射(三),VC-12VC-3,复用与映射(四),注:
TUG3=7TUG-2=21TU-12(21VC12)TUG3=TU-3(VC-3),复用与映射(五),3、支路单元TU是在高阶VC与低阶VC之间进行适配的信息结构。
TU是由低阶VC加上支路单元指针TUPTR构成。
复用与映射(六),复用与映射(七),4、支路单元组TUG由几个TU或TUG进行字节间插复用组成。
复用与映射(八),复用与映射(九),5、管理单元AU-4是在高阶VC与复用段之间进行适配的信息结构。
AU是由高阶VC加上管理单元指针AUPTR构成。
复用与映射(十),我国规范的SDH复用与映射结构,校准,复用与映射(十一),映射相当于一个对信号打包的过程,它使不同的支路信号和相应的n阶虚容器(VC-n)同步。
各种速率等级的数字流先进入相应的接口容器C,让那些最常使用的准同步数字体系信号能进入有限数目的标准容器,完成象速率调整这样的适配功能。
这些容器C是一种用来装载各种速率业务信号的信息结构,完成适配功能(例如速率调整),目前有5种标准容器:
C-11,C-12,C-2,C-3和C-4。
我国定义C-12对应速率是2.048Mbit/s,C-3对应速率是34.368Mbit/s,C-4对应速率是139.264Mbit/s。
由标准容器出来的数字流加上通道开销POH后就构成了虚容器(VC),这一过程就是映射,映射相当于一个对信号打包的过程,它使不同的支路信号和相应的n阶虚容器(VC-n)同步。
由标准容器出来的数字流加上通道开销POH后就构成了虚容器(VC),这一过程就是映射。
以2M支路信号的复用映射过程为例来说明。
标称速率为2.048Mbit/s的信号先进入C-12进行适配处理,C-12加上POH映射后构成VC-12,经过定位校准,TU-12中PTR就指明VC-12相对TU-12的相位,3个TU-12经过均匀的字节间插后复用成TUG-2,7个TUG-2同样经字节间插后复用成TUG-3,3个TUG-3再经字节间插并加上高阶POH后构成VC-4净负荷,定位校准后加上PTR组成AU-4,单个AU-4直接置入AUG,最后N个AUG通过字节间插,附加上SOH就得到STM-N信号。
四、字节间插复用各支路信号按字节顺序进行间插排列,形成更高速率信号。
复用与映射(十二),五、映射1、何谓映射映射就是在SDH网络边界把各种业务信号适配进相应的虚容器。
把2Mb/s信号适配进VC-12;
把34(或45)Mb/s信号适配进VC-3;
把140Mb/s信号适配进VC-4。
复用与映射(十三),2.SDH映射种类.异步映射用码速率调整的方法把与网络同步或不同步的支路信号映射进相应的虚容器。
优点:
对映射信号无任何限制性要求:
如信号速率的高低、是否具有帧结构等;
接口简单、应用灵活。
不能直接提取/接入支路信号。
复用与映射(十四),.字节同步映射无需进行速率调整,直接把支路信号适配进虚容器。
对映射信号要求:
速率必须与网络同步(仅含N64kb/s),必须具有块状帧结构。
可直接提取/接入低速支路信号。
对映射信号有限制性要求;
硬件接口较复杂。
.比特同步映射要求映射信号速率必须与网络同步,但可不具有一定的帧结构。
与PDH相比,无明显优势;
尚无人采用。
复用与映射(十五),3、2Mb/s信号异步映射进VC-12,W=DDDDDDDDD:
数据比特R:
填充比特O:
开销比特C:
调整控制比特S:
调整机会比特,VC-12(子帧)的速率为2.240Mb/s;
映射信号的速率为2.048Mb/s;
进行速率调整后(加入填充毕特R),适配进虚容器VC-12。
复用与映射(十六),一、高阶通道开销VC-4/VC-3POH1、位置与结构,通道开销
(一),2、开销字节功能J1:
通道跟踪字节,使收、发正确对接;
B3:
通道奇偶校验字节(BIP-8);
C2:
信号标记字节,指示VC-4的结构;
VC-4可能包含1140M、334/45M、632M;
G1:
通道状态字节:
远端差错指示REI(误码计数)、远端缺陷指示FDI;
F2、F3:
使用者通道;
H4:
位置指示字节:
指示TU子帧在复帧中的位置;
K3:
通道自动保护倒换字节(APS);
N1:
网络操作者字节。
通道开销
(二),二、低阶通道开销VC-12POH1、位置与结构,通道开销(三),2、开销字节功能V5:
通道状态与信号标记,b1b2:
奇偶校验BIP-2;
b3:
指示误码检测结果;
b4:
远端失效指示;
b5b6b7:
信号标记,映射方式;
b8:
远端接收失效指示。
J2:
通道跟踪字节:
使收、发正确对接;
N2:
网络操作者字节;
K4:
通道自动保护倒换字节。
通道开销(四),一、净负荷指针概念1、作用指示净负荷的位置:
净负荷的第一个字节相对于指针最后一个字节的偏移量;
进行速率调整:
容纳净负荷速率偏差。
2、种类管理单元指针AUPTR;
支路单元指针TU-3PTR、TU-12PTR。
净负荷指针
(一),二、管理单元指针AUPTR1、位置与结构,净负荷指针
(二),2、H1、H2、H3字节安排,净负荷指针(三),3、H1、H2、H3字节功能.净负荷位置指示10比特指针指示净负荷的第一个字节相对于第三个H3字节的偏移量。
.对净负荷VC-4进行速率调整正调整:
5个I比特反转;
在净负荷前面加3个填充字节;
指针值加1。
负调整:
5个D比特反转;
在净负荷前面3个字节移到3个H3字节中;
指针值减1。
.新数据标识NDF指示净负荷中的新数据变化。
正常时:
NDF=0110有新数据时:
NDF=1001,净负荷指针(四),三、支路单元指针TU-3PTR1、位置与结构,净负荷指针(五),2、H1、H2、H3字节安排,净负荷指针(六),3、H1、H2、H3字节功能.净负荷位置指示10比特指针指示净负荷的第一个字节相对于H3字节的偏移量。
.对净负荷VC-3进行速率调整正调整:
在净负荷前面加1个填充字节;
在净负荷前面1个字节移到H3字节中;
NDF=1001,净负荷指针(七),四、支路单元指针TU-12PTR1、位置与结构,净负荷指针(八),2、V1、V2、V3字节安排,净负荷指针(九),3、V1、V2、V3字节功能.净负荷位置指示10比特指针指示净负荷的第一个字节相对于V2字节的偏移量。
在V3字节后面加1个填充字节;
在净负荷前面1个字节移到V3字节中;
.新数据标识NDF指示净负荷中的数据变化。
NDF=1001,净负荷指针(十),如何理解POH与SOH?
(1),1、段开销、通道开销都是为了保证信号正常灵活传送所必须附加的供网络运行、管理和维护(OAM)使用的字节。
2、段开销、通道开销是从不同的层面来监视、管理信号的传送。
RSOH、MSOH分别对应于再生段和复用段,而HPOH和LPOH分别对应于VC-3/VC-4和VC-12(参见上页图)。
如何理解POH与SOH?
(2),SDH传输网是由不同类型的网元通过光缆线路连接组成的,通过不同的网元完成SDH网的传送功能,这些功能包括:
上下业务、交叉连接业务、网络故障自愈。
SDH网中常见网元有终端复用器TM,分插复用器ADM,再生中继器REG,数字交叉连接设备DXC,同步复用设备
(一),一、同步复用设备的种类1、终端复用设备TM从PDH/SDH支路信号到SDH线路信号的复用;
或反之。
终端复用器用于网络的终端结点上。
同步复用设备
(一),一、同步复用设备的种类1、终端复用设备TM它的作用是将支路端口的低速信号复用到线路端口的高速信号STM-N中,或从STM-N的信号中分出低速支路信号。
它的线路端口输入/输出一路STM-N信号,而支路端口可以输入/输出多路低速支路信号。
在将低速支路信号复用进线路信号的STM-N帧时,支路信号在线路信号STM-N中的位置可任意指定,同步复用设备
(一),2、分插复用设备ADM在不分接和终结线路信号的条件下,可将任何支路信号接入或解出。
同步复用设备
(二),2、分插复用设备ADM在不分接和终结线路信号的条件下,可将任何支路信号接入或解出。
ADM有两个线路端口和一个支路端口。
两个线路端口各接一侧的光缆(每侧收/发共两根光纤),为了描述方便我们将其分为西向(W)、东向(E)两个线路端口。
ADM的作用是将低速支路信号交叉复用到线路上去,或从线路端口收到的线路信号中拆分出低速支路信号。
另外,还可将东/西向线路侧的STM-N信号进行交叉连接。
ADM是SDH最重要的一种网元,通过它可等效成其它网元,即能完成其它网元的功能,例如:
ADM可等效成两个TM,同步复用设备
(二),3、再生设备REG在无须上下电路的局站,对因长距离传输而衰减的SDH线路信号进行整形、定时、数据再生。
同步复用设备(三),3、再生设备REG用于脉冲再生整形的电再生中继器,通过光/电变换(O/E)、电信号抽样、判决、再生整形、电/光变换(E/O)等处理,以达到不积累线路噪声、保证传送信号波形完好,同步复用设备(三),真正的REG只处理STM-N帧中的RSOH,并且不具备交叉连接功能。
而ADM和TM因为要完成将低速支路信号复用到STM-N帧中,所以不仅要处理RSOH,而且还要处理MSOH,另外ADM和TM都具有交叉连接功能,数字交叉连接设备(DXC)数字交叉连接设备完成STM-N信号的交叉连接,它实际上相当于一个交叉矩阵,完成各个信号间的交叉连接,如图1.74所示。
图示,数字交叉连接设备模型图DXC可将输入的M路STM-N信号交叉连接到输出的N路STM-N信号上,DXC的核心是交叉矩阵,功能强大的DXC能够实现高速信号在交叉矩阵内的低级别交叉。
同步复用设备(三),同步复用设备(四),二、同步复用设备的特点1、一步复用可直接提取/接入低速支路信号(如从2.5G提取2M)。
2、较强的交叉连接能力能对支路信号进行交叉处理,以实现线路-线路、线路-支路、支路-支路间的交叉连接。
3、强大的OAM能力利用丰富的开销字节,对网络与设备的运行、管理与维护方面进行管理。
同步复用设备(五),4、灵活的组网能力可组成线形网、树形网、枢纽网、环形网、网状网等。
其中最富有代表性的是环形网;
而且进一步可组成相交环、相切环、环带链、环带子环等更复杂网络。
5、网络具有很强的生存性当组成环形网时(包括相交环、相切环、环带链、环带子环等),网络具有自愈能力。
网络可在线升级。
同步复用设备(六),三、设备性能要求1、误码性能在设计所考虑的工作条件范围内,应无误码运行。
2、同步性能.外同步定时方式又称跟踪方式。
即设备内部的时钟严格跟踪(锁定)从外部输入的定时基准信号。
同步复用设备(七),外同步定时方式,同步复用设备(八),.提取定时方式设备从含有定时基准信息的外来信号中提取定时。
A).线路定时所有的发送时钟,皆从某一特定的STM-N接收信号中提取定时。
提取时钟发送时钟,同步复用设备(九),B).通过定时STM-N发送时钟,从其同方向终结的STM-N接收信号中提取定时。
提取时钟发送时钟,同步复用设备(十),C).环路定时STM-N发送时钟,从其同侧的STM-N接收信号中提取定时信号。
提取时钟发
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