传输理论概述及基础维护知识SDH.docx

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传输理论概述及基础维护知识SDH

传输理论概述及基础维护知识SDH-DWDM

目 录

第一部分理论概述及传输基础维护知识....1

第一章SDH原理....1

第一节SDH概述...1

1.1SDH产生的技术背景...1

1.2与PDH相比SDH有哪些优势...4

1.3SDH的缺陷所在...6

第二节SDH信号的帧结构和复用步骤...8

2.1SDH信号STM-N的帧结构...8

2.2SDH的复用结构和步骤...10

2.3映射、定位和复用的概念...19

第三节开销和指针...23

3.1开销...23

3.2指针...31

第四节SDH设备的逻辑组成...35

4.1SDH网络的常见网元...35

4.2SDH设备的逻辑功能块...37

第五节SDH网络结构和网络保护机理...51

5.1基本的网络拓扑结构...51

5.2链网和自愈环...53

5.3复杂网络的拓扑结构及特点...63

第六节光接口类型和参数...67

6.1光纤的种类...67

6.2光接口类型...67

6.3光接口参数...68

第七节定时与同步...71

7.1为什么要网同步...71

7.2同步方式...71

7.3SDH同步定时参考信号来源...72

7.4主从同步网中从时钟的工作模式...73

7.5SDH的引入对网同步的要求...73

7.6SDH网的同步方式...74

7.7SDH设备的同步方式...76

7.8网同步工作的举例...77

第八节传输性能...82

8.1误码性能...82

8.2可用性参数...84

8.3抖动漂移性能...84

第二章DWDM简要原理..87

第一节什么是波分复用？

...87

第二节波分复用系统对光纤的要求...88

第三节波分复用系统关键器件...89

3.1分波/合波器件...89

3.2光源...89

3.3掺铒光纤放大器（EDFA）...90

第四节光监控信道（OSC）...93

第五节DWDM的应用方式...95

第六节DWDM网络单元...96

第七节DWDM的组网形式...97

第八节DWDM的优点...98

第三章传输现场基础维护....99

第一节现场维护基础...99

1.1传输的基本概念...99

1.2常用常见传输设备、结构...99

1.3各类传输设备常见告警（面板与头柜）及含义...100

1.4DDF、ODF架资料及相关资料的查询...100

1.5注意事项...101

第二节基本维护操作...104

2.1电路环路、调度与测试...104

2.2使用万用表测试中继电缆...104

2.3环回...105

2.4尾纤的插拔...109

2.5光接口清洁操作...110

2.6光功率测试...112

2.7误码测试...114

2.8单板的插拔和更换...115

2.9单板复位...118

2.10设备告警声音切除...118

第一部分 理论概述及传输基础维护知识

第一章 SDH原理

第一节 SDH概述

1.1SDH产生的技术背景

在讲SDH传输体制之前我们首先要搞清楚SDH到底是什么。

那么SDH是什么呢？

SDH全称叫做同步数字传输体制，由此可见SDH是一种传输的体制协议，就象PDH准同步数字传输体制一样，SDH这种传输体制规范了数字信号的帧结构，复用方式，传输速率等级，接口码型等特性。

那么SDH产生的技术背景是什么呢？

我们知道当今社会是信息社会，高度发达的信息社会要求通信网能提供多种多样的电信业务，通过通信网传输、交换处理的信息量将不断增大，这就要求现代化的通信网向数字化、综合化智能化、和个人化方向发展。

目前传统的由PDH传输体制组建的传输网，由于其复用的方式很明显的不能满足信号大容量传输的要求，另外PDH体制的地区性规范也使网络互连增加了难度，由此看出在通信网向大容量标准化发展的今天，PDH的传输体制已经愈来愈成为现代通信网的瓶颈，制约了传输网向更高的速率发展。

传统的PDH传输体制的缺陷体现在以下几个方面：

1.接口方面

1）只有地区性的电接口规范，不存在世界性标准，现有的PDH数字信号序列有三种信号速率等级：

欧洲系列、北美系列和日本系列，各种信号系列的电接口速率等级，以及信号的帧结构复用方式均不相同，这种局面造成了国际互通的困难，不适应当前随时随地便捷通信的发展趋势。

三种信号系列的电接口速率等级如图1-1所示

2）没有世界性标准的光接口规范。

为了完成设备对光路上的传输性能进行监控，各厂家各自采用自行开发的线路码型。

典型的例子是mBnB码，其中mB为信息码，nB是冗余码，冗余码的作用是实现设备对线路传输性能的监控功能，由于冗余码的接入使同一速率等级上光接口的信号速率大于电接口的标准信号速率，不仅增加了发光器的光功率代价，而且由于各厂家在进行线路编码时，为完成不同的线路监控功能，在信息码后加上不同的冗余码，导致不同厂家同一速率等级的光接口码型和速率也不一样，致使不同厂家的设备无法实现横向兼容，这样在同一传输路线两端必须采用同一厂家的设备，给组网管理及网络互通带来困难。

2.复用方式

现在的PDH体制中只有1.5Mbit/s和2Mbit/s速率的信号，（包括日本系列6.3Mbit/s速率的信号）是同步的，其他速率的信号都是异步的，需要通过码速的调整来匹配和容纳时钟的差异。

由于PDH采用异步复用方式，那么就导致当低速信号复用到高速信号时，其在高速信号的帧结构中的位置没规律性和固定性，也就是说在高速信号中不能确认低速信号的位置，而这一点正是能否从高速信号中直接分/插出低速信号的关键所在，正如你在一堆人中寻找一个没见过的人时，若这一堆人排成整齐的队列，那么你只要知道所要找的人站在这堆人中的第几排和第几列就可以将他找了出来。

若这一堆人杂乱无章的站在一起，若要找到你想找的人就只能一个一个的按照片去寻找了。

既然PDH采用异步复用方式，那么从PDH的高速信号中就不能直接的分/插出低速信号，例如不能从140Mbit/s的信号中直接分/插出2Mbit/s的信号，这就会引起两个问题：

1） 从高速信号中分/插出低速信号要一级一级的进行。

例如从140Mbit/s的信号中分/插出2Mbit/s低速信号要经过如下过程，如图1-2所示。

图1-2 从140Mbit/s信号分/插出2Mbit/s信号示意图

从图中看出，在将140Mbit/s信号分/插出2Mbit/s信号过程中使用了大量的背靠背设备，通过三级解复用设备从140Mbit/s的信号中分出2Mbit/s低速信号，再通过三级复用设备将2Mbit/s的低速信号复用到140Mbit/s信号中。

一个140Mbit/s信号可复用进64个2Mbit/s信号，若在此处仅仅从140Mbit/s信号中上下一个2Mbit/s的信号也需要全套的三级复用和解复用设备，这样不仅增加了设备的体积、成本、功耗，还增加了设备的复杂性，降低了设备的可靠性。

2）由于低速信号分/插到高速信号要通过层层的复用和解复用过程，这样就会使信号在复用/解复用过程中产生的损伤加大，使传输性能劣化。

在大容量传输时此种缺点是不能容忍的，这也就是为什么PDH体制传输信号的速率没有更进一步提高的原因。

3.运行维护方面

PDH信号的帧结构里用于运行维护工作OAM的开销字节不多，这也就是为什么在设备进行光路上的线路编码时，要通过增加冗余编码来完成线路性能监控功能。

由于PDH信号运行维护工作的开销字节少，这对完成传输网的分层管理、性能监控、业务的实时调度，传输带宽的控制、告警的分析定位是很不利的。

4.没有统一的网管接口

由于没有统一的网管接口，这就使你买一套某厂家的设备就需买一套该厂家的网管系统，容易形成网络的七国八制的局面，不利于形成统一的电信管理网。

由于以上这种种缺陷使PDH传输体制越来越不适应传输网的发展。

于是美国贝尔通信研究所首先提出了用一整套分等级的标准数字传递结构组成的同步网络（SONET）体制，CCITT于1988年接受了SONET概念，并重命名为同步数字体系SDH，使其成为不仅适用于光纤传输，也适用于微波和卫星传输的通用技术体制。

本文中主要讲述SDH体制在光纤传输网上的应用。

想一想

你也许在资料中看过SDH信号能直接从高速信号中下低速信号，例如直接从622Mbit/s信号中下2M信号，为什么这种特性跟SDH所特有的同步复用方式有关。

既然是同步复用方式那么低速信号在高速信号帧中的位置是可预见，于是从高速信号中直接下低速信号就变成了一件很容易的事了。

1.2与PDH相比SDH有哪些优势

既然SDH传输体制是PDH传输体制进化而来的，因此它具有PDH体制所无可比拟的优点。

它是不同于PDH体制的全新的一代传输体制，与PDH相比在技术体制上进行了根本的变革。

首先我们先谈一谈SDH的基本概念，SDH概念的核心是从统一的国家电信网和国际互通的高度来组建数字通信网，是构成综合业务数字网ISDN，特别是宽带综合业务数字网B-ISDN的重要组成部分。

那么怎样理解这个概念呢？

因为与传统的PDH体制不同，按SDH组建的网是一个高度统一的标准化的、智能化的网络，它采用全球统一的接口以实现设备多厂家环境的兼容，在全程全网范围实现高效的协调一致的管理和操作，实现灵活的组网与业务调度，实现网络自愈功能，提高网络资源利用率。

由于维护功能的加强大大降低了设备的运行维护费用，下面我们就SDH所具有的优势，从几个方面进一步说明。

注意与PDH体制相对比。

1.接口方面

1）电接口方面

接口的规范化与否是决定不同厂家的设备能否互连的关键。

SDH体制对网络节点接口NNI作了统一的规范。

规范的内容有数字信号速率等级、帧结构、复接方法、线路接口、监控管理等。

于是这就使SDH设备容易实现多厂家互连，也就是说在同一传输线路上可以安装不同厂家的设备，体现了横向兼容性。

SDH体制有一套标准的信息结构等级，即有一套标准的速率等级。

基本的信号传输结构等级是同步传输模块--STM-1，相应的速率是155Mbit/s，高等级的数字信号系列，例如622Mbit/s（STM-4）、2.5Gbit/s（STM-16）等，可通过将低速率等级的信息模块，例如STM-1，通过字节间插同步复接而成，复接的个数是4的倍数，例如STM-4=4×STM-1，STM-16=4×STM-4。

●        技术细节

什么是字节间插复用方式呢？

我们以一个例子来说明。

有三个信号帧结构A、B、C，各为每帧3个字节，若将这三个信号通过字节间插复用方式复用成信号D，那D就应该是这样一种帧结构，帧中有9个字节，且这9个字节的排放次序如下图

）光接口方面

线路接口（这里指光口）采用世界性统一标准规范。

SDH信号的线路编码仅对信号进行扰码，不再进行冗余码的插入。

扰码的标准是世界统一的，这样对端设备仅需通过标准的解码器就可与不同厂家SDH设备进行光口互连。

扰码的目的是抑制线路码中的长连0和长连1，便于从线路信号中提取时钟信号。

由于线路信号仅通过扰码，所以SDH的线路信号速率与SDH电口标准信号速率相一致，这样就不会增加发端激光器的光功率代价。

2.复用方式

由于低速SDH信号是以字节间插方式复用进高速SDH信号的帧结构中的，这样就使低速SDH信号在高速SDH信号的帧中的位置是固定的、有规律性的，也就是说是可预见的，这样就能从高速SDH信号例如2.5Gbit/s（STM-16）中直接分/插出低速SDH信号，例如155Mbit/s（STM-1）这样就简化了信号的复接和分接，使SDH体制特别适合于高速大容量的光纤通信系统。

另外由于采用了同步复用方式和灵活的映射结构，可将PDH低速支路信号，例如2Mbit/s复用进SDH信号的帧中去（STM-N），这样使低速支路信号在STM-N帧中的位置也是可预见的，于是可以从STM-N信号中直接分/插出低速支路信号，注意此处不同于前面所说的从高速SDH信号中直接分插出低速SDH信号，此处是指从SDH信号中直接分/插出低速支路信号，例如2Mbit/s、34Mbit/s与140Mbit/s等低速信号，于是节省了大量的复接/分接设备（背靠背设备），增加了可靠性，减少了信号损伤、设备成本功耗、复杂性等，使业务的上下更加简便。

SDH的这种复用方式使数字交叉连接DXC功能更易于实现，使网络具有了很强的自愈功能，便于用户按需动态组网，实时灵活的业务调配。

●        技术细节

什么是网络自愈功能？

网络自愈是指当业务信道损坏，导致业务中断时网络会自动将业务切换到备用业务信道，使业务能在较短的时间（ITU-T规定为50ms）以内得以恢复正常传输。

注意这里仅是指业务得以恢复，而发生故障的设备和发生故障的信道则还是要人去修复。

那么为达到网络自愈功能除了设备具有DXC功能，完成将业务从主用信道切换到备用信道外，还需要有冗余的信道，冗余设备。

3.运行维护方面

SDH信号的帧结构中安排了丰富的用于运行维护OAM功能的开销字节，使网络的监控功能大大加强，也就是说维护的自动化程度大大加强。

PDH的信号中开销字节不多，以致于在对线路进行性能监控时，还要通过在线路编码时加入冗余比特来完成。

以PCM30/32信号为例，其帧结构中仅有TS0时隙和TS16时隙中的比特是用于OAM功能。

SDH信号丰富的开销占用整个帧所有比特的1/20，大大加强了OAM功能，这样就使系统的维护费用大大降低。

4.兼容性

SDH有很强的兼容性。

这也就意味着当组建SDH传输网时，原有的PDH传输网不会作废，两种传输网可以共同存在，也就是说可以用SDH网传送PDH业务。

另外异步转移模式的信号ATM、FDDI信号等其他体制的信号也可用SDH网来传输。

那么SDH传输网是怎样实现这种兼容性的呢？

SDH网中用SDH信号的基本传输模块（STM-1）可以容纳PDH的三个数字信号系列，和其它的各种体制的数字信号系列—ATM、FDDI、DQDB等，从而体现了SDH的前向兼容性和后向兼容性，确保了PDH网向SDH网，和SDH向ATM的顺利过渡。

SDH是怎样容纳各种体制的信号呢？

很简单，SDH把各种体制的低速信号在网络边界处，（例如SDH/PDH起点）复用进STM-1信号的帧结构中，在网络边界处终点再将它们拆分出来即可，这样就可以在SDH传输网上传输各种体制的数字信号了。

在SDH网中SDH的信号实际上起着运货车的功能，它将各种不同体制的信号，（本文中主要是指PDH信号）象货物一样打成不同大小的速率级别包，然后装入货车（装入STM-N帧中），在SDH的主干道上传输。

在收端，从货车上卸下打成货包的货物，（其它体制的信号）然后拆包封恢复出原来体制的信号，这也就形象地说明了不同体制的低速信号复用进SDH信号（STM-N）在SDH网上传输和最后拆分出原体制信号的全过程。

1.3SDH的缺陷所在

凡事有利就有弊，SDH的这些优点是以牺牲其他方面为代价的。

1.频带利用率低

我们知道有效性和可靠性是一对矛盾，增加了有效性必将降低可靠性，增加可靠性也会相应的使有效性降低。

例如收音机的选择性增加，可选的电台就增多，这样就提高了选择性，但是由于这时通频带相应的会变窄，必然会使音质下降，也就是可靠性下降。

相应的SDH的一个很大的优势是系统的可靠性大大的增强了，运行维护的自动化程度高。

这是由于在SDH的信号STM-N帧中加入了大量的用于OAM功能的开销字节，这样必然会使在传输同样多有效信息的情况下，PDH信号所占用的频带（传输速率）要比SDH信号所占用的频带（传输速率）窄，即PDH信号所用的速率低。

例如，SDH的STM-1信号可复用进63个2Mbit/s或3个34Mbit/s（相当于48×2Mbit/s）或1个140Mbit/s（相当于64×2Mbit/s）的PDH信号。

只有当PDH信号是以140Mbit/s的信号复用进STM-1信号的帧时，STM-1信号才能容纳64×2Mbit/s的信息量，但此时它的信号速率是155Mbit/s速率，要高于PDH同样信息容量的E4信号（140Mbit/s），也就是说STM-1所占用的传输频带要大于PDHE4信号的传输频带，二者的信息容量是一样的。

2.指针调整机理复杂

SDH体制可从高速信号（例如STM-1）中直接下低速信号例如2Mbit/s，省去了多级复用/解复用过程，而这种功能的实现是通过指针机理来完成的。

指针的作用就是时刻指示低速信号的位置，以便在拆包时能正确地拆分出所需的低速信号，保证了SDH从高速信号中直接下低速信号的功能的实现。

可以说指针是SDH的一大特色，但是指针功能的实现增加了系统的复杂性，最重要的是使系统产生SDH的一种特有抖动--由指针调整引起的结合抖动，这种抖动多发于网络边界处（SDH/PDH）其频率低，幅度大，会导致低速信号在拆出后性能劣化。

这种抖动的滤除会相当困难。

第二节SDH信号的帧结构和复用步骤

2.1SDH信号STM-N的帧结构

SDH信号需要什么样的帧结构呢？

STM-N信号帧结构的安排应尽可能使支路低速信号在一帧内均匀地有规律的分布。

为什么呢？

因为这样便于实现支路的同步复用、交叉连接（DXC）、分/插和交换，说到底就为了方便的从高速信号中直接上/下低速支路信号。

鉴于此，ITU-T规定了STM-N的帧是以字节（8bit）为单位的矩形块状帧结构。

如图2-1所示

图2-1STM-N帧结构图

●        诀窍

块状帧是什么呢？

为了便于对信号进行分析，往往将信号的帧结构等效为块状帧结构，这不是SDH信号所特有的。

PDH信号、ATM信号、分组交换的数据包，它们的帧结构都算是块状帧，例如E1信号的帧是32个字节组成的1行32列的块状帧；ATM信号是53个字节构成的块状帧，将信号的帧结构等效为块状仅仅是为了分析的方便。

从上图看出STM-N的信号是9行270×N列的帧结构，此处的N与STM-N的N相一致，（取值范围1，4，16，64），表示此信号由N个STM-1信号通过字节间插复用而成。

由此可知STM-1信号的帧结构是9行270列的块状帧。

由上图看出当N个STM-1信号通过字节间插复用成STM-N信号时，仅仅是将STM-1信号的列按字节间插复用，行数恒定为9行。

我们知道信号在线路上传输时是一个bit一个bit地进行传输的，那么这个块状帧是怎样在线路上进行传输的呢？

STM-N信号的传输也遵循按比特的传输方式，SDH信号帧传输的原则是帧结构中的字节（8bit）从左到右，从上到下一个字节一个字节，一个比特一个比特的传输，传完一行再传下一行，传完一帧再传下一帧。

STM-N信号的帧频是多少呢？

ITU-T规定对于任何级别的STM等级帧频都是8000帧/秒，即帧长或帧周期为恒定的125μs。

帧周期的恒定是SDH信号的一大特点。

而PDH不同等级信号的帧周期是不恒定地。

由于帧周期的恒定使STM-N信号的速率有其规律性，例如STM-4的传输数速恒定的等于STM-1信号传输数速的4倍，STM-16恒定等于STM-4的4倍等于STM-1的16倍，而PDH中的E2信号速率≠E1信号速率的4倍。

SDH信号的这种规律性，使高速SDH信号直接分/插出低速SDH信号成为可能，特别适用于大容量的传输情况

●        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8000×8bit=64kbit/s。

从图中看出STM-N的帧结构由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。

下面我们讲述这三大部分的功能。

1）信息净负荷payload是在STM-N帧结构中存放将由STM-N传送的各种信息码块的地方。

信息净负荷区相当于STM-N这辆运货车的车箱，车箱内装载的货物就是经过打包的低速信号。

待运输的货物为了实时监测打包的低速信号在传输过程中是否有损坏，在将低速信号打包的过程中加入了监控开销字节--通道开销POH字节。

POH作为净负荷的一部分与信息码块一起装载在STM-N这辆货车上在SDH网中传送，它负责对打包的低速信号进行通道性能监视管理和控制。

●        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。

2）段开销SOH是为了保证信息净负荷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，段开销又分为再生段开销RSOH和复用段开销MSOH，分别对相应的段层进行监控。

再生段开销在STM-N帧中的位置是第一到第三行的第一到第9×N列，共3×9×N个字节。

复用段开销在STM-N帧中的位置是第5到第9行的第一到第9×N列，共5×9×N个字节，与PDH信号的帧结构相比较段开销丰富是SDH信号帧结构的一个重要的特点。

3）管理单元指针AU-PTR

管理单元指针位于STM-N帧中第4行的9×N列共9×N个字节。

AU-PTR起什么作用呢？

我们讲过SDH能够从高速信号中直接分/插出低速支路信号，例如2Mbit/s。

为什么会这样呢？

这是因为低速支路信号在高速SDH信号帧中的位置有预见性，指针AU-PTR是用来指示信息净负荷的第一个字节在STM-N帧内的准确位置的指示符，以便收端能根据这个位置指示符的指针值正确分离信息净负荷。

这句话怎样理解呢？

若仓库中以堆为单位存放了很多货物，每堆货物中的各件货物（低速支路信号）的摆放是有规律性的（字节间插复用），那么若要定位仓库中某件货物的位置就只要知道这堆货物的具体位置就可以了，即只要知道这堆货物的第一件货物放在哪儿，然后通过本堆货物摆放位置的规律性，就可以直接定位出本堆货物中任一件货物的准确位置，这样就可以直接从仓库中搬运（直接分/插某一件特定低速支路信号）。

AU-PTR的作用就是指示这堆货物中第一件货物的位置。

指针有高低阶之分，高阶指针是AU-PTR，低阶指针是TU-PTR。

支路单元指针TU-PTR的作用类似于AU-PTR，只不过所指示的货物堆更小一些而已。

2.2SDH的复用结构和步骤

SDH的复用包括两种情况，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2Mbit/s，34Mbit/s，140Mbit/s）复用成SDH信号STM-N。

第一种情况在前面已有所提及复用的方法，主要通过字节间插复用方式来完成，复用的个数是4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。

传统的将低速信号复用成高速信号的方法有两种

●        比特塞入法，又叫做码速调整法

这种方法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，允许被复用的净负荷有较大的频率差异（异步复用）。

因为存在一个比特塞入和去塞入的过程（码速调整），而不能将支路信号直接接入高速复用信号，或从高速信号中分出低速支路信号，即不能直接从高速信号中上/下低速支路信号，要一级一级的进行这也就是PDH的复用方式。

●        固定位置映射法

这种方法利用低速信号在高速信号中的特殊位置来携带低速同步信号，要求低速信号与高速信号同步，即帧频相一致，可方便的从高速信号中直接上/下低速支路信号，但当高速信号和低速信号间出现频差和相差，不同步时，要用125μs（8000帧/秒）缓存器来进行频率校正和相位对准，导致信号较大延时和滑动损伤。

从上面看出这两种复用方式都有一些缺陷，比特塞入法无法从高速信号中上/下低速支路信号，固定位置映射法引入的