第五章 SDH技术
5.1 SDH的产生和特点
5.2 SDH的基本概念
5.3 SDH的速率和帧结构
5.4 SDH的复用结构和步骤
5.5 SDH的复用单元
5.6 SDH常用信号的复用过程
5.7 SDH指针的作用
5.8 SDH传送网
5.9 SDH在电信系统的应用
5.10 SDH在电力系统的应用
5.11 光纤通信系统的设计
5.12 光纤通信系统的测量
5.13 长途光纤通信系统的供电方式
5.1 SDH的产生和特点一,SDH的产生准同步数字体系 PDH对数字传输网的发展起了很大作用，
但随着社会的发展，对数字传输网提出了愈来愈高的要求。如需进一步扩大信息传输容量，要求传输的距离更长，有世界范围的统一标准等。准同步数字体系已经很难满足电信业务宽带化、综合化和智能化发展的要求。
PDH主要缺点如下：
1,只有地区性的数字信号速率和帧结构标准 。
北 美 的 速 率 标 准,1.5Mbit/s,6.3Mbit/s,45Mbit/s 和
N*45Mbit/s
日本标准,1.5Mbit/s,6.3Mbit/s,32Mbit/s,100Mbit/s和
400Mbit/s
欧洲的标准为,2Mbit/s,8Mbit/s,34Mbit/s和 40Mbit/s
三者互不兼容,造成国际互通困难 。
2,没有世界性的标准光接口规范,导致各个厂家自行开发的专用光接口大量滋生 。 这些专用光接口无法在光路上互通,唯有通过光 /电转换变成标准电接口 （ G.703接口 ） 才能互通,限制了联网应用的灵活性,也增加了网络复杂性和运营成本 。
3、准同步系统的复用结构，除了几个低速率等级的信号（北美
1.5M，日本 1.5M和 6.3M）采用同步复用外，其他多数等级的信号采用异步复用，即靠塞入一些额外比特使各支路信号与复用设备同步并复用成高速信号。这种方式难以从高速信号中识别和提取低速支路信号，为了上下电路，唯一的办法就是将整个高速线路信号一步一步地解复用到所要取出的低速支路信号等级：上下支路信号后，再一步一步地复用至高速线路信号进行传输。其复用结构复杂，硬件数量大，上下业务费用高。
PDH采用的异步复接原理图如下：
4,PDH的复用信号帧结构中用于网络运行、管理和维护
（ OAM）的开销比特很少，主要靠人工的数字信号交叉连接和停业务测试。这成了进一步改网络 OAM能力的重要障碍，妨碍了网络的智能化。
5,由于传统的准同步系统的网络运行和管理主要靠人工的数字信号交叉连接,无法经济地对网络组织,电路带宽和业务提供在线实时控制,难以满足网络动态组网和新业务接入的要求 。
同时无法提供最佳的路由选择,使数字通道设备的利用率低 。
很明显，要在原有技术体制和技术框架内通过修修补补来克服 PDH的固有缺点是得不偿失的。唯一的出路是从技术体制上进行根本的改革。因此同步数字体系就成为顺应潮流的一种产物。
二,SDH的特点
1,SDH采用世界上统一的标准传输速率等级 。 最低的等级也就是最基本的模块称为 STM-1,传输速率为 155.520 Mb/s； 4个
STM-1 同步复接组成 STM-4,传输速率为 622.080 Mb/s； 16个
STM-1 组成 STM-16,传输速率为 2488.320 Mb/s,以此类推 。
2,SDH各网络单元的光接口有严格的标准规范。因此,光接口成为开放型接口，任何网络单元在光纤线路上可以互连,不同厂家的产品可以互通，这有利于建立世界统一的通信网络。 另一方面，标准的光接口综合进各种不同的网络单元,简化了硬件，降低了网络成本。
3、在 SDH帧结构中，丰富的开销比特用于网络的运行,维护和管理，便于实现性能监测、故障检测和定位、故障报告等管理功能。
4、采用数字同步复用技术，其最小的复用单位为字节,不必进行码速调整，简化了复接分接的实现设备，由低速信号复接成高速信号，或从高速信号分出低速信号，不必逐级进行。
图 5.1示出 PDH和 SDH分插信号流程的比较 。 在 PDH中,为了从 140 Mb/s码流中分出一个 2 Mb/s的支路信号,必须经过
140/34 Mb/s,34/8 Mb/s和 8/2 Mb/s三次分接 。 而若采用 SDH分插复用器 (ADM),可以利用软件一次直接分出和插入 2 Mb/s支路信号,十分简便 。
光
/
电光信号分接分接分接
1 4 0 / 3 4 M b / s
3 4 / 8 M b / s
8 / 2 M b / s
复接复接复接电
/
光光信号
2 / 8 M b / s
8 / 3 4 M b / s
3 4 / 1 4 0 M b / s
2 M b / s ( 电信号)
S D H
A D M
1 5 5 M b / s
光接口
1 5 5 M b / s
光接口
2 M b / s ( 电信号)
P D H
图 5.1-1 分插信号流程的比较
5,采用数字交叉连接设备 DXC可以对各种端口速率进行可控的连接配置，对网络资源进行自动化的调度和管理，既提高了资源利用率，又增强了网络的抗毁性和可靠性。 SDH采用了
DXC后，大大提高了网络的灵活性及对各种业务量变化的适应能力，使现代通信网络提高到一个崭新的水平。
上述优点中，最核心的有三条，即同步复用、标准光接口和强大的网管能力。
5.2 SDH的基本概念
SDH传输设备主要包括终端复用设备 TM、分插复用器 ADM
及数字交叉连接设备 SDXC等网元（ NE）。
TM A D M
S T M - n
D X C
S T M - N
A D M TM
TM
S T M - N
TM A D M
S T M - n
D X C A D M TM
S T M - N S T M - N S T M - n
S T M - NS T M - NS T M - N
S T M - n
低速信号低速信号
……
低速信号低速信号
( n ＜ N )
图 5.2-1 SDH传输网的典型拓扑结构上述 TM,ADM和 DXC的功能框图分别如图 5.2-2(a),(b),(c)
所示。
M U X
E
1
E
1
… S TM - N
同步复接
D M X
E
1
E
1
…
S TM - N
同步分接
( a )
D M X M U X
中继线
S TM - N
中继线
S TM - N
D r o p
S TM - n
A d d
S TM - n
分接 复接本地
( b )
1,m
1,m
…
m,1
m,1
复接交叉连接矩阵分接
1
n
1
n
( c )
配置管理图 5.2-2 SDH
(a) 终端复用器 TM； (b) 分插复用设备 ADM(Add/Drop Multiplexer);
(c) 数字交叉连接设备 DXC
5.3 SDH的速率和帧结构一,网络节点接口从基本原理上讲,一个庞大的传输网是由两种基本设备构成,即传输设备和网络节点,传输设备可以是光缆线路系统,也可是微波接力系统；网络节点指可以对连接进行交换或选路的设备,如 64Kbit/s电路节点,高速路由器和宽带节点 。
简单的网络节点只有复用功能,复杂的网络节点包括终结,
交叉连接,复用和交换功能 。
NNI在概念上是网络节点之间的接口,从具体实现上看就是传输设备和网络节点之间的接口,NNI在网络中的位置如图 5.3-1所示：
图 5.3-1 NNI在网络中的位置二,SDH的速率在 SDH的网络节点接口上，共规定了 4个等级的速率，即
STM-1,STM-4,STM-16和 STM-64，其速率分别为 155.520
Mbps,622.080Mbps,2488.320Mbps和 9953.280Mbps。
其中，最基本也是最重要的模块信号是 STM-1，其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。而更高等级的 STM-N模块是将 STM-1的字节以字节交错间插方式同步复用的结果。
三,SDH的帧结构
SDH帧结构是实现数字同步时分复用,保证网络可靠有效运行的关键 。 图 5.3-2给出 SDH帧一个 STM-N帧有 9行,每行由
270× N个字节组成 。 这样每帧共有 9× 270× N个字节,每字节为
8 bit。 帧周期为 125 μs,即每秒传输 8000帧 。 对于 STM-1 而言,
传输速率为 9× 270× 8× 8000=155.520 Mb/s。 字节发送顺序为：
由上往下逐行发送,每行先左后右 。
S O H
1
2
A U - P T R
3
4
5
S O H
…
9
S TM - N 载荷
(含 P O H )
9× N 2 6 1 × N
2 7 0 × N
发送顺序图 5.3-2 SDH帧的一般结构
SDH
(1) 段开销 (SOH)。 段开销是在 SDH帧中为保证信息正常传输所必需的附加字节 (每字节含 64 kb/s的容量 ),主要用于运行,
维护和管理,如帧定位,误码检测,公务通信,自动保护倒换以及网管信息传输 。
对于 STM-1 而言,SOH共使用 9× 8(第 4行除外 )=72 Byte相应于 576 bit 。 由于每秒传输 8000 帧,所以 SOH 的 容量为
576× 8000=4.608 Mb/s。 段开销又细分为再生段开销 (SOH)和复接段开销 (LOH)。 前者占前 3行,后者占 5～ 9行 。
(2) 信息载荷 (Payload)。 信息载荷域是 SDH帧内用于承载各种业务信息的部分 。 对于 STM-1而言,Payload有 9× 261=2349
Byte,相应于 2349× 8× 8000=150.336 Mb/s的容量 。
在 Payload中包含少量字节用于通道的运行,维护和管理,
这些字节称为通道开销 (POH)。
(3) 管理单元指针 (AU-PTR)。 管理单元指针是一种指示符,
主要用于指示 Payload第一个字节在帧内的准确位置 (相对于指针位置的偏移量 )。 对于 STM-1 而言,AU-PTR有 9个字节 (第 4
行 ),相应于 9× 8× 8000=0.576 Mb/s。
采用指针技术是 SDH的创新,结合虚容器 (VC)的概念,
解决了低速信号复接成高速信号时,由于小的频率误差所造成的载荷相对位置漂移的问题 。
四,SDH段开销安排
1,段开销字的位置段开销字节在 STM-N帧内的位置可以用一个三坐标矢量
S(a,b,c)来表示 。 其中 a表示行数,取值为 1到 3,或 5到 9； b表示复列数,取值为 1到 9； c表示复列数内的间插层数,取值可为 1
至 64。
各种不同的 SOH字节在 STM-1帧内的安排见表 5.3-1,以
STM－ 1内的 K1字节为例,由于其处于第 5行,第 4复列,间插层数为 1层,因此其矢量坐标为 S（ 5,4,1）,其余也可照此类推 。
图中未标明用途的空白字节是保留给将来的国际标准使用的 。
A1 A1 A1 A2 A2 A2 J0 * *
B1 ● ● E1 ● F1 ╳ ╳
D1 ● ● D2 ● D3
AU PTR
B2 B2 B2 K1 K2
D4 D5 D6
D7 D8 D9
D10 D11 D12
S1 M1 E2 ╳ ╳
╳ 国内使用字节
* 不扰码国内使用字节
● 与传输媒质有关的字节表 5.3-1 STM－ 1 SOH字节安排五,SDH段开销功能
1,开销类型
SDH帧结构中安排有两类不同的开销,即段开销 SOH和通道开销 POH,分别用于段层和通道层的维护,可见开销是分层使用的 。
2,段开销字节安排
（ 1） 帧定位字节,A1和 A2
SOH中的 A1和 A2字节可用来识别帧的起始位置 。 A1和 A2
具有 确定的二进制数值,即 A1为 11110110,而 A2为 00101000。
STM－ 1帧内其中安排有 6个帧定位字节,占帧长的大约 0.25%。
目前 ITU-T规定选取其子集即可,但为了保证综合性能,不宜少于 4个字节 。 具体实现时要求发端全部 6个字节都必须发,
收端允许有一定灵活性,因而不会影响互通 。 对于 STM－ N帧,
则帧定位字节由 3N个 A1字节和 3N个 A2字节组成 。
（ 2） 再生段踪迹字节,JO
该字节在 STM-N帧中位于 S（ 1,7,1） 或 [1,6N+1],用作再生段踪迹 。 该字节用来重复发送,段接入点识别符,,以便让段接收机可以确认它与预定的发送端是否处于持续的连接状态 。 在国内网或单个网络运营者范围内,这个,段接入点识别符,可以是单个字节 （ 包括 0～ 255个编码 ） 或是 ITU-T建议 G.831所规定的,接入点识别符,的格式 。
（ 3） 备用字节,Z0
这些字节位于 S（ 1,7,2） 或 [1,6N+2]到 S（ 1,7,N） 或 [1,7N]，
为将来国际标准留用 。
4）数据通信通路（ DCC）,D1~D12
SOH中的 DCC 用来构成 SDH管理网 （ SMN） 的传送链路 。 在传统的准同步系统中尽管也有控制通路,但都是专用的,外界无法接入 。 而 DCC则是通用的,嵌入在段开销中,所有网元都具备,
便于构成统一的管理网,也避免了为每个设备都配备专用数据通信链路的需要,其中 D1~D3字节称为再生段 DCC,用于再生段终端之间交流 OAM信息,速率为 192kbit/s (3× 64kbit/s)。
而 D4~D12字节成为复用段 DCC,用于复用段终端之间交流
OAM信息，速率为 576kbit/s（ 9× 64kbit/s）。上述总共
768kbit/s的数据通路为 SDH网的管理控制提供了强大的通信基础结构。例如,SDH网络管理控制的一个重要的目标是实现快速的分布式控制，有了 DCC通路后，网络管理系统所算得的最佳路由表可以随时经 DCC通路迅速地传给网络单元。
（ 5） 公务字节,E1和 E2
这两个字节用来提供公务联络语声通路 。 E1属于 RSOH,
用于本地公务通路,可以在再生器接入 。 公务通路地速率为
64kbit/s。
（ 6） 使用者通路,F1
该字节保留为使用者 （ 通常指网络提供者 ） 专用,主要为特定维护目的而提供临时地数据 /语声通路链接 。
（ 7） 比特间插奇偶校验 8位码 （ BIP-8）,B1
B1字节 （ 8个比特 ） 用作再生段误码监视,这是使用偶校验的比特间插奇偶校验码 。 BIP－ 8码对扰码后的前一 STM-N帧的所有比特进行计算,结果置于扰码前的 B1字节位置 。 8比特监视码的产生过程可以简述如下：首先,将 STM帧结构中所有被校验的部分按 8比特为一组,分为一系列 8比特序列的码组 。 以 BIP-
8码为第一列,第 1个 8比特序列为第 2列,依次排成一个监视矩阵 。 然后由每一 8比特序列码组的第 1比特与 BIP-8码第 1比特组成第 1监视码组 （ 矩阵的第 1行 ）,由每一 8比特序列码组的第 2比特与 BIP-8码的第 2组成的 2监视码组 （ 矩阵的第 2行 ）,如此等等
。 最后,由 BIP-8码的第 1比特为第 1监视码组提供偶校验 （ 即使得该监视码组中,1”的数目为偶数 ）,由 BIP-8码的第 2比特为第
2监视码组提供偶校验,如此等等 。
这种误码监视方式是 SDH的特点之一，它以比较简单的方式实现了对再生段的误码自动监视。但是，对于在同一监视码组内恰好发生偶数个误码的情况，这种方式无法检出。好在这种情况的出现概率较小,因而总的误码检出概率还是比较高的。
（ 8） BIP-N× 24,B2
B2字节用作复用段误码监视,,段开销中安排有 3个 B2字节
（ 共 24比特 ） 作此用途 。 B2字节是使用偶校验的比特间插奇偶校验 N× 24位码,其产生方式与 BIP-8码类似 。 BIP－ N× 24码对前一 STM-N帧 （ 除了 SOH的第 1至的 3行以外 ） 的所有比特进行计算,结果置于 B2字节位置 。
SDH除了在再生段和复用段中分别安排了 1个 B1字节（ 8比特）和 3个 B2字节（共 24比特）用于误码监视外，还在 VC-3/VC-
4高阶通道层 POH中安排了 1个 B3字节（ 8比特）作误码监视，在
VC-1/VC-2低阶通道层 POH中安排了第 1和第 2比特（共 2比特）
作误码监视。可以看出,SDH在误码性能监视上的安排考虑是很周到的，每一层网络都有性能监视,共分 4个不同层次,可以对小至一个再生段,大至任意一个 VC-1/VC-2通道进行误码监视。
（ 9） 自动保护倒换 （ APS） 通路
K1和 K2（ b1～ b5） 这两个字节用作 APS信令 （ 指令 ） 。
由于 K1和 K2（ b1～ b5） 是专用于保护目的嵌入信令通路,因此保护响应时间较快 。
（ 10） 同步状态,S1（ b5～ b8）
STM－ N帧结构中属于第 1个 STM－ 1帧的 S1字节 （ 9,1,1
） 的第 5至第 8比特表示同步状态消息,这 4个比特可以有 16种不同编码,因而可以表示 16种不同的同步质量等级 （ 时钟的质量等级 ),具体情况见表 5.3-2。 其中,0010”,,0100”,,1000”
和,1011”分别表示目前 ITU-T已经规定的同步等级,另外还附加了两种情况,即,同步质量不知道,和,不应用作同步,（
表明该信号不应用作同步 ） 。 在网络的边缘,当定时信息不向下传递时,可以使用该功能 。 其余可用来表示个别网络主管部门自己规定的同步质量等级 。
由于同步状态消息是面向比特的并嵌入在主信号中,无处理延时,仅有传输延时和积分时间,因而具有快速,持续地传送同步状态消息的特点 。
S1（ b5～ b8） SDH同步质量等级描述
0000 同步质量不知道（现存同步网）
0001 保留
0010 G.811时钟信号（基准主时钟）
0011 保留
0100 G.812转接局时钟信号
0101 保留
0110 保留
0111 保留
1000 G.812本地局时钟信号
1001 保留
1010 保留
1011 同步设备定时源（ SETS）信号
1100 保留
1101 保留
1110 保留
1111 不应用作同步表 5.3-2 同步状态消息编码
(11)复用段远端误块指示（ MS－ REI）,M1
这一字节传递由 B2（ BIP-N*24）字节检出的错误的间插比特块数目（ 0～ 255）。对于 STM－ 16及更高速率，计数值截断至 255，于是对于 STM－ 1/4/16/64，其计数值范围分别为
[0,24(24*1,N=1)],[0,96 (24*4,N=4)],[0,255]和 [0,225]。
(12)复用段远端缺陷指示 (MS-RDI):K2(b6~b8)
这一字节用来向发送端回送一个指示,表示接收端已检测到上游失效或收到 MS-AIS。 MS-RDI用解忧后的 K2字节的 b6、
b7和 b8为,110”来表示。
(13)与传输媒质有关的特定字节为了考虑与传输媒质有关的特殊需要,例如微波 SDH中的保护切换的早期告警、自动发送功率控制、快速无损伤切换控制以及传播监视等,ITU-T将 STM-N帧结构中位于 (2,2,X)、
(2,3,X),(2,5,X),(3,2,X),(3,3,X)和 (3,5,X)的 6× N个字节分给与 传输媒质有关的特定应用,我们暂时用记号,△,表示。
3,简化的 SOH功能接口
5.4 SDH的复用结构和步骤将低速支路信号复接为高速信号,通常有两种传统方法：
正码速调整法 （ 比特塞入法 ） 和 固定位置映射法 。
正码速调整法 是利用固定位置的比特塞入指示来显示塞入的比特是否载有信号数据 。 其 优点 是容许被复接的支路信号有较大的频率误差； 缺点 是复接与分接相当困难 。
固定位置映射法 是让低速支路信号在高速信号帧中占用固定的位置 。 其 优点 是复接和分接容易实现,但由于低速信号可能是属于 PDH的或由于 SDH网络的故障,低速信号与高速信号的相对相位不可能对准,并会随时间而变化 。 SDH采用载荷指针技术,结合了上述两种方法的优点,付出的代价是要对指针进行处理 。 超大规模集成电路的发展,为实现指针技术创造了条件 。
图 5.4-1示出载荷包络与 STM1 帧的一段关系与指针所起的作用。通过指针的值，接收端就可以确定载荷的起始位置。
S D H 帧 1
( 1 2 5? s)
S D H 帧 2
( 1 2 5? s)
2 6 1 字节
9 字节开销
9 行载荷包络
A U P TR
图 5.4-1 载荷包络与 SDH帧的一般关系
ITUT规定了 SDH的一般复用映射结构 。 所谓映射结构,
是指把支路信号适配装入虚容器的过程,其实质是使支路信号与传送的载荷同步 。
这种结构可以把目前 PDH的绝大多数标准速率信号装入
SDH帧 。 图 5.4-2(a)示出 SDH一般复用映射结构,图 5.4-2(b)示出了我国规定的 SDH复用映射结构 。 图中 Cn是标准容器,用来装载现有 PDH的各支路信号,即 C11,C12,C2,C3和 C4 分别装载 1.5
Mb/s,2Mb/s,6 Mb/s,34 Mb/s,45Mb/s和 140Mb/s的支路信号,并完成速率适配处理的功能 。 在标准容器的基础上,加入少量通道开销 (POH)字节,即组成相应的虚容器 VC。 VC的包络与网络同步,但其内部则可装载各种不同容量和不同格式的支路信号 。
所以引入虚容器的概念,使得不必了解支路信号的内容,便可以对装载不同支路信号的 VC进行同步复用,交叉连接和交换处理,实现大容量传输 。
S T M - N A U G AU - 4 VC - 4
TU - 2 VC - 2 C - 2
TU - 12 VC - 12 C - 12
TU - 11 VC - 11 C - 11
T U G - 2
×1
×3
×4
C - 3
VC - 3TU - 3
VC - 3
T U G - 3
×1
×7
×7
×3
C - 4
1 3 9 2 6 4 k b / s
4 4 7 3 6 k b / s
3 4 3 6 8 k b / s
6 3 1 2 k b / s
2 0 4 8 k b / s
1 5 4 4 k b / s
AU - 3
× N ×1
×3
指针处理复用定位校准映射图 5.4-1（ a） ITU-T G.707建议的复用映射结构
ST M -N A U G A U -4 V C -4
T U G -3
T U G -2
T U -3
T U -1 2
V C -3
V C -1 2
C -4
C -3
C -1 2
×N ×1
×1
×3
×3
×7
1 3 9 2 6 4 kb i t / s
3 4 3 6 8 kb i t / s
2 0 4 8 kb i t / s
指针处理复用定位校准映射图 5.4-2（ b）我国规定的 SDH复用映射结构由于在传输过程中,不能绝对保证所有虚容器的起始相位始终都能同步,所以要在 VC 的前面加上管理单元指针 (AU-
PTR),以进行定位校准 。 加入指针后组成的信息单元结构分为管理单元 (AU)和支路单元 (TU)。 AU由高阶 VC(如 VC-4)加 AU指针组成,TU由低阶 VC加 TU指针组成 。 TU经均匀字节间插后,
组成支路单元组 (TUG),然后组成 AU3或 AU4。 3个 AU3或 1个
AU4组成管理单元组 (AUG),加上段开销 SOH,便组成 STM-1
同步传输信号； N个 STM-1 信号按字节同步复接,便组成 STM-
N。
5.5 SDH复用单元
SDH的复用结构由一系列的基本复用单元组成,而复用单元实际上是一种信息结构,不同的复用单元,其信息结构不同,
因而在复用过程中所起的功能各不相同 。 常用的复用单元有容器 C,虚容器 VC,管理单元 AU,支路单元 TU等 。
1,容器 C
所谓容器 C实际上是一种用来装载各种速率业务信号的信息结构,主要完成 PDH信号与 VC之间的适配功能 （ 如码速调整等 ） 。 针对不同的 PDH信号,ITU-T规定了 5种标准容器,我国的 SDH 复用结构中,仅用了装载 2.048Mb/s,34.368Mb/s 和
139.264Mb/s信号的 3种容器,即 C-12,C-3,和 C-4,其中 C-4为高阶 C,而 C-12和 C-3则属于低阶 C。 表 5.5-1列出了各类容器的主要参数 。
容器 C-11 C-12 C-2 C-3 C-4
容器速率
（ Mb/s）
1.600 2.176 6.784 48.384 149.760
基帧频率
（ kHz）
8 8 8 8 8
复帧结构
（ B）
4*（ 9*3-2） 4*（ 9*4-2） 4*（ 9*12-2） 9*84 9*260
容量（ B） 100 136 424 756 2340
表 5.5-1 ITU-T规定的容器的主要参数
2,虚容器 VC
虚容器 VC是用来支持 SDH的通道（通路）层连接的信息结构，他是由标准容器 C的信号再加上对信号进行维护与管理的通道开销 POH构成。虚容器又分为高阶 VC和低阶 VC，很明显能够容纳高阶容器的 VC为高阶虚容器，容纳低阶容器的 VC为低阶虚容器。
无论是高阶还是低阶 VC，他们在 SDH网络中保持独立的、相互同步的传输状态，即其帧速率与网络保持同步，并且同一网络中的不同 VC的帧速率都是相互同步的，因而在 VC级别上可以实现交叉连接操作，从而在不同 VC中装载不同速率的 PDH信号。另外,VC信号仅在 PDH/SDH网络边界处才进行分接，从而在 SDH
网络中始终保持完整不变，独立的在通道的任意一点进行分出、
插入或交叉连接。
虚容器 VC-11 VC-12 VC-2 VC-3 VC-4
周期或复帧周期 /μs 500 500 500 125 125
帧频或复帧频率 /Hz 2000 2000 2000 8000 8000
复帧结构 /B 4*（ 9*3-
1）
4*（ 9*4-
1）
4*（ 9*12-
1）
9*85 9*261
容量 /B 104 140 428 765 2349
速率 /（ Mb/s） 1.644 2.240 6.848 48.960 150.33
6
SDH容器采用符号 C-nx。其中：
n=1~4表示与准同步数字系列相对应的各级群路信号。 x=1和 2
表示基群速率分别为 1.544Mb/s和 2.048Mb/s的 PDH。
以 C-12和 C-4为例：
表 5.5-2列出了各虚容器的主要参数。
表 5.5-2 各虚容器的主要参数基帧 (子帧 )结构 复帧结构
C-4 1行 260列 9行 260列
(9*260)/9B 9*260B
C-12 9行 4列空 2位 4个基帧
9*4-2 B 4*(9*4-2)B
C-12采用正码速调整方式信息比特（ I） (32*3+31)B+7b=1023b
码速调整比特（ S1,S2） 2b
码速调整标志比特（ C1,C2） 6b
通道开销比特（ O） 8b
固定插入比特（ R） 5B+9b=49b
总计 1088b=136B
VC-12 9*4-1 B 4*（ 9*4-1） B
VC-12=C-12+VC-12的 4字节 POH=140 B
TU-12 9*4 B 4*（ 9*4-1） B
TU-12=VC-12+TU-12的指针 V1,V2,V3和 V4=144B
3,支路单元 TU
支路单元 TU是为低阶通道层与高阶通道层提供适配功能的一种信息结构,它由一个低阶 VC和指示其在高阶 VC中初始字节位置的支路单元指针 TU-PTR组成。可见低阶 VC可在高阶 VC中浮动,并且由一个或多个在高阶 VC净负荷中占有固定位置的 TU组成一个支路单元组（ TUG）。表 5.5-3列出了各类支路单元和管理单元的主要参数。
支路单元和管理单元 TU-11 TU-12 TU-2 TU-3 AU-3 AU-4
周期或复帧周期 /μs 500 500 500 125 125 125
帧频或复帧频率 /Hz 2000 2000 2000 8000 8000 8000
复帧结构 4*(9*3) 4*(9*4) 4*(9*12) 9*85+3 9*87+3 9*261+9
容量 B 108 144 432 768 786 2358
速率（ Mb/s） 1.728 2.304 6.912 49.152 50.304 150.912
表 5.5-3各类支路单元和管理单元的主要参数
4.管理单元 AU
管理单元 AU是在高阶通道层与复用段层之间提供适配的一种息结构。它由高阶 VC和指示高阶 VC在 STM-N中的起始字节位置的管理单元指针 AU-PTR构成,同样高阶 VC在 STM -N中的位置也是浮动的,但 AU指针在 STM-N帧结构中的位置是固定的。
一个或多个在 STM帧中占有固定位置的 AU组成一个管理单元组 AUG。
5.同步转移模块 STM
在 N个 AUG的基础上,加上起到运行、维护和管理作用的段开销,便形成了 SIM-N信号。由前面的分析可知,不同的 STM-N,其信息等级不同,一般 N=1,4,16,64,…,与此对应,可以存在 STM-1、
STM-4,STM-16和 STM-64… 若干等级的同步转移模块。
5.6 常用信号的复用过程
1,139.264Mb/s信号的复用过程复用方法如图 5.6-1。首先，标准速率 139.264Mb/s的准同步信号进入 C-4,经适配处理后的 C -4输出速率为 149.760Mb/s。加上每帧 9B的 POH(相当于 576kb/s)后,便构成了 VC-4(150.336Mb/s),
它与 AU-4的净负荷容量一样,但速率可能不一致,需要进行调整。
AU-4PTR的作用是指明 VC-4相对于 AU-4的相位,它只有 9B,相当容量为 576kb/s.于是考虑了 AU-4PTR后 AU-4速率为 150.912Mb/s。
得到的单个 AU-4直接置入 AUG，再由 N个 AUG经单字节间插，
并加上段开销便构成了 STM-N信号。当 N=1时，一个 AUG加上容量为 4.608Mb/s的段开销后就构成了 STM-1的标准速率
155.520Mb/s。
AUG
AU-4 PTR
VC-4 POH
AU-4 PTR
SOH
(150.336Mb/s)
(N × 155.520Mb/s)
(150.912Mb/s)
(150.912Mb/s)
AUG
VC-4
VC-4
STM-N
AUG
AU-4
(149.760Mb/s)
(139.246Mb/s)
C-4 VC-4
C-4
图 5.6-1 139.264Mb/s信号的复用过程注：无阴影区是之间是相位对准定位的；阴影区与无阴影区间的相位对准定位由指针规定，并由箭头指示。实线表示 逻辑结合；虚线表示物理结合。
2,2.048Mb/s信号的复用过程复用过程如图 5.6-2。标称速率为 2.048Mb/s的信号先进入
C-12作适配处理再加上 VC-12 POH 便构成了 VC-12。 TU-12 PTR
用来指明 VC-12相对 TU-12的相位，经速率调整和相位校准后的
TU-12速率为 2.304Mb/s，再经均匀的字节间插组成 TUG-2(有 3个
TU-12组成 )。 7个 TUG-2经同样的单字节间插组成 TUG-3(加上塞入字节后速率达 49.536Mb/s)。进而，由三个 TUG-3经过单字节间插并加上高阶 POH 和塞入字节后构成 VC-4 的净负荷，速率为
150.336Mb/s。再加上 576kb/s的 AU-4 PTR 就组成了 AU-4,速率为 150.912Mb/s。单个 AU-4 直接置入 AUG,N个 AUG 通过单字节间插并加上段开销便得到 STM-N 信号。当 N=1时,一个 AUG
加上容量为 4.608Mb/s的段开销，即为 STM-1 的标准速率
155.520Mb/s。
C - 12
C - 12VC - 12 PO H
VC - 12TU - 12 PTR
VC - 12VC - 12TU - 12 PTRTU - 12 PTR
TUG - 2TUG - 2
TUG - 3TUG - 3VC - 4 PO H
VC - 4AU - 4 PTR
AUGAUGSO H
AU - 4 PTR VC - 4
C - 12
VC - 12
TU - 12
TUG - 2
TUG - 3
VC - 4
AU - 4
AUG
STM - N
2,048 Mb / s
2,240 Mb / s
2,240 Mb / s
2,340 Mb / s
6,912 Mb / s
49,536 Mb / s
150,336 Mb / s
150,912 Mb / s
N × 155,520 Mb / s
图 5.6-2 2.048Mb/s信号的复用过程
3,34.368Mb/s信号的复用过程复用过程如图 5.6-3。标称速率为 34.368Mb/s的信号先进入 C-
3作适配处理,C-3的速率为 48.384Mb/s。 C-3再加上 VC-3 POH 便构成了 VC-3,VC-3的速率为 48.960Mb/s。 VC-3加上 TU-3 PTR 构成 TU-3,TU-3的速率为 49.152Mb/s。 1个 TU-3复用进 1个 TUG-3，
TUG-3的速率为 49.536Mb/s。进而，由三个 TUG-3经过单字节间插并加上高阶 POH 和塞入字节后构成 VC-4 的净负荷，速率为
150.336Mb/s。再加上 576kb/s的 AU-4 PTR 就组成了 AU-4,速率为 150.912Mb/s。单个 AU-4 直接置入 AUG,N个 AUG 通过单字节间插并加上段开销便得到 STM-N 信号。当 N=1时,一个 AUG
加上容量为 4.608Mb/s的段开销，即为 STM-1 的标准速率
155.520Mb/s。
C - 3
C - 3VC - 3 POH
VC - 3TU - 3 PTR
TU - 3塞入字节
TUG - 3TUG - 3VC - 4 POH
VC - 4AU - 4 PTR
AUGAUGSOH
AU - 4 PTR VC - 4
C - 3
VC - 3
TU - 3
TUG - 3
VC - 4
AU - 4
AUG
STM - N
48,384
单位,Mb / s
34,368
48,96
49,152
49,536
150,336
150,912
N × 155,520
150,912
图 5.6-3 34.368Mb/s信号的复用过程
4、“货物运输过程”
要将货物从甲地运往乙地，先要找一个比货物稍大的箱子 (容器 )，将货物 (瓷杯 )
放入，为了防止货物晃动，
在货物周围填满碎纸之类的填充物；将箱子密封，在箱外贴上标签，说明货物的名称、件数、质次、到站名、
收到后寄回回执等内容（虚容器）；为了降低运输成本，
需将很多小箱子一起放入集装箱中，为了沿途到站后能方便的找到自己的货物，需将其编号，指明其在集装箱中的位置（ × 层 × 行 × 列），
甲地 乙地列车
（ AU ）
编号标签编号标签编号标签编号标签
（ 高阶 VC ）
集装箱 （ TUG ）
TU
VC
容器 （ C ）
货物并将编号放于显眼的、固定的位置（如门口）；再在集装箱上贴上标签，说明此集装箱的到站、货物名称、重量、质次、注意事项等内容；然后将集装箱编号（ × 车 × 号），编号放在列车值班室，集装箱放置在编好的位置，这样列车就可以将货物由甲地运到乙地。到达乙地后，先找值班室，查到大集装箱的编号，根据编号找到大集装箱；根据大集装箱上的标签，验证到站是否正确，内置的小箱数量、有无损伤，并将有关情况反馈到发站；打开集装箱，根据集装箱上的编号，找到要取下的箱子，开箱将货物取出，并与小箱上标签内容进行比较，验证到站是否正确，箱内物质、数量、质次是否与标签内容相符，
货物有无损伤，并将有关情况反馈到发货放。
SDH的复用过程就相当于货物放上列车的过程，只不过此处的“货物”是要传递的信息，“列车”是 SDH的传输模块。
5.7 指针的作用
SDH传输系统可以较方便地进行同步复接。系统中所有支路信号的时钟来源可以不同,不要求网络各部分时钟绝对同步。作为
SDH网络，仅要求 SDH信号的时钟精度 (准确度在 ± 4.6× 10-6同步容限之内工作 )。指针是管理单元和支路单元的重要组成部分,指针设置可以作为调整码速的工具,保证 SDH网络在要求的时钟精度下工作。并在任意时刻都可以准确地确定任何数据字节的位。
（ 1）当网络处于同步工作状态时,指针用来进行同步信号间的相位校准。网络处于同步工作状态时,SDH中的各网元工作在相同的时钟下,从各个网元发出的数据传输到某个网元时,速率相等,故无需进行速率适配,但是传输的途径不同,相位并不完全相同,因而需要进行相位校准。
（ 2）当网络失配时，指针用作频率和相位的校准。网络失去同步或异步工作时,不同网元工作的频率有偏差,需要频率跟踪校准,瞬时来看就是相位往单一方向变化,即单调地增加或减小,频率校准伴随相位校准。
（ 3）指针还可以用来减轻网络中的频率抖动和漂移的影响。
SDH指针包括 AU-4指针,TU-3指针和 TU-12指针 3种。
指针可以为 VC在 TU或 AU帧内的定位提供一种灵活和动感的调整。因为 TU或 AU指针不仅能够容纳 VC和 SDH在相位上的差别，
而且能够容纳帧速率上的差别。
5.8 SDH 传 送 网
1,SDH传送网的功能结构一个电信网有两大功能群：传送功能群和控制功能群 。 所谓传送网就是完成传送功能的手段,当然传送网也能传递各种网络控制信息 。 传送网主要指逻辑功能意义上的网络,是一个复杂庞大的网络 。 为了便于网络的设计和管理,通常用分层 (Laying)
和分割 (Partitioning)的概念,将网络的结构元件按功能分为参考点 (接入点 ),拓扑元件,传送实体和传送处理功能四大类 。 网络的拓扑元件分为三种,即层网络,子网和链路,只需这三种元件就可以完全地描述网络的逻辑拓扑,从而使网络的结构变得灵活,网络描述变得容易 。
（ 1） 传送网的分层和分割传送网是分层的,由垂直方向的连续的传送网络层 (即层网络 )叠加而成,从上而下分别为电路层,通道层和传输媒质层 (又分为段层和物理层 )。 每一层网络为其相邻的高一层网络提供传送服务,同时又使用相邻的低一层网络所提供的传送服务 。 提供传送服务的层称为服务者 (Server),使用传送服务的层称为客户 (Client),因而相邻的层网络之间构成了客户 /服务者关系 。
SDH传送网分层模型如图 5.8-1所示 。 自上而下依次为电路层网络,通道层网络和传输媒质层网络 。
电路层网络通道层网络传输媒质层网络
6 4 k b / s电路交换网分组交换 网租用线电路网
S D H V C － 1n 通道网
S D H V C － 3通道网光传输网 无线传输网传送网 示例
n ＝ 1,2
图 5.8-1 SDH传送网的分层模型电路层网络涉及到电路层接入点之间的信息传递并直接为用户提供通信业务，如电路交换业务、分组交换业务、租用线业务和 BISDN虚通路等。根据提供业务的不同可以分为不同的电路层网络，如 64 kb/s电路交换网,分组交换网、
租用线电路网和 ATM交换网等。电路层网络的设备包括用于各种交换业务的交换机 (例如电路交换机或分组交换机 )和用于租用线业务的交叉连接设备等。电路层网络与相邻的通道通道层网络用于通道层接入点之间的信息传递并支持不同类型的电路层网络，为电路层网络提供传送服务，其提供传输链路的功能与 PDH中的 2 Mb/s,34 Mb/s和 140Mb/s，
SDH中的 VC-11,VC-12,VC-2,VC-3和 VC-4，以及 BISDN
中的虚通道功能类似。
能够对通道层网络的连接性进行管理控制是 SDH网的重要特性之一,SDH传送网中的通道层网络还可进一步分为高阶通道层网络和低阶通道层网络 。
传输媒质层网络为通道层网络结点提供合适的通道容量,
并且可以进一步分为段层网络和物理媒质层网络 (简称物理层 ),其中段层网络是为了保证通道层的两个结点间信息传递的完整性,物理层是指具体的支持段层网络的传输媒质,
如光缆或无线 。 SDH网中的段层网络还可以进一步细分为复用段层网络和再生段层网络,其中复用段层网络涉及复用段终端之间的端到端的信息传递,再生段层网络涉及再生器之间或再生器与复用段终端之间的信息传递 。 一个完整的 SDH
传送网分层模型如图 5.8-2所示 。
VC － 11 VC － 12 VC － 2 VC － 3
电 路 层 网 络
VC － 3 VC － 4
复用段层网络再生段层网络低阶通道层高阶通道层段层物理层网络电路层通道层传输媒质层
S D H
传送层图 5.8-2 SDH传送网完整分层模型将传送网分为独立的三层，每层能在与其它层无关的情况下单独加以规定，可以较简便地对每层分别进行设计与管理；每个层网络都有自己的操作和维护能力；从网络的观点来看，可以灵活地改变某一层，
传送网分层后,每一层网络仍然很复杂，地理上覆盖的范围很大。为了便于管理，在分层的基础上，将每一层网络在水平方向上按照该层内部的结构分割为若干个子网和链路连接。分割往往是从地理上将层网络再细分为国际网、国内网和地区网等，并独立地对每一部分行使管理。图 5.8-3给出了传送网分割概念与分层概念的一般关系。
电路层网络通道层网络传输媒质层网络子网 链路层网络分层视图
( 客户/ 服务者联系)
分割视图
( a ) ( b )
图 5.8-3 传送网的分割
(a) 分层概念； (b) 分割概念采用分割的概念可以方便地在同一网络层内对网络结构进行规定，允许层网络的一部分被层网络的其余部分看作一个单独实体；可以按所希望的程度将层网络递归分解表示,为层网络提供灵活的连接能力，从而方便网络管理，也便于改变网络链路是代表一对子网之间有固定拓扑关系的一种拓扑元件，
用来描述不同的网络设备连接点间的联系，例如两个交叉连接
2,
图 5.8-4为传送网的功能模型示例。层网或子网之间通过连接 (网络连接、子网连接、链路连接 )和适配 (如层间适配，包括复用解复用、编码解码、定位与调整、速率变化等 )构成整个传送网。 相邻的层间符合客户 /
S N C
S N C
T C P CP
LC
CP
LC
CP
LC
CP T C P
APAP
S N C
AP
AP
路径网络连接链路连接路径路径终端客户层到服务层适配
T C P
路径终端 路径终端客户层到服务层适配
T C P
路径终端客户层网络服务层网络
AP,接入点
CP,连 接点
LC,链路 连 接
T C P,终端连接点
S N C,子网连接
CP
图 5.8-4 传送网的功能模型
2,SDH网的物理拓扑网络的物理拓扑泛指网络的形状，即网络结点和传输线路的几何排列，它反映了物理上的连接性。除了最简单的点到点的物理拓扑外,网络物理拓扑一般有 5种类型，即线形、星形、
树形、环形和网孔形，如图 5.8-5所示。
（ 1
将通信网的所有站点串联起来，并使首末两个点开放，
就形成了线形拓扑。在这种拓扑结构中，要使两个非相邻点之间完成连接,其间的所有点都必须完成连接功能。这是 SDH
早期应用的比较经济的网络拓扑形式，首末两端使用终端复用器 (TM)，中间各点使用分插复用器 (ADM)
( a ) ( b ) ( c )
( d ) ( e )
图 5.8-5 SDH网络的物理拓扑
(a) 线形； (b) 星形； (c) 树形 ; (d) 环形； (e) 网孔形
（ 2） 星形当通信网的所有点中有一个特殊的点与其余点以辐射的形式直接相连，而其余点之间相互不能直接相连时，
就形成了星形拓扑，又称枢纽形拓扑。在这种拓扑结构中，除了特殊点外的任意两点间的连接都是通过特殊点进行的，特殊点为经过的信息流进行路由选择并完成连接功能。这种网络拓扑可以将特殊点 (枢纽站 )的多个光纤终端综合成一个，具有灵活的带宽管理,能节省投资和运营成本，但是在特殊点存在失效问题和瓶颈问题。
（ 3）
将点到点拓扑单元的末端点连接到几个特殊点就形成树形拓扑。树形拓扑可以看成是线形拓扑和星形拓扑的结合。这种拓扑结构在特殊点也存在瓶颈问题和光功率预算限制问题，特别适用于广播式业务,但不适用于提供双向通信业务。
（ 4）
将通信网的所有站点串联起来首尾相连，而且没有任何点开放，就形成了环形网。将线形结构的两个首尾开放点相连就变成了环形网。在环形网中，要完成两个非相邻点之间的连接，
这两点之间的所有点都必须完成连接功能。环形网的最大优点是具有很高的网络生存性，因而在 SDH网中受到特别的重视。
（ 5）
当通信网的许多点直接互连时就形成了网孔形拓扑 。 如果所有的点都直接互连时就称为理想的网孔形 。 在非理想的网孔形中,没有直接相连的两个点之间需要经由其它点的转接功能才能实现连接 。 网孔形的优点是不存在如星形拓扑那样的瓶颈问题和失效问题,两点间有多种路由可选；缺点是结构复杂,
成本较高 。
上述的拓扑结构都有各自的特点,在网中都有不同程度的应用 。 网络拓扑的选择要考虑的因素很多,如网络的生存性是否高,网络配置是否容易,网络结构是否适于引进新业务等 。
一个实际网络的不同部分适宜采用的拓扑结构也有可能不同,
例如本地网适宜采用环形和星形拓扑结构,有时也可用线形拓扑,市内局间中继网适宜采用环形和线形拓扑,而长途网可能采用网孔形拓扑 。
3、
随着人类社会进入信息社会,人们对通信的依赖性越来越大,对通信网络生存性的要求也越来越高,一种称为自愈网
(Self healing Network)的概念应运而生 。 所谓自愈网就是无需人为干预,网络就能在极短的时间内从失效故障中自动恢复,
使用户感觉不到网络已出了故障 。 其基本原理就是使网络具备发现替代传输路由并重新确立通信的能力 。 自愈网的概念只涉及重新确立通信,不管具体失效元部件的修复或更换,后者仍需人员干预才能完成 。
PDH系统采用的线路保护倒换方式是最简单的自愈网形式 。
但是当光缆被切断时,往往是同一缆内的所有光纤 (包括主用和备用 )都被切断,在这种情况下上述保护方式就无能为力了 。
改善网络生存性的最好办法是将网络结点连成一个环形,
形成所谓的自愈环 (Self healing Ring)。 环形网的结点可以是
ADM,也可以是 DXC,但通常由 ADM构成 。 SDH的特色之一便是能够利用 ADM的分插复用能力构成自愈环 。
自愈环结构可分为两大类：通道倒换环和复用段倒换环 。
通道倒换环属于子网连接保护,其业务量的保护是以通道为基础,是否倒换以离开环的每一个通道信号质量的优劣而定,通常利用通道 AIS信号来决定是否应进行倒换 。 复用段倒换环属于路径保护,其业务量的保护以复用段为基础,以每对结点的复用段信号质量的优劣来决定是否倒换 。 通道倒换环与复用段倒换环的一个重要区别是前者往往使用专用保护,即正常情况下保护段也在传业务信号,保护时隙为整个环专用；而后者往往使用公用保护,即正常情况下保护段是空闲的,保护时隙由每对结点共享 。
如果按照进入环的支路信号与由该支路信号分路结点返回的支路信号方向是否相同,又可以将自愈环分为单向环和双向环 。 正常情况下,单向环中所有业务信号按同一方向在环中传输 。 双向环中进入环的支路信号按一个方向传输,而由该支路信号分路结点返回的支路信号按相反的方向传输 。 如果按照一对结点间所用光纤的最小数量还可以分为二纤环和四纤环 。 下面以四个结点的环为例,介绍 4种典型的自愈环结构 。
1,二纤单向通道倒换环二纤单向通道倒换环如图 5.8-6所示 。 通常单向环由两根光纤来实现,S1光纤用来携带业务信号,P1光纤用来携带保护信号 。
CA AC
S
1
P
1
A
B
D
C
P
1
S
1
CA AC
( a )
CA AC
S
1
P
1
A
B
D
C
P
1
S
1
CA AC
( b )
倒换图 5.8-6 二纤单向通道倒换环这种环采用,首端桥接,末端倒换,结构。
例如，在结点 A进入环传送给结点 C的支路信号 (AC) 同时馈入 S1和 P1向两个不同方向传送到 C点，其中 S1光纤按顺时针方向,P1光纤按逆时针方向,C点的接收机同时收到两个方向传送来的支路信号，择优选择其中一路作为分路信号。正常情况下,S1传送的信号为主信号。同理，在 C点进入环传送至结点 A的支路信号 (CA)按上述同样的方法传送到结点 A,S1光纤所携带的 CA
当 BC结点间的光缆被切断时，两根光纤同时被切断，从
A经 S1光纤到 C的 AC信号丢失，结点 C的倒换开关由 S1转向 P1，
结点 C接收经 P1光纤传送的 AC信号，从而使 AC间业务信号不会丢失，实现了保护作用。故障排除后，倒换开关返回原来的
（ 2）
二纤单向复用段倒换环的结构如图 5.8-7所示 。 这是一种路径保护方式 。 在这种环形结构中每一结点都有一个保护倒换开关 。 正常情况下,S1光纤传送业务信号,P1光纤是空闲的 。
当 BC结点间光缆被切断,两根光纤同时被切断,与光缆切断点相邻的两个结点 B 和 C 的保护倒换开关将利用
APS(Automatic Protection Switching)协议执行环回功能 。 例如在 B结点 S1光纤上的信号 (AC)经倒换开关从 P1光纤返回,沿逆时针方向经 A结点和 D结点仍然可以到达 C结点,并经 C结点的倒换开关环回到 S1光纤后落地分路 。 故障排除后,倒换开关返回原来的位置 。
CA AC
S
1
P
1
A
B
D
C
P
1
S
1
CA AC
( a ) ( b )
倒换
CA AC
S
1
P
1
A
B
D
C
P
1
S
1
CA AC
图 5.8-7 二纤单向复用段倒换环当 BC结点间光缆被切断，两根光纤同时被切断，与光缆切断点相邻的两个结点 B和 C的保护倒换开关将利用
APS(Automatic Protection Switching)协议执行环回功能。例如在 B结点 S1光纤上的信号 (AC)经倒换开关从 P1光纤返回，沿逆时针方向经 A结点和 D结点仍然可以到达 C结点，并经 C结点的倒换开关环回到 S1光纤后落地分路。故障排除后，倒换开关返
（ 3）
通常双向环工作在复用段倒换方式，既可以是四纤又可以是二纤。四纤双向复用段倒换环的结构如图 5.8-8所示，它由两根业务光纤 S1与 S2(一发一收 )和两根保护光纤 P1与 P2(一发一收 )
构成，其中 S1光纤传送顺时针业务信号,S2光纤传送逆时针业务信号,P1与 P2分别是和 S1与 S2反方向传输的两根保护光纤。
每根光纤上都有一个保护倒换开关。正常情况下，
从 A结点进入环传送至 C结点的支路信号顺时针沿光纤 S1
传输，而由 C结点进入环传送至 A结点的支路信号则逆时针沿光纤 S2传输,保护光纤 P1和 P2
当 BC结点间光缆被切断，四根光纤同时被切断。根
APS协议,B和 C结点中各有两个倒换开关执行环回功能，从而环工作的连续性得以维持。故障排除后，倒换开关返回原来的位置。在四纤环中，仅仅光缆切断或结点失效才需要利用环回方式来保护，而如果是单纤或
CA AC
S
1
P
1
S
2
P
2
A
CA AC
P
2
S
2
P
1
S
1
C
D B
( a )
CA AC
S
1
P
1
S
2
P
2
A
CA AC
P
2
S
2
P
1
S
1
C
D B
( b )
倒换图 5.8-8 四纤双向复用段倒换环当 BC结点间光缆被切断，四根光纤同时被切断。根据 APS
协议,B和 C结点中各有两个倒换开关执行环回功能，从而环工作的连续性得以维持。 故障排除后,倒换开关返回原来的位置。
在四纤环中，仅仅光缆切断或结点失效才需要利用环回方式来保护，而如果是单纤或设备故障可以使用传统的复用段保护倒
（ 4）
在四纤双向复用段倒换环中，光纤 S1上的业务信号与光纤
P2上的保护信号的传输方向完全相同。如果利用时隙交换技术，
可以使光纤 S1和光纤 P2上的信号都置于一根光纤 (称 S1/P2光纤 )
中，例如 S1/P2光纤的一半时隙用于传送业务信号,另一半时隙留给保护信号。
同样,光纤 S2和光纤 P1上的信号也可以置于一根光纤 (称
S2/P1光纤 )上 。 这样 S1/P2光纤上的保护信号时隙可以保护 S 2/P1
光纤上的业务信号,S2/P1光纤上的保护信号时隙可保护 S1/P2光纤上的业务信号,于是四纤环可以简化为二纤环,如图 5.8-9所示 。
当 BC结点间光缆被切断,二根光纤也同时被切断,与切断点相邻的 B和 C结点中的倒换开关将 S1/P2光纤与 S2/P1光纤沟通,
利用时隙交换技术,可以将 S1/P２ 光纤和 S2/P1光纤上的业务信号时隙转移到另一根光纤上的保护信号时隙,于是就完成了保护倒换作用 。
S
1
/ P
2
A
BD
CA AC
( a )
S
2
/ P
1
S
2
/ P
1
S
1
/ P
2
S
1
/ P
2
A
B
D
CA AC
( b )
S
2
/ P
1
S
2
/ P
1
S
1
/ P
2
C C
倒换
CA AC CA AC
图 5.8-9 二纤双向复用段倒换环前面介绍了 4种自愈环结构，通常通道倒换环只工作在二纤单向方式，而复用段倒换环既可以工作在二纤方式，
又可以工作在四纤方式，既可以单向又可以双向。自愈环种类的选择应考虑初建成本、要求恢复业务的比例、用于恢复业务所需要的额外容量、业务恢复的速度和易于操作维护等因素。
5.9 SDH在电信系统的应用
1、甘肃省 SDH骨干网甘肃省 SDH骨干网是甘肃省省内骨干网,全长 4500千米,整个骨干网由 3个 2.5Gb/s四纤双向复用段倒换环和 1个 2.5Gb/s复用段 1+1双路由保护链路组成（见图 5.9-1）。根据传输配置需要,
分段采用了 +8dBm,+13dBm,+15.5dBm和 +17dBm的光功率放大器,其传输系统配置如下图所示。为节省成本,并结合所使用设备的特点,2.5Gb/s ADM设备采用 622Mb/s光接口和 155Mb/s复用设备相接,实现 2Mb/s信号的终端。
该网络在兰州和天水站各配置了一套互为主备用的具有网员级和网络级管理功能的综合管理系统,并配置了相关的操作终端。两个综合管理系统的服务器之间采用两条 2Mb/s通道相连,
以确保网管设备之间数据通信网 DCN的安全 ;网元与网管之间采用以太网相连。
图 5.9-1 甘肃省 SDH骨干网传输系统配置图
2、广州 SDH B网广州本地传输网采用深圳华为公司 10Gb/s和增强型 2.5Gb/s
SDH 光传输系统组建新型的 SDH B网，作为广州市市话、长途网络、移动电话网,DDN、帧中继网、互联网和宽带多媒体网并提供大容量高效、安全的传输通道。
骨干层安装在广州市较场、电信大厦、客村、东晓作为本地传输网核心的节点，组成一个 STM-64二纤共享保护环；
10Gb/s骨干环有着丰富的带宽，可提供 96个 VC-4级的通道，相当于城市高速公路。
图 5.9-2展示了广州电信市话传输网 B 平面图。
图 5.9-2 广州电信市话传输网 B平面图（ 10G SDH）
5.10 SDH在电力系统的应用电力通信网是电力系统专用通信传输网络,现代化的电力网调度管理要求在供电局中就能对每个供电所进行实时的运行状况监控、故障时自动处理，能实现在无人值守时仍正确处理各种突发事件；同时各种附加业务如智能抄表，计算机远程接入等，都应该能够实现,电力通信网的作用是完成各供电所到供电局之间的各种数据流的传输。由于整个电网的管理由中心一供电局负责，因此通信网有如下一些特点,
1、每个供电局管理许多个供电所和变电站，组网时一般以每个供电局所辖的范围组网；
2、业务信息的传递主要是在供电局和供电所之间进行，供电所之间基本上无交换的信息；
3、每个供电所要传送的数据量不大，一般只有若干个 E1的业务量；
4、所有的供电所的信息都要汇总到供电局处理,
根据电力通信网的上述特点可知，在逻辑结构上看电力通信网其实是一个以供电局为中心、各个供电所在外围的星型结构网络。但是要实现这样一种网络，要考虑到地理条件的限制，光纤铺设的成本，网络的自愈能力等诸多因数。通常供电局与各个供电所的地理位置差异很大,仅采用某一种物理拓扑并不能解决问题，必须将多种拓扑一起使用才能实现,考虑到环型网的生存性强，技术成熟，所以决定以环型结构为主，辅以其它形式的结构来实现电力通信网的物理拓扑。
1、电力通信网业务的映封复用结构从电力通信网的业务信息结构上看，业务信息主要是一些低速的监控，语音信号，通常每个供电所的信,息量经过复合和适配后只有几个 2Mbit/s,典型的数据有一路 E1传送监视图象、
10Base-T的以太网速率经调整用两个 E1传送，另有语音和其他数据合成一个 E1，共 4路 E1的业务量。因此在解决方案中仅使用
2Mb/s的信号为基本的单元，其映射复用结构如图 5.10-1所示,
图 5.10-1 电力通信网的映射复用结构其他格式的数据流如 C-3,C-4等级的数据,100BASE一的以太网接口速率等，通过更换插件板作相应的复用 /映射处理后也可接入系统中传输。
图 5.10-2 保定市各个县局和市局之间的组网图图 5.10-3 市区组网图
5.11 光纤数字通信系统的设计一、系统设计的一般步骤光纤数字通信系统设计的任务是,根据用户的要求和实地情况,按照 ITU-T规范和国内技术标准,尽可能结合中、远期扩容的可能性,进行线路规划和系统配置的设计。
系统设计的一般步骤如下,
1、选定传输速率和传输体制根据系统的通信容量 (即话路总数 )选择光纤线路的传输速率。
对于长途干线和大城市的市话系统,宜选用 SDH体制,以 STM-
16(2.4Gb/s),STM-4(622Mb/s)为主 ;对于农话系统,则可采用 PDH
体制,以 3次群或 4次群为主。
2、选定工作波长根据通信距离选择工作波长。目前 0.85μm波长已很少使用，
中、短距离系统可选用 1.31μm波长，长距离系统可选用 1.55μm波长。
3、选定光源和光检测器件根据工作波长及通信距离选择 LED或 LD。通常,短波长短距离系统选用 LED,长波长系统选用 LED或 LD。
通常,低速率小容量系统采用 LED-PIN组合,而高速率大容量系统可以采用 LD-APD组合。
4、选定光纤光缆类型根据工作波长及通信容量选择多模或单模光纤。通常,低速率小容量系统选用多模光纤,高速率大容量系统须选用单模光纤。根据线路类型和通信容量确定光缆芯数。根据线路敷设方式确定光缆类型。
5、选定路由、估算中继距离根据线路尽量短直、地段稳定可靠、与其它线路配合最佳、
维护管理方便等原则确定路由。根据上下话路的需要确定中继距离,或者根据影响传输距离的主要因素来估算中继距离。
6、估算误码率根据误码秒 ES和严重误码秒 SES的上限指标,用来估算误码率的大小。
以上只是设计步骤中的主要内容，此外尚有光纤线路码型设计、供电设计等。上述设计步骤的中心问题是确定中继距离,其它步骤是为这个中心步骤而服务的。下面讨论中继距离的估算。
二、中继距离估算
1、衰减限制系统中继距离估算衰减限制系统是指光纤线路的衰减较大、传输距离主要受衰减影响的系统。例如,2次群及其以下的多模光纤通信系统,5次群及其以下的单模光纤通信系统都属于衰减限制系统。
设衰减限制系统的发送端平均输出光功率为 PT(dBm),接收端灵敏度为 PR ( dBm),则该系统的线路容许总衰减可以写为其中,
αc(dB)为光纤连接器插入损耗。光纤连接器又称为活动连接器,其插入损耗为 0.6~0.8dB/个。活动连接器通常使用在光缆与光端机的连接处,以便于光缆与光端机的分拆与结合。
αs(dB/km)为光纤每公里平均接续损耗 (即每公里平均固定接头损耗 )。由于市售光缆的长度仅为 1~2km,所以一个中继段线路是由许多这样的光缆串联而接成的。通常使用电弧熔接法来连接两根光纤,这种连接属于固定连接。固定连接处的接头损耗与接续光纤的特性及接续操作技术有关,因此一段线路上的各个固定接头损耗彼此存在差异,所以用它们的统计平均量即每公里平均固定接头损耗来描述这种损耗的大小。通常,αs=0.1~0.3dB/km(多模光纤 )及 0.05~0.1dB/km(单模光纤 )。
α(dB/km)为光纤衰减常数。
Mc(dB/km)为光缆富余度。这是为了应付光缆及光纤连接器性能变坏,或光缆长度及接头增加而预留一定的衰减指标,通常取
0.1~0.3dB/km。
Me(dB)为光端机富余度。这是为了应付光端机性能变坏而预留一定的衰减指标,通常取 3~4dB。
L(km)为中继段 (RS,Repeater Section)长度。
由线路总衰减公式可解得利用上式可以估算出中继距离来。实际中,除了有先给出光纤设备参数、后确定中继距离这一类问题外,还有先给出中继距离、后确定光纤设备参数的,这时可以初步设定这些设备的参数值并计算上式右边的算式,所得结果若等于或稍大于已知的 L,则表明所选参数符合要求，否则需要重新设定参数，再次计算和比较。
2、带宽限制系统中继距离估算带宽限制系统是指光纤衰减很小、传输距离主要受光纤色散带宽影响的系统。我们知道，光纤色散能够导致输出光脉冲展宽。因此,传输码流中相邻两个码元 A和 B,通过光纤后因波形展宽有一部分会交叠起来,以致在码元 B的峰值时刻 t =Tb(Tb等于码元时重隙的宽度 )码元 A的光强是一个非零值,这就构成了码元
A对码元 B的干扰。
考虑到单模光纤只有模内色散、而无模间色散,而多模光纤的模内色散通常远小于模间色散而可以忽略,于是,我们给出以下
rL公式 BI(L)= BI(1) /L； BM(L) =BM(1)/
BI(L)为 L(km)长度光纤的模内色散带宽； BM(L)为 L(km)长度光纤的模间色散带宽。
通过上式可解出 L，便可以估算中继距离。
三、误码率的估算
1、误码的概念和影响误码,数字流在接受判决再生后，数字流的某些比特发生差错，
使传输信息的质量发生的损伤。我们将这种数字流的比特差错称为误码。
误码率（ BER）,又称为长期平均误比特率，是传统的衡量信息传输质量的度量标准，即某一特定观测时间内错误比特数与传输比特总数的比：
BER＝ lim（误比特数 n/传输比特总数 N）
N－ >无穷大这一定义在理论上暗示误码过程是稳态过程，误码率是客观存在的时不变函数（即误码率分布的数字期望值）。而实际上，
误码的出现往往是突发性，且带有极大随机性，因而用长期平均误码率来度量数字系统的性能是不合适当，应该改用一些短期度量参数。
误码对业务的影响,误码对各种业务的影响主要取决于业务的种类和误码的分布。 语声通信能够容忍随机分布的误码，而数据通信则能相对容忍突发误码分布。
2、误码的产生和分布理想的光纤传输系统抗干扰能力很强，基本不受外界电磁干扰的影响，但在实际中，一些突发性的脉冲干扰（如静电放电）仍会对信号传输产生强干扰，引起突发误码。所以，在实际中，误码可分为内部机理误码和外部机理误码。
产生误码的内部机理
各种噪声源，如接收机光电检测器的霰弹噪声，放大器的热噪声器等。
色散引起的误码干扰，光纤的色散使得传输的光脉冲发生展宽，其能量会分散到邻近脉冲形成干扰。
通常，光纤传输系统的内部误码机理是一些相互独立的因数，
从原理上误码分布服从 泊松分布。
由于泊松分布可以用数学期望值参数来描述，因而可用长期平均误码率参数即可完全概括误码的分布特征。
由外部干扰引起的误码这些干扰主要是一些突发性的外部脉冲干扰，如外部电磁干扰、静电放电等，这些脉冲干扰有可能超过光纤系统固有的高信噪比门限而造成突发误码，在实际光纤传输系统中它是主要的误码，在数学上可以较好的用一类 A型传染病分布来描述，此时，误码是成群出现的，每个误码群的出现概率是白松分布，
每个误码群内的误码分布也是白松分布，故又称为复合白松分布。
定位抖动产生的误码：光纤系统中带有抖动的数字流与恢复定时信号之间存在的动态相位差，成为定时抖动，这会造成接收机有效判决点偏离眼图中心，直接发生误码。
复用器、交叉连接设备和交换机产生的误码。
二、误码率与线路长度的关系根据距离分配原则,如果估算出了 64kb/s数字信号在 27500km
总线路 (即 HRX)上的误码率上限值 Pe(HRX),则可以算出 64kbit/s数字信号在 5000km数字链路 (即 HRDL)上的误码率上限值 Pe(HRDL),其算式为
Pe(HRDL)= Pe(HRX)× (高级线路指标占 HRX实际分配总指标的比例 )× (HRDL长度 /高级线路长度 )
=Pe(HRX)× 40%× (5000km/25000km)
进而,可以算出 420km或 280km数字段 (即 HRDS)上的误码率上限值 Pe(HRDS),其算式为
Pe(HRDS)= Pe(HRDL)× (HRDS长度 /HRDL长度 )
= Pe(HRDL)× (420km或 280km/5000km)
然后,可以算出每个中继段 (RS)上的误码率上限值 Pe (RS),其算式为
Pe (RS)= Pe(HRDS)× (中继距离 /420km或 280km)× 修正系数 C
其中,0<C<1。
5.12 光纤数字通信系统的测量一、电性能的主要指标测量
1、误码率测量图 5.12-1给出了光端机系统误码率测试框图。其中,伪随机码发生器通过电缆连接到待测光端机的发送输入端,误码检测器则经过电缆连接到待测光端机的接收输出端。伪随机码发生器能够产生不同长度的伪随机码二进制序列信号,CCITT规定,对于 1次群和 2次群速率使用 (215 -1)伪随机码,3次群和 4次群速率则使用 (223 -
1)伪随机码。
测试步骤,
(1)按照不同的传输速率,将相应的伪随机码测试信号经过电缆送入待测光端机的发送输入端。
(2)连续 t小时用误码检测器检测待测系统的误码状况,读出误码检测器上的累积误码数 m。
(3)利用下式计算误码率,
Pe=m/N=m/sbt
其中 m是在观测时间 t内出现差错的码元数目,N是在观测时间 t
内总的码元数目,sb是码元速率。上式仅当 N或 t很大时才比较精确，
通常取 t>24小时。
图 5.12-1（ a）是一种最基本的同端测量法，他使用同一个光端机，用光纤环路将该光端机的发送输出端与接收输人端直接连接起来 (称为光纤环回 ),误码检测器与伪随机码发生器放在同一端进行测量,这种方式可用于教学实验。比较复杂一点的是使用两个光端机,用电缆环路将远端光端机的发送输出端与接收输入端直接连接起来 (称为电缆环回 ),测试也在同一端进行,如图 5.12-1(b)所示。
这种方式既可用于教学实验,也常用于工程测量。此外,更复杂的是在两个光端机之间还有一个光中继器,这也是为工程测量所用。
除了上述同端测量方式外,还有对端测量方式 (误码检测器与伪随机码发生器分开放在两端进行测量 )。
伪随机码发生器误码检测器发收电缆电缆待测光端机光纤
（ a ）
伪随机码发生器误码检测器发收电缆电缆待测光端机光纤
（ b ）
发收光纤待测光端机电缆图 5,12 - 1 光端机系统误码率测试框图
（ a ） 单光端机光纤环回同端测量方式 （ b ） 双光端机电缆环回同端测量方式
2、抖动测量数字信号的发送端是以均匀的速度发送的，每个码之间的间隔相等，即每个码元的有效瞬间在时域上是相对确定的，但数字信号在传输过程中由于受到噪声干扰和信码组合图案变化的影响，往往会产生码元的有效瞬间偏离了相对的确定位置，
这种现象叫抖动。简单说，定时抖动是指数字信号的特定时刻
（例如最佳抽样时刻）相对其理想参考时间位置的短时间偏离。
短时间偏离是指变化频率高于 10Hz的相位变化。
定时抖动对网络的性能损伤：
对数字编码的模拟信号，在解码后数字流的随机相位抖动使恢复后的值具有不规则的相位，从而造成输出模拟信号的失真，
形成抖动噪声。
在再生器中,定时的不规则性使判决点偏离接收眼图的中心,
从而降低了再生器的信躁比余度,直至发生误码 。
在 SDH网中,像同步复用器等配有缓存器的网元,过大的输入抖动会造成缓存器的溢出或取空,从而产生滑动损伤 。
[1] 输入抖动容限测量图 5.12-2给出了光端机系统输入抖动容限测试框图。其中正弦信号发生器通过电缆连接到伪随机码发生器输入端,用正弦信号来调制伪随机码信号的相位,使伪随机码信号产生抖动 (正弦信号发生器与伪随机码发生器的组合也可以统称为抖动发生器 )。
通常,伪随机码发生器,误码检测器及抖动检测器是包含在专用仪器 —— 数字传输分析仪内的 (注,为简单起见，图 5.12-2及其以后的框图都只给出单光端机光纤环回同端测量方式 )。
测试步骤：
(1)将正弦信号送人伪随机码发生器输入端,并按照表 5.12-1的要求选用正弦信号频率。
(2)调整正弦信号幅度,观测无误码时的最大正弦信号幅度,此时用抖动检测器测得的就是对应于该正弦信号频率 (即抖动频率 )
的最大抖动幅度，即为待测系统的输入抖动容限。
正弦信号发生器伪随机码发生器发收误码检测器抖动检测器待测光端机光纤图 5,12 - 2 光端机系统输入抖动容限测试框图码速 最大抖动 JP-P（ UI） 抖动频率
A0 A1 A2 f0 (Hz) f1
(Hz)
f2
(Hz)
f3
(Hz)
f4 (Hz)
1次群 36.9 1.5 0.2 1.2*10-5 20 2.4k 18k 100k
2次群 152 1.5 0.2 1.2* 10-5 20 400 3k 400k
3次群 1.5 0.15 100 1k 10k 800k
4次群 1.5 0.075 200 500 10k 3500k
表 5.12-1 各次群网络接口最大输入抖动容限
[2] 无输入抖动时的输出抖动测量图 5.12- 3给出了光端机系统元输入抖动时的输出抖动测试框图。图 5.12-3与图 5.12-2的区别是,伪随机码信号不需要使用正弦信号来调制,同时抖动检测器是连接在光端机接收输出端。
测试步骤,
(1)将符合速率及幅度要求的伪随机码信号送入待测光端机的发送输入端。
(2)将抖动检测器上的带通滤波器的通频带置于所需要的范围。
(3)观测 1分钟,在待测光端机的接收输出端用抖动检测器测得的数值,就是该伪随机码信号经过待测光端机系统后的抖动幅度,此即待测系统元输入抖动时的输出抖动量。
伪随机码发生器抖动检测器发收光纤电缆待测光端机电缆
5,12 - 3 光端机系统无输入抖动时的输出抖动测试框图
[3] 抖动转移特性测量光端机系统输出端抖动量与输入端抖动量的比值随抖动频率的变化关系,称为抖动转移特性。 CCITT G.921规定,一个数字段的抖动转移特性的最大值小于 1dB。
图 5.12-4给出了光端机系统抖动转移特性测试框图，该图与图 5.12-3的区别是：该图的伪随机码信号需要使用正弦信号来调制相位。
测试步骤,
(1)断开待测光端机与伪随机码发生器、抖动检测器的连接 (图中 处 ),直接将伪随机码发生器的输出端连到抖动检测器的输入端,
取正弦信号频率 f为 10Hz(此即抖动频率 ),调节正弦信号幅度,使抖动检测器的读数在 0.5~1.5 UI范围内取值,即得到待测光端机系统输入端的抖动幅度 Pin（单位,UI）。
(2)接通待测光端机与伪随机码发生器、抖动检测器的连接 (如图 5.12-5)，保持正弦信号频率和幅度不变 (与步骤 (1)的取值相同 ),
此时抖动检测器的读数即为待测光端机系统输出端的抖动幅度
Pout(单位,UI)。
(3)利用下式计算抖动增益
G=20lg(Pout/Pin)(dB)
(4)逐步升高正弦信号频率 f,在每个频率点上重复以上测量步骤,
分别测出各频率点的抖动增益 G(f),画出 G(f)随 f的变化曲线,就得到待测系统的抖动转移特性曲线。
正弦信号发生器伪随机信号发生器抖动检测器发收光纤
5,12 - 4 光端机系统抖动转移特性测试框图
3、输入端容许码速偏移测量光端机通信系统输入端容许码速偏移测试框图与图 5.12-1相同。
测试步骤,
(1)将标准速率 sb0的伪随机码测试信号输送给待测系统,此时误码检测器应当指示系统元误码发生。
(2)逐渐升高伪随机码发生器的时钟频率,使伪随机码信号的速率随之改变,同时用误码检测器监测系统的误码状况,记下刚刚出现误码时的伪随机码信号的速率 sb+。
(3)在步骤 (1)的基础上,逐渐降低伪随机码发生器的时钟频率,测得系统刚刚出现误码时的伪随机码信号的速率 sb-。
(4)计算 Δ s+=sb+-sbo,Δ s-=sb--sbo,即得待测系统的输入端容许码速偏移量。
二、光性能的主要指标测量
1、平均发送光功率测量图 5.12-5给出了光端机平均发送光功率测试框图。其中伪随机码发生器通过电缆连接到待测光端机的发送输入端,而待测光端机的发送输出端与接收输入端是通过光纤环路直接连接起来的,
光功率计则通过光纤连接器 (图中 × 处 )连接到光端机发送输出端。
测试步骤,
(1)使光端机的光源处在正常工作条件下,将符合速率及幅度要求的伪随机码测试信号送入光端机发送输入端。
(2)断开光端机发送输出端与光纤环路的连接,将光功率计通过光纤连接器连接到光端机发送输出端,此时光功率计的读数就是光机经过光纤连接器后的平均输出光功率 P(即全部,0"码和 "1"码光功率的平均值 )。
(3)由产品手册得知光纤连接器的插入损耗值 αc(dB)。
(4)利用下式计算光端机的平均发送光功率,
PT=P+αc
伪随机码发生器发收光功率计光纤待测光端机
5,12 - 5 光端机平均发送光功率测试框图
2、消光比测量,
消光比定义为 EX=10lg(P1/P0) (dB)
其中 P0是输入电信号为全,0”码时光端机的平均输出光功率,P1是输入电信号为全,1”码时光端机的平均输出光功率。当输入电信号是伪随机码测试信号时,其,0”码和,1”码的发生概率相等,则
P1=2PT,其中 PT是输入伪随机码测试信号时光端机的平均发送光功率。注,有的文献给出的定义是 EXT=10lg(P0/P1),称为消光比倒数。
消光比测试框图与图 5.12-5相同。
测试步骤,
(1)测量 P1时,伪随机码发生器输出全 "1"码测试信号,然后按照上面测量平均发送光功率的第 (2)至第 (4)步骤进行测量 (当然,也可直接利用上面测得的平均发送光功率 PT的数值算出 P1)。
(2)测量 P0时,伪随机码发生器输出全,0”码测试信号,其它步骤与上面完全相同。
(3)利用消光比定义公式计算 EX。
三、光接收机灵敏度测量图 5.12-6给出了光接收机灵敏度测试框图。其中伪随机码发生器通过电缆连接到待测光端机的发送输入端,而待测光端机的发送输出端与接收输入端通过光纤环路连接起来,光可变衰减器串联在光纤环路中,待测光端机的接收输出端经过电缆连接到误码检测器输入端,而光功率计则通过光纤连接器 (图中 × 处 )连接到光纤环路中。
测试步骤,
(1)将符合速率及幅度要求的伪随机码测试信号送入光端机的发送输入端。
(2)逐步增大光可变衰减器的衰减量,使系统的误码率逐步增大,直至误码检测器的读数显示出所期望的指标 (通常选为 < 10-9)为止。
(3)将光端机的接收输人端与光纤断开,而将光功率计连接到光纤线路中,此时光功率计测得的数值就是光接收机在所期望的误码率条件下的最小平均接收光功率 Pr。
(4)利用下式计算得到灵敏度,Sr=10lg[Pr(W)/ 10-3] (dB)
伪随机码发生器发收光功率计光纤待测光端机
5,12 - 6 光接收机灵敏度测试框图光可变衰减器误码检测器电缆电缆四、光接收机动态范围测量光接收机动态范围测试制与图 5.12-6相同。
测试步骤,
(1)将符合速率及幅度要求的伪随机码测试信号送人光机的发送输入端,并将光可变衰减器的衰减量置于最大衰减,此时光端机的接收光功率很小,故误码率很大。
(2)按照上面测量光接收机灵敏度的第 (2)至第 (3)步骤进行测量,得到光接收机在所期望的误码率 (例如,10-9)条件下的最小平均接收光功率 Pmin(即 Pr)。
(3)逐步减小光可变衰减器的衰减量,以增加送入光端机接收输入端的光功率,同时观测误码率的变化,此时误码率会逐渐减小。
(4)继续减小光可变衰减器的衰减量以增大人射光功率,误码率会进一步减小 (<10-9)。但随着衰减量的再减小,接收机出现过载使误码率重新升高,当衰减量的减小使误码率再次达到所期望的指标
(10-9)时,将光端机的接收输入端与光纤断开,而将光功率计连接到光纤线路中,此时光功率计测得的数值就是光接收机在所期望的误码率条件下的最 |大平均接收光功率 Pmax。
(5)利用下式计算得到动态范围,
D=10lg[Pmax(W)/Pmin(W)] (dB)
5.13 长途光缆通信系统的供电方式长途光缆通信系统可能有许多个中继站,其中一些有市电供应,也有无市电供应,有有人值守站,也有无人值守的站 。 各种类型的中继机怎样供电是值得探讨的 。 中继机要求安全可靠的电源,而且还要求不间断供电 。
光缆通信系统的供电方式基本上可分为两类：
（ 1） 本地供电或称为就地供电方式 。 他一般由风力发电或太阳能电池与蓄电池和小型发电机组成供电系统供电 。 下图是无人值守的一个不间断的供电系统 。 自动监控装置是保障安全运行的关键,其作用是：保护蓄电池和太阳能电池,防止对蓄电池过充,
防止对蓄电池过放电以及防止蓄电池对太阳能电池反充电等 。
图 5.13-1是局内供电的一种常规系统 。
图 5.13-2为不间断的供电系统 。
蓄电池组 1 蓄电池组 2 整流器 1 整流器 2
直流配电设备 负载电源转换及配电设备变压器 油机组 1 油机组 2市电
5,13 - 1 局内供电的一种常规系统太阳能电池蓄电池整流器油机起动器小型发电机自动监控装置负载告警
5,13 - 2 不间断的供电系统
（ 2） 远供方式 。 在有人中继站内设置远供设备 。 它是通过光缆内远供铜线对以高压,直流,定电流串联方式向中继机供电 。 每对铜线供一个系统,最大远供距离取决于光缆中铜线的耐压强度,电阻以及中继机功耗 。 光缆内远供铜线直径一般为
0.99mm,电阻 28Ω /km,耐压强度导体之间约为 2800V,与其他金属间的耐压约为 3300V。 （ 在 20摄氏度 2分钟 （ AC） 条件下作实验 ）
此外,还有分缆远供方式,即专线供电 。
从经济上作比较，局内供电方式最省，其次是太阳能供电。
对供电系统的寿命还有要求，也应是在 20年以上，与光缆通信系统的工作寿命相一致。
5.1 SDH的产生和特点
5.2 SDH的基本概念
5.3 SDH的速率和帧结构
5.4 SDH的复用结构和步骤
5.5 SDH的复用单元
5.6 SDH常用信号的复用过程
5.7 SDH指针的作用
5.8 SDH传送网
5.9 SDH在电信系统的应用
5.10 SDH在电力系统的应用
5.11 光纤通信系统的设计
5.12 光纤通信系统的测量
5.13 长途光纤通信系统的供电方式
5.1 SDH的产生和特点一,SDH的产生准同步数字体系 PDH对数字传输网的发展起了很大作用，
但随着社会的发展，对数字传输网提出了愈来愈高的要求。如需进一步扩大信息传输容量，要求传输的距离更长，有世界范围的统一标准等。准同步数字体系已经很难满足电信业务宽带化、综合化和智能化发展的要求。
PDH主要缺点如下：
1,只有地区性的数字信号速率和帧结构标准 。
北 美 的 速 率 标 准,1.5Mbit/s,6.3Mbit/s,45Mbit/s 和
N*45Mbit/s
日本标准,1.5Mbit/s,6.3Mbit/s,32Mbit/s,100Mbit/s和
400Mbit/s
欧洲的标准为,2Mbit/s,8Mbit/s,34Mbit/s和 40Mbit/s
三者互不兼容,造成国际互通困难 。
2,没有世界性的标准光接口规范,导致各个厂家自行开发的专用光接口大量滋生 。 这些专用光接口无法在光路上互通,唯有通过光 /电转换变成标准电接口 （ G.703接口 ） 才能互通,限制了联网应用的灵活性,也增加了网络复杂性和运营成本 。
3、准同步系统的复用结构，除了几个低速率等级的信号（北美
1.5M，日本 1.5M和 6.3M）采用同步复用外，其他多数等级的信号采用异步复用，即靠塞入一些额外比特使各支路信号与复用设备同步并复用成高速信号。这种方式难以从高速信号中识别和提取低速支路信号，为了上下电路，唯一的办法就是将整个高速线路信号一步一步地解复用到所要取出的低速支路信号等级：上下支路信号后，再一步一步地复用至高速线路信号进行传输。其复用结构复杂，硬件数量大，上下业务费用高。
PDH采用的异步复接原理图如下：
4,PDH的复用信号帧结构中用于网络运行、管理和维护
（ OAM）的开销比特很少，主要靠人工的数字信号交叉连接和停业务测试。这成了进一步改网络 OAM能力的重要障碍，妨碍了网络的智能化。
5,由于传统的准同步系统的网络运行和管理主要靠人工的数字信号交叉连接,无法经济地对网络组织,电路带宽和业务提供在线实时控制,难以满足网络动态组网和新业务接入的要求 。
同时无法提供最佳的路由选择,使数字通道设备的利用率低 。
很明显，要在原有技术体制和技术框架内通过修修补补来克服 PDH的固有缺点是得不偿失的。唯一的出路是从技术体制上进行根本的改革。因此同步数字体系就成为顺应潮流的一种产物。
二,SDH的特点
1,SDH采用世界上统一的标准传输速率等级 。 最低的等级也就是最基本的模块称为 STM-1,传输速率为 155.520 Mb/s； 4个
STM-1 同步复接组成 STM-4,传输速率为 622.080 Mb/s； 16个
STM-1 组成 STM-16,传输速率为 2488.320 Mb/s,以此类推 。
2,SDH各网络单元的光接口有严格的标准规范。因此,光接口成为开放型接口，任何网络单元在光纤线路上可以互连,不同厂家的产品可以互通，这有利于建立世界统一的通信网络。 另一方面，标准的光接口综合进各种不同的网络单元,简化了硬件，降低了网络成本。
3、在 SDH帧结构中，丰富的开销比特用于网络的运行,维护和管理，便于实现性能监测、故障检测和定位、故障报告等管理功能。
4、采用数字同步复用技术，其最小的复用单位为字节,不必进行码速调整，简化了复接分接的实现设备，由低速信号复接成高速信号，或从高速信号分出低速信号，不必逐级进行。
图 5.1示出 PDH和 SDH分插信号流程的比较 。 在 PDH中,为了从 140 Mb/s码流中分出一个 2 Mb/s的支路信号,必须经过
140/34 Mb/s,34/8 Mb/s和 8/2 Mb/s三次分接 。 而若采用 SDH分插复用器 (ADM),可以利用软件一次直接分出和插入 2 Mb/s支路信号,十分简便 。
光
/
电光信号分接分接分接
1 4 0 / 3 4 M b / s
3 4 / 8 M b / s
8 / 2 M b / s
复接复接复接电
/
光光信号
2 / 8 M b / s
8 / 3 4 M b / s
3 4 / 1 4 0 M b / s
2 M b / s ( 电信号)
S D H
A D M
1 5 5 M b / s
光接口
1 5 5 M b / s
光接口
2 M b / s ( 电信号)
P D H
图 5.1-1 分插信号流程的比较
5,采用数字交叉连接设备 DXC可以对各种端口速率进行可控的连接配置，对网络资源进行自动化的调度和管理，既提高了资源利用率，又增强了网络的抗毁性和可靠性。 SDH采用了
DXC后，大大提高了网络的灵活性及对各种业务量变化的适应能力，使现代通信网络提高到一个崭新的水平。
上述优点中，最核心的有三条，即同步复用、标准光接口和强大的网管能力。
5.2 SDH的基本概念
SDH传输设备主要包括终端复用设备 TM、分插复用器 ADM
及数字交叉连接设备 SDXC等网元（ NE）。
TM A D M
S T M - n
D X C
S T M - N
A D M TM
TM
S T M - N
TM A D M
S T M - n
D X C A D M TM
S T M - N S T M - N S T M - n
S T M - NS T M - NS T M - N
S T M - n
低速信号低速信号
……
低速信号低速信号
( n ＜ N )
图 5.2-1 SDH传输网的典型拓扑结构上述 TM,ADM和 DXC的功能框图分别如图 5.2-2(a),(b),(c)
所示。
M U X
E
1
E
1
… S TM - N
同步复接
D M X
E
1
E
1
…
S TM - N
同步分接
( a )
D M X M U X
中继线
S TM - N
中继线
S TM - N
D r o p
S TM - n
A d d
S TM - n
分接 复接本地
( b )
1,m
1,m
…
m,1
m,1
复接交叉连接矩阵分接
1
n
1
n
( c )
配置管理图 5.2-2 SDH
(a) 终端复用器 TM； (b) 分插复用设备 ADM(Add/Drop Multiplexer);
(c) 数字交叉连接设备 DXC
5.3 SDH的速率和帧结构一,网络节点接口从基本原理上讲,一个庞大的传输网是由两种基本设备构成,即传输设备和网络节点,传输设备可以是光缆线路系统,也可是微波接力系统；网络节点指可以对连接进行交换或选路的设备,如 64Kbit/s电路节点,高速路由器和宽带节点 。
简单的网络节点只有复用功能,复杂的网络节点包括终结,
交叉连接,复用和交换功能 。
NNI在概念上是网络节点之间的接口,从具体实现上看就是传输设备和网络节点之间的接口,NNI在网络中的位置如图 5.3-1所示：
图 5.3-1 NNI在网络中的位置二,SDH的速率在 SDH的网络节点接口上，共规定了 4个等级的速率，即
STM-1,STM-4,STM-16和 STM-64，其速率分别为 155.520
Mbps,622.080Mbps,2488.320Mbps和 9953.280Mbps。
其中，最基本也是最重要的模块信号是 STM-1，其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。而更高等级的 STM-N模块是将 STM-1的字节以字节交错间插方式同步复用的结果。
三,SDH的帧结构
SDH帧结构是实现数字同步时分复用,保证网络可靠有效运行的关键 。 图 5.3-2给出 SDH帧一个 STM-N帧有 9行,每行由
270× N个字节组成 。 这样每帧共有 9× 270× N个字节,每字节为
8 bit。 帧周期为 125 μs,即每秒传输 8000帧 。 对于 STM-1 而言,
传输速率为 9× 270× 8× 8000=155.520 Mb/s。 字节发送顺序为：
由上往下逐行发送,每行先左后右 。
S O H
1
2
A U - P T R
3
4
5
S O H
…
9
S TM - N 载荷
(含 P O H )
9× N 2 6 1 × N
2 7 0 × N
发送顺序图 5.3-2 SDH帧的一般结构
SDH
(1) 段开销 (SOH)。 段开销是在 SDH帧中为保证信息正常传输所必需的附加字节 (每字节含 64 kb/s的容量 ),主要用于运行,
维护和管理,如帧定位,误码检测,公务通信,自动保护倒换以及网管信息传输 。
对于 STM-1 而言,SOH共使用 9× 8(第 4行除外 )=72 Byte相应于 576 bit 。 由于每秒传输 8000 帧,所以 SOH 的 容量为
576× 8000=4.608 Mb/s。 段开销又细分为再生段开销 (SOH)和复接段开销 (LOH)。 前者占前 3行,后者占 5～ 9行 。
(2) 信息载荷 (Payload)。 信息载荷域是 SDH帧内用于承载各种业务信息的部分 。 对于 STM-1而言,Payload有 9× 261=2349
Byte,相应于 2349× 8× 8000=150.336 Mb/s的容量 。
在 Payload中包含少量字节用于通道的运行,维护和管理,
这些字节称为通道开销 (POH)。
(3) 管理单元指针 (AU-PTR)。 管理单元指针是一种指示符,
主要用于指示 Payload第一个字节在帧内的准确位置 (相对于指针位置的偏移量 )。 对于 STM-1 而言,AU-PTR有 9个字节 (第 4
行 ),相应于 9× 8× 8000=0.576 Mb/s。
采用指针技术是 SDH的创新,结合虚容器 (VC)的概念,
解决了低速信号复接成高速信号时,由于小的频率误差所造成的载荷相对位置漂移的问题 。
四,SDH段开销安排
1,段开销字的位置段开销字节在 STM-N帧内的位置可以用一个三坐标矢量
S(a,b,c)来表示 。 其中 a表示行数,取值为 1到 3,或 5到 9； b表示复列数,取值为 1到 9； c表示复列数内的间插层数,取值可为 1
至 64。
各种不同的 SOH字节在 STM-1帧内的安排见表 5.3-1,以
STM－ 1内的 K1字节为例,由于其处于第 5行,第 4复列,间插层数为 1层,因此其矢量坐标为 S（ 5,4,1）,其余也可照此类推 。
图中未标明用途的空白字节是保留给将来的国际标准使用的 。
A1 A1 A1 A2 A2 A2 J0 * *
B1 ● ● E1 ● F1 ╳ ╳
D1 ● ● D2 ● D3
AU PTR
B2 B2 B2 K1 K2
D4 D5 D6
D7 D8 D9
D10 D11 D12
S1 M1 E2 ╳ ╳
╳ 国内使用字节
* 不扰码国内使用字节
● 与传输媒质有关的字节表 5.3-1 STM－ 1 SOH字节安排五,SDH段开销功能
1,开销类型
SDH帧结构中安排有两类不同的开销,即段开销 SOH和通道开销 POH,分别用于段层和通道层的维护,可见开销是分层使用的 。
2,段开销字节安排
（ 1） 帧定位字节,A1和 A2
SOH中的 A1和 A2字节可用来识别帧的起始位置 。 A1和 A2
具有 确定的二进制数值,即 A1为 11110110,而 A2为 00101000。
STM－ 1帧内其中安排有 6个帧定位字节,占帧长的大约 0.25%。
目前 ITU-T规定选取其子集即可,但为了保证综合性能,不宜少于 4个字节 。 具体实现时要求发端全部 6个字节都必须发,
收端允许有一定灵活性,因而不会影响互通 。 对于 STM－ N帧,
则帧定位字节由 3N个 A1字节和 3N个 A2字节组成 。
（ 2） 再生段踪迹字节,JO
该字节在 STM-N帧中位于 S（ 1,7,1） 或 [1,6N+1],用作再生段踪迹 。 该字节用来重复发送,段接入点识别符,,以便让段接收机可以确认它与预定的发送端是否处于持续的连接状态 。 在国内网或单个网络运营者范围内,这个,段接入点识别符,可以是单个字节 （ 包括 0～ 255个编码 ） 或是 ITU-T建议 G.831所规定的,接入点识别符,的格式 。
（ 3） 备用字节,Z0
这些字节位于 S（ 1,7,2） 或 [1,6N+2]到 S（ 1,7,N） 或 [1,7N]，
为将来国际标准留用 。
4）数据通信通路（ DCC）,D1~D12
SOH中的 DCC 用来构成 SDH管理网 （ SMN） 的传送链路 。 在传统的准同步系统中尽管也有控制通路,但都是专用的,外界无法接入 。 而 DCC则是通用的,嵌入在段开销中,所有网元都具备,
便于构成统一的管理网,也避免了为每个设备都配备专用数据通信链路的需要,其中 D1~D3字节称为再生段 DCC,用于再生段终端之间交流 OAM信息,速率为 192kbit/s (3× 64kbit/s)。
而 D4~D12字节成为复用段 DCC,用于复用段终端之间交流
OAM信息，速率为 576kbit/s（ 9× 64kbit/s）。上述总共
768kbit/s的数据通路为 SDH网的管理控制提供了强大的通信基础结构。例如,SDH网络管理控制的一个重要的目标是实现快速的分布式控制，有了 DCC通路后，网络管理系统所算得的最佳路由表可以随时经 DCC通路迅速地传给网络单元。
（ 5） 公务字节,E1和 E2
这两个字节用来提供公务联络语声通路 。 E1属于 RSOH,
用于本地公务通路,可以在再生器接入 。 公务通路地速率为
64kbit/s。
（ 6） 使用者通路,F1
该字节保留为使用者 （ 通常指网络提供者 ） 专用,主要为特定维护目的而提供临时地数据 /语声通路链接 。
（ 7） 比特间插奇偶校验 8位码 （ BIP-8）,B1
B1字节 （ 8个比特 ） 用作再生段误码监视,这是使用偶校验的比特间插奇偶校验码 。 BIP－ 8码对扰码后的前一 STM-N帧的所有比特进行计算,结果置于扰码前的 B1字节位置 。 8比特监视码的产生过程可以简述如下：首先,将 STM帧结构中所有被校验的部分按 8比特为一组,分为一系列 8比特序列的码组 。 以 BIP-
8码为第一列,第 1个 8比特序列为第 2列,依次排成一个监视矩阵 。 然后由每一 8比特序列码组的第 1比特与 BIP-8码第 1比特组成第 1监视码组 （ 矩阵的第 1行 ）,由每一 8比特序列码组的第 2比特与 BIP-8码的第 2组成的 2监视码组 （ 矩阵的第 2行 ）,如此等等
。 最后,由 BIP-8码的第 1比特为第 1监视码组提供偶校验 （ 即使得该监视码组中,1”的数目为偶数 ）,由 BIP-8码的第 2比特为第
2监视码组提供偶校验,如此等等 。
这种误码监视方式是 SDH的特点之一，它以比较简单的方式实现了对再生段的误码自动监视。但是，对于在同一监视码组内恰好发生偶数个误码的情况，这种方式无法检出。好在这种情况的出现概率较小,因而总的误码检出概率还是比较高的。
（ 8） BIP-N× 24,B2
B2字节用作复用段误码监视,,段开销中安排有 3个 B2字节
（ 共 24比特 ） 作此用途 。 B2字节是使用偶校验的比特间插奇偶校验 N× 24位码,其产生方式与 BIP-8码类似 。 BIP－ N× 24码对前一 STM-N帧 （ 除了 SOH的第 1至的 3行以外 ） 的所有比特进行计算,结果置于 B2字节位置 。
SDH除了在再生段和复用段中分别安排了 1个 B1字节（ 8比特）和 3个 B2字节（共 24比特）用于误码监视外，还在 VC-3/VC-
4高阶通道层 POH中安排了 1个 B3字节（ 8比特）作误码监视，在
VC-1/VC-2低阶通道层 POH中安排了第 1和第 2比特（共 2比特）
作误码监视。可以看出,SDH在误码性能监视上的安排考虑是很周到的，每一层网络都有性能监视,共分 4个不同层次,可以对小至一个再生段,大至任意一个 VC-1/VC-2通道进行误码监视。
（ 9） 自动保护倒换 （ APS） 通路
K1和 K2（ b1～ b5） 这两个字节用作 APS信令 （ 指令 ） 。
由于 K1和 K2（ b1～ b5） 是专用于保护目的嵌入信令通路,因此保护响应时间较快 。
（ 10） 同步状态,S1（ b5～ b8）
STM－ N帧结构中属于第 1个 STM－ 1帧的 S1字节 （ 9,1,1
） 的第 5至第 8比特表示同步状态消息,这 4个比特可以有 16种不同编码,因而可以表示 16种不同的同步质量等级 （ 时钟的质量等级 ),具体情况见表 5.3-2。 其中,0010”,,0100”,,1000”
和,1011”分别表示目前 ITU-T已经规定的同步等级,另外还附加了两种情况,即,同步质量不知道,和,不应用作同步,（
表明该信号不应用作同步 ） 。 在网络的边缘,当定时信息不向下传递时,可以使用该功能 。 其余可用来表示个别网络主管部门自己规定的同步质量等级 。
由于同步状态消息是面向比特的并嵌入在主信号中,无处理延时,仅有传输延时和积分时间,因而具有快速,持续地传送同步状态消息的特点 。
S1（ b5～ b8） SDH同步质量等级描述
0000 同步质量不知道（现存同步网）
0001 保留
0010 G.811时钟信号（基准主时钟）
0011 保留
0100 G.812转接局时钟信号
0101 保留
0110 保留
0111 保留
1000 G.812本地局时钟信号
1001 保留
1010 保留
1011 同步设备定时源（ SETS）信号
1100 保留
1101 保留
1110 保留
1111 不应用作同步表 5.3-2 同步状态消息编码
(11)复用段远端误块指示（ MS－ REI）,M1
这一字节传递由 B2（ BIP-N*24）字节检出的错误的间插比特块数目（ 0～ 255）。对于 STM－ 16及更高速率，计数值截断至 255，于是对于 STM－ 1/4/16/64，其计数值范围分别为
[0,24(24*1,N=1)],[0,96 (24*4,N=4)],[0,255]和 [0,225]。
(12)复用段远端缺陷指示 (MS-RDI):K2(b6~b8)
这一字节用来向发送端回送一个指示,表示接收端已检测到上游失效或收到 MS-AIS。 MS-RDI用解忧后的 K2字节的 b6、
b7和 b8为,110”来表示。
(13)与传输媒质有关的特定字节为了考虑与传输媒质有关的特殊需要,例如微波 SDH中的保护切换的早期告警、自动发送功率控制、快速无损伤切换控制以及传播监视等,ITU-T将 STM-N帧结构中位于 (2,2,X)、
(2,3,X),(2,5,X),(3,2,X),(3,3,X)和 (3,5,X)的 6× N个字节分给与 传输媒质有关的特定应用,我们暂时用记号,△,表示。
3,简化的 SOH功能接口
5.4 SDH的复用结构和步骤将低速支路信号复接为高速信号,通常有两种传统方法：
正码速调整法 （ 比特塞入法 ） 和 固定位置映射法 。
正码速调整法 是利用固定位置的比特塞入指示来显示塞入的比特是否载有信号数据 。 其 优点 是容许被复接的支路信号有较大的频率误差； 缺点 是复接与分接相当困难 。
固定位置映射法 是让低速支路信号在高速信号帧中占用固定的位置 。 其 优点 是复接和分接容易实现,但由于低速信号可能是属于 PDH的或由于 SDH网络的故障,低速信号与高速信号的相对相位不可能对准,并会随时间而变化 。 SDH采用载荷指针技术,结合了上述两种方法的优点,付出的代价是要对指针进行处理 。 超大规模集成电路的发展,为实现指针技术创造了条件 。
图 5.4-1示出载荷包络与 STM1 帧的一段关系与指针所起的作用。通过指针的值，接收端就可以确定载荷的起始位置。
S D H 帧 1
( 1 2 5? s)
S D H 帧 2
( 1 2 5? s)
2 6 1 字节
9 字节开销
9 行载荷包络
A U P TR
图 5.4-1 载荷包络与 SDH帧的一般关系
ITUT规定了 SDH的一般复用映射结构 。 所谓映射结构,
是指把支路信号适配装入虚容器的过程,其实质是使支路信号与传送的载荷同步 。
这种结构可以把目前 PDH的绝大多数标准速率信号装入
SDH帧 。 图 5.4-2(a)示出 SDH一般复用映射结构,图 5.4-2(b)示出了我国规定的 SDH复用映射结构 。 图中 Cn是标准容器,用来装载现有 PDH的各支路信号,即 C11,C12,C2,C3和 C4 分别装载 1.5
Mb/s,2Mb/s,6 Mb/s,34 Mb/s,45Mb/s和 140Mb/s的支路信号,并完成速率适配处理的功能 。 在标准容器的基础上,加入少量通道开销 (POH)字节,即组成相应的虚容器 VC。 VC的包络与网络同步,但其内部则可装载各种不同容量和不同格式的支路信号 。
所以引入虚容器的概念,使得不必了解支路信号的内容,便可以对装载不同支路信号的 VC进行同步复用,交叉连接和交换处理,实现大容量传输 。
S T M - N A U G AU - 4 VC - 4
TU - 2 VC - 2 C - 2
TU - 12 VC - 12 C - 12
TU - 11 VC - 11 C - 11
T U G - 2
×1
×3
×4
C - 3
VC - 3TU - 3
VC - 3
T U G - 3
×1
×7
×7
×3
C - 4
1 3 9 2 6 4 k b / s
4 4 7 3 6 k b / s
3 4 3 6 8 k b / s
6 3 1 2 k b / s
2 0 4 8 k b / s
1 5 4 4 k b / s
AU - 3
× N ×1
×3
指针处理复用定位校准映射图 5.4-1（ a） ITU-T G.707建议的复用映射结构
ST M -N A U G A U -4 V C -4
T U G -3
T U G -2
T U -3
T U -1 2
V C -3
V C -1 2
C -4
C -3
C -1 2
×N ×1
×1
×3
×3
×7
1 3 9 2 6 4 kb i t / s
3 4 3 6 8 kb i t / s
2 0 4 8 kb i t / s
指针处理复用定位校准映射图 5.4-2（ b）我国规定的 SDH复用映射结构由于在传输过程中,不能绝对保证所有虚容器的起始相位始终都能同步,所以要在 VC 的前面加上管理单元指针 (AU-
PTR),以进行定位校准 。 加入指针后组成的信息单元结构分为管理单元 (AU)和支路单元 (TU)。 AU由高阶 VC(如 VC-4)加 AU指针组成,TU由低阶 VC加 TU指针组成 。 TU经均匀字节间插后,
组成支路单元组 (TUG),然后组成 AU3或 AU4。 3个 AU3或 1个
AU4组成管理单元组 (AUG),加上段开销 SOH,便组成 STM-1
同步传输信号； N个 STM-1 信号按字节同步复接,便组成 STM-
N。
5.5 SDH复用单元
SDH的复用结构由一系列的基本复用单元组成,而复用单元实际上是一种信息结构,不同的复用单元,其信息结构不同,
因而在复用过程中所起的功能各不相同 。 常用的复用单元有容器 C,虚容器 VC,管理单元 AU,支路单元 TU等 。
1,容器 C
所谓容器 C实际上是一种用来装载各种速率业务信号的信息结构,主要完成 PDH信号与 VC之间的适配功能 （ 如码速调整等 ） 。 针对不同的 PDH信号,ITU-T规定了 5种标准容器,我国的 SDH 复用结构中,仅用了装载 2.048Mb/s,34.368Mb/s 和
139.264Mb/s信号的 3种容器,即 C-12,C-3,和 C-4,其中 C-4为高阶 C,而 C-12和 C-3则属于低阶 C。 表 5.5-1列出了各类容器的主要参数 。
容器 C-11 C-12 C-2 C-3 C-4
容器速率
（ Mb/s）
1.600 2.176 6.784 48.384 149.760
基帧频率
（ kHz）
8 8 8 8 8
复帧结构
（ B）
4*（ 9*3-2） 4*（ 9*4-2） 4*（ 9*12-2） 9*84 9*260
容量（ B） 100 136 424 756 2340
表 5.5-1 ITU-T规定的容器的主要参数
2,虚容器 VC
虚容器 VC是用来支持 SDH的通道（通路）层连接的信息结构，他是由标准容器 C的信号再加上对信号进行维护与管理的通道开销 POH构成。虚容器又分为高阶 VC和低阶 VC，很明显能够容纳高阶容器的 VC为高阶虚容器，容纳低阶容器的 VC为低阶虚容器。
无论是高阶还是低阶 VC，他们在 SDH网络中保持独立的、相互同步的传输状态，即其帧速率与网络保持同步，并且同一网络中的不同 VC的帧速率都是相互同步的，因而在 VC级别上可以实现交叉连接操作，从而在不同 VC中装载不同速率的 PDH信号。另外,VC信号仅在 PDH/SDH网络边界处才进行分接，从而在 SDH
网络中始终保持完整不变，独立的在通道的任意一点进行分出、
插入或交叉连接。
虚容器 VC-11 VC-12 VC-2 VC-3 VC-4
周期或复帧周期 /μs 500 500 500 125 125
帧频或复帧频率 /Hz 2000 2000 2000 8000 8000
复帧结构 /B 4*（ 9*3-
1）
4*（ 9*4-
1）
4*（ 9*12-
1）
9*85 9*261
容量 /B 104 140 428 765 2349
速率 /（ Mb/s） 1.644 2.240 6.848 48.960 150.33
6
SDH容器采用符号 C-nx。其中：
n=1~4表示与准同步数字系列相对应的各级群路信号。 x=1和 2
表示基群速率分别为 1.544Mb/s和 2.048Mb/s的 PDH。
以 C-12和 C-4为例：
表 5.5-2列出了各虚容器的主要参数。
表 5.5-2 各虚容器的主要参数基帧 (子帧 )结构 复帧结构
C-4 1行 260列 9行 260列
(9*260)/9B 9*260B
C-12 9行 4列空 2位 4个基帧
9*4-2 B 4*(9*4-2)B
C-12采用正码速调整方式信息比特（ I） (32*3+31)B+7b=1023b
码速调整比特（ S1,S2） 2b
码速调整标志比特（ C1,C2） 6b
通道开销比特（ O） 8b
固定插入比特（ R） 5B+9b=49b
总计 1088b=136B
VC-12 9*4-1 B 4*（ 9*4-1） B
VC-12=C-12+VC-12的 4字节 POH=140 B
TU-12 9*4 B 4*（ 9*4-1） B
TU-12=VC-12+TU-12的指针 V1,V2,V3和 V4=144B
3,支路单元 TU
支路单元 TU是为低阶通道层与高阶通道层提供适配功能的一种信息结构,它由一个低阶 VC和指示其在高阶 VC中初始字节位置的支路单元指针 TU-PTR组成。可见低阶 VC可在高阶 VC中浮动,并且由一个或多个在高阶 VC净负荷中占有固定位置的 TU组成一个支路单元组（ TUG）。表 5.5-3列出了各类支路单元和管理单元的主要参数。
支路单元和管理单元 TU-11 TU-12 TU-2 TU-3 AU-3 AU-4
周期或复帧周期 /μs 500 500 500 125 125 125
帧频或复帧频率 /Hz 2000 2000 2000 8000 8000 8000
复帧结构 4*(9*3) 4*(9*4) 4*(9*12) 9*85+3 9*87+3 9*261+9
容量 B 108 144 432 768 786 2358
速率（ Mb/s） 1.728 2.304 6.912 49.152 50.304 150.912
表 5.5-3各类支路单元和管理单元的主要参数
4.管理单元 AU
管理单元 AU是在高阶通道层与复用段层之间提供适配的一种息结构。它由高阶 VC和指示高阶 VC在 STM-N中的起始字节位置的管理单元指针 AU-PTR构成,同样高阶 VC在 STM -N中的位置也是浮动的,但 AU指针在 STM-N帧结构中的位置是固定的。
一个或多个在 STM帧中占有固定位置的 AU组成一个管理单元组 AUG。
5.同步转移模块 STM
在 N个 AUG的基础上,加上起到运行、维护和管理作用的段开销,便形成了 SIM-N信号。由前面的分析可知,不同的 STM-N,其信息等级不同,一般 N=1,4,16,64,…,与此对应,可以存在 STM-1、
STM-4,STM-16和 STM-64… 若干等级的同步转移模块。
5.6 常用信号的复用过程
1,139.264Mb/s信号的复用过程复用方法如图 5.6-1。首先，标准速率 139.264Mb/s的准同步信号进入 C-4,经适配处理后的 C -4输出速率为 149.760Mb/s。加上每帧 9B的 POH(相当于 576kb/s)后,便构成了 VC-4(150.336Mb/s),
它与 AU-4的净负荷容量一样,但速率可能不一致,需要进行调整。
AU-4PTR的作用是指明 VC-4相对于 AU-4的相位,它只有 9B,相当容量为 576kb/s.于是考虑了 AU-4PTR后 AU-4速率为 150.912Mb/s。
得到的单个 AU-4直接置入 AUG，再由 N个 AUG经单字节间插，
并加上段开销便构成了 STM-N信号。当 N=1时，一个 AUG加上容量为 4.608Mb/s的段开销后就构成了 STM-1的标准速率
155.520Mb/s。
AUG
AU-4 PTR
VC-4 POH
AU-4 PTR
SOH
(150.336Mb/s)
(N × 155.520Mb/s)
(150.912Mb/s)
(150.912Mb/s)
AUG
VC-4
VC-4
STM-N
AUG
AU-4
(149.760Mb/s)
(139.246Mb/s)
C-4 VC-4
C-4
图 5.6-1 139.264Mb/s信号的复用过程注：无阴影区是之间是相位对准定位的；阴影区与无阴影区间的相位对准定位由指针规定，并由箭头指示。实线表示 逻辑结合；虚线表示物理结合。
2,2.048Mb/s信号的复用过程复用过程如图 5.6-2。标称速率为 2.048Mb/s的信号先进入
C-12作适配处理再加上 VC-12 POH 便构成了 VC-12。 TU-12 PTR
用来指明 VC-12相对 TU-12的相位，经速率调整和相位校准后的
TU-12速率为 2.304Mb/s，再经均匀的字节间插组成 TUG-2(有 3个
TU-12组成 )。 7个 TUG-2经同样的单字节间插组成 TUG-3(加上塞入字节后速率达 49.536Mb/s)。进而，由三个 TUG-3经过单字节间插并加上高阶 POH 和塞入字节后构成 VC-4 的净负荷，速率为
150.336Mb/s。再加上 576kb/s的 AU-4 PTR 就组成了 AU-4,速率为 150.912Mb/s。单个 AU-4 直接置入 AUG,N个 AUG 通过单字节间插并加上段开销便得到 STM-N 信号。当 N=1时,一个 AUG
加上容量为 4.608Mb/s的段开销，即为 STM-1 的标准速率
155.520Mb/s。
C - 12
C - 12VC - 12 PO H
VC - 12TU - 12 PTR
VC - 12VC - 12TU - 12 PTRTU - 12 PTR
TUG - 2TUG - 2
TUG - 3TUG - 3VC - 4 PO H
VC - 4AU - 4 PTR
AUGAUGSO H
AU - 4 PTR VC - 4
C - 12
VC - 12
TU - 12
TUG - 2
TUG - 3
VC - 4
AU - 4
AUG
STM - N
2,048 Mb / s
2,240 Mb / s
2,240 Mb / s
2,340 Mb / s
6,912 Mb / s
49,536 Mb / s
150,336 Mb / s
150,912 Mb / s
N × 155,520 Mb / s
图 5.6-2 2.048Mb/s信号的复用过程
3,34.368Mb/s信号的复用过程复用过程如图 5.6-3。标称速率为 34.368Mb/s的信号先进入 C-
3作适配处理,C-3的速率为 48.384Mb/s。 C-3再加上 VC-3 POH 便构成了 VC-3,VC-3的速率为 48.960Mb/s。 VC-3加上 TU-3 PTR 构成 TU-3,TU-3的速率为 49.152Mb/s。 1个 TU-3复用进 1个 TUG-3，
TUG-3的速率为 49.536Mb/s。进而，由三个 TUG-3经过单字节间插并加上高阶 POH 和塞入字节后构成 VC-4 的净负荷，速率为
150.336Mb/s。再加上 576kb/s的 AU-4 PTR 就组成了 AU-4,速率为 150.912Mb/s。单个 AU-4 直接置入 AUG,N个 AUG 通过单字节间插并加上段开销便得到 STM-N 信号。当 N=1时,一个 AUG
加上容量为 4.608Mb/s的段开销，即为 STM-1 的标准速率
155.520Mb/s。
C - 3
C - 3VC - 3 POH
VC - 3TU - 3 PTR
TU - 3塞入字节
TUG - 3TUG - 3VC - 4 POH
VC - 4AU - 4 PTR
AUGAUGSOH
AU - 4 PTR VC - 4
C - 3
VC - 3
TU - 3
TUG - 3
VC - 4
AU - 4
AUG
STM - N
48,384
单位,Mb / s
34,368
48,96
49,152
49,536
150,336
150,912
N × 155,520
150,912
图 5.6-3 34.368Mb/s信号的复用过程
4、“货物运输过程”
要将货物从甲地运往乙地，先要找一个比货物稍大的箱子 (容器 )，将货物 (瓷杯 )
放入，为了防止货物晃动，
在货物周围填满碎纸之类的填充物；将箱子密封，在箱外贴上标签，说明货物的名称、件数、质次、到站名、
收到后寄回回执等内容（虚容器）；为了降低运输成本，
需将很多小箱子一起放入集装箱中，为了沿途到站后能方便的找到自己的货物，需将其编号，指明其在集装箱中的位置（ × 层 × 行 × 列），
甲地 乙地列车
（ AU ）
编号标签编号标签编号标签编号标签
（ 高阶 VC ）
集装箱 （ TUG ）
TU
VC
容器 （ C ）
货物并将编号放于显眼的、固定的位置（如门口）；再在集装箱上贴上标签，说明此集装箱的到站、货物名称、重量、质次、注意事项等内容；然后将集装箱编号（ × 车 × 号），编号放在列车值班室，集装箱放置在编好的位置，这样列车就可以将货物由甲地运到乙地。到达乙地后，先找值班室，查到大集装箱的编号，根据编号找到大集装箱；根据大集装箱上的标签，验证到站是否正确，内置的小箱数量、有无损伤，并将有关情况反馈到发站；打开集装箱，根据集装箱上的编号，找到要取下的箱子，开箱将货物取出，并与小箱上标签内容进行比较，验证到站是否正确，箱内物质、数量、质次是否与标签内容相符，
货物有无损伤，并将有关情况反馈到发货放。
SDH的复用过程就相当于货物放上列车的过程，只不过此处的“货物”是要传递的信息，“列车”是 SDH的传输模块。
5.7 指针的作用
SDH传输系统可以较方便地进行同步复接。系统中所有支路信号的时钟来源可以不同,不要求网络各部分时钟绝对同步。作为
SDH网络，仅要求 SDH信号的时钟精度 (准确度在 ± 4.6× 10-6同步容限之内工作 )。指针是管理单元和支路单元的重要组成部分,指针设置可以作为调整码速的工具,保证 SDH网络在要求的时钟精度下工作。并在任意时刻都可以准确地确定任何数据字节的位。
（ 1）当网络处于同步工作状态时,指针用来进行同步信号间的相位校准。网络处于同步工作状态时,SDH中的各网元工作在相同的时钟下,从各个网元发出的数据传输到某个网元时,速率相等,故无需进行速率适配,但是传输的途径不同,相位并不完全相同,因而需要进行相位校准。
（ 2）当网络失配时，指针用作频率和相位的校准。网络失去同步或异步工作时,不同网元工作的频率有偏差,需要频率跟踪校准,瞬时来看就是相位往单一方向变化,即单调地增加或减小,频率校准伴随相位校准。
（ 3）指针还可以用来减轻网络中的频率抖动和漂移的影响。
SDH指针包括 AU-4指针,TU-3指针和 TU-12指针 3种。
指针可以为 VC在 TU或 AU帧内的定位提供一种灵活和动感的调整。因为 TU或 AU指针不仅能够容纳 VC和 SDH在相位上的差别，
而且能够容纳帧速率上的差别。
5.8 SDH 传 送 网
1,SDH传送网的功能结构一个电信网有两大功能群：传送功能群和控制功能群 。 所谓传送网就是完成传送功能的手段,当然传送网也能传递各种网络控制信息 。 传送网主要指逻辑功能意义上的网络,是一个复杂庞大的网络 。 为了便于网络的设计和管理,通常用分层 (Laying)
和分割 (Partitioning)的概念,将网络的结构元件按功能分为参考点 (接入点 ),拓扑元件,传送实体和传送处理功能四大类 。 网络的拓扑元件分为三种,即层网络,子网和链路,只需这三种元件就可以完全地描述网络的逻辑拓扑,从而使网络的结构变得灵活,网络描述变得容易 。
（ 1） 传送网的分层和分割传送网是分层的,由垂直方向的连续的传送网络层 (即层网络 )叠加而成,从上而下分别为电路层,通道层和传输媒质层 (又分为段层和物理层 )。 每一层网络为其相邻的高一层网络提供传送服务,同时又使用相邻的低一层网络所提供的传送服务 。 提供传送服务的层称为服务者 (Server),使用传送服务的层称为客户 (Client),因而相邻的层网络之间构成了客户 /服务者关系 。
SDH传送网分层模型如图 5.8-1所示 。 自上而下依次为电路层网络,通道层网络和传输媒质层网络 。
电路层网络通道层网络传输媒质层网络
6 4 k b / s电路交换网分组交换 网租用线电路网
S D H V C － 1n 通道网
S D H V C － 3通道网光传输网 无线传输网传送网 示例
n ＝ 1,2
图 5.8-1 SDH传送网的分层模型电路层网络涉及到电路层接入点之间的信息传递并直接为用户提供通信业务，如电路交换业务、分组交换业务、租用线业务和 BISDN虚通路等。根据提供业务的不同可以分为不同的电路层网络，如 64 kb/s电路交换网,分组交换网、
租用线电路网和 ATM交换网等。电路层网络的设备包括用于各种交换业务的交换机 (例如电路交换机或分组交换机 )和用于租用线业务的交叉连接设备等。电路层网络与相邻的通道通道层网络用于通道层接入点之间的信息传递并支持不同类型的电路层网络，为电路层网络提供传送服务，其提供传输链路的功能与 PDH中的 2 Mb/s,34 Mb/s和 140Mb/s，
SDH中的 VC-11,VC-12,VC-2,VC-3和 VC-4，以及 BISDN
中的虚通道功能类似。
能够对通道层网络的连接性进行管理控制是 SDH网的重要特性之一,SDH传送网中的通道层网络还可进一步分为高阶通道层网络和低阶通道层网络 。
传输媒质层网络为通道层网络结点提供合适的通道容量,
并且可以进一步分为段层网络和物理媒质层网络 (简称物理层 ),其中段层网络是为了保证通道层的两个结点间信息传递的完整性,物理层是指具体的支持段层网络的传输媒质,
如光缆或无线 。 SDH网中的段层网络还可以进一步细分为复用段层网络和再生段层网络,其中复用段层网络涉及复用段终端之间的端到端的信息传递,再生段层网络涉及再生器之间或再生器与复用段终端之间的信息传递 。 一个完整的 SDH
传送网分层模型如图 5.8-2所示 。
VC － 11 VC － 12 VC － 2 VC － 3
电 路 层 网 络
VC － 3 VC － 4
复用段层网络再生段层网络低阶通道层高阶通道层段层物理层网络电路层通道层传输媒质层
S D H
传送层图 5.8-2 SDH传送网完整分层模型将传送网分为独立的三层，每层能在与其它层无关的情况下单独加以规定，可以较简便地对每层分别进行设计与管理；每个层网络都有自己的操作和维护能力；从网络的观点来看，可以灵活地改变某一层，
传送网分层后,每一层网络仍然很复杂，地理上覆盖的范围很大。为了便于管理，在分层的基础上，将每一层网络在水平方向上按照该层内部的结构分割为若干个子网和链路连接。分割往往是从地理上将层网络再细分为国际网、国内网和地区网等，并独立地对每一部分行使管理。图 5.8-3给出了传送网分割概念与分层概念的一般关系。
电路层网络通道层网络传输媒质层网络子网 链路层网络分层视图
( 客户/ 服务者联系)
分割视图
( a ) ( b )
图 5.8-3 传送网的分割
(a) 分层概念； (b) 分割概念采用分割的概念可以方便地在同一网络层内对网络结构进行规定，允许层网络的一部分被层网络的其余部分看作一个单独实体；可以按所希望的程度将层网络递归分解表示,为层网络提供灵活的连接能力，从而方便网络管理，也便于改变网络链路是代表一对子网之间有固定拓扑关系的一种拓扑元件，
用来描述不同的网络设备连接点间的联系，例如两个交叉连接
2,
图 5.8-4为传送网的功能模型示例。层网或子网之间通过连接 (网络连接、子网连接、链路连接 )和适配 (如层间适配，包括复用解复用、编码解码、定位与调整、速率变化等 )构成整个传送网。 相邻的层间符合客户 /
S N C
S N C
T C P CP
LC
CP
LC
CP
LC
CP T C P
APAP
S N C
AP
AP
路径网络连接链路连接路径路径终端客户层到服务层适配
T C P
路径终端 路径终端客户层到服务层适配
T C P
路径终端客户层网络服务层网络
AP,接入点
CP,连 接点
LC,链路 连 接
T C P,终端连接点
S N C,子网连接
CP
图 5.8-4 传送网的功能模型
2,SDH网的物理拓扑网络的物理拓扑泛指网络的形状，即网络结点和传输线路的几何排列，它反映了物理上的连接性。除了最简单的点到点的物理拓扑外,网络物理拓扑一般有 5种类型，即线形、星形、
树形、环形和网孔形，如图 5.8-5所示。
（ 1
将通信网的所有站点串联起来，并使首末两个点开放，
就形成了线形拓扑。在这种拓扑结构中，要使两个非相邻点之间完成连接,其间的所有点都必须完成连接功能。这是 SDH
早期应用的比较经济的网络拓扑形式，首末两端使用终端复用器 (TM)，中间各点使用分插复用器 (ADM)
( a ) ( b ) ( c )
( d ) ( e )
图 5.8-5 SDH网络的物理拓扑
(a) 线形； (b) 星形； (c) 树形 ; (d) 环形； (e) 网孔形
（ 2） 星形当通信网的所有点中有一个特殊的点与其余点以辐射的形式直接相连，而其余点之间相互不能直接相连时，
就形成了星形拓扑，又称枢纽形拓扑。在这种拓扑结构中，除了特殊点外的任意两点间的连接都是通过特殊点进行的，特殊点为经过的信息流进行路由选择并完成连接功能。这种网络拓扑可以将特殊点 (枢纽站 )的多个光纤终端综合成一个，具有灵活的带宽管理,能节省投资和运营成本，但是在特殊点存在失效问题和瓶颈问题。
（ 3）
将点到点拓扑单元的末端点连接到几个特殊点就形成树形拓扑。树形拓扑可以看成是线形拓扑和星形拓扑的结合。这种拓扑结构在特殊点也存在瓶颈问题和光功率预算限制问题，特别适用于广播式业务,但不适用于提供双向通信业务。
（ 4）
将通信网的所有站点串联起来首尾相连，而且没有任何点开放，就形成了环形网。将线形结构的两个首尾开放点相连就变成了环形网。在环形网中，要完成两个非相邻点之间的连接，
这两点之间的所有点都必须完成连接功能。环形网的最大优点是具有很高的网络生存性，因而在 SDH网中受到特别的重视。
（ 5）
当通信网的许多点直接互连时就形成了网孔形拓扑 。 如果所有的点都直接互连时就称为理想的网孔形 。 在非理想的网孔形中,没有直接相连的两个点之间需要经由其它点的转接功能才能实现连接 。 网孔形的优点是不存在如星形拓扑那样的瓶颈问题和失效问题,两点间有多种路由可选；缺点是结构复杂,
成本较高 。
上述的拓扑结构都有各自的特点,在网中都有不同程度的应用 。 网络拓扑的选择要考虑的因素很多,如网络的生存性是否高,网络配置是否容易,网络结构是否适于引进新业务等 。
一个实际网络的不同部分适宜采用的拓扑结构也有可能不同,
例如本地网适宜采用环形和星形拓扑结构,有时也可用线形拓扑,市内局间中继网适宜采用环形和线形拓扑,而长途网可能采用网孔形拓扑 。
3、
随着人类社会进入信息社会,人们对通信的依赖性越来越大,对通信网络生存性的要求也越来越高,一种称为自愈网
(Self healing Network)的概念应运而生 。 所谓自愈网就是无需人为干预,网络就能在极短的时间内从失效故障中自动恢复,
使用户感觉不到网络已出了故障 。 其基本原理就是使网络具备发现替代传输路由并重新确立通信的能力 。 自愈网的概念只涉及重新确立通信,不管具体失效元部件的修复或更换,后者仍需人员干预才能完成 。
PDH系统采用的线路保护倒换方式是最简单的自愈网形式 。
但是当光缆被切断时,往往是同一缆内的所有光纤 (包括主用和备用 )都被切断,在这种情况下上述保护方式就无能为力了 。
改善网络生存性的最好办法是将网络结点连成一个环形,
形成所谓的自愈环 (Self healing Ring)。 环形网的结点可以是
ADM,也可以是 DXC,但通常由 ADM构成 。 SDH的特色之一便是能够利用 ADM的分插复用能力构成自愈环 。
自愈环结构可分为两大类：通道倒换环和复用段倒换环 。
通道倒换环属于子网连接保护,其业务量的保护是以通道为基础,是否倒换以离开环的每一个通道信号质量的优劣而定,通常利用通道 AIS信号来决定是否应进行倒换 。 复用段倒换环属于路径保护,其业务量的保护以复用段为基础,以每对结点的复用段信号质量的优劣来决定是否倒换 。 通道倒换环与复用段倒换环的一个重要区别是前者往往使用专用保护,即正常情况下保护段也在传业务信号,保护时隙为整个环专用；而后者往往使用公用保护,即正常情况下保护段是空闲的,保护时隙由每对结点共享 。
如果按照进入环的支路信号与由该支路信号分路结点返回的支路信号方向是否相同,又可以将自愈环分为单向环和双向环 。 正常情况下,单向环中所有业务信号按同一方向在环中传输 。 双向环中进入环的支路信号按一个方向传输,而由该支路信号分路结点返回的支路信号按相反的方向传输 。 如果按照一对结点间所用光纤的最小数量还可以分为二纤环和四纤环 。 下面以四个结点的环为例,介绍 4种典型的自愈环结构 。
1,二纤单向通道倒换环二纤单向通道倒换环如图 5.8-6所示 。 通常单向环由两根光纤来实现,S1光纤用来携带业务信号,P1光纤用来携带保护信号 。
CA AC
S
1
P
1
A
B
D
C
P
1
S
1
CA AC
( a )
CA AC
S
1
P
1
A
B
D
C
P
1
S
1
CA AC
( b )
倒换图 5.8-6 二纤单向通道倒换环这种环采用,首端桥接,末端倒换,结构。
例如，在结点 A进入环传送给结点 C的支路信号 (AC) 同时馈入 S1和 P1向两个不同方向传送到 C点，其中 S1光纤按顺时针方向,P1光纤按逆时针方向,C点的接收机同时收到两个方向传送来的支路信号，择优选择其中一路作为分路信号。正常情况下,S1传送的信号为主信号。同理，在 C点进入环传送至结点 A的支路信号 (CA)按上述同样的方法传送到结点 A,S1光纤所携带的 CA
当 BC结点间的光缆被切断时，两根光纤同时被切断，从
A经 S1光纤到 C的 AC信号丢失，结点 C的倒换开关由 S1转向 P1，
结点 C接收经 P1光纤传送的 AC信号，从而使 AC间业务信号不会丢失，实现了保护作用。故障排除后，倒换开关返回原来的
（ 2）
二纤单向复用段倒换环的结构如图 5.8-7所示 。 这是一种路径保护方式 。 在这种环形结构中每一结点都有一个保护倒换开关 。 正常情况下,S1光纤传送业务信号,P1光纤是空闲的 。
当 BC结点间光缆被切断,两根光纤同时被切断,与光缆切断点相邻的两个结点 B 和 C 的保护倒换开关将利用
APS(Automatic Protection Switching)协议执行环回功能 。 例如在 B结点 S1光纤上的信号 (AC)经倒换开关从 P1光纤返回,沿逆时针方向经 A结点和 D结点仍然可以到达 C结点,并经 C结点的倒换开关环回到 S1光纤后落地分路 。 故障排除后,倒换开关返回原来的位置 。
CA AC
S
1
P
1
A
B
D
C
P
1
S
1
CA AC
( a ) ( b )
倒换
CA AC
S
1
P
1
A
B
D
C
P
1
S
1
CA AC
图 5.8-7 二纤单向复用段倒换环当 BC结点间光缆被切断，两根光纤同时被切断，与光缆切断点相邻的两个结点 B和 C的保护倒换开关将利用
APS(Automatic Protection Switching)协议执行环回功能。例如在 B结点 S1光纤上的信号 (AC)经倒换开关从 P1光纤返回，沿逆时针方向经 A结点和 D结点仍然可以到达 C结点，并经 C结点的倒换开关环回到 S1光纤后落地分路。故障排除后，倒换开关返
（ 3）
通常双向环工作在复用段倒换方式，既可以是四纤又可以是二纤。四纤双向复用段倒换环的结构如图 5.8-8所示，它由两根业务光纤 S1与 S2(一发一收 )和两根保护光纤 P1与 P2(一发一收 )
构成，其中 S1光纤传送顺时针业务信号,S2光纤传送逆时针业务信号,P1与 P2分别是和 S1与 S2反方向传输的两根保护光纤。
每根光纤上都有一个保护倒换开关。正常情况下，
从 A结点进入环传送至 C结点的支路信号顺时针沿光纤 S1
传输，而由 C结点进入环传送至 A结点的支路信号则逆时针沿光纤 S2传输,保护光纤 P1和 P2
当 BC结点间光缆被切断，四根光纤同时被切断。根
APS协议,B和 C结点中各有两个倒换开关执行环回功能，从而环工作的连续性得以维持。故障排除后，倒换开关返回原来的位置。在四纤环中，仅仅光缆切断或结点失效才需要利用环回方式来保护，而如果是单纤或
CA AC
S
1
P
1
S
2
P
2
A
CA AC
P
2
S
2
P
1
S
1
C
D B
( a )
CA AC
S
1
P
1
S
2
P
2
A
CA AC
P
2
S
2
P
1
S
1
C
D B
( b )
倒换图 5.8-8 四纤双向复用段倒换环当 BC结点间光缆被切断，四根光纤同时被切断。根据 APS
协议,B和 C结点中各有两个倒换开关执行环回功能，从而环工作的连续性得以维持。 故障排除后,倒换开关返回原来的位置。
在四纤环中，仅仅光缆切断或结点失效才需要利用环回方式来保护，而如果是单纤或设备故障可以使用传统的复用段保护倒
（ 4）
在四纤双向复用段倒换环中，光纤 S1上的业务信号与光纤
P2上的保护信号的传输方向完全相同。如果利用时隙交换技术，
可以使光纤 S1和光纤 P2上的信号都置于一根光纤 (称 S1/P2光纤 )
中，例如 S1/P2光纤的一半时隙用于传送业务信号,另一半时隙留给保护信号。
同样,光纤 S2和光纤 P1上的信号也可以置于一根光纤 (称
S2/P1光纤 )上 。 这样 S1/P2光纤上的保护信号时隙可以保护 S 2/P1
光纤上的业务信号,S2/P1光纤上的保护信号时隙可保护 S1/P2光纤上的业务信号,于是四纤环可以简化为二纤环,如图 5.8-9所示 。
当 BC结点间光缆被切断,二根光纤也同时被切断,与切断点相邻的 B和 C结点中的倒换开关将 S1/P2光纤与 S2/P1光纤沟通,
利用时隙交换技术,可以将 S1/P２ 光纤和 S2/P1光纤上的业务信号时隙转移到另一根光纤上的保护信号时隙,于是就完成了保护倒换作用 。
S
1
/ P
2
A
BD
CA AC
( a )
S
2
/ P
1
S
2
/ P
1
S
1
/ P
2
S
1
/ P
2
A
B
D
CA AC
( b )
S
2
/ P
1
S
2
/ P
1
S
1
/ P
2
C C
倒换
CA AC CA AC
图 5.8-9 二纤双向复用段倒换环前面介绍了 4种自愈环结构，通常通道倒换环只工作在二纤单向方式，而复用段倒换环既可以工作在二纤方式，
又可以工作在四纤方式，既可以单向又可以双向。自愈环种类的选择应考虑初建成本、要求恢复业务的比例、用于恢复业务所需要的额外容量、业务恢复的速度和易于操作维护等因素。
5.9 SDH在电信系统的应用
1、甘肃省 SDH骨干网甘肃省 SDH骨干网是甘肃省省内骨干网,全长 4500千米,整个骨干网由 3个 2.5Gb/s四纤双向复用段倒换环和 1个 2.5Gb/s复用段 1+1双路由保护链路组成（见图 5.9-1）。根据传输配置需要,
分段采用了 +8dBm,+13dBm,+15.5dBm和 +17dBm的光功率放大器,其传输系统配置如下图所示。为节省成本,并结合所使用设备的特点,2.5Gb/s ADM设备采用 622Mb/s光接口和 155Mb/s复用设备相接,实现 2Mb/s信号的终端。
该网络在兰州和天水站各配置了一套互为主备用的具有网员级和网络级管理功能的综合管理系统,并配置了相关的操作终端。两个综合管理系统的服务器之间采用两条 2Mb/s通道相连,
以确保网管设备之间数据通信网 DCN的安全 ;网元与网管之间采用以太网相连。
图 5.9-1 甘肃省 SDH骨干网传输系统配置图
2、广州 SDH B网广州本地传输网采用深圳华为公司 10Gb/s和增强型 2.5Gb/s
SDH 光传输系统组建新型的 SDH B网，作为广州市市话、长途网络、移动电话网,DDN、帧中继网、互联网和宽带多媒体网并提供大容量高效、安全的传输通道。
骨干层安装在广州市较场、电信大厦、客村、东晓作为本地传输网核心的节点，组成一个 STM-64二纤共享保护环；
10Gb/s骨干环有着丰富的带宽，可提供 96个 VC-4级的通道，相当于城市高速公路。
图 5.9-2展示了广州电信市话传输网 B 平面图。
图 5.9-2 广州电信市话传输网 B平面图（ 10G SDH）
5.10 SDH在电力系统的应用电力通信网是电力系统专用通信传输网络,现代化的电力网调度管理要求在供电局中就能对每个供电所进行实时的运行状况监控、故障时自动处理，能实现在无人值守时仍正确处理各种突发事件；同时各种附加业务如智能抄表，计算机远程接入等，都应该能够实现,电力通信网的作用是完成各供电所到供电局之间的各种数据流的传输。由于整个电网的管理由中心一供电局负责，因此通信网有如下一些特点,
1、每个供电局管理许多个供电所和变电站，组网时一般以每个供电局所辖的范围组网；
2、业务信息的传递主要是在供电局和供电所之间进行，供电所之间基本上无交换的信息；
3、每个供电所要传送的数据量不大，一般只有若干个 E1的业务量；
4、所有的供电所的信息都要汇总到供电局处理,
根据电力通信网的上述特点可知，在逻辑结构上看电力通信网其实是一个以供电局为中心、各个供电所在外围的星型结构网络。但是要实现这样一种网络，要考虑到地理条件的限制，光纤铺设的成本，网络的自愈能力等诸多因数。通常供电局与各个供电所的地理位置差异很大,仅采用某一种物理拓扑并不能解决问题，必须将多种拓扑一起使用才能实现,考虑到环型网的生存性强，技术成熟，所以决定以环型结构为主，辅以其它形式的结构来实现电力通信网的物理拓扑。
1、电力通信网业务的映封复用结构从电力通信网的业务信息结构上看，业务信息主要是一些低速的监控，语音信号，通常每个供电所的信,息量经过复合和适配后只有几个 2Mbit/s,典型的数据有一路 E1传送监视图象、
10Base-T的以太网速率经调整用两个 E1传送，另有语音和其他数据合成一个 E1，共 4路 E1的业务量。因此在解决方案中仅使用
2Mb/s的信号为基本的单元，其映射复用结构如图 5.10-1所示,
图 5.10-1 电力通信网的映射复用结构其他格式的数据流如 C-3,C-4等级的数据,100BASE一的以太网接口速率等，通过更换插件板作相应的复用 /映射处理后也可接入系统中传输。
图 5.10-2 保定市各个县局和市局之间的组网图图 5.10-3 市区组网图
5.11 光纤数字通信系统的设计一、系统设计的一般步骤光纤数字通信系统设计的任务是,根据用户的要求和实地情况,按照 ITU-T规范和国内技术标准,尽可能结合中、远期扩容的可能性,进行线路规划和系统配置的设计。
系统设计的一般步骤如下,
1、选定传输速率和传输体制根据系统的通信容量 (即话路总数 )选择光纤线路的传输速率。
对于长途干线和大城市的市话系统,宜选用 SDH体制,以 STM-
16(2.4Gb/s),STM-4(622Mb/s)为主 ;对于农话系统,则可采用 PDH
体制,以 3次群或 4次群为主。
2、选定工作波长根据通信距离选择工作波长。目前 0.85μm波长已很少使用，
中、短距离系统可选用 1.31μm波长，长距离系统可选用 1.55μm波长。
3、选定光源和光检测器件根据工作波长及通信距离选择 LED或 LD。通常,短波长短距离系统选用 LED,长波长系统选用 LED或 LD。
通常,低速率小容量系统采用 LED-PIN组合,而高速率大容量系统可以采用 LD-APD组合。
4、选定光纤光缆类型根据工作波长及通信容量选择多模或单模光纤。通常,低速率小容量系统选用多模光纤,高速率大容量系统须选用单模光纤。根据线路类型和通信容量确定光缆芯数。根据线路敷设方式确定光缆类型。
5、选定路由、估算中继距离根据线路尽量短直、地段稳定可靠、与其它线路配合最佳、
维护管理方便等原则确定路由。根据上下话路的需要确定中继距离,或者根据影响传输距离的主要因素来估算中继距离。
6、估算误码率根据误码秒 ES和严重误码秒 SES的上限指标,用来估算误码率的大小。
以上只是设计步骤中的主要内容，此外尚有光纤线路码型设计、供电设计等。上述设计步骤的中心问题是确定中继距离,其它步骤是为这个中心步骤而服务的。下面讨论中继距离的估算。
二、中继距离估算
1、衰减限制系统中继距离估算衰减限制系统是指光纤线路的衰减较大、传输距离主要受衰减影响的系统。例如,2次群及其以下的多模光纤通信系统,5次群及其以下的单模光纤通信系统都属于衰减限制系统。
设衰减限制系统的发送端平均输出光功率为 PT(dBm),接收端灵敏度为 PR ( dBm),则该系统的线路容许总衰减可以写为其中,
αc(dB)为光纤连接器插入损耗。光纤连接器又称为活动连接器,其插入损耗为 0.6~0.8dB/个。活动连接器通常使用在光缆与光端机的连接处,以便于光缆与光端机的分拆与结合。
αs(dB/km)为光纤每公里平均接续损耗 (即每公里平均固定接头损耗 )。由于市售光缆的长度仅为 1~2km,所以一个中继段线路是由许多这样的光缆串联而接成的。通常使用电弧熔接法来连接两根光纤,这种连接属于固定连接。固定连接处的接头损耗与接续光纤的特性及接续操作技术有关,因此一段线路上的各个固定接头损耗彼此存在差异,所以用它们的统计平均量即每公里平均固定接头损耗来描述这种损耗的大小。通常,αs=0.1~0.3dB/km(多模光纤 )及 0.05~0.1dB/km(单模光纤 )。
α(dB/km)为光纤衰减常数。
Mc(dB/km)为光缆富余度。这是为了应付光缆及光纤连接器性能变坏,或光缆长度及接头增加而预留一定的衰减指标,通常取
0.1~0.3dB/km。
Me(dB)为光端机富余度。这是为了应付光端机性能变坏而预留一定的衰减指标,通常取 3~4dB。
L(km)为中继段 (RS,Repeater Section)长度。
由线路总衰减公式可解得利用上式可以估算出中继距离来。实际中,除了有先给出光纤设备参数、后确定中继距离这一类问题外,还有先给出中继距离、后确定光纤设备参数的,这时可以初步设定这些设备的参数值并计算上式右边的算式,所得结果若等于或稍大于已知的 L,则表明所选参数符合要求，否则需要重新设定参数，再次计算和比较。
2、带宽限制系统中继距离估算带宽限制系统是指光纤衰减很小、传输距离主要受光纤色散带宽影响的系统。我们知道，光纤色散能够导致输出光脉冲展宽。因此,传输码流中相邻两个码元 A和 B,通过光纤后因波形展宽有一部分会交叠起来,以致在码元 B的峰值时刻 t =Tb(Tb等于码元时重隙的宽度 )码元 A的光强是一个非零值,这就构成了码元
A对码元 B的干扰。
考虑到单模光纤只有模内色散、而无模间色散,而多模光纤的模内色散通常远小于模间色散而可以忽略,于是,我们给出以下
rL公式 BI(L)= BI(1) /L； BM(L) =BM(1)/
BI(L)为 L(km)长度光纤的模内色散带宽； BM(L)为 L(km)长度光纤的模间色散带宽。
通过上式可解出 L，便可以估算中继距离。
三、误码率的估算
1、误码的概念和影响误码,数字流在接受判决再生后，数字流的某些比特发生差错，
使传输信息的质量发生的损伤。我们将这种数字流的比特差错称为误码。
误码率（ BER）,又称为长期平均误比特率，是传统的衡量信息传输质量的度量标准，即某一特定观测时间内错误比特数与传输比特总数的比：
BER＝ lim（误比特数 n/传输比特总数 N）
N－ >无穷大这一定义在理论上暗示误码过程是稳态过程，误码率是客观存在的时不变函数（即误码率分布的数字期望值）。而实际上，
误码的出现往往是突发性，且带有极大随机性，因而用长期平均误码率来度量数字系统的性能是不合适当，应该改用一些短期度量参数。
误码对业务的影响,误码对各种业务的影响主要取决于业务的种类和误码的分布。 语声通信能够容忍随机分布的误码，而数据通信则能相对容忍突发误码分布。
2、误码的产生和分布理想的光纤传输系统抗干扰能力很强，基本不受外界电磁干扰的影响，但在实际中，一些突发性的脉冲干扰（如静电放电）仍会对信号传输产生强干扰，引起突发误码。所以，在实际中，误码可分为内部机理误码和外部机理误码。
产生误码的内部机理
各种噪声源，如接收机光电检测器的霰弹噪声，放大器的热噪声器等。
色散引起的误码干扰，光纤的色散使得传输的光脉冲发生展宽，其能量会分散到邻近脉冲形成干扰。
通常，光纤传输系统的内部误码机理是一些相互独立的因数，
从原理上误码分布服从 泊松分布。
由于泊松分布可以用数学期望值参数来描述，因而可用长期平均误码率参数即可完全概括误码的分布特征。
由外部干扰引起的误码这些干扰主要是一些突发性的外部脉冲干扰，如外部电磁干扰、静电放电等，这些脉冲干扰有可能超过光纤系统固有的高信噪比门限而造成突发误码，在实际光纤传输系统中它是主要的误码，在数学上可以较好的用一类 A型传染病分布来描述，此时，误码是成群出现的，每个误码群的出现概率是白松分布，
每个误码群内的误码分布也是白松分布，故又称为复合白松分布。
定位抖动产生的误码：光纤系统中带有抖动的数字流与恢复定时信号之间存在的动态相位差，成为定时抖动，这会造成接收机有效判决点偏离眼图中心，直接发生误码。
复用器、交叉连接设备和交换机产生的误码。
二、误码率与线路长度的关系根据距离分配原则,如果估算出了 64kb/s数字信号在 27500km
总线路 (即 HRX)上的误码率上限值 Pe(HRX),则可以算出 64kbit/s数字信号在 5000km数字链路 (即 HRDL)上的误码率上限值 Pe(HRDL),其算式为
Pe(HRDL)= Pe(HRX)× (高级线路指标占 HRX实际分配总指标的比例 )× (HRDL长度 /高级线路长度 )
=Pe(HRX)× 40%× (5000km/25000km)
进而,可以算出 420km或 280km数字段 (即 HRDS)上的误码率上限值 Pe(HRDS),其算式为
Pe(HRDS)= Pe(HRDL)× (HRDS长度 /HRDL长度 )
= Pe(HRDL)× (420km或 280km/5000km)
然后,可以算出每个中继段 (RS)上的误码率上限值 Pe (RS),其算式为
Pe (RS)= Pe(HRDS)× (中继距离 /420km或 280km)× 修正系数 C
其中,0<C<1。
5.12 光纤数字通信系统的测量一、电性能的主要指标测量
1、误码率测量图 5.12-1给出了光端机系统误码率测试框图。其中,伪随机码发生器通过电缆连接到待测光端机的发送输入端,误码检测器则经过电缆连接到待测光端机的接收输出端。伪随机码发生器能够产生不同长度的伪随机码二进制序列信号,CCITT规定,对于 1次群和 2次群速率使用 (215 -1)伪随机码,3次群和 4次群速率则使用 (223 -
1)伪随机码。
测试步骤,
(1)按照不同的传输速率,将相应的伪随机码测试信号经过电缆送入待测光端机的发送输入端。
(2)连续 t小时用误码检测器检测待测系统的误码状况,读出误码检测器上的累积误码数 m。
(3)利用下式计算误码率,
Pe=m/N=m/sbt
其中 m是在观测时间 t内出现差错的码元数目,N是在观测时间 t
内总的码元数目,sb是码元速率。上式仅当 N或 t很大时才比较精确，
通常取 t>24小时。
图 5.12-1（ a）是一种最基本的同端测量法，他使用同一个光端机，用光纤环路将该光端机的发送输出端与接收输人端直接连接起来 (称为光纤环回 ),误码检测器与伪随机码发生器放在同一端进行测量,这种方式可用于教学实验。比较复杂一点的是使用两个光端机,用电缆环路将远端光端机的发送输出端与接收输入端直接连接起来 (称为电缆环回 ),测试也在同一端进行,如图 5.12-1(b)所示。
这种方式既可用于教学实验,也常用于工程测量。此外,更复杂的是在两个光端机之间还有一个光中继器,这也是为工程测量所用。
除了上述同端测量方式外,还有对端测量方式 (误码检测器与伪随机码发生器分开放在两端进行测量 )。
伪随机码发生器误码检测器发收电缆电缆待测光端机光纤
（ a ）
伪随机码发生器误码检测器发收电缆电缆待测光端机光纤
（ b ）
发收光纤待测光端机电缆图 5,12 - 1 光端机系统误码率测试框图
（ a ） 单光端机光纤环回同端测量方式 （ b ） 双光端机电缆环回同端测量方式
2、抖动测量数字信号的发送端是以均匀的速度发送的，每个码之间的间隔相等，即每个码元的有效瞬间在时域上是相对确定的，但数字信号在传输过程中由于受到噪声干扰和信码组合图案变化的影响，往往会产生码元的有效瞬间偏离了相对的确定位置，
这种现象叫抖动。简单说，定时抖动是指数字信号的特定时刻
（例如最佳抽样时刻）相对其理想参考时间位置的短时间偏离。
短时间偏离是指变化频率高于 10Hz的相位变化。
定时抖动对网络的性能损伤：
对数字编码的模拟信号，在解码后数字流的随机相位抖动使恢复后的值具有不规则的相位，从而造成输出模拟信号的失真，
形成抖动噪声。
在再生器中,定时的不规则性使判决点偏离接收眼图的中心,
从而降低了再生器的信躁比余度,直至发生误码 。
在 SDH网中,像同步复用器等配有缓存器的网元,过大的输入抖动会造成缓存器的溢出或取空,从而产生滑动损伤 。
[1] 输入抖动容限测量图 5.12-2给出了光端机系统输入抖动容限测试框图。其中正弦信号发生器通过电缆连接到伪随机码发生器输入端,用正弦信号来调制伪随机码信号的相位,使伪随机码信号产生抖动 (正弦信号发生器与伪随机码发生器的组合也可以统称为抖动发生器 )。
通常,伪随机码发生器,误码检测器及抖动检测器是包含在专用仪器 —— 数字传输分析仪内的 (注,为简单起见，图 5.12-2及其以后的框图都只给出单光端机光纤环回同端测量方式 )。
测试步骤：
(1)将正弦信号送人伪随机码发生器输入端,并按照表 5.12-1的要求选用正弦信号频率。
(2)调整正弦信号幅度,观测无误码时的最大正弦信号幅度,此时用抖动检测器测得的就是对应于该正弦信号频率 (即抖动频率 )
的最大抖动幅度，即为待测系统的输入抖动容限。
正弦信号发生器伪随机码发生器发收误码检测器抖动检测器待测光端机光纤图 5,12 - 2 光端机系统输入抖动容限测试框图码速 最大抖动 JP-P（ UI） 抖动频率
A0 A1 A2 f0 (Hz) f1
(Hz)
f2
(Hz)
f3
(Hz)
f4 (Hz)
1次群 36.9 1.5 0.2 1.2*10-5 20 2.4k 18k 100k
2次群 152 1.5 0.2 1.2* 10-5 20 400 3k 400k
3次群 1.5 0.15 100 1k 10k 800k
4次群 1.5 0.075 200 500 10k 3500k
表 5.12-1 各次群网络接口最大输入抖动容限
[2] 无输入抖动时的输出抖动测量图 5.12- 3给出了光端机系统元输入抖动时的输出抖动测试框图。图 5.12-3与图 5.12-2的区别是,伪随机码信号不需要使用正弦信号来调制,同时抖动检测器是连接在光端机接收输出端。
测试步骤,
(1)将符合速率及幅度要求的伪随机码信号送入待测光端机的发送输入端。
(2)将抖动检测器上的带通滤波器的通频带置于所需要的范围。
(3)观测 1分钟,在待测光端机的接收输出端用抖动检测器测得的数值,就是该伪随机码信号经过待测光端机系统后的抖动幅度,此即待测系统元输入抖动时的输出抖动量。
伪随机码发生器抖动检测器发收光纤电缆待测光端机电缆
5,12 - 3 光端机系统无输入抖动时的输出抖动测试框图
[3] 抖动转移特性测量光端机系统输出端抖动量与输入端抖动量的比值随抖动频率的变化关系,称为抖动转移特性。 CCITT G.921规定,一个数字段的抖动转移特性的最大值小于 1dB。
图 5.12-4给出了光端机系统抖动转移特性测试框图，该图与图 5.12-3的区别是：该图的伪随机码信号需要使用正弦信号来调制相位。
测试步骤,
(1)断开待测光端机与伪随机码发生器、抖动检测器的连接 (图中 处 ),直接将伪随机码发生器的输出端连到抖动检测器的输入端,
取正弦信号频率 f为 10Hz(此即抖动频率 ),调节正弦信号幅度,使抖动检测器的读数在 0.5~1.5 UI范围内取值,即得到待测光端机系统输入端的抖动幅度 Pin（单位,UI）。
(2)接通待测光端机与伪随机码发生器、抖动检测器的连接 (如图 5.12-5)，保持正弦信号频率和幅度不变 (与步骤 (1)的取值相同 ),
此时抖动检测器的读数即为待测光端机系统输出端的抖动幅度
Pout(单位,UI)。
(3)利用下式计算抖动增益
G=20lg(Pout/Pin)(dB)
(4)逐步升高正弦信号频率 f,在每个频率点上重复以上测量步骤,
分别测出各频率点的抖动增益 G(f),画出 G(f)随 f的变化曲线,就得到待测系统的抖动转移特性曲线。
正弦信号发生器伪随机信号发生器抖动检测器发收光纤
5,12 - 4 光端机系统抖动转移特性测试框图
3、输入端容许码速偏移测量光端机通信系统输入端容许码速偏移测试框图与图 5.12-1相同。
测试步骤,
(1)将标准速率 sb0的伪随机码测试信号输送给待测系统,此时误码检测器应当指示系统元误码发生。
(2)逐渐升高伪随机码发生器的时钟频率,使伪随机码信号的速率随之改变,同时用误码检测器监测系统的误码状况,记下刚刚出现误码时的伪随机码信号的速率 sb+。
(3)在步骤 (1)的基础上,逐渐降低伪随机码发生器的时钟频率,测得系统刚刚出现误码时的伪随机码信号的速率 sb-。
(4)计算 Δ s+=sb+-sbo,Δ s-=sb--sbo,即得待测系统的输入端容许码速偏移量。
二、光性能的主要指标测量
1、平均发送光功率测量图 5.12-5给出了光端机平均发送光功率测试框图。其中伪随机码发生器通过电缆连接到待测光端机的发送输入端,而待测光端机的发送输出端与接收输入端是通过光纤环路直接连接起来的,
光功率计则通过光纤连接器 (图中 × 处 )连接到光端机发送输出端。
测试步骤,
(1)使光端机的光源处在正常工作条件下,将符合速率及幅度要求的伪随机码测试信号送入光端机发送输入端。
(2)断开光端机发送输出端与光纤环路的连接,将光功率计通过光纤连接器连接到光端机发送输出端,此时光功率计的读数就是光机经过光纤连接器后的平均输出光功率 P(即全部,0"码和 "1"码光功率的平均值 )。
(3)由产品手册得知光纤连接器的插入损耗值 αc(dB)。
(4)利用下式计算光端机的平均发送光功率,
PT=P+αc
伪随机码发生器发收光功率计光纤待测光端机
5,12 - 5 光端机平均发送光功率测试框图
2、消光比测量,
消光比定义为 EX=10lg(P1/P0) (dB)
其中 P0是输入电信号为全,0”码时光端机的平均输出光功率,P1是输入电信号为全,1”码时光端机的平均输出光功率。当输入电信号是伪随机码测试信号时,其,0”码和,1”码的发生概率相等,则
P1=2PT,其中 PT是输入伪随机码测试信号时光端机的平均发送光功率。注,有的文献给出的定义是 EXT=10lg(P0/P1),称为消光比倒数。
消光比测试框图与图 5.12-5相同。
测试步骤,
(1)测量 P1时,伪随机码发生器输出全 "1"码测试信号,然后按照上面测量平均发送光功率的第 (2)至第 (4)步骤进行测量 (当然,也可直接利用上面测得的平均发送光功率 PT的数值算出 P1)。
(2)测量 P0时,伪随机码发生器输出全,0”码测试信号,其它步骤与上面完全相同。
(3)利用消光比定义公式计算 EX。
三、光接收机灵敏度测量图 5.12-6给出了光接收机灵敏度测试框图。其中伪随机码发生器通过电缆连接到待测光端机的发送输入端,而待测光端机的发送输出端与接收输入端通过光纤环路连接起来,光可变衰减器串联在光纤环路中,待测光端机的接收输出端经过电缆连接到误码检测器输入端,而光功率计则通过光纤连接器 (图中 × 处 )连接到光纤环路中。
测试步骤,
(1)将符合速率及幅度要求的伪随机码测试信号送入光端机的发送输入端。
(2)逐步增大光可变衰减器的衰减量,使系统的误码率逐步增大,直至误码检测器的读数显示出所期望的指标 (通常选为 < 10-9)为止。
(3)将光端机的接收输人端与光纤断开,而将光功率计连接到光纤线路中,此时光功率计测得的数值就是光接收机在所期望的误码率条件下的最小平均接收光功率 Pr。
(4)利用下式计算得到灵敏度,Sr=10lg[Pr(W)/ 10-3] (dB)
伪随机码发生器发收光功率计光纤待测光端机
5,12 - 6 光接收机灵敏度测试框图光可变衰减器误码检测器电缆电缆四、光接收机动态范围测量光接收机动态范围测试制与图 5.12-6相同。
测试步骤,
(1)将符合速率及幅度要求的伪随机码测试信号送人光机的发送输入端,并将光可变衰减器的衰减量置于最大衰减,此时光端机的接收光功率很小,故误码率很大。
(2)按照上面测量光接收机灵敏度的第 (2)至第 (3)步骤进行测量,得到光接收机在所期望的误码率 (例如,10-9)条件下的最小平均接收光功率 Pmin(即 Pr)。
(3)逐步减小光可变衰减器的衰减量,以增加送入光端机接收输入端的光功率,同时观测误码率的变化,此时误码率会逐渐减小。
(4)继续减小光可变衰减器的衰减量以增大人射光功率,误码率会进一步减小 (<10-9)。但随着衰减量的再减小,接收机出现过载使误码率重新升高,当衰减量的减小使误码率再次达到所期望的指标
(10-9)时,将光端机的接收输入端与光纤断开,而将光功率计连接到光纤线路中,此时光功率计测得的数值就是光接收机在所期望的误码率条件下的最 |大平均接收光功率 Pmax。
(5)利用下式计算得到动态范围,
D=10lg[Pmax(W)/Pmin(W)] (dB)
5.13 长途光缆通信系统的供电方式长途光缆通信系统可能有许多个中继站,其中一些有市电供应,也有无市电供应,有有人值守站,也有无人值守的站 。 各种类型的中继机怎样供电是值得探讨的 。 中继机要求安全可靠的电源,而且还要求不间断供电 。
光缆通信系统的供电方式基本上可分为两类：
（ 1） 本地供电或称为就地供电方式 。 他一般由风力发电或太阳能电池与蓄电池和小型发电机组成供电系统供电 。 下图是无人值守的一个不间断的供电系统 。 自动监控装置是保障安全运行的关键,其作用是：保护蓄电池和太阳能电池,防止对蓄电池过充,
防止对蓄电池过放电以及防止蓄电池对太阳能电池反充电等 。
图 5.13-1是局内供电的一种常规系统 。
图 5.13-2为不间断的供电系统 。
蓄电池组 1 蓄电池组 2 整流器 1 整流器 2
直流配电设备 负载电源转换及配电设备变压器 油机组 1 油机组 2市电
5,13 - 1 局内供电的一种常规系统太阳能电池蓄电池整流器油机起动器小型发电机自动监控装置负载告警
5,13 - 2 不间断的供电系统
（ 2） 远供方式 。 在有人中继站内设置远供设备 。 它是通过光缆内远供铜线对以高压,直流,定电流串联方式向中继机供电 。 每对铜线供一个系统,最大远供距离取决于光缆中铜线的耐压强度,电阻以及中继机功耗 。 光缆内远供铜线直径一般为
0.99mm,电阻 28Ω /km,耐压强度导体之间约为 2800V,与其他金属间的耐压约为 3300V。 （ 在 20摄氏度 2分钟 （ AC） 条件下作实验 ）
此外,还有分缆远供方式,即专线供电 。
从经济上作比较，局内供电方式最省，其次是太阳能供电。
对供电系统的寿命还有要求，也应是在 20年以上，与光缆通信系统的工作寿命相一致。
