浅议光SDH同步传输体系的技术特点

浅议光SDH同步传输体系的技术特点（2007-8-13）热巩绪礼齐爱芝岳晓斌（新疆电力设计院系统室）摘要：本文介绍了光SDH同步传输系统作为一种新的技术体系，在电信和电力系统通信中广泛应用，是以其国际统一的数字传输标准，同步复用方式和灵活的复用映射结构，丰富的开销比特，统一的标准光接口，先进的网络配置和设备的前、后向兼容性等技术特点。关键词：光SDH同步传输系统；数字传输标准；同步复用；复用映射结构；开销比特；光接口标准；兼容性光SDH同步传输系统是一种完整严密的传送网技术体系，具备全世界统一的数字传输标准STM-N，简化了信号的互通以及信号的传输、复用和交叉连接过程；采用同步复用方式和灵活的复用映射结构,具有广泛的适应性；安排有丰富的开销比特用于网络的操作管理和维护；有统一的光接口标准，能够在基本光缆段上实现横向兼容性，采用SDH组网技术还可以构成具有高度可靠性的自愈环结构（环形结构），通过SDH帧结构开销中的K1、K2字节，网元本身可以智能化的实现网络的保护，避免了格状网采用由集中网管系统控制数字交叉连接设备（DXC）实现网络恢复的复杂性，大大的简化了对网管系统的要求，从而确保了网管系统的正常运行；采用软件进行网络配置和控制,便于扩展；具有完全的后向兼容性和前向兼容SDH网确保了业务的透明性，其技术已相当成熟，目前已成为世界电信网的主要基础传输设施。[1]SDH的技术特点：国际统一的数字传输标准STM-N；采用同步复用方式和灵活的复用映射结构,具有广泛的适应性；丰富的开销比特,加强了网络的OAM能力；统一的标准光接口；采用软件进行网络配置和控制,便于扩展；具有完全的后向兼容性和前向兼容性。下面就以上特点进行相应的分析和说明一.国际统一的数字传输标准STM-N光SDH同步数字体系使1.5Mbit/s和2Mbit/s两大数字体系（三个地区性标准）在STM-1等级以上统一。今后，数字信号在跨越国界通信时，不需要转换成另一种标准，第一次真正实现了数字传输体制上的世界性标准。光SDH同步数字体系信号的最基本、最重要的模块信号是STM-1，其速率为155.520Mbit/s，相应的光接口线路信号只是STM-1信号经扰码后的电/光转换结果，因而速率不变。更高等级的STM-N信号可以近似看作是将基本模块信号STM-1按同步复用，经字节间插后的结果，其中N是整数。目前SDH只能支持一定的N值，表一列出了ITU-T建议G.707所规范的标准速率值。表一SDH的标准速率：等级速率（Mb/s）STM—1155.520STM—4622.080STM—162488.320STM—649953.280二.采用同步复用方式和灵活的复用映射结构,具有广泛的适应性同步复用和映射方法是SDH最有特色的内容之一，它使数字复用由PDH固定的大量硬件配置转变为灵活的软件配置。SDH的复用结构如图1。一个完整的SDH同步复用映射（映射指将支路信号适配装入VC的过程）结构及各类复用单元之间的关系可以用下土来描述，它可以将目前PDH的绝大多数标准速率装入SDH帧结构内的净负荷区，也可以容纳来自B—ISDN的ATM信元或其他新业务信号。为了将各种信号装入SDH帧结构净负荷区，需要经过映射、定位、和复用等三个步骤。当然下图只是ITU—T所规定的最一般、最完整的复用映射结构，并不排除更简单的选择。从图中我们可知，对不少支路信号可以有多种复用映射途径供选择。为了简化设备，可以根据设备的具体网络应用环境和业务需求，省去某些接口和复用映射支路，使每种净负荷只有一条复用映射途径。我国目前采用的基本复用映射结构，特点是采用了AU—4路线，主要考虑目前PDH中应用最广的2Mbit/s和140Mbit/s支路接口，如有需要也可提供34Mbit/s的支路接口。一般情况不用34Mbit/s支路信号，因一个STM—1只能映射进三个34Mbit/s支路信号，不如将四个34Mbit/s复用成140Mbit/s后再映射进STM—1来的经济。因此目前提供了2、34、140Mbit/s的支路接口。今后对与某些应用。例如国际租用业务可能需要提供1.544Mbit/s的透明支路，可用C-11，到C-12再到TU-12的方式映射进去；对图像业务和局域网业务，因目前图像的压缩编码技术尚未最后定论，大约在4~34之间，而SDH可以为其提供VC-2，VC-2的级联方式来传输。SDH的复用过程：映射:把PDH的各种速率及ATM信元与SDH的容器进行适配的过程定位:用指针指示净荷的第一个字节在帧内的位置复用:按单字节间插方法，将N个TU变成TUG，N个AU复接成AUG，N个AUG复用进STM-N的过程图1三.安排有丰富的开销比特用于网络的操作管理和维护，加强了网络的OAM能力SDH帧结构中安排有丰富的段开销比特，约占用整个帧结构的所有容量的1/20，应用段开销比特，除了可完成传输网的性能监控、分层管理、告警分析和故障定位，而且还用进一步扩展的余地。SDH帧结构中段开销的安排：SDH帧结构包括段开销、管理单元指针和净负荷三部分,STM-1的帧结构如图2。段开销位于帧结构的（1~9）行*（1~9）列，分为RSOH(再生段开销)和MSOH（复用段开销）两部分，如图3。N个STM—1帧通过字节间插复用成STM—N帧，在此过程中，各STM—1帧的AU—4中所有字节原封不动按字节间插方式复用。而STM—N帧的段开销是由N个段开销按字节间插同步复用而成，除了A1、A2和3个B2字节是按字节间插复用进STM—N帧外，其他开销字节要经过终结处理，再重新插入STM—N帧相应的开销字节中。同时，并不是N个STM—1段开销字节都保留，只有第一个STM—1的段开销字节完全保留，其余STM—1的段开销只保留A1、A2和3个B2字节。图2SDH的帧结构STM-1的基本帧结构，以字节为单位排列，9行x270列为一帧，其中最左面9行x9列为SOH（段开销）及PTR（Pointer-指针）部分，其余9行x261列为净负荷（Payoad）.每一个基本帧的周期为125us,及帧频为8kHz可计算出其比特率fb为[1]：fb=8kX9X270X8=155520kbit/sX：为国内使用的保留字节Δ：与传输煤质有关的特征字节*：为不扰码字节Rx,Cy：为厂家设备开销通道所用字节图3STM—1段开销位置图开销字节的产生、终结过程：我们将SDH设备分解为一系列基本功能模块(SDH的系统组成如图4)，同时对每一基本功能模块的输入、输出及内部信号流程进行分析，通过对与段开销字节有关的传输终端功能模块信号流程的分析，说明段开销字节的产生、终结过程（只涉及总的开销字节的处理过程）。传输终端功能模块的主要作用是对网元收到的STM—N信号终结其段开销，将其转换为净负荷信号，或做相反的变换，这一流程主要由五个基本功能模块组成。[2]1.SDH物理接口：将线路送来的STM—N信号转换为内部逻辑电平信号，再生段终端功能块送来的STM—N逻辑电平信号转换为线路信号。2．再生终端功能模块：主要作用是产生和终结再生段开销。来自SPI的逻辑电平和定时信号正常时，RST搜索A1和A2进行帧定位，然后对除再生段开销第一行外的所有字节进行解扰码，提取E1、F1等以及其他未使用的字节送至系统内部开销数据接口；来自复用段终端功能块的带MSOH的STM—1信号其RSOH字节未定，通过RST功能块确定RSOH字节。3.复用缎终端功能模块：主要作用时产生复用段开销并构成完整的复用段信号，以及终结复用段开销。恢复处理MSOH字节，同时从MSOH的K1、K2字节中得到复用段保护主备切换信息，产生MSOH字节，形成复用段信号送给RST。4.复用段保护功能模块：主要作用为复用段内STM—N信号的失效保护。收到告警信号或者倒换命令时，MSP功能块将保护的部分切换到保护通道的终端模块上，同时，本端的自动保护倒换通路字节K1、K2送入备用保护MST传送给对端.5.复用段适配功能块：主要功能是处理AU指针，并组合或分解整个STM—N帧。图4四.统一的标准光接口由于将标准光接口综合进各种不同的网元，减少了将传输和复用分开的需要，从而简化了硬件，缓解了布线的拥挤。例如网元有了标准光接口后，光纤可直通到DXC，省去了单独的传输和复用设备，以及又贵又不可靠的人工数字配线架。此外，有了标准光接口信号和通信协议后，使光接口成为开放性接口，还可以在基本光缆段上实现横向兼容，满足多厂家产品环境要求，降低了联网成本。SDH的光接口分类如图5：图5SDH的光接口位置如图6：图6发送机在S点的特性光源类型：LED、MLM、SLM光谱特性：最大均方根宽度、最大-20dB宽度、最小边模抑制比平均发送功率：当发送机发送伪随机序列信号时在S点所测得的平均光功率消光比：在最坏反射条件时，全调制条件下传号与空号的平均光功率的比值眼图模板：限制发送光脉冲形状的方法S-R点之间光通道的特性衰减范围最大色散值：1dB功率代价所对应的光通道色散值反射：由光通道折射率不连续引起的，包括光纤本身的折射率不均匀所造成的散射和光纤接头产生的反射光通道的损耗允许的光通道损耗Psr为:Psr=Pt-Pr-Pp实际的S-R点允许损耗为:Psr=(Af+As/Lf+Mc)L+2Ac实际可达的再生段距离L为:L=(Pt-Pr-2Ac-Pp)/(Af+As/Lf+Mc)Pt:发送光功率Pr:接收机灵敏度Pp:光通道功率代价Af:光纤损耗(dB/km)Lf:单盘光缆的长度(km)As:固定接头损耗(dB)Ac:活动连接器损耗(dB)Mc:光缆富余度(dB/km)接收机在R点的特性灵敏度：R点处为达到10-10的BER值所需要的平均接收光功率的最小可接受值过载功率：R点处达到10-10的BER值所需要的平均接收光功率的最大可接受值反射系数：R点处的反射光功率与入射光功率之比光通道功率代价：包括反射和由码间干扰、模分配噪声、激光器声引起的总色散代价五.采用软件进行网络配置管理和控制,便于扩展SDH网大规模采用软件控制和将业务量集中在高速脸露和交叉连接点上，软件几乎可以控制网络中所有交叉连接设备和复用设备。SDH网的管理是完全按照电信管理网（TMN）的概念实现的，利用一个具备一系列标准接口（包括协议和消息规定）的统一体系结构来提供一种有组织的结构，使各种不同类型的操作系统（网管系统）与通信设备互连，从而实现通信网的自动化和标准化管理并提供大量的各种管理功能，降低了网络OAM成本，促进了网络和业务的发展。[4]具体来说，SDH网管系统能实现对所提供的SDH光传输设备、PCM终端设备进行统一维护管理；SDH系统的管理功能、网络结构、ECC功能以及协议栈等均符合ITU—T建议G.784、Q.811和Q.812。管理信息模型符合ITU—T建议G.774系列。被管理的整个网络中的各网元均可由一个管理平台对SDH光传输设备、PCM终端设备进行管理。通过WIMP（窗口、图标、菜单、光标）方式的人机接口、监视和控制整个被管理网络中的每一个网元。告警和事件记录追踪至每一块电路板。提供网元层、网元管理层和网络管理层的功能。SDH网管系统有以下管理功能[5]：（1）系统管理：对系统自身属性和资源的管理，主要包括管理信息数据库的备份和恢复，各类日志的转储和清除等。（2）故障管理：故障管理应能对传输系统进行故障诊断、故障定位、故障隔离、故障改正以及路径测试功能。（3）性能管理：设备管理系统提供下述性能管理功能；能对G.826建议误码性能参数进行自动采集和分析，并能以ASCII码文件形式传给外部存储设备；能同时对所有终端点进行性能监视;能同时对性能监视门限进行设置；能存储和报告15分钟和24小时两类性能事件数据；能报告“当前”和“近期”两种性能监视数据；能支持近端或远端环回测试功能。配置管理：设备管理系统应至少能提供下述配置管理功能：网元的初始化设置；通道的交叉连接和配置；定时源优先级的选择；NE状态和控制；可以设置、存储、检索和改变保护倒换参数；路径保护及路径恢复功能；网同步功能；应能按请求以图形方式在