SDH复用技术优化探讨

教学内容

(1)SDH复用原理；

(2)SDH复用过程。

技能要求

(1)能理解SDH复用原理；

(2)能理解PDH信号(2 Mb/s、34 Mb/s、140 Mb/s)复用过程。

任务描述

团队(4～6人)完成SDH复用原理及过程。

任务分析

让学生完成SDH复用原理及过程。

知识准备

SDH复用包括两种情况，一种是低阶的SDH信号复用成高阶SDH信号；另一种是低速支路信号(例如2 Mb/s、34 Mb/s、140 Mb/s)复用成SDH信号STM－N。

第一种情况在前面已有所提及，复用主要是通过字节间插复用的方式来完成的，复用的个数是四合一，即4×STM－1→STM－4，4×STM－4→STM－16。第二种情况用得最多的就是将PDH信号复用进STM－N信号中去。

在SDH复用结构中，各种业务信号复用进STM－N帧的过程都要经历映射、定位、复用三个步骤。

我国的光同步传输网体制规定了以2 Mb/s信号为基础的PDH系列作为SDH的有效负荷，并选用AU－4复用路线。我国的SDH复用映射结构如图3-51所示。

图3-51　我国的SDH复用映射结构

1.140 Mb/sPDH信号复用进STM－N信号

(1)首先将140 Mb/s的PDH信号经过码速调整(比特塞入法)适配进C4，C4是用来装载140 Mb/sPDH信号的标准信息结构。C4的帧结构是以字节为单位的块状帧，帧频是8 000帧/s，也就是说经过速率适配，140 Mb/s的信号在适配成C4信号时已经与SDH传输网同步了。这个过程也就相当于C4装入异步140 Mb/s的信号。C4的帧结构如图3-52所示。

图3-52　C4的帧结构

(2)为了能够对140 Mb/s的通道信号进行监控，在复用过程中要在C4的块状帧前加上一列通道开销字节(高阶通道开销VC4－POH)，此时信号成为VC4信息结构，VC4信息结构如图3-53所示。

(3)信息都打成了标准的包封，现在就可以将它复用进STM－N信号中了，此过程就像往车上装载货物，货物(VC)装载的位置是其信息净负荷区。在装载货物(VC)的时候会出现这样一个问题，当货物装载的速度和货车等待装载的时间(STM－N的帧周期为125μs)不一致时，货物在车厢内的位置就会“浮动”，那么在接收端怎样才能正确分离货物包呢?SDH采用在VC4前附加一个管理单元指针(AU－PTR)来解决这个问题。此时信号由VC4变成了管理单元AU－4这种信息结构。AU－4的结构如图3-54所示。

图3-53　VC4信息结构

图3-54　AU－4的结构

AU－4这种信息结构已初具STM－1信号的雏形——9行×260列，只不过缺少SOH部分而已，这种信息结构其实也算是将VC4信息包再加了一个包封，从而构成了AU－4。

管理单元为高阶通道层和复用段层提供适配功能，由高阶VC和AU指针组成。AU指针的作用是指明高阶VC在STM帧中的位置，也就是说指明VC货物在STM－N车厢中的具体位置。通过指针的作用，允许高阶VC在STM帧内浮动，也就是说允许VC4和AU－4有一定的频偏和相差。换句话说，允许货物的装载速度与车辆的等待时间有一定的差异，也可以这样说，允许VC4的速率和AU－4包封速率(装载速率)有一定的差异。这种差异不会影响接收端正确地定位、分离VC4。尽管货物包可能在车厢内(信息净负荷区)“浮动”，但是由于AU－PTR不在信息净负荷区，而是和段开销在一起，因此AU－PTR本身在STM帧内的位置是固定的，这就保证了接收端能正确地在相应的位置找到AU－PTR，进而通过AU指针定位VC4的位置，从而从STM－N信号中分离出VC4。一个或多个在STM帧中占用固定位置的AU组成AUG——管理单元组。

(4)现在只剩下最后一步了，将AU－4加上相应的SOH合成STM－1信号，N个STM－1信号通过字节间插复用成STM－N信号。

34 Mb/s、2 Mb/s PDH信号复用进STM－N信号

1)34Mb/s PDH信号复用进STM－N信号

(1)同样，34 Mb/s的信号先经过码速调整适配到相应的标准容器C3中，然后加上相应的通道开销，C3打包成VC3，此时的帧结构是9行×85列，如图3-55所示。为了便于接收端定位VC3，以便能将它从高速信号中直接拆离出来，在VC3的帧上加了3个字节的指针——TU－PTR(支路单元指针)。此时的信息结构是支路单元TU－3(与34 Mb/s的信号相对应的信息结构)，支路单元提供低阶通道层(低阶VC，例如VC3)和高阶通道层之间的桥梁，也就是说是高阶通道(高阶VC)拆分成低阶通道(低阶VC)，或低阶通道复用成高阶通道的中间过渡信息结构。

(2)支路单元指针TU－PTR的作用是指示低阶VC的起点在支路单元TU中的具体位置。与AU－PTR类似，AU－PTE是指示VC4起点在STM帧中的具体位置，实际上二者的工作机理也很类似。可以将TU类比成一个小的AU－4，那么在装载低阶VC到TU中时就要有一个定位的过程——加入TU－PTR的过程。装入TU－PTR后的TU3的结构如图3-56所示。

图3-55　VC3的结构

图3-56　TU3的结构

(3)TU3的帧结构有点残缺，先将其缺口部分补上，成为TUG3信息结构，TUG3的结构如图3-57所示。图中R为塞入的伪随机信息，这时的信息结构为TUG3——支路单元组。

(4)三个TUG3通过字节间插复用方式，复合成C4信息结构。因为TUG3是9行×86列的信息结构，所以3个TUG3通过字节间插复用方式复合的信息结构是9行×258列的块状帧结构，而C4是9行×260列的块状帧结构。于是在3×TUG3合成结构前面加两列塞入比特，使其成为C4的信息结构。C4的结构如图3-58所示。

图3-57　TUG3的结构

图3-58　C4的结构

(5)这时剩下的工作就是将C4复用进STM－N中去了，此过程与前面讲的将140 Mb/s信号复用进STM－N信号的过程类似:C4→VC4→AU－4→AUG→STM－N。

2)2 Mb/sPDH信号复用进STM－N信号

当前运用最多的复用方式是将2 Mb/s信号复用进STM－N信号中，它也是PDH信号复用进STM－N信号最复杂的一种方式。

(1)首先，将2 Mb/s的PDH信号经过速率适配装载到对应的标准容器C12中，为了便于速率适配采用复帧的概念，即将四个C12基帧组成一个复帧。C12的基帧帧频也是8 000帧/s，那么C12复帧的帧频就是2 000帧/s，如图3-59所示。

采用复帧纯粹是为了速率适配的方便。例如，若E1信号的速率是标准的2.048 Mb/s，因为C12帧频是8 000帧/s，PCM30/32[E1]信号的帧频也是8 000帧/s，所以装入C12时正好是每个基帧装入32个字节(256 bit)有效信息。但当E1信号的速率不是标准速率2.048 Mb/s时，那么装入每个C12的平均比特数就不是整数。例如，E1的速率是2.046 Mb/s时，将此信息装入C12基帧时平均每帧装入的比特数是(2.046×106 b/s)/(8 000帧/s)＝255.75 bit有效信息，比特数不是整数，因此无法装入。若此时取4个基帧为一个复帧，那么正好一个复帧装入的比特数为(2.046×106 b/s)/(2 000帧/s)＝1 023 bit，可在前三个基帧每帧装入256 bit(32字节)有效信息，在第4帧装入255个bit有效信息，这样就可将此速率的E1信息完整地适配进C12中去。那么怎样对E1信号进行速率适配(也就是怎样将其装入C12)呢?C12基帧结构是9×4－2个字节的带缺口的块状帧，4个基帧组成一个复帧，C12的复帧结构和字节安排如图3-59所示。

图3-59　C12的复帧结构和字节安排

每格为一个字节(8 bit)，各字节的比特类别如下:

W＝IIIIIIII，Y＝RRRRRRRR，G＝C1C2OOOORR，M＝C1C2RRRRRS1，N＝S2IIIIIII；

I:信息比特；R:塞入比特；O:开销比特；

C1:负调整控制比特；S1:负调整位置；C1＝0 S1＝I；C1＝1 S1＝R∗；

C2:正调整控制比特；S2:正调整位置；C2＝0 S2＝I；C2＝1 S2＝R∗。

R∗表示调整比特，在接收端去调整时，应忽略调整比特的值，复帧周期为125μs×4＝500μs。

复帧中的各字节的内容如图3-59所示，一个复帧共有:C12复帧＝4×(9×4－2)字节＝136字节＝127W＋5Y＋2G＋1M＋1N＝(1 023I＋S1＋S2)＋3C1＋49R＋8O＝1 088 bit，其中负、正调整控制比特C1、C2分别控制负、正调整位置比特S1、S2。当C1C1C1＝000时，S1放有效信息比特I，而C1C1C1＝111时，S1放塞入比特R，C2以同样的方式控制S2。那么复帧可容纳有效信息净负荷的运行速率范围是:

C12复帧max＝(1 023＋1＋1)×2 000＝2.050(Mb/s)；

C12复帧min＝(1 023＋1＋1)×2 000＝2.046(Mb/s)。(www.xing528.com)

也就是说当E1信号适配进C12时，只要E1信号的速率在2.046～2.050 Mb/s的范围内，就可以将其装载进标准的C12容器中，也就是说可以经过速率调整将其速率调整成标准的C12速率——2.176 Mb/s。

(2)为了在SDH网的传输中能实时监测任一个2 Mb/s通道信号的性能，需将C12再打包——加入相应的通道开销(低阶通道开销)，使其成为VC12的信息结构。如图3-59所示，此处低阶通道开销是加在每个基准左上角的缺口上的，一个复帧有一组低阶通道开销，共4个字节:V5、J2、N2、K4。因为VC可看成一个独立的实体，因此以后对2 Mb/s业务的调配是以VC12为单位的。

一组通道开销监测的是整个一个复帧在网络上传输的状态，一个C12复帧装载的是4帧PCM30/32的信号，因此，一组LP－PTR监控的是4帧PCM30/32信号的传输状态。

(3)为了使接收端能正确定位VC12的帧，在VC12复帧的4个缺口上再加上4个字节的TU－PTR，这时信号的信息结构就变成了TU12，为9行×4列。TU－PTR指示复帧中第一个VC12的起点在TU12复帧中的具体位置。

图3-60　TUG3的信息结构

(4)3个TU12经过字节间插复用合成TUG2，此时的帧结构是9行×12列。

(5)7个TUG2经过字节间插复用合成TUG3的信息结构。7个TUG2合成的信息结构是9行×84列，为满足TUG3的信息结构(9行×86列)，需在7个TUG2合成的信息结构前加入两列固定塞入比特。TUG3的信息结构如图3-60所示。

(6)TUG3的信息结构再复用进STM－N中的步骤则与前面所讲的一样。

从2 Mb/s复用进STM－N信号的复用步骤可以看出，3个TU12复用成一个TUG2，7个TUG2复用成一个TUG3，3个TUG3复用进一个VC4，一个VC4复用进一个STM－1，也就是说2 Mb/s的复用结构是3-7-3结构。由于复用的方式是字节间插方式，所以在一个VC4中的63个VC12的排列方式不是顺序的。头一个TU12的序号和紧跟其后的TU12的序号相差21。

同一个VC4中不同位置TU12的序号可由下列公式算出:

VC12序号＝TUG3编号＋(TUG2编号－1)×3＋(TUG12编号－1)×21。

此处的编号是指VC4帧中的位置编号，TUG3编号范围为1～3；TUG2编号范围为1～7；TU12编号范围为1～3。TU12序号是指本TU12经复用后在VC4帧中63个TU12的第几个TU12。VC4中的TUG3、TUG2、TU12的排放结构如图3-61所示。

图3-61　VC4中的TUG3、TUG2、TU12的排放结构

图3-62所示是我国SDH复用结构示意。

任务实施

各团队认真学习图3-61和图3-62。将2 Mb/s PDH信号复用进STM－N信号利用图(如图3-62所示)表达出来。

任务总结(拓展)

各团队研讨管理单元指针的作用。

习　题

一、填空题

1.光与物质的相互作用，可以归结为光与原子的相互作用，其将产生受激吸收、________、________三种物理过程。

2.要想物质产生光的放大，就必须使受激辐射　___　__　__　_受激吸收，即使N2>N1，这种粒子数的反常态分布称为粒子(电子)数反转分布，粒子数反转分布状态是使物质产生光放大而发光的首要条件。

3.半导体激光器要实现激光发射工作，必须满足以下三个条件:必须有产生激光的工作物质(也叫激活物质)；必须有能够使工作物质处于粒子数反转分布状态的激励源(也叫泵浦源)；必须有能够完成频率选择及反馈作用的________。

4.激光器的阈值电流和输出光功率随温度变化的特性为温度特性。阈值电流随温度的升高而________。

5.LED与LD相比，LED的输出光功率较小，谱线宽度较宽，调制频率较低。LED通常和________耦合，用于1.31μm或0.85μm波长的小容量、短距离的光通信系统。LD通常和________耦合，用于1.31μm或1.55μm大容量、长距离的光通信系统。分布反馈半导体激光器(DFB－LD)主要也和多模光纤或特殊设计的单模光纤耦合，用于1.55μm超大容量的新型光纤系统，这是目前光纤通信发展的主要趋势。

6.光无源器件可分为连接用的部件和功能性部件两类，连接用的部件有各种光连接器，用做光纤-光纤、部件(设备)-光纤，或部件(设备)-部件(设备)的连接；功能性部件有分路器、耦合器、光合波分波器、________、光开关和光隔离器等，用于光的分路、耦合、复用、衰减等方面。

7.ITU－T建议“用来稳定地，但并不是永久地连接两根或多根光纤的无源组件是________”。

8.用在激光器或放大器的后面，避免线路中由于各种因素而产生的发射再次回到该器件致使该器件的性能变坏的光无源器件是________。

9.将电信号转换为光信号送入光纤的器件是　___　__　___　_，常见的器件有　___　__　___　_和________两种。

10.光发送机的主要性能指标包括　___　__　__　_和　___　__　__　_。

11.数字光接收机的主要指标有光接收机的　___　__　__　_和　___　__　__　_。

12.在满足一定误码率的条件下，光接接收机的最大接收光功率为0.1 mW，最小接收光功率1 000 nW，接收机的动态范围为__________。

13.为增加光接收机的接收动态范围，应采用(　　)电路。

A.ATC　　B.AGC　　C.APC　　D.ADC

二、简答题

1.叙述APD光电二极管的工作原理。

2.画出光接收机框图并叙述各部分的功能。

3.画出光发射机框图并叙述各部分的功能。