第二章传输介质课件

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,2.1 传 输 介 质,2.1.1 基本概念,(1)什么是传输介质,所谓传输介质，是指传输信号的物理通信线路。任何数据在实际传输时都会被转换成电信号或光信号的形式在传输介质中传输，数据能否成功传输则依赖于两个因素：被传输信号本身的质量和传输介质的特性。,2.1 传 输 介 质2.1.1 基本概念,1,（2）什么是信道带宽,所谓信道，就是信号传输的通道；一般的通信系统包括了信源编码、信道编码、调制解调、物理信道；从信源编码到信源解码这一系列过程都可以认为是,广义信道,；,狭义的信道,仅仅指物理信道，即传输介质和媒介；物理信道的带宽由传输介质决定；广义信道带宽（即系统带宽，通信理论中通常所指的信道带宽）指进入物理信道前允许的最大信号基带频谱宽度（最大信号带宽），这是由系统所决定的。,（2）什么是信道带宽,2,（3）什么是信号带宽,信号包含的频率成分的范围称为频谱，而信号的带宽就是频谱的绝对宽度。由于信号所携带的能量并不是在其频谱上均匀分布的，因此又引入了有效带宽的概念，它指包含信号主要能量的那一部分带宽。如不加说明，带宽通常均指有效带宽。,（3）什么是信号带宽,3,（4）什么是信道速率,传输速率和带宽的关系可以由香农公式和Nyquist准则确定。,在通信理论研究中多用第一种解释，在计算机网络中信道带宽常常指传输速率,。,（4）什么是信道速率,4,（5）传输介质的特性,物理特性：对传输介质物理结构的描述,传输特性：传输介质允许传送数字或模拟信号，以及调制技术、传送容量与传送的频率范围等,连通特性：允许点点或多点连接,地理范围：传送介质的最大传输距离,抗干扰性：传输介质防止噪声与电磁干扰对传输数据影响的能力,相对价格：包括器件费用、安装与维护,（5）传输介质的特性,5,（6）传输介质的选择,可以用传输介质的,有效传输距离,和,带宽,来衡量其质量，其中传输距离与带宽成反比，同时带宽越宽，成本越高。而在数字传输中，具有一定带宽的传输介质的最大传输速率与信号的调制方式也紧密相关。另一方面，不同的传输介质都有自己独特的传输特性，因此传输介质的选择，应从性能、成本、适用场合等方面综合考虑。,（6）传输介质的选择,6,(7)基带传输,基带信号,(Baseband Signal),：是指信源发出的没有经过调制（进行频谱搬移和变换）的原始电信号。,基带信号（包括模拟基带信号和数字基带信号）的传输方法有,基带传输和频带传输（又称载波传输、调制传输）两种。,(7)基带传输基带信号(Baseband Signal)：,7,基带传输,:将基带信号直接送往信道中传输的传输方式；,如在某些有线信道中，特别是传输距离不太远的情况下，可以让基带信号直接进行传输。,基带传输是一种最基本的数据传输方式。线路设备简单，信道利用率低。,频带传输,:,将基带信号对载波进行调制后，以载波传输的传输方式。,比如在无线信道和光信道中，基带信号则必须经过调制，以载波传输的方式在信道中传输。,基带传输:将基带信号直接送往信道中传输的传输方式；,8,宽带传输,将信道分成多个子信道，分别传送音频、视频和数字信号，称为宽带传输。宽带是比音频带宽更宽的频带，它包括大部分电磁波频谱。使用这种宽频带传输的系统，称为宽带传输系统。其通过借助频带传输，可以将链路容量分解成两个或更多的信道，每个信道可以携带不同的信号，这就是宽带传输。如CATV,宽带传输 将信道分成多个子信道，分别传送音频、视频和,9,传输介质分为有线介质和无线介质两大类，无论何种情况，信号都是以电磁波的形式传输的。,在有线介质中，电磁波信号会沿着有形的固体介质传输，有线介质目前常用的有双绞线、同轴电缆和光纤；,在无线介质中，电磁波信号通过地球外部的大气或外层空间进行传输，大气或外层空间并不对信号本身进行制导。无线传输常用的电磁波段主要有无线电、微波、红外线等。,2.1.2 传输介质,传输介质分为有线介质和无线介质两大类，无论何,10,有线介质,无线介质,双绞线,同轴电缆,光 纤,无线电,微 波,红外线,传输介质,有线介质无线介质双绞线同轴电缆光 纤无线电微 波,11,1双绞线,双绞线是指由一对绝缘的铜导线扭绞在一起组成的一条物理通信链路。采用双线扭绞的形式主要是为减少线间的低频干扰，扭绞得越紧密抗干扰能力越好。,图2.1 双绞线的物理结构,1双绞线图2.1 双绞线的物理结构,12,传输特性：,（）串音会随频率的升高而增加，抗干扰能力差，通常用作电话用户线和局域网传输介质，在局域网范围内传输速率可达100 Mb/s，但其很难用于宽带通信和长途传输线路。,（）模拟信号和数字信号均可传,传输特性：,13,图2.2 双绞线的构成,图2.2 双绞线的构成,14,双绞线主要分成两类：,非屏蔽(UTP：Unshielded Twisted Pair)和屏蔽(STP：Shielded Twisted Pair)。屏蔽双绞线除了应用在IBM的令牌环网中以外，其他领域并无太多应用。目前电话用户线和局域网中都使用非屏蔽双绞线，例如普通电话线多采用24号UTP。常用UTP的性能如表2.1所示。,双绞线主要分成两类：,15,表2.1 常用UTP的性能,10带宽,base数字基带传输,T双绞线5类和3类都可以,3类更合适,T1和E1是物理连接技术，T1是美国标准，1.544M，E1是欧洲标准，2.048M，我国的专线一般都是E1，然后根据用户的需要再划信道分配（以64K为单位）。比如PPP的DDN线路以及frame-relay的线路等都可以使用他们,类别,规格,AWG,性能,典型应用,三类,22,和,24,16 MHz,E1/T1,、令牌环网、,10 Base,-,T,网等,四类,各种,20 MHz,4/16 Mb/s,令牌环网,五类,各种,100 MHz,4/16 Mb/,s,令牌环网、,1,0/100 Base,-,T,网等,表2.1 常用UTP的性能10带宽T1和E1是物理连接技,16,2.同轴电缆：,同轴电缆由一根,实心的铜质线,作为,内导体,、,一个空心的铜质圆形薄皮,作为,外导体,，内外导体之间由塑料绝缘材料隔离，外导体之外再被覆聚氯乙烯或其它绝缘材料，,外导体以内导体为同心轴,，所以称为,同轴电缆,。,特点：抗干扰性能很强。,50的同轴电缆：局域网基带传输。传输带宽为120M,传输距离11.2km,75的同轴电缆：闭路电视系统（CATV）。频分多路复用50个信道。支持的带宽：300450MHz。距离：100km,2.同轴电缆：,17,支持点到点和多点通信；,传输距离几km到几十千米；,目前主要应用于CATV和光纤同轴混合接入网；,2.同轴电缆,支持点到点和多点通信；2.同轴电缆,18,3光纤,图2.4 光纤的物理结构,光纤是一种同轴性结构，由纤芯、包层和外套三个同轴部分组成，其中纤芯、包层由两种折射率不同的玻璃材料制成，利用光的,全反射,可以使光信号在纤芯中传输,包层的折射率略小于纤芯，以形成光波导效应，防止光信号外溢。,3光纤 图2.4 光纤的,19,石英光纤,玻璃光纤,塑料光纤,石英光纤最为实用,石英光纤玻璃光纤塑料光纤石英光纤最为实用,20,光纤系统的工作频率分布在10141015Hz范围内，属于近红外区，其潜在带宽是巨大的。目前10 Tb/s/100 km的实验系统已试验成功，通过密集波分复用(DWDM)在一根光纤上实现40 Gb/s/200 km传输的实际系统已经在电信网上广泛使用。,体积小、重量轻。,低衰减、抗干扰能力强。传输范围达到6-8km,光纤系统的工作频率分布在1014101,21,光纤分为多模光纤(MMF)和单模光纤(SMF)两种基本类型。多模光纤主要用于短距低速传输，比如接入网和局域网，一般传输距离应小于2 km。,单模光纤的纤芯直径非常小，通常为410 m,在任何时候，单模光纤只允许光信号以一种模式通过纤芯。目前长途传输主要采用单模光纤。在ITU-T的最新建议G.652、G.653、G654、G.655中对单模光纤进行了详细的定义和规范。,光纤分为多模光纤(MMF)和单模光纤(SMF),22,单模光纤,多模光纤,单模光纤多模光纤,23,在光脉冲信号传输的过程中，所使用的波长与传输速率、信号衰减之间有着密切的关系。,通常采用的光脉冲信号的波长集中在某些波长范围附近，这些波长范围习惯上又称为窗口,，目前常用的有850 nm、1310 nm和1550 nm为中心的三个低损耗窗口，在这三个窗口中，信号具有最优的传输特性。在局域网中较常采用850 nm，而在长距离和高速率的传输条件下的城域网和长途网中均采用1550 nm波长。,在光脉冲信号传输的过程中，所使用的波长与传输,24,4无线介质,何谓无线电通信,通信就是在一点准确或近似地再现另一点所选择的消息香农。,这个再现的过程包括一个最重要的环节：即承载信息的载波。,无线电通信是指利用无线电波作载波传递各种消息的各种通信方式的总称。,4无线介质何谓无线电通信,25,10,0,10,2,10,4,10,6,10,8,10,10,10,12,10,14,10,16,10,18,10,20,10,22,10,24,10,4,10,5,10,6,10,7,10,8,10,9,10,10,10,11,10,12,10,13,10,14,10,15,10,16,无线电,微波,红外线,可见光,紫外线,X射线,射线,双绞线,同轴电缆,卫星,地面微波,调幅,无线电,调频,无线电,海事,无线电,光纤,电视,(Hz),f,(Hz),f,LF,MF,HF,VHF,UHF,SHF,EHF,THF,波段,移动,无线电,图2.4 电磁波频谱及其在通信中的应用,100 102 104,26,1)无线电,无线电又称广播频率(RF:Radio Frequency),其工作频率范围在几十兆赫兹到200兆赫兹左右。,优点:易于产生，能够长距离传输，能轻易地穿越建筑物，并且其传播是全向的，非常适合于广播通信。,缺点:是其传输特性与频率相关：低频信号穿越障碍能力强，但传输衰耗大；高频信号趋向于沿直线传输，但容易在障碍物处形成反射，并且天气对高频信号的影响大于低频信号。,1)无线电,27,高频无线电波传播途径,高频无线电波传播途径,28,2)微波,微波指频段范围在300 MHz30 GHz的电磁波，因为其波长在毫米范围内，所以产生了微波这一术语。,微波信号的主要特征是在空间沿直线传播，因而它只能在视距范围内实现点对点通信，通常微波中继距离应在80 km范围内。微波的主要缺点是信号易受环境的影响(如降雨、薄雾、烟雾、灰尘等)，频率越高影响越大，另外高频信号也很容易衰减。卫星通信可认为是微波通信的一种特殊形式。,2)微波,29,地面微波接力,两个地面站之间传送距离：50-100 km,地球,地面站之间的直视线路,微波传送塔,地面微波接力两个地面站之间传送距离：50-100 km地球,30,地球同步卫星(对地静止),与地面站位置相对固定,使用3个卫星可覆盖全球,一个卫星使用1220个转发器，每个转发器频宽3650MHz,地面站大量使用甚小孔径地球,站VSAT,传输延迟时间长(270ms),36,000,公里,地球,地球同步卫星(对地静止)与地面站位置相对固定36,000,31,3)红外线,红外线指10,12,10,14,Hz范围的电磁波信号。与微波相比，红外线最大的缺点是不能穿越固体物质，因而它主要用于短距离、小范围内的设备之间的通信。,红外线通信目前主要用于家电产品的远程遥控，便携式计算机通信接口等。,3)红外线,32,电信领域使用的电磁波的频谱,电信领域使用的电磁波的频谱,33,各种常用传输媒体的比较,各种常用传输媒体的比较,34,小结（本节重点）,双绞线(UTP和STP)、同轴电缆、光纤的使用特点,单模光纤和多模光纤的使用特点,无线通信常用的传输介质与使用特点,小结（本节重点）双绞线(UTP和STP)、同轴电缆、光纤的使,35,2.2 多 路 复 用,2.2 多 路 复 用,36,什么是多路复用（Multiplexing）,DEMUX,复用器,解复用器,共享信道,MUX,复用 多个信息源共享一个公共信道,为何要复用？线路成本,什么是多路复用（Multiplexing）DEMUX复,37,多路复用技术,多路复用技术就是将多路信号组合在一条物理,信道上进行传输，到接收端再用专门的设备将,各路信号分离开来。这样使一条物理信道资源,被多路信号共享。,多路复用技术包括:,频分多路复用(FDM),时分多路复用(TDM),波分多路复用(WDM),多路复用技术 多路复用技术就是将多路信号组合在一条物理,38,按信号在传输介质上的复用方式不同，传输系统分为：基带传输系统、频分复用传输系统、时分复用传输系统、波分复用传输系统,2.2.1 基带传输系统,在传输介质上直接传输基带信号的系统。,如：计算机局域网,按信号在传输介质上的复用方式不同，传输系统分为：基带传输,39,(1)FDM的基本原理,FDM是利用传输介质的带宽高于单路信号的带宽这一特点，将多路信号经过高频载波信号调制后在同一介质上传输的复用技术。为防止各路信号之间相互干扰，要求每路信号要调制到不同的载波频段上，而且各频段之间要保持一定的间隔,这样各路信号通过占用同一介质不同的频带实现了复用。,2.2.2 频分复用传输系统,(1)FDM的基本原理 2.2.2 频分复用,40,第二章传输介质课件,41,频分多路复用带宽分配示例,A,频分多路复用带宽分配示例A,42,FDM,多路复用过程示例,FDM 多路复用过程示例,43,FDM,解多路复用过程示例,FDM 解多路复用过程示例,44,FDM,中的移频与叠加（频谱）,FDM 中的移频与叠加（频谱）,45,图2.5 FDM原理示意图,(a)FDM信道划分；(b)FDM系统示意图,图2.5 FDM原理示意图,46,ITU-T标准的话音信号频分多路复用的策略如下：为每路话音信号提供4 kHz的信道带宽，其中3 kHz用于话音，两个500 Hz用于防卫频带，12路基带话音信号经调制后每路占用60108 kHz带宽中的一个4 kHz的子信道。这样12路信号构成的一个单元称为一个群。在电话通信的FDM体制中，五个群又可以构成一个超群Supergroup，还可以构成复用度更高的主群Mastergroup。,ITU-T标准的话音信号频分多路复用的策略如,47,FDM 分层多路复用,FDM 分层多路复用,48,（,2）FDM的特点,优点：容易实现，技术成熟，能较充分地利用信道带宽。,缺点：传输的是模拟信号，需要模拟的调制解调设备，成本高且体积大，由于难以集成，因此工作的稳定度也不高。,目前FDM技术主要用于电话和电缆电视系统，在光纤介质上该方式更习惯被称为波分复用。,（2）FDM的特点,49,（1）TDM的原理,TDM将模拟信号经过PCM(Pulse Code Modulation)调制后变为数字信号，然后进行时分多路复用的技术。它是一种数字复用技术，TDM中多路信号以时分的方式共享一条传输介质，每路信号在属于自己的时间片中占用传输介质的全部带宽。,国际上主要的TDM标准有北美地区使用的T载波方式，一次群信号T1每帧24时隙，速率为1.544 Mb/s；国际电联标准E载波方式，一次群信号E1每帧32时隙,速率为2.048 Mb/s，两者相同之处在于都采用8000 Hz频率对话音信号进行采样，因此每帧时长都是125 s。,脉冲编码调制：模拟信号数字化的一种方法,2.2.3 时分复用传输系统,脉冲编码调制：模拟信号数字化的一种方法2.2.3 时分复用,50,TDM多适用于数字信号传输,TDM多适用于数字信号传输,51,TDM工作原理示例,TDM工作原理示例,52,图2.6 TDM原理示意图,(a)TDM信道划分；(b)TDM系统示意图,图2.6 TDM原理示意图,53,（2）TDM的特点,相对于频分复用传输系统，时分复用传输系统可以利用数字技术的全部优点：差错率低，安全性好，数字电路的高集成度，以及更高的带宽利用率。它已成为传输系统的主流技术，目前主要有两种时分数字传输体制：准同步数字体系PDH和同步数字体系SDH。其主要缺点是：通信双方时隙必须严格保持同步。,（2）TDM的特点,54,T1 信道,广泛用于北美和日本的电话系统中。每秒 8000 次采样(帧)，一共24路信号，每路信号8位(含1比特控制),每帧还有1同步比特。数据传输率：193*8000=1.544 Mbps,T1 信道 广泛用于北美和日本的电话系统中。每秒,55,T1 信道传输速率1.544 Mbps,T1 信道传输速率1.544 Mbps,56,TDM 分层多路复用(T1,T2,T3,T4),TDM 分层多路复用(T1,T2,T3,T4),57,E1信道,用于北美和日本以外地区，包括中国。每秒8000次采样(帧)，一共32路信号(其中2路作信令同步)，每路信号8位,每帧还有1同步比特。速率为：8*32*8000=2.048 Mbps,0,1,2,16,31,125,m,s=32 时隙=2.048 Mbps,帧同步,信令信道,30 路话音数据信道+2 路控制信道,E1信道 用于北美和日本以外地区，包括中国。每秒80,58,（1）WDM的原理,目前一根单模光纤的传输速率可达到 2.5Gb/s，如能采用色散补偿技术解决光纤传输中的色散问题(指光脉冲中由于不同频率分量传输速率不同导致信号失真产生误码的现象)，则一根单模光纤的传输速率可达到10Gb/s，这已是当前单个光载波信号传输的极限值。,2.2.4 波分复用传输系统,（1）WDM的原理 2.2.4 波分复用传,59,波分,多路复用,（Wavelength Division Multiplexing，WDM）,是光的频分复用。不同的信源使用不同波长的光波来传输,数据，各路光波经过一个棱镜（或衍射光栅）合成一个光,束在光纤干道上传输，在接收端利用相同的设备将各路光,波分开。这样复用后，可以使光纤的传输能力成几倍几十,倍的提高。,波分多路复用（Wavelength Division Mul,60,图2.7 DWDM传输系统结构,图2.7 DWDM传输系统结构,61,DWDM,传输（常用在干线上传输）,1550 nm 0,1551 nm 1,1552 nm 2,1553 nm 3,1554 nm 4,1555 nm 5,1556 nm 6,1557 nm 7,0 1550 nm,1 1551 nm,2 1552 nm,3 1553 nm,4 1554 nm,5 1555 nm,6 1556 nm,7 1557 nm,8,2.5 Gb/s,1310 nm,20 Gb/s,复,用,器,分,用,器,EDFA,120 km,DWDM 传输（常用在干线上传输）1550 nm,62,8 路 2.5Gb/s 的光载波(波长1310nm)，经光的调制后，分别将波长变换到15501557nm，经光复用器后在一根光纤中传输，传输总速率可达20Gb/s，经一段距离传输后光信号衰减，使用掺铒光纤放大器EDFA放大(这种光放大器不需光电转换，能直接对光信号放大)，两放大器间距120km，复用器分用器间无光电转换距离可600km。若光缆中有几十根这样的光纤，总数据率可达 Tb/s 级。,8 路 2.5Gb/s 的光载波(波长1310nm)，,63,导致DWDM得以商用化的一个关键技术是1550nm窗口EDFA光放大器(Erbium Doped Optical Amplifier)的商用化。EDFA是通过在光纤中掺入少量稀有金属来制成的，使用EDFA后，多路光信号可以共享一个EDFA，EDFA可以直接在光域对它们同时进行放大，而无需像以前那样将每一路光信号先转换回电信号，再进行放大。,导致DWDM得以商用化的一个关键技术是155,64,按照信号在一根光纤中的传送方向来分，目前的DWDM系统分为两类：双纤单向传输系统和单纤双向传输系统。双纤单向指使用两根光纤实现两个方向的全双工通信。单纤双向指将两个方向的信号分别安排在一根光纤的不同波长上传输。,根据波分复用器的不同，可以复用的波长数也不同，从两个至几十个不等，现在商用化的一般是8波长、16波长、40波长系统，每波长速率为2.5 Gb/s或10 Gb/s。目前实验系统中已实现了256波长，每信道40 Gb/s，传输距离100 km的DWDM系统。,按照信号在一根光纤中的传送方向来分，目前的D,65,使一根光纤的传输容量比单波长传输增加了几倍至几十倍，降低了长途传输的成本；,WDM对数据格式是透明的，即与信号速率及电调制方式无关。一个WDM系统可以承载多种格式的“业务”信号，如ATM、IP或者将来有可能出现的信号。,在网络扩充和发展中，WDM是理想的扩容手段，也是引入宽带新业务(如CATV、HDTV和B-ISDN等)的方便手段，增加一个附加波长即可引入任意想要的新业务或新容量。,（2）WDM的特点,使一根光纤的传输容量比单波长传输增加了几倍至几十倍，降低了长,66,光通信,光通信,要解决两个最根本的问题：,一要找到高强度的、可靠的光源。,二要有稳定的、低损耗的传输媒质,光通信光通信要解决两个最根本的问题：,67,光通信,激光的最初中文名叫做“镭射”、“莱塞”，是它的英文名称LASER的音译，是取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各单词的头一个字母组成的缩写词。,意思是“,受激辐射的光放大,”。,光通信激光的最初中文名叫做“镭射”、“莱塞”，是它的英文名称,68,在,数字通信系统,中，传送的,信号,都是数字化的脉冲,序列,。这些数字信号流在数字交换设备之间传输时，其速率必须完全保持一致，才能保证信息传送的准确无误，这就叫做“同步”。,在数字传输系统中，有两种数字传输系列，一种叫“准同步数字系列”（,Psynchronous,Digital Hierarchy，简称PDH）；另一种叫“同步数字系列”（Synchronous Digital Hierarchy，简称SDH）。,在数字通信系统中，传送的信号都是数字化的脉冲序列。这些数字信,69,1简介,PDH(Psynchronous Digital Hierarchy)是一种异步复用方式，多个PCM的一次群信号可逐步复用为二次群、三次群，最高可达五次群信号。其主要缺点如下：,(1)标准不统一，存在三种标准，且互不兼容；,(2)面向点到点的传输，组网的灵活性不够；,(3)低阶支路信号上、下电路复杂，需要逐次复用、解复用；,(4)帧结构中缺乏足够的冗余信息用于传输网的监视、维护和管理。,2.2.5 PDH系统简介,1简介2.2.5 PDH系统简介,70,2帧结构,在PCM30/32系统中，一帧由32个时隙组成，每个用户占一个指定的时隙(TS：Time Slot)，通信时用户在自己的时隙轮流传送8位码组一次，重复周期为125s(每秒8000次),因此一次群的传输速率为3288000=2048 kb/s。,帧结构动画演示,2帧结构帧结构动画演示,71,小 结（,本节重点）,理解FDM、TDM、WDM的基本概念,掌握 T1 信道和 E1 信道的基本参数,小 结（本节重点）理解FDM、TDM、WDM的基本概念,72,大家要对SDH,有个整体印象！,大家要对SDH,73,1.1 SDH,产生的技术背景,SDH,是什么同步数字传输体制。类似于,PDH,，,均为数字信号传输体制。,产生的社会背景：,1）信息社会要求：,通信网传输、交换、处理大量信息，向数字化、综,合化、智能化、个人化发展。,2）作为通信网的承载体传输网要求：,宽带化信息高速公路,规范化世界性统一的标准接口,1.1 SDH产生的技术背景,74,1.2 PDH,的固有缺陷：,作为传统的数字传输体制，,PDH,具有以,下固有的缺陷：,1、接口方面,电接口只有地区性的电接口规范，无,世界标准。,PDH,有,3,种速率等级：,欧洲和中国,（2Mb/s）,、日本、北美,（1.5Mb/s）,。,光接口无光接口规范，各厂家独自开,发。,设备间互连困难,1.2 PDH的固有缺陷：设备间互连困难,75,2、复用方式：,复用/解复用的方式，决定高速信号上/下低速,信号的方便性。,PDH,采用,异步复用,方式：,低速信号在高速信号中的位置无规律性，即无,预知性，即,不能从高速信号中直接分离低速信号,。,东西放在,哪儿了？,2、复用方式：东西放在,76,从高速信号插/分低速信号要,一级一级,进行，,层层的复用/解复用增加了信号的,损伤,，不利于大容量传输。,从高速信号插/分低速信号要一级一级进行，,77,3、运行维护功能（,OAM,）：,OAM决定设备维护成本，,与信号帧中开销（冗余）,字节的数量有关；,PDH信号帧中,用于,OAM的,开销少，,OAM,功能弱，,系统安全性差,4、,无统一的网管接口，无法形成统一的,TMN,因此，,PDH,体制不适应大容量传输网的组建，,SDH,体制,应运而升。,3、运行维护功能（OAM）：,78,2.3 SDH传送网,国际电信联盟 ITU-T 以美国标准 SONET 为基础，制订出国际标准-同步数字系列 SDH(Synchronous Digital Hierarchy)。与SONET的区别在较低的复用层。,2.3 SDH传送网 国际电信联盟 ITU-,79,同步光纤网,SONET,旧的数字传输系统存在着许多,缺点,主要有：,各国速率标准不统一,不是同步传输，各终端使用自己的时钟，使系统传输设备非常复杂,美国为此制订了同步光纤网标准 SONET(Synchronous Optical Network)，其各级时钟都来自一个非常精确的主时钟；并且SONET标准中制订的速率兼容了北美、欧洲、日本等各国的数字传输网的多种不同速率。,同步光纤网SONET 旧的数字传输系统存在着许多缺点,主要有,80,SONET 的体系结构,线路,SDH,终端,SDH,终端,复用器,或,分用器,复用器,或,分用器,转发器,转发器,段,段,段,路径,同步和复用,传送 STS/OC-,n,帧,同步和复用,处理路径端,接设备间的,业务的传输,处理路径端,接设备间的,业务的传输,SONET 的体系结构线路SDHSDH复用器复用器转发器转发,81,SONET 结构图,STS:Synchronous Transport Signal，同步传输信号,MUX,Multiplexer:多路复用器,SONET 结构图STS:Synchronous Tra,82,同步光纤网,SONET,SONET 第1级同步传送信号 STS-1 (Synchronous Transport Signal)的传输速率为 51.84 Mb/s，第 3 级同步传送信号 STS-3 传输速率是 STS-1 的3倍，为155.52 Mb/s，等等，依此类推。,STS幀为时分复用幀，8000幀/秒，每幀125 S,其对应的光信号则称为第1级光载波 OC-1(OC表示Optical Carrier)，第3级光载波 OC-3，等,STS 幀,STS 幀,STS 幀,STS 幀,125,S,125,S,125,S,125,S,同步光纤网 SONET SONET 第1级同步传送信号 S,83,SONET STS-1,幀,STS-1幀速率：9 x 90 字节/幀 x 8位/字节 x 8000幀/秒,51,840,000 位/秒 51.840 Mb/s 52 Mb/s,注意：这里的STS幀是物理层时分多路复用的幀，不是数据链路层中使用的幀。净荷中每个字节可以是一路话音(64kb/s)，或53个字节为一个ATM信元等，净荷中可以承载多路数据。,SONET STS-1 幀STS-1幀速率：,84,STS 复用图,3个STS-1帧多路复用成1个STS-3帧,STS 复用图3个STS-1帧多路复用成1个STS-3帧,85,SONET STS-,n,幀,STS-,n,幀有,n,x,810 字节长，STS-,n,幀由,n,个 STS-1 模块中的字节多路复用时交错形成。,SONET STS-n 幀 STS-n 幀有,86,SONET OC-,n,/STS-,n,SONET OC-n/STS-n,87,SONET 速率图,SONET 速率图,88,SDH的定义,SDH是一个将复接、线路传输、交叉连接及交换功能融为一体的，并由统一的网管系统进行管理的综合业务传送网络。,SDH的定义 SDH是一个将复接、线路传输、交叉连接及,89,SDH传送网,2.3.1 等级与速率,等 级,STM-1,STM-4,STM-16,STM-64,速率（Mb/s）,155.520,622.080,2488.320,9953.280,63,252,1008,4032,含2M数量,SDH传送网2.3.1 等级与速率 等 级STM-,90,（有星号的三种是现在最常用的）,SONET OC/STS 与 ITU STM 比较,（有星号的三种是现在最常用的）SONET OC/STS 与,91,1整体结构,SDH帧由,3部分组成：段开销，包括再生段开销RSOH和复用段开销MSOH、管理单元指针AU-PTR、信息净负荷payload。,2.3.2 帧结构,1整体结构2.3.2 帧结构,92,MSOH,RSOH,传输方向,1帧,9,270N字节,13459,9 N,261 N,传输方向,270 N,段开销SOH是指STM帧结构中为保证信息净负荷正常灵活传送所附加的字节，主要供网络运行、管理和维护使用。由再生段开销RSOH和复用段开销MSOH组成,。,再生段开销RSOH负责管理再生段。,RSOH可在再生段接入，也可在终端设备接入,。,管理指针AU PTR是一种指示符，用来指示信息净负荷的第1个字节在STM-N帧内的准确位置，以便在接收端正确地分解,。,复用段开销MSOH负责管理复用段。,MSOH透明地通过每个再生段，只能在管理单元组AUG进行组合或分解的地方才能接入或终结。,信息净负荷区域是帧结构中存放各种信息容量的地方。,净负荷中包含通道开销（POH）。,RSOH,MSOH,STM-1帧由9行、270列共2430个字节组成。传送时按由左到右、由上至下的顺序进行，直到整个帧传送完毕。每秒传送8000帧。,STM-N信息净负荷,（含少量POH）,STM-N信息净负荷,（含少量POH）,AU PTR,AU PTR,RSOH,MSOH,STM-N帧结构,MSOHRSOH传输方向1帧9270N字节1345,93,图2.9 STM-1帧结构示意图,图2.9 STM-1帧结构示意图,94,(1)RSOH:负责管理再生段，在再生段的发端产生，再生段的末端终结，支持的主要功能有STM-N信号的性能监视、帧定位、OAM&P信息传送。,(2)MSOH：,负责对STM-N中每一个STM-1信号的监控管理。,（3）信息净负荷payload在STM-N帧结构中存放将由STM-N传送的各种信息码块的地方（含通道开销POH）,注意：信息净负荷并不等于有效负荷，因为在低速信号中加上了相应的POH。,STM-N帧结构,(1)RSOH:负责管理再生段，在再生段的发端产生,95,(4),管理单元指针AU-PTR,指示信息净负荷的第一个字节在STM-N帧中的准确位置，以便在接收端正确地分解。,目前ITU只定义了部分开销字节的功能，很多字节的功能有待进一步定义。,STM-N帧结构,(4)管理单元指针AU-PTRSTM-N帧结构,96,想一想,STM-N帧中单独一个字节的比特传输速率是多少？,STM-N的帧频为8000帧/秒，这就是说信号帧中某一特定字节每秒被传送8000次，那么该字节的比特速率是80008bit=64kbit/s。,想一想STM-N帧中单独一个字节的比特传输速率是多少？,97,STM-1的速率：,800092708=155.520Mbit/s,每秒传8000帧,每帧9行,270列,一个字节8比特,STM-1的速率：每秒传8000帧每帧9行270列一个字节8,98,STM-1,传送模块各部分的速率,SOH的速率：8000（3+5）98=4.608 Mbit/s,AU-PTR的速率：8000198=0.576 Mbit/s,信息净负荷payload的速率：800092618=150.336 Mbit/s,STM-1传送模块各部分的速率,99,SDH的速率等级,STM-1155.520Mbit/s,STM-4622.08Mbit/s,STM-162488.32Mbit/s（2.5G）,STM-6410Gbit/s,SDH的速率等级STM-1155.520Mbit/s,100,SDH,的复用的一般概念,低阶的SDH信号复用成高阶SDH信号,字节间插复用完成，如:,4STM-1STM-4,低速支路信号（例如2Mbit/s，34Mbit/s，140Mbit/s）复用成SDH信号STM-N。,SDH的复用的一般概念低阶的SDH信号复用成高阶SDH信号,101,SDH的复用步骤,在SDH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,。,相当于信号打包,相当于指针调整,相当于字节间插复用,SDH的复用步骤在SDH中各种业务信号复用进STM-N帧的过,102,SDH复用特点,1、字节间插复用,各支路信号按字节顺序进行间插排列以形成更高速率的信号；,各支路信号在帧中的位置固定，可直接提取/接入。,2、净负荷指针技术,用软件指针指示净负荷在帧中的位置；,允许支路信号速率有差异（可进行速率调整）.,SDH复用特点1、字节间插复用,103,参与复用的单元,1、信息容器 C,用于装载各种速率业务信号的信息结构。,国际规范了5种信息容器，我国使用其中的三种：,种类,C-12,C-3,C-4,装载信号种类,2 Mb/s,34/45 Mb/s,140 Mb/s,结 构,9行,4列2,9行,84列,9行,260列,速率（,Mb/s,）,2.176,48.384,149.760,参与复用的单元 1、信息容器 C种类C-12 C-3,104,2、,虚容器,VC,是用来支持,SDH,通道层连接的信息结构。,VC 是由信息容器C加上通道开销POH构成。,国际规范了5种虚容器，我国使用其中的三种,：,种类,VC-12,VC-3,VC-4,装载信号种类,2 Mb/s,34/45 Mb/s,2/34/45/140 Mb/s,结 构,9行,4列1,9行,85列,9行,261列,速率（Mb/s）,2.240,48.960,150.336,参与复用的单元,2、虚容器 VC种类VC-12 VC-3 VC-4装载信,105,VC-12,VC-3,POH,C-3,(34/45,Mb/s,),85列,POH,C-12,(2,Mb/s,),4列,9行,VC-12,106,3、,支路单元,T U,是在高阶VC与低阶VC之间进行适配的信息结构。,TU是由低阶VC加上支路单元指针TU PTR构成。,种类,TU-12,TU-3,构成,VC12+TU PTR,VC3+TU PTR,结 构,9行,4列,9行,85列+3,速率（Mb/s）,2.304,49.152,参与复用的单元,3、支路单元 T U种类TU-12TU-3构成VC12+,107,H1H2H3,TU PTR,VC-12,VC-3,9行,TU-12,TU-3,4列,85列,9行,H1H2H3TU PTRVC-12 VC-39行,108,4、支路单元组 T UG,由几个TU或TUG进行字节间插复用组成。,种类,TUG-3,构成,3,TU-,12,7,TUG-,2,结 构,9行,12列,9行,86列,速率（Mb/s）,6.912,49.536,TUG-2,参与复用的单元,4、支路单元组 T UG种类TUG-3构成3TU-12 7,109,3TU-12,7TUG-2,（,1TU-3,）,9行,TUG-2 TUG-3,R,为填充字节,12列,86列,9行,R,R,3TU-12 7TUG-29行 TU,110,5、,管理单元,(,AU)和,管理单元组,(AUG）,AU是由高阶VC加上管理单元指针AU PTR构成。,一个或多个AU的集合称为AUG,AU-PTR,VC-4,9行,261列,9列,参与复用的单元,同步传输模块(STM-N),STM-N=AUG+SOH,5、管理单元(AU)和管理单元组(AUG）AU-PTRV,111,图2.12 ITU-T规定的SDH的复用结构示意图,图2.12 ITU-T规定的SDH的复用结构示意图,112,我国规定的SDH复用结构示意图,我国规定的SDH复用结构示意图,113,字节间插复用,各支路信号按字节顺序进行间插排列，形成更高速率信号。,2,b,1,2,3,1,3,1,2,3,c,a,c,b,a,TU-12 a,TU-12 b,TU-12 c,TUG-2,4,4,4,字节间插复用TU-12 aTU-12 bTU-12 cTUG,114,映射：,映射就是在,SDH网络边界把各种业务信号适配进相 应的虚容器。,如：把2Mb/s,信号适配进,VC-12；,把34（或45）Mb/s,信号适配进,VC-3；,把140Mb/s,信号适配进,VC-4。,定位：,指采用指针指示低阶VC或高阶VC在TU或AU帧的起始位置。,如：VC12 TU-12,映射、定位的概念,映射：映射就是在SDH网络边界把各种业务信号适配进相 应的虚,115,复用的概念,复用：使多个低阶通道层信号适配进高阶通道，或者把多个高阶通道层信号适配进复用段层过程。,如：TU-12*3 TUG-2,复用的概念复用：使多个低阶通道层信号适配进高阶通道，或者把多,116,映射复用过程,STM-N,N,1,C-12,VC-12,VC-4,TUG-2,AUG-4,AU-4,TU-12,2Mb/s,码速调整,LP POH,TU PTR,AU PTR,复用,7复用,HD POH,复用,N复用,TUG-3,SOH,映射复用过程STM-N N 1C-12VC-12VC-4,117,140M信号复用进STM-1过程,首先将140Mbit/s的PDH信号经过码速调整比特塞入法适配进C4。,1,139.264Mbit/s,C-4,149.760Mbit/s,260列,每秒8000帧,9,140M信号复用进STM-1过程首先将140Mbit/s的P,118,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,，成为VC4信息结构,140M信号复用进STM-1过程,1,C-4,VC-4,150.336Mbit/s,261列,每秒8000帧,9,P,O,H,149.760Mbit/s,C-4,在C4的块状帧前加上一列通道开销字节高阶通道开销VC4-PO,119,在VC4前附加一个,管理单元指针AU-PTR,指明第一个字节的位置，信号由VC4变成了管理单元,AU-4,这种信息结构。,140M信号复用进STM-1过程,270列,AU-PTR,1,9,AU-4,在VC4前附加一个管理单元指针AU-PTR指明第一个字节的位,120,最后将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。,140M信号复用进STM-1过程,AU-PTR,STM-1,RSOH,MSOH,信息负荷区域,1,270,9,最后将AU-4加上相应的SOH合成STM-1信号。N个STM,121,STM-N,N,1,C-12,VC-12,VC-4,TUG-2,AUG-4,AU-4,TU-12,2Mb/s,2.048Mbit/s,+1,3,8,Kbit/s,/,1000=,2.176,Mbit/s,+64,Kbit/s=,2.240Mbit/s,+64Kbit/s=,2.304Mbit/s,7+1.152Mbit/s,=,49.536Mbit/s,+4.608Mbit/s,=155.520,Mbit/s,TUG-3,3+,1.728Mbit/s,=,150.336,Mbit/s,3=6.912,Mbit/s,+,576Kbit/s,=150.912,Mbit/s,2M信号复用进STM-1过程,STM-N N 1C-12VC-12VC-4TUG-2A,122,低阶容器,高阶容器,低阶,组装器,高阶组装,REG,STM-N复用,再生段,低阶通道（LPOH）,高阶容器,低阶容器,低阶,组装器,高阶组装,REG,STM-N复用,再生段,高阶通道（HPOH）,复用段（MSOH）,再生段（RSOH）,如何理解POH与SOH？（1）,低阶容器高阶容器低阶 高阶组装,123,1、段开销、通道开销都是为了保证信号正常灵活传送所必须附加的供网络运行、管理和维护（OAM）使用的字节。,2、段开销、通道开销是从不同的层面来监视、管理信号的传送。RSOH、MSOH分别对应于再生段和复用段，而HPOH和LPOH分别对应于VC-3/VC-4和VC-12。,如何理解POH与SOH？（2）,1、段开销、通道开销都是为了保证信号正常灵活传送所必须附加的,124,总结,掌握SDH的帧结构图、各部分的作用,掌握SDH的速率等级,了解,复用、映射、定位的含义,总结 掌握SDH的帧结构图、各部分的作用,125,SDH与PDH的不同点在于，PDH是面向点到点传输的，而SDH是面向业务的，利用ADM、DXC等设备，可以组建线性、星型、环型、网型等多种拓扑结构的传送网，SDH还提供了丰富的开销字段。,按地理区域来分割，现阶段我国SDH传送网分为四个层面：省际干线网、省内干线网、中继网、用户接入网。,2.3.4 SDH传送网的结构,SDH与PDH的不同点在于，PDH是面向点到,126,图2.14 我国SDH传送网的结构,图2.14 我国SDH传送网的结构,127,1省际干线网,在主要省会城市和业务量大的汇接节点城市装有DXC4/4，它们之间用STM-4、STM-16、STM-64高速光纤链路构成一个,网孔型结构,的国家骨干传送网。,2省内干线网,在省内主要汇接节点装有DXC4/4或DXC4/1,它们之间用STM-1、STM-4、STM-16高速光纤链路构成,网状或环型,省内骨干传送网结构。,1省际干线网,128,精品课件,！,精品课件！,129,精品课件,！,精品课件！,130,3中继网,中继网指长途端局与本地网端局之间，以及本地网端局之间的部分。对中等城市一般可采用,环型,结构，特大和大城市则可采用,多环加DXC,结构组网。该层面主要的网元设备为ADM、DXC4/1，它们之间用STM-1、STM-4光纤链路连接。,4用户接入网,该层面处于网络的边缘，业务容量要求低，且大部分业务都要汇聚于端局，因此,环型和星型,结构十分适合于该层面。使用的网元主要有ADM和TM。提供的接口类型也最多，主要有STM-1、STM-4，PDH体制的2M、34M或140M接口等。,3中继网,131,