信息与通信SDH原理及应用

单击此处编辑母版标题样式,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,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,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,信息与通信SDH原理及应用,一、通信,通信是指用任何方法通过媒体将信息从一个地方传输到另一个地方的过程。,古代通信：,现代通信：,接力传话、快马驿使、,飞鸽传书、烽火狼烟,载波、微波、光纤、卫星,数字通信开展史,1937年英国人里夫斯(Reeves.A.H)创造PCM(电子管),1947,年美国贝尔实验室研制成功第一个能完全运行的,PCM,系统,1957年由于创造了晶体管，PCM系统进入商用阶段,1962,年美国将,24,路,PCM,系统,-,T1,用于市话局间中继,1965,年美国制定,DS1,标准,将24个以PCM编码的话音信号复接在一起，加上帧,定位比特，组成 1544 kbit/s的二进制码流进展传输。,从,DS1,或,E1,向更高速率的复用就是把特定数量的,DS1,或,E1,信号组织在一起，成为高次群数字流。,1968,年欧洲,E1,技术标准制定,30路以PCM编码的话音信号复接在一起，加上帧定位 比特和用于传送信令的通道，组成 2048 kbit/s码流的 帧构造,欧洲标准比较规律：,4E1E2,速率：,8448kbit/s,4,E2E3,速率：,34368kbit/s,4,E3E4,速率：,139264kbit/s,4,E4E5,速率：,564992kbit/s,概述：光纤通信开展历史,20世纪60年代：20dB/km的光纤问世,20世纪70年代末：光源与检测器寿命10万小时以上创造双异质构造的LD初；1310和1550的低损耗窗口发现，SMF，的光纤问世，实用化末,20世纪80年代末90年代初：EDFA导致WDM实用化,目前容量10T实验室，增大容量可能方式：ETDM40G+OWDM160波+OTDM8-16时段,主要的通信方式,光纤通信特点,几乎无限带宽，通信容量巨大40Tb/s，微波20G，电缆200M，但实际到达的速率由光源线宽、光纤色散、光检测器响应速度决定,传输损耗低，中继距离长50-80Km，衰减受限，链路功率预算如果今后采用非石英光纤，并工作在超长波长(2m)，光纤的理论损耗系数可以下降到10-310-5dB/km，中继距离可达数千、甚至数万公里,保密性能好，不易被人窃听,无电磁干扰,光纤通信特点,体积小，重量轻，节省金属材料等,但相对而言：抗拉强度低弯曲,光纤连接困难,光纤受水影响大,光纤通信是目前较为理想的通信方式,光纤通信系统组成,光纤通信系统是以光纤为传输媒介，光波为载波的通信系统。主要由光发送机、光纤光缆、中继器和光接收机组成。,系统中光发送机的作用是将电信号转换为光信号，并将生成的光信号注入光纤。光发送机一般由驱动电路、光源和调制器构成，如果是直接强度调制可以省去调制器。,光接收机的作用是将光纤送来的光信号复原成原始的电信号。它一般由光电检测器和解调器组成，对于直接强度调制解调器可以省略。,光纤的作用是为光信号的传送提供传送媒介(信道)，将光信号由一处送到另一处。,中继器分为电中继器和光中继器(光放大器)两种，其主要作用就是延长光信号的传输距离。,二、SDH概述,光纤传输、2M分插复用、支路穿插连接、自愈保护倒换等。,SDH全称：同步数字体系Synchronous Digital Hierarchy。,SDH标准了数字信号的帧构造、复用方式、传输速率等级、接口码型特性,提供了一个国际支持框架,在此根底上开展并建成了一种灵活、可靠、便于管理的世界电信传输网。,SDH、PCM组网构造,SDH,PCM,SDH,PCM,程控交换机,话路终端,音频电缆,音频电缆,同轴电缆,光纤,同轴电缆,VDF,DDF,ODF,ODF,DDF,VDF,语音信号货物，PCM装卸车间，E12M通道货箱，,SDH火车站，光纤铁路，光信号火车。,SDH,的产生：,1.,1984,年美国贝尔实验室,SYNTRAN(,同步传输,),2.,扩展到日本和欧洲的各种,PDH,信号,SONET(,同步光网络,),4. 1988年，ITU-T承受了SONET的概念，并重新将其命名为SDH,(同步数字系列),3. 1988,年，美国国家标准委员会,(,ANSI),采用了,SONET,技术并,通过了相关标准,光纤通信PDH与SDH,PDH:无世界性标准数字信号速率、帧构造,光接口不标准互联困难, 信号复用、穿插连接复杂，困难, 无辅助比特，OAM实现困难,SDH:一定智能化相对PDH，同步复用、标准光接口、网管, 自愈,PDH复用构造,SDH复用构造,ADM,155Mbit/s,光接口,2Mbit/s电信号,光接口,PDH的缺乏之处：,1.,没有全球统一的速率标准，给国际电信网互联带来了困难,2.,没有标准光接口,3.,准同步复接，上下电路不太方便,4. 网络构造缺乏灵活性，数字穿插连接复杂,5.,辅助比特缺乏，限制了网络维护与管理,SDH,的优点：,1. 灵活、兼容的映射方式及帧构造,简单的复接和分接,低速支路容易上下,有效地支持向更高的传送速率开展,2.,与业务无关的灵活、兼容的传送平台,加速新一代业务的引入,便于端到端管理业务,3. 嵌入信号内的管理、维护信息量大，可改进业务质量,提供了网络监控能力,便于网络恢复业务,4.,开放的网络提供了新的灵活性,标准化贯穿于全网的,OAM,能力,对来自不同供给商的设备构成的光链路是完全兼容的,终端复用器TM,双端口器件，用于端点站。群路端口默认为w,穿插复用功能,作用TULU,TM,W,STM-N,STM-M,140Mb/s,2Mb/s,34Mb/s,注,M,N,终端复用器TM,插/分复用器ADM,三端口器件，用于节点站。群路端口默认为：左w、右e,穿插复用功能,作用LU(w)TULU(e)、LU(w)LU(e),最常用网元，可等效其他网元,STM-M,注：,M,N,w,e,2Mb/s,34Mb/s,140Mb/s,ADM,STM-N,STM-N,插/分复用器ADM,再生中继器REG电,2端口器件，用于节点站。群路端口默认为：左w、右e,不需穿插复用功能,功能：O/E、抽样、判决、再生整形、E/O；使线路噪声不积累,w,e,REG,STM-N,STM-N,再生中继器REG,等效为,入线：,m,出线：,n,数字穿插连接设备DXC,多端口器件，用于重要节点站，提供强大的穿插能力。,以m/n表征其特点,DXC,m,n,数字穿插连接设备DXC,三、SDH帧构造,STM-1,的传输速率,892708000,STM-N,的传输速率,SDH,的传输速率等级,：,SDH最根本也是最重要的模块信号是STM-1，速率为155.520 Mbit/s,STM-1155.520Mbit/s(155Mbit/s),STM-4622.080Mbit/s(622Mbit/s),STM-162488.320Mbit/s(2.5Gbit/s),STM-649953.280Mbit/s(10Gbit/s),STM-N帧中放置各种业务信息的地方。,2M、34M 140M打包成信息包后，放于其中。然后由STM-N信号承载，在SDH网上传输。假设将STM-N信号帧比做一辆货车，其净负荷区即为该货车的车厢。,在将低速信号打包装箱时，在每一个信息包中参加通道开销POH，以完成对每一个“货物包在“运输中的监视。,信息净负荷(9行261列),帧构造,帧构造,假设复用的低速信号速率较低，即打包后信息包太小，例：2M、34M。,需进展二级指针定位。先将小信息包打包成中信息包，通过支路单元指针-TUPTR定位其在中信息包中的位置。然后将假设干中信息包打包成大信息包，通过AU-PTR指示相应中信息包的位置。,帧构造,表示典型的净负荷偏移的,STM-1,帧,STM-1,复帧,STM-1,段开销,SOH,Payload,9 rows,270 columns,Total capacity = 622.08Mbits/s,SOH,Payload,SOH,Payload,SOH,Payload,STM-4 的构造,A1,A1,B1,B1,D1,D1,B2,B2,D4,D4,D7,D7,D10,D10,S1,S1,9,9,ROWS,ROWS,RSOH,RSOH,Reserved for National use.,Reserved for National use.,A1,A1,S1,S1,A1,A1,S1,S1,A2,A2,Z2,Z2,A2,A2,S1,S1,A2,A2,S1,S1,C1,C1,E2,E2,E1,E1,D2,D2,K1,K1,D5,D5,D8,D8,D11,D11,A1,A1,A1,A1,A1,A1,B2,B2,B2,B2,B2,B2,B2,B2,B2,B2,S1,S1,S1,S1,S1,S1,A2,A2,Z2,Z2,A2,A2,Z2,Z2,A2,A2,Z2,Z2,C1,C1,F1,F1,D3,D3,K2,K2,D6,D6,D9,D9,D12,D12,MSOH,MSOH,AU-n Pointers,AU-n Pointers,144 Bytes,144 Bytes,Total capacity = 2488.32Mbits/s (2.5 GBits/s),SOH,Payload,SOH,Payload,SOH,Payload,SOH,Payload,SOH,Payload,SOH,Payload,SOH,Payload,SOH,Payload,SOH,Payload,SOH,Payload,SOH,Payload,SOH,Payload,SOH,Payload,SOH,Payload,SOH,Payload,SOH,Payload,STM-16的构造,信号在一个复帧内以异步映射方式进入,VC-12,V1,V2,V4,V3,36 bytes,4 rows,N N N N S S I D,I D I D I D I D,V1,V2,0 1 1 0 1 0,10 bit pointer value 0 to 139,N = New data flag,V3 is used for justification,V4 is reserved by CCITT for future use,Point to,V5,TU-12 的构造,信号映射入,TU-12,TUG-3 to VC-4,86 columns x 9 rows,TUG-3,86 columns x 9 rows,TUG-3,86 columns x 9 rows,TUG-3,J1,B3,C2,G1,F2,H4,Z3,Z4,Z5,High Order Path OverHead (HO POH),2 bytes of fixed stuff,9 rows,261 columns,STM-1帧构造内VC-4的位置,四、SDH复用技术,低阶构造沿一定路径以一定方式(同步/异步)组合成高阶构造,容器C：信息构造，适配信息,虚容器VC：信息构造，传送实体，C+通道开销,管理单元AU：信息构造，高阶VC+指针，用于高阶通道层和复用段层,支路单元TU：信息构造，低阶VC+指针，用于低阶通道层和高阶通道层,完整的SDH复用构造STM-N,ITU-T G.707,建议,STM-N,N,STM-N,AUG,AU-4,AU-4,TU-3,VC-3,C-3,C-4,TUG-2,TU-12,VC-12,C-12,TUG-3,N,139264kbit/s,34268kbit/s,44736kbit/s,2048kbit/s,指针处理,映射,对齐,复用,中国的SDH根本复用映射构造,3,3,7,SDH光纤网：复用映射构造,中国采用简化方式,SDH,各传输速率等级：复用,2M,的数量,STM-N的2M数量 = 3 7 3 N = 63 N 个,STM-1155.520Mbit/s63,STM-4622.080Mbit/s252,STM-162488.320Mbit/s1008,STM-649953.280Mbit/s4032,速率等级 传输速率,2M,数量,低阶SDH高阶SDH：字节间插方式，4合1,PDH信号STM-N：同步复用和灵活的映射,140MSTM-N,34MSTM-N,2MSTM-N,复用是依复用路线图进展的，ITU-T规定的路线图有多种，但通常一个国家或地区仅使用一种。,复用步骤(复用方式、复用构造),复用步骤,C4容器4；虚140M相对应的标准信息构造，完成速率适配功能。,VC4虚容器4；与C4相对应的标准信息构造，完成对装载的140M信号进展实时的性能监控。,140M复用步骤,AU-4管理单元4，与VC4相对应的信息构造,复用路线140MVC4AU-4STM-1，所以STM-1仅能复用进一路140M信号,140M复用步骤,C3容器3；与34M相对应的标准信息构造，完成速率适配功能。,VC3虚容器3；与C3相对应的标准信息构造，完成对装载的34M信号进展实时的性能监控。,34M复用步骤,TU3支路单元3；与VC3相对应的标准信息构造，完成一级指针定位。,TUG3支路单元组3；与TU3相对应的标准信息构造。,34MVC3TU3TUG3；3TUG3VC4STM-1；所以STM-1可以复用进3路34M。,34M复用步骤,C12容器12；与2M相对应的标准信息构造，完成2M信号速率适配，4个基帧组成一复帧。,VC12虚容器12；与2M相对应的标准信息构造，完成对某路2M信号实时监控。,TU12支路单元12；与VC12相对应的标准信息构造，完成对VC12的一级指针定位。,2M复用步骤,TUG2支路单元组2；TUG3支路单元组3。,2MC12VC12TU12；3TU12TUG2；7TUG2TUG3；,3TUG3VC4STM1。,STM-1可装入373=63个2M信号。2M复用构造是3-7-3构造。,2M复用步骤,4,个,C12,基帧组成一个复帧。,基帧、复帧装入的是同一路,2M,信号。,基帧装入,2M,信号的,125us,时间段的信息；复帧装入,2M,信号,500us,时间段的信息,复帧的概念,2M复用步骤,五、SDH传送网：保护倒换,线路保护倒换：主用通道故障，信号自动切换到备用系统，50ms内，简单快速,环形网保护倒换： 通常由ADM构成，自愈环，分通道倒换环和复用段倒换环,通道倒换环：基于通道信号质量的优劣，利用通道AIS信号决定倒换,复用段倒换环：基于复用段信号质量的优劣，利用ASP协议实施倒换,以2纤环为主讨论,传送网：拓扑与保护到换,传送网：单向环,传送网：双向环,传送网：通道倒换，并发优收,传送网：复用段倒换,传送网：复用段倒换，线路中断，K1、K2通信，实施倒换。E通知C，C确认，同步到换。假设节点故障，那么复杂错连问题,传送网：业务分布与倒换方式，一般业务集中型分布那么通道保护，分散型那么考虑复用段共享保护。,传送网：保护倒换,倒换时间：复用段倒换规定在环上无额外业务、无预先桥接请求，光纤长度小于1200km，到换在50ms内；通道倒换无需复杂协议，应优于此指标,组网节点考虑：尚无统一算法，一般应考虑因素：复用段的k1k2字节；开设的通路数如STM-N速率，最多开设NSTM-1接口通路，节点数N；假设环内有两节点使用BITS，那么之间最多20点；通道故障时最近节点检查故障并形成AIS约需3帧时间，每节点转发需1帧，故一般完成在ms级，不成问题。,电力应用应具体测试,通信网的网络构造, 环网不能太大。一是节点间距离过长，即使节点间距离可以满足要求，但环回距离过长，难以满足继电保护信号对传输延时的要求。, 设备的自愈保护切换时间难以满足继电保护信号传输时延的要求。目前的SDH光纤通信设备其保护切换时间难以满足继电保护信息5ms的传输要求。传输距离将受到更大的限制。,网状网构造也存在同样问题。网状网构造主要是利用SDH数字穿插连接设备SDXC的迅速有效的连接和网络保护恢复功能，经济有效地传输各种业务，提高网络的利用率和可靠性。如果以DXC设备作为中继，其时延很小，对保护信号的传输影响不大。但一旦线路或节点失效需选择路由恢复时，其恢复时间较自愈保护时间更长，一般需数秒至数分钟，不能适应继电保护信号的传输要求。,常用SDH板卡介绍,光接口卡,2M支路卡,穿插连接卡,控制管理卡,电源时钟卡,以太网卡,光接口卡类型标识：,A：局内-I，短距离-S，长距离-L,x：传输等级的N值，如STM-1那么x=1,y：代表光纤类型，y=1表示、1310nm，y=2表示、1550nm，y=3表示 、1550nm,例如：表示长距离约80km、,STM-16、使用光纤、工作波长 为1550nm,光接口分类：I/S/L,传输媒质：,多模、单模光纤，光缆,光纤：,最正确性能光纤,最正确性能光纤超高速超长距离,衰减很低海底光纤通信,与653类似，但零色散点在1570或1510-1520间，防止四波混合,光卡各项测试指标：,平均发送功率：光发送机送伪随机序列信号时在参考点S测得的平均光功率,接收机灵敏度：R点处为到达1*10-10的BER所需要的平均接收功率的最小可承受值,谢谢观赏！,2020/11/5,68,