數字光纖通信技術及其在電力通信中的應用

劉均樂

光纖大容量數字傳輸目前都采用同步時分復用(TDM,Time Division Multiplex)技術,復用又分為若干等級,因而先后有兩種傳輸體制:準同步數字體系(PDH,Plesiochronous Digital Hierarchy)和同步數字體系(SDH,Synchronous Digital Hierarchy)。PDH早在1976年就實現了標準化,目前還大量使用。隨著光纖通信技術和網絡的發展,PDH遇到了許多困難。

SDH解決了PDH存在的問題,是一種比較完善的傳輸體制,現已得到大量應用,已經是一種成熟、標準的技術,不僅適用于光纖也適用于微波和衛星傳輸的通用技術體制。它可實現網絡有效管理、實時業務監控、動態網絡維護、不同廠商設備間的互通等多項功能,能大大提高網絡資源利用率、降低管理及維護費用、實現靈活可靠和高效的網絡運行與維護,因此是當今世界信息領域在傳輸技術方面的發展和應用的熱點,受到人們的廣泛重視。

1SDH傳輸原理[1][2]

SDH采用的信息結構等級稱為同步傳送模塊STM-N(Synchronous Transport,N=1,4,16,64),最基本的模塊為STM-1,四個STM-1同步復用構成STM-4,16個STM-1或四個STM-4同步復用構成STM-16。

SDH幀結構是實現數字同步時分復用、保證網絡可靠有效運行的關鍵。SDH采用塊狀的幀結構來承載信息,如圖1所示,每幀由縱向9行和橫向270×N列字節組成,每個字節含8bit,整個幀結構分成段開銷(Section OverHead,SOH)區、STM-N凈負荷區和管理單元指針(AU PTR)區三個區域,其中段開銷區主要用于網絡的運行、管理、維護及指配以保證信息能夠正常靈活地傳送,它又分為再生段開銷(Regenerator Section OverHead,RSOH)和復用段開銷(Multiplex Section OverHead,MSOH);凈負荷區用于存放真正用于信息業務的比特和少量的用于通道維護管理的通道開銷字節;管理單元指針用來指示凈負荷區內的信息首字節在STM-N幀內的準確位置以便接收時能正確分離凈負荷。

SDH的幀傳輸時按由左到右、由上到下的順序排成串型碼流依次傳輸,每幀傳輸時間為125μs,每秒傳輸1/125×1000000幀,對STM-1而言每幀字節為8bit×(9×270×1)=19440bit,則STM-1的傳輸速率為19440×8000=155.520Mbit/s;STM-16的傳輸速率為16×155.520(或4×622.080)=2488.320Mbit/s。

SDH傳輸業務信號時各種業務信號要進入SDH的幀都要經過映射、定位和復用三個步驟。

(1)映射是將各種速率的信號先經過碼速調整裝入相應的標準容器(C),再加入通道開銷(POH)形成虛容器(VC)的過程,幀相位發生偏差稱為幀偏移。

(2)定位即是將幀偏移信息收進支路單元(TU)或管理單元(AU)的過程,它通過支路單元指針(TUPTR)或管理單元指針(AUPTR)的功能來實現。

(3)復用是一種使多個低階通道層的信號適配進高階通道層,或把多個高階通道層信號適配進復用層的過程。復用也就是通過字節交錯間插方式把TU組織進高階VC或把AU組織進STM-N的過程,經過TU和AU指針處理后的各VC支路信號已經實現相位同步。

2SDH的主要特點[1][2]

(1)SDH傳輸系統有統一的幀結構、數字傳輸標準速率和標準的光路接口,使網管系統互通,因此有很好的橫向兼容性,它能與現有的PDH完全兼容,并容納各種新的業務信號,形成了全球統一的數字傳輸體制標準,提高了網絡的可靠性。

(2)SDH接入系統的不同等級的碼流在幀結構凈負荷區內的排列非常有規律,而凈負荷與網絡是同步的,它利用軟件能將高速信號一次直接分插出低速支路信號,實現了一次復用的特性,克服了PDH準同步復用方式對全部高速信號進行逐級分解然后再生復用的過程,由于大大簡化了數字交叉連接(DXC),減少了背靠背的接口復用設備,改善了網絡的業務傳送透明性。

(3)采用先進的分插復用器(ADM)、數字交叉連接(DXC)、網絡的自愈功能和重組功能非常強大,具有較強的生存率。SDH幀結構中安排了5％的開銷比特,它的網管功能顯得特別強大,并能統一形成網絡管理系統,為網絡的自動化、智能化、信道的利用率以及降低網絡的維管費和生存能力起到了積極作用,圖2。

(4)SDH有多種網絡拓撲結構,所組成的網絡非常靈活,能增強網監、運行管理和自動配置功能,優化了網絡性能,同時也使網絡運行靈活、安全、可靠,使網絡的功能非常齊全和多樣化。

(5)SDH有傳輸和交換的性能,它的系列設備的構成能通過功能塊的自由組合,實現了不同層次和各種拓撲結構的網絡,十分靈活。

(6)SDH并不專屬于某種傳輸介質,它可用于雙絞線、同軸電纜,但SDH用于傳輸高數據率則需用光纖。SDH既適合用作干線通道,也可作支線通道。

(7)從OSI模型的觀點來看,SDH屬于其最底層的物理層,并未對其高層有嚴格的限制,便于在SDH上采用各種網絡技術,支持ATM或IP傳輸。

(8)SDH是嚴格同步的,從而保證了整個網絡穩定可靠,誤碼少,且便于復用和調整。

(9)標準的開放型光接口可以在基本光纜段上實現橫向兼容,降低了聯網成本。

3數字光纖通信在電力通信中的應用

電力通信網以電力的調度運行作為主要業務服務對象,其次是電力行政和綜合數據業務服務。其服務對象對數據的傳輸速率要求不高,但必須實時、可靠。

在電力系統中,架設了系統內部的SDH光環路,利用SDH環路承載內部的數據、遠控、視頻、語音等業務,可保證數據的安全可靠傳輸。最近幾年,數字光纖通信在電力通信中的應用日益廣泛,幾乎融入到了電力通信的各個環節,主要包括:電力綜合通信網、調度通信網、保護裝置通信網、光纖通道保護、復用段保護等[3][4]。

4結語

數字光纖通信技術日益成為電力通信網的主要技術基礎,數字化光纖電力通信網連接整個電力系統的調、變、輸、配、發各個環節,為各個應用系統、數據共享平臺提供帶寬充足、可靠穩定、安全機密的專線、數據通道使用。數字光纖通信技術的進步必將極大地促進電力生產的發展。

參考文獻

[1] 錢宗玨,區惟煦,壽國礎,等.光接入網技術及其應用[M].人民郵電出版社,2000.

[2] 肖萍萍,吳健學,周芳,等.SDH原理與技術[M].北京郵電大學出版社,2002.

[3] 吳悅.電力光纖通信技術的發展研究[J].企業技術開發,2011,30(7):47～48.

[4] 趙云.波分復用技術在電力通信中的應用研究[J].云南電業,2011(1):39～40.