SDH傳輸應用分析

劉英澤

（廣州涉外經濟職業技術學院汽車電子學院，廣東 廣州 510540）

0 引言

現代通信技術的發展日新月異，對網絡拓撲結構、設備選型、保護方式和時鐘同步等技術的研究越來越深入，如何確立網絡組織結構和具體的時隙分配方式等，對建立通信網絡至關重要。

1 同步數字體系 （SDH）原理

a）SDH光通信技術的特點

同步數字體系 （SDH：Synchronous digital hierarchy）是為在物理傳輸網上傳送適配的凈負荷而標準化的一系列數字傳送結構，其基礎設備是同步傳送模塊 （STM），它采用復用映射原理將各種不同等級的低速信號復用映射進STM模塊并以同步于網路的速率進行傳輸[1]。

STM是用來支持在SDH中進行段層連接的信息結構，它是一個帶有線路終端功能的準同步數字復用器，它將63個2 Mbit/s信號 （或3個34 Mbit/s信號或1個140 Mbit/s信號）復用或適配為155.52 Mbit/s（STM-1等級）[1]。它由塊狀幀結構中的信息凈負荷和段開銷 （SOH）信息字段組成，并在選定的媒體上以同步于網路的速率進行串行傳輸。SDH基本的同步傳送模塊速率為155.52 Mbit/s（STM-1等級）。更大容量的STM是以等于該基本速率N倍的速率而構成的 （現已規定了N=4，N=16和N=64的STM容量）[2]。

光同步數字傳輸網的主要特點是：

1）采用了同步復用方式和靈活的復用映射結構，避免了PDH系統從高速信號中分插低速信號需多次解復用的過程，使得上下業務非常方便，有利于各種新的寬帶業務的引入；

2）網絡具有標準的光接口，開放型的標準光接口可滿足多廠家的產品環境，實現網絡的橫向兼容性，節約網絡成本，有利于網絡的后期管理；

3）SDH幀結構中安排有豐富的開銷比特用于網絡的管理，故網絡的運行、管理、維護能力強大，有利于新特性、新功能的開發。

由于采用了指針調整技術，SDH具有了定時透明性，網絡能在準同步環境下工作，其凈負荷可以在不同的同步點之間進行傳送而不影響業務質量，并有能力經受定時基準的丟失，網絡性能比PDH光通信系統有了很大的改善。

b）SDH傳送網復用映射原理

SDH網絡采用復用映射原理將各種不同等級的低速信號組合進STM模塊并在網路中進行傳輸。

各種不同等級的低速信號裝入SDH幀結構凈負荷區，一般需經過映射、定位校準和復用3個階段[2]。

為使各種支路信號與相應的虛容器 （VC）容量同步，使VC成為可以獨立地進行傳送、復用和交叉連接的實體，在映射階段，在SDH網絡邊界處應將支路信號適配至VC。

在復用階段，多個低階通道層信號適配進入到高階通道，或多個高階通道層的信號適配進入到復用階段。

為了防止復用映射過程中的抖動而造成系統誤碼率的增加，系統采用了指針技術：當網絡處于同步工作狀態時，指針進行同步信號間的相位校準；當網絡失去同步時，指針進行頻率和相位校準；當網絡處于異步工作時，指針用作頻率跟蹤校準[3]。SDH幀結構中的指針是一種指示器，其值定義虛容器相對于支持它的傳送實體的幀基準的幀偏移。

SDH中的VC是用于SDH通道層連接的信息結構[3]。該結構由安排在幀結構中的信息凈負荷和通道開銷 （POH）信息字段組成。SDH已確認了低階 （VC-n、n=1，2） 和高階 （VC-n，n=3，4） 兩類虛容器[4]。

SDH的支路單元 （TU）是提供高、低階通道層之間適配的信息結構。它由信息凈負荷 （低階虛容器）和一個支路單元指針組成，指針的作用是指示凈負荷起始點相對于高階虛容器幀起始點的偏移。

在高階VC-n凈負荷中占用規定的、固定位置的一個或多個支路單元組成了支路單元組 （TUG）。用這種方式來規范是為了能建立由不同規模的支路單元構成的混合容量凈負荷，以提高傳送網的靈活性。

VC在加上指明高階VC在STM-N幀內位置的指針管理單元指針AU PTR后，形成了能為高階通道層和復用段層提供適配功能的信息結構管理單元AU。

SDH中的AU是提供高階通道層與復用段層之間適配的信息結構。管理單元組 （AUG）是在STM凈負荷中占用規定的、固定位置的一個或更多個的管理單元，它由若干個AU-3的同類集合或一個AU-4組成。

在AU和TU中要進行速率調整，低級數字流在高一級數字流中的起始點由AU PTR和TU PTR分別對高階VC在相應幀內的位置以及VC-1、2、3在相應的TU幀內的位置進行動態的定位[5]。

在N個AUG的基礎上附加段開銷SOH，形成STM-N幀結構。N=1時，一個AUG加上段開銷（4.608 Mbit/s）就可構成STM-1的標稱速率155.52 Mbit/s。

在某市SDH本地網傳輸系統中，由于傳輸設備與交換設備接口都采用2.048 Mbit/s速率，故2.048 Mbit/s的支路信號復用成622.08 Mbit/s速率的STM-4等級信號的方法和步驟如下：

1）標稱速率為2.048 Mbit/s的支路信號首先映射進入容器C-12作適配處理，然后加上通道開銷 VC-12 POH 構成 VC-12 （2.240 Mbit/s）；

2）加上TU-12 PTR，TU-12 PTR指明了VC-12相對于TU-12的相位，經速率調整和相位對準后的TU-12速率為2.304 Mbit/s；

3）經均勻的字節間插組成TUG-2（3*2.304 Mbit/s）；

4）7個TUG-2經同樣的單字節間插組成TUG-3，此時速率為49.536 Mbit/s;

5）3個TUG-3經單字節間插并加上高階通道開銷POH以及塞入字節后構成VC-4凈負荷，此時速率為150.336 Mbit/s；

6）加上576 kbit/s的AU-4 PTR，組成AU-4，此時速率為150.912 Mbit/s；

7）單個AU-4直接置入AUG，速率不變，4個AUG按字節間插復用 （再加上SOH）成STM-4，速率為622.08 Mbit/s。

2 SDH傳輸網網絡結構的設計方案

2.1 網絡拓撲結構的選擇

網絡的物理拓撲結構是指網絡的形狀，即網絡節點設備和傳輸線路的幾何排列。它對網絡的效能、可靠性及經濟性有很大的影響。

在SDH網絡中，通常采用的網絡結構有：點對點鏈狀，星形、樹形、環形[6]。其各自的特點如下：

a）鏈狀拓撲

它將各網絡節點串聯起來，同時保持首尾兩個網絡節點呈開放狀態的網絡結構。這種網絡結構簡單，便于采用線路保護方式進行業務保護；但當光纜完全中斷時，此種保護功能失效。

b）星形結構

它涉及通信的所有點中有一個特殊的點與其余的互不相連的所有點直接相連。這種網絡結構具有綜合的帶寬管理靈活性，但存在特殊的、潛在的瓶頸問題和失效問題。

c）樹形結構

這種結構適合于廣播式業務，但存在瓶頸問題，也不適合提供雙向通信業務。

d）環形結構

所謂環形網絡是指那些將所有的網絡節點串聯起來，并且使之首尾相連而構成的一個封閉環路的網絡結構。SDH最大的優點是網絡性和自愈功能，它的線性應用并不能將它的這些特性充分發揮出來，因此在絕大多數情況下，SDH設備都組成環形網。在SDH環形網中，每個節點由分插復用器（ADM）構成，具有分插功能。在環形網結構中，除使用ADM外，也可使用數字交叉連接設備（DXC： Digital Cross Connect）[6]。 這種網絡結構的一次性投資要比線形網絡大，但其結構簡單，而且在系統出現故障時，具有自愈功能；具有很高的生存性，對因線纜斷裂而造成系統故障的保護很好。但由于環上的接入點數受到環中的傳輸容量的限制，因而環網適于運用在傳輸容量不大、節點數較少的地區。通常當環的節點設備速率為STM-4時，一般接入節點在3～5個為宜。

根據以上對SDH傳輸網絡4種拓撲結構的比較并結合某市具體的實際情況，此設計決定選用環形網絡結構。

2.2 設備選型

在對國內本地網光纖通信系統設計、使用情況進行多方面研究的基礎上，結合某市通信信息量的具體情況，本設計決定先上STM-4等級，傳輸設備選定為ZXSM-622。

a）ZXSM-622的組成與系統結構

ZXSM-622是STM-4的復用設備，系統主要包含光線路板 （OL）、 交叉板 （CS）、 支路板（TR）、勤務板 （OW）、 時鐘板 （SC）、主控板（NCP） 和電源板 （PWR）。 其中，OL，CS，SC和PWR可實現單板熱備份功能。另外，系統中包含有兩組支路板 （A組、B組），與其它各功能單板配合時，可組成雙系統結構，使系統的容量在原有的基礎上增加了1倍。這兩套系統也可相互保護（1+1，1：1）或相互交叉，并能增強組網的靈活性[6]。因此，輔助系統包含的勤務系統可實現點呼、群呼以及三方通話功能；定時系統完成整個系統的同步；控制系統完成對本系統各單板的控制。

b）系統功能概述

1）ZXSM-622設備具有靈活的網元配置功能，可通過不同的單板配置和軟件控制而將設備配置成終端復用器 （TM）、分插復用器 （ADM）和再生中繼器 （REG）；

2）TM設備在其線路側終結SDH-622 Mbit/s線路信號，在起終端側分出或進入SDH支路或PDH支路光、電信號；

3）ADM設備在每個方向均可上下支路信號，不上下的部分無損傷地穿過 （ADM的收端終結SO H，發端重新起始SOH）；

4）REG設備對信號進行再生和放大，從中提取時鐘信號，收端終結RSOH，發端重新起始RS OH。

3 SDH網絡的保護方案設計

a）SDH網絡保護的基本原理

隨著社會的進步，人們對信息的依賴性越來越強，網絡傳送的信息容量也急劇地增長，通信網一旦出現故障就將會帶來不可估量的損失。因此，如今在網絡的建設中要求網絡具有較高的生存能力，從而產生了自愈網的概念。所謂自愈網就是在網絡出現意外故障時無需人為干預，網絡就能在極短的時間內自動恢復業務。使用戶感覺不到網絡已出了故障。環行網就是SDH網絡中最常用的自愈網之一，被稱之為自愈環。

根據自愈環的結構，可以分為通道倒換環和復用段倒換環兩大類。對于通道倒換環，業務量的保護是以通道為基礎的，倒換與否由離開環的某一個別通道信號質量的優劣而定。而對于復用段倒換環，業務量的保護是以復用段為基礎的，倒換與否由每一對節點之間的復用段信號質量的優劣來決定，當復用段有故障時，故障范圍內整個線路就會倒換到保護回路。

通道倒換環和復用段倒換環的一個重要區別是：通道倒換環使用專用保護，即正常情況下保護段也在傳送業務信號，保護時隙為整個環專用；而復用段倒換環使用共享保護，正常情況下保護段是空閑的，保護時隙由每對節點共享。

b）某市SDH傳輸網網絡保護設計方案

經過對以上4種自愈環特性的比較，本設計決定采用二纖單向通道倒換環。其原理如下：

環中兩根光纖，一根用于傳送業務信號 （主用信號），被稱為S纖；另一根用于傳送備用保護信號，被稱為P纖。環中任一節點發出的信號都同時傳送到S纖和P纖上，在S纖上沿一方向 （如順時針方向）傳送到目的節點，在P纖上沿另一方向 （如逆時針方向）傳送到目的節點。正常時，目的節點將S纖傳送過來的主信號接收下來，由于對同一節點來說，正常時發送出的信號和接收回的信號均是在S纖上沿同一方向傳送的，故稱為單向環；當目的節點收不到S纖送來的主信號或其信號已劣化時，此節點接收端將倒換開關倒換到P纖上，將P纖送來的備用信號取出，以保證信號不丟失。這種保護恢復方式可稱之為 “并發優收”，倒換不需要APS協議。

4 SDH的網同步

我們根據某市SDH網絡同步方式的具體設計來論述SDH的網同步問題。

a）同步網的概念

同步是指信號之間在頻率或相位上保持某種嚴格的特定關系，就是它們相對應的有效瞬間以同一平均速率出現。

模擬通信網的同步是傳輸系統中兩端載波機間的載波頻率的同步，其目的是為了保證在音頻通路中端到端的頻差不超過2 Hz，從而滿足模擬網中傳輸各類業務的要求。

數字通信網中傳遞的是對信息進行編碼后得到的PCM離散脈沖，若兩個數字交換設備之間的時鐘頻率不一致，或者由于數字比特流在傳輸中經受損傷，疊加了相位漂移和抖動，就會在數字交換系統的緩沖存儲器中產生碼元的丟失或重復，導致在傳輸的比特流中出現滑動損傷。為了降低滑碼率，減少滑動損傷對各種業務的影響，使到達網內各交換節點的數字碼流都能實現有效的交換和傳輸，就要有效地控制滑動，使網內各數字設備使用某個共同的基準時鐘頻率，即實現時鐘間的同步。

因此，數字通信網的同步是網內各數字設備內時鐘間的同步，這里的 “同步”包括了比特同步和幀同步兩種含義。比特同步又稱位同步，它是最基本的同步，它的含義是收、發兩端的時鐘頻率必須同頻、同相，這樣接收端才能正確接收和判決發送端送來的每一個碼元，一般的實現方法是接收端從接收到的PCM碼中提取出發端時鐘頻率來控制收端時鐘，做到位同步。在數字通信中，對比特流的處理是以幀來劃分段落的，在實現多路時分復用或進入數字交換機進行時隙交換時，都需要經過幀調整器，使比特流的幀達到同步，也就是幀同步。

同步不良不僅僅是造成滑動。在SDH網中，同步不良并不會導致滑動，因為在SDH網中，凈荷是異步傳輸的，發端與收端的速率不同造成指針調整。但是，指針調整會使輸出信號產生抖動和漂移，過大的抖動會造成失幀 （丟失幀同步），過大的漂移會造成終端設備的滑動。在SDH網中，同步的目的是限制和減少網元指針調整的次數。因此，在SDH網中網元內時鐘也應保持同步。

數字同步網是現代通信網的一個必不可少的重要組成部分，能準確地將同步信息從基準時鐘向同步網各同步節點傳遞，從而調節網中的時鐘以建立并保持同步，滿足電信網傳遞業務信息所需的傳輸和交換性能要求，它是保證網絡定時性能的關鍵。

b）SDH同步網的結構

數字通信的網同步是由同步網絡來實現的，同步網絡是指能夠提供參考定時信號的網絡。一個同步網絡的結構包括了由同步鏈路所連接的同步網絡節點，而同步節點是指在某個直接被節點時鐘定時的單一物理位置中的一組設備，基本的同步控制方法主要有4種：

1）準同步方式；

2）主從同步方式；

3）互同步方式；

4）混合同步方式。

我國SDH網同步通常采用主從同步方式，要求所有網元時鐘的定時都能最終跟蹤至全網的基準時鐘。主從同步方式是指在網內設置基準時鐘和若干從鐘，以主基準時鐘控制從鐘的信號頻率。主從同步方式又分為直接主從同步方式和等級主從方式，在等級主從同步網中，定時信號從基準時鐘向下級從鐘逐級傳送，各從鐘直接從其上級鐘獲取同步信號。同步信號可以從傳送業務的數字信號中提取，也可以使用專用鏈路來傳送信號。從鐘使用鎖相技術將其輸出信號的相位鎖定到輸入信號的相位上，正常鎖定時其輸出信號具有與基準信號相同的精度。

c）定時信號的傳遞方式

SDH要求全網同步，一般來說同步方法有這樣幾種：

1）外部時鐘源：網上主站從通信大樓綜合定時系統 （BITS）或其它外部定時源的設備上獲得時鐘，網上其它節點設備時鐘跟蹤主站時鐘；

2）支路時鐘：SDH傳輸設備一般都通過支路口與交換設備相接，網上主站可以通過支路接口提取交換設備時鐘，網上其它各站設備時鐘跟蹤主站時鐘，從而達到全網同步；

3）SDH內部自由晶振時鐘：如果前兩種時鐘都沒有或是都丟失，那么，此時主站設備時鐘可以采用內部自由振蕩，網上其它節點設備時鐘跟蹤主站時鐘。

5 結束語

本文結合某市構建光通信網絡的具體情況，分析了其采用SDH網絡結構的設計方案，著重介紹了SDH網絡保護方式和同步方式的設計內容，對建立光通信網絡有參考價值。

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