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论文SDH应用与发展

兰州交通大学博文学院

SDH应用与发展

班级：

07通信2班

指导老师：

杨国荣老师

学生姓名：

邓罡

学号：

2007910286

日期：

2010年6月

摘要

SDH（SynchronousDigitalHierarchy，同步数字系列）光端机容量较大，一般16E1到4032E1。

SDH是一种将复接、线路传输及交换功能融为一体、并由统一网管系统操作的综合信息传送网络，是美国贝尔通信技术研究所提出来的同步光网络（SONET）。

国际电话电报咨询委员会（CCITT）（现ITU-T）于1988年接受了SONET概念并重新命名为SDH，使其成为不仅适用于光纤也适用于微波和卫星传输的通用技术体制。

它可实现网络有效管理、实时业务监控、动态网络维护、不同厂商设备间的互通等多项功能，能大大提高网络资源利用率、降低管理及维护费用、实现灵活可靠和高效的网络运行与维护，因此是当今世界信息领域在传输技术方面的发展和应用的热点，受到人们的广泛重视。

SDH技术的诞生有其必然性，随着通信的发展，要求传送的信息不仅是话音，还有文字、数据、图像和视频等。

加之数字通信和计算机技术的发展，在70至80年代，陆续出现了T1（DS1）／E1载波系统（1.544／2.048Mbps）、X.25帧中继、ISDN（综合业务数字网）和FDDI（光纤分布式数据接口）等多种网络技术。

随着信息社会的到来，人们希望现代信息传输网络能快速、经济、有效地提供各种电路和业务，而上述网络技术由于其业务的单调性，扩展的复杂性，带宽的局限性，仅在原有框架内修改或完善已无济于事。

SDH就是在这种背景下发展起来的。

在各种宽带光纤接入网技术中，采用了SDH技术的接入网系统是应用最普遍的。

SDH的诞生解决了由于入户媒质的带宽限制而跟不上骨干网和用户业务需求的发展,而产生了用户与核心网之间的接入"瓶颈"的问题，同时提高了传输网上大量带宽的利用率。

SDH技术自从90年代引入以来，至今已经是一种成熟、标准的技术，在骨干网中被广泛采用，且价格越来越低，在接入网中应用可以将SDH技术在核心网中的巨大带宽优势和技术优势带入接入网领域，充分利用SDH同步复用、标准化的光接口、强大的网管能力、灵活网络拓扑能力和高可靠性带来好处，在接入网的建设发展中长期受益。

第一部分SDH概述

一．SDH的定义

SDH是同步数字体系（SynchronousDigitalHierarchy）的缩写，根据ITU-T的建议定义，它为不同速度的数字信号的传输提供相应等级的信息结构，包括复用方法和映射方法，以及相关的同步方法组成的一个技术体制。

它是一种新的数字传输体制，被称为电信传输体制的一次革命。

我们可将信息高速公路同目前交通上用的高速公路做一个类比：

公路将是SDH传输系统信号，立交桥将是大型ATM交换机，SDH系列中的上下话量复用器（ADM）就是一些小的立交桥或叉路口，而在“SDH高速公路”上跑的“车”，就将是各种电信业务（语音、图像、数据等）。

与以往传统传输技术不同的是，SDH技术就好比集装箱列车，各种货物（业务）贴上标签（各种开销：

Overhead）后装入集装箱。

然后小箱子装入大箱子，一级套一级，这样通过各级标签，就可以在高速行驶的列车上准确地将某一包货物取下，而不需将整个列车“翻箱倒柜”（通过标签可准确地知道某一包货物在第几车厢及第几级箱子内），因此，只有在SDH中，才可以实现简单地上下电路。

二．SDH的基本传输原理

SDH采用的信息结构等级称为同步传送模块STM－N（SynchronousTransport，N=1，4，16，64），最基本的模块为STM－1，四个STM－1同步复用构成STM－4，16个STM－1或四个STM－4同步复用构成STM－16；SDH采用块状的帧结构来承载信息，每帧由纵向9行和横向270×N列字节组成，每个字节含8bit，整个帧结构分成段开销（SectionOverHead，SOH）区、STM－N净负荷区和管理单元指针（AUPTR）区三个区域，其中段开销区主要用于网络的运行、管理、维护及指配以保证信息能够正常灵活地传送，它又分为再生段开销（RegeneratorSectionOverHead，RSOH）和复用段开销（MultiplexSectionOverHead，MSOH）；净负荷区用于存放真正用于信息业务的比特和少量的用于通道维护管理的通道开销字节；管理单元指针用来指示净负荷区内的信息首字节在STM－N帧内的准确位置以便接收时能正确分离净负荷。

SDH的帧传输时按由左到右、由上到下的顺序排成串型码流依次传输，每帧传输时间为125μs，每秒传输1／125×1000000帧，对STM－1而言每帧字节为8bit×（9×270×1）=19440bit，则STM－1的传输速率为19440×8000=155.520Mbit／s；而STM－4的传输速率为4×155.520Mbit／s=622.080Mbit／s；STM－16的传输速率为16×155.520（或4×622.080）=2488.320Mbit／s。

　　SDH传输业务信号时各种业务信号要进入SDH的帧都要经过映射、定位和复用三个步骤：

映射是将各种速率的信号先经过码速调整装入相应的标准容器（C），再加入通道开销（POH）形成虚容器（VC）的过程，帧相位发生偏差称为帧偏移；定位即是将帧偏移信息收进支路单元（TU）或管理单元（AU）的过程，它通过支路单元指针（TUPTR）或管理单元指针（AUPTR）的功能来实现；复用则是将多个低价通道层信号通过码速调整使之进入高价通道或将多个高价通道层信号通过码速调整使之进入复用层的过程。

图0SDH原理流程图

三．SDH的优点

SDH技术同传统的PDH技术相比，有下面几个明显的优点：

1、统一的比特率：

在PDH中，世界上存在着欧洲、北美及日本三种体系的速率等级。

而SDH中实现了统一的比特率。

此外还规定了统一的光接口标准，因此为不同厂家设备间互联提供了可能。

2、极强的网管能力：

在SDH帧结构中规定了丰富的网管字节，可提供满足各种要求的能力。

3、自愈保护环：

在SDH设备还可组成带有自愈保护能力的环网形式，这样可有效地防止传输媒介被切断，通信业务全部终止的情况。

4、SDH技术中采用的字节复接技术：

若把SDH技术与PDH技术的主要区别用铁路运输类比一下的话，PDH技术如同散装列车，各种货物（业务）堆在车厢内，若想把某一包特定货物（某一项传输业务）在某一站取下，即需把车上的所有货物先全部卸下，找到你所需要的货物，然后再把剩下的货物及该站新装货物一一堆到车上，运走。

因此，PDH技术在凡是需上下电路的地方都需要配备大量各次群的复接设备。

而SDH技术就好比集装箱列车，各种货物（业务）贴上标签（各种开销：

Overhead）后装入集装箱。

然后小箱子装入大箱子，一级套一级，这样通过各级标签，就可以在高速行驶的列车上准确地将某一包货物取下，而不需将整个列车“翻箱倒柜”（通过标签可准确地知道某一包货物在第几车厢及第几级箱子内），因此，只有在SDH中，才可以实现简单地上下电路。

因此，可以肯定地说，即将实现的信息高速公路将基本上由SDH设备构成，只有同高速公路（SDH）相连的支路、叉路将仍保留部分PDH设备。

据统计目前世界上共有17家电讯厂商掌握SDH技术。

随着中国邮电工业总公司及所属四家工厂与邮电部第五研究所合作研制的ATM-1/STM-4级别的SDH设备的推出，该公司成为了世界上第18家能够提供SDH设备的企业。

第二部分SDH的主要应用

一．SDH数字微波通信技术的特点及其应用

1.SDH微波通信的定义

SDH微波通信是新一代的数字微波传输体制。

数字微波通信是用微波作为载体传送数字信息的一种通信手段。

它兼有SDH数字通信和微波通信两者的优点，由于微波在空间直线传输的特点，故这种通信方式又称为视距数字微波中继通信。

2.SDH微波通信系统的组成

数字微波传输线路的组成形式可以是一条主干线，中间有若干分支，也可以是一个枢纽站向若干方向分支。

如图1所示是一条数字微波通信线路的示意图，其主干线可长达几千公里，另有若干条支线线路，除了线路两端的终端站外，还有大量中继站和分路站，构成一条数字微波中继通信线路。

　　组成此通信线路设备的连接方框图如图2所示。

它分为以下几个部分：

用户终端，直接为用户所使用的终端设备，如自动电话机、电传机、计算机、调度电话等。

交换机。

这是用于功能单元、信道或电路的暂时组合以保证所需通信动作的设备，用户可通过交换机进行呼叫连接，建立暂时的通信信道或电路。

这种交换可以是模拟交换，也可以是数字交换。

目前，大容量干线绝大部分采用数字程控交换机。

数字电话终端复用设备（即数字终端机）。

其基本功能是把来自交换机的多路信号变换为时分多路数字信号，送往数字微波传输信道，以及把数字微波传输信道收到的时分多路数字信号反变换为交换机所需的信号，送至交换机。

对于PDH系统，一般采用编码调制数字电话终端机，它还包括二次群和高次群复接器、保密机及其他数字接口设备，按工作性质不同，它可以组成数字终端或数字分路终端机。

而对于SDH系统，则采用SDH数字复用设备，简称SDH设备，它由一些基本功能块灵活地组成不同类型的总的设备。

图中的数字分路终端机可由分插复用器（ADM）来替代。

微波站。

按工作性质不同，它可分成数字微波终端站、数字微波中继站和数字微波分路站。

有两个以上方向的上，下话路的微波站则称之为数字微波枢纽站。

SDH微波终端站的发送端完成主信号的发信基带处理（包括CMI／NRZ变换、SDH开销的插入与提取，微波帧开销的插入及旁路业务的提取等）、调制（包括纠错编码、扰码及发信差分编码等）、发信混频及发信功率放大等；终端站的收信端完成主信号的低噪声接收（根据需要可含分集接收及分集合成）、解调（含中频频域均衡、基带或中频时域均衡、收信差分译码、解扰码、纠错译码等）、收信基带处理（含旁路业务的提取、微波帧开销的插入与提取石DH开销的插入与提取、NRZ／CMI变换等）。

在公务联络方面，终端站具有全线公务和选站公务两种能力。

在网络管理方面，终端站可以通过软件设定为网管主站或主站，收集各站汇报过来的信息，监视线路运行质量，执行网管系统配置管理及遥控、遥测指令，需要时还可通过Q3接口与电信管理网（TMN）连接。

终端站基带接口与SDH复用设备连接，用于上、下低价支路信号。

终端站还具有备用倒换功能，包括倒换基准的识别，倒换指令的发送与接收，倒换动作的启动与证实等。

SDH微波中继站。

主要完成信号的双向接收和转发。

有调制、解调设备的中继站，称再生中继站。

需要上、下话路的中继站称微波分路站，它必须与SDH的分插复用设备连接。

再生中继站具有全线公务联络能力，以及向网管系统汇报站信息。

线路运行质量的能力，并可执行网管系统的配置管理及进行遥控及遥测。

再生中继站也可以上、下旁路业务信号。

3.SDH数字微波采用的关键技术

SDH微波传输设备所采用的基本技术大致与PDH相同，但由于传输方式的特点又决定了两者有所不同，SDH有下述几个关键技术：

（1）编码调制技术

微波是一种频带受限的传输媒质，根据ITU-R建议，我国在4～11GHz频段大都采用的波道间隔为28～30MHz及40MHz（ITU-R相关的频率配置建议）。

要在有限的频带内传输SDH信号，必须采用更高状态的调制技术。

SDH微波与PDH微波在相同的波道间隔下，所需调制状态数的区别如表1所示。

（2）交叉极化干扰抵消以（XPIC）技术

为了进一步增加数字微波系统的容量，提高频谱利用率，在数字微波系统中除了采用多状态调制技术（64QAM，128QAM或512QAM调制）外，还采用双极化频率复用技术，使单波道数据传输速率成倍增长。

但在出现多径衰落时，交叉极化鉴别率（XPD）会降低，从而产生交叉极化干扰。

为此，需要一个交叉极化抵消器，用以减小来自正交极化信号的干扰。

自适应交叉极化干扰抵消技术的基本原理是从所传输信号相正交的干扰信道中取出部分信号，经过适当处理后与有用信号相加，用以抵消叠加在有用信号上的来自正交极化信号的干扰。

原则上干扰抵消过程可以在射频、中频或基带上进行。

采用XPIC技术后，对干扰的抑制能力一般可达15dB左右。

（3）自适应频域和时域均衡技术

当系统采用多状态0AM调制方式时，要达到ITU-R所规定的性能指标，对多径衰落必须采取相应的对抗措施。

考虑到ITU一R的新建议将不再给数字微波系统提供额外的差错性能配额，因此，必须采取强有力的抗衰落措施。

在各种抗衰落技术中，除了分集接收技术外，最常用的技术是自适应均衡技术，包括自适应频域均衡技术和自适应时域均衡技术。

频域均衡主要用于减少频率选择性衰落的影响，即利用中频通道插入的补偿网络的频率特性去补偿实际信道频率特性的畸变；时域自适应均衡用于消除各种形式的码间干扰，可用于最小相位和非最小相位衰落，为消除正交干扰，可引进二维时域均衡器。

（4）高线性功率放大器和自动发射功率控制

多状态调制技术对传输信道，特别是高功率放大器的线性提出了严格的要求。

例如，对采用640AM的系统而言，要求传输信道的三阶交调失真要比主信号至少低45dB。

若采用128QAM或256QAM调制技术，则要求更严。

为满足系统总传输性能的要求，除了对微波高功放采取输出回退措施外，还要采取一些非线性的补偿技术，如加中频或射频失真器或采用前馈技术等来改善放大器的线性。

高线性功率放大器和自动发射功率控制（ATPC）技术的关键是微波发信机的输出功率在ATPC的控制范围内自动地随接收端接收电平的变化而变化。

采用ATPC技术的优点是，降低了同一路由相邻系统的干扰，减小了上衰落对系统的影响，降低了电源消耗，减小非线性失真。

4.SDH微波在SDH电信网中的应用

微波作为三大传输手段之一也在SDH网中起着重要作用。

尽管光纤传输网在容量方面有微波无法比拟的优点，但不管是通信干线上还是支线，SDH微波网仍然是光纤网不可缺少的补充和保护手段。

SDH微波网可以利用现有模拟或PDH微波网的基础设施进行建设。

其主要应用有下列几种：

用SDH微波系统使光纤电信网形成闭合环路；与SDH光纤系统串接使用；作为SDH光纤网的保护，以解决整个通信网的安全保护问题；自成链路或环路。

5.工程综合应用网图

在许多通信系统工程设计的建设过程中，不可避免地要考虑到已有系统的再利用因素，以及不同型号设备的兼容问题，SDH数字微波通信系统在此方面具有独有的优势。

它不仅具有光纤级传输性能及全面的网络管理性能，还包括一个开放的系统结构，能方便地实现不同型号的ADM（上、下话路复用器）之间的切换和交叉互连。

其综合应用（典型）网络链接如图3所示。

我国地域辽阔，各地自然条件和经济发展情况差别相当大，因此，必须因地制宜的安排各种传输手段。

各国的经验表明，在发生自然灾害的情况下，总是首先靠无线通信方式恢复电信业务。

同时在某些应用场合，如连接到卫星地球站、移动通信网基站及其专用网，以及连接到广大农村及偏远的厂矿等，还是用微波作为传输手段比较灵活方便，而且，其性能价格比也十分理想。

所以，我国在大力发展光纤干线传输网的同时，也十分注意发展建设SDH数字微波通信网。

原邮电部已决定在“九五”至“十五”期间新建30条左右的国家一级干线SDH微波电路，总长约30000km。

二．IPoverSDH和IPoverATM技术介绍

1.概述

新一代宽带IP网络要建立在现有的网络技术基础上，建立在当前最先进的网络传输技术基础上。

典型的相关技术有IPoverATM、IPOverSDH、IPoverWDM等。

IPOverATM，融合了IP和ATM技术特点，发挥ATM支持多业务、提供QoS（服务质量保证）的技术优势。

IPOverSDH，直接在SDH上传送IP业务，对IP业务提供了完善支持，提高了效率。

2.宽带IP支持技术

2.1IPoverATM

IPoverATM的基本原理和工作方式为：

将IP数据包在ATM层全部封装为ATM信元，以ATM信元形式在信道中传输。

当网络中的交换机接收到一个IP数据包时，它首先根据IP数据包的IP地址通过某种机制进行路由地址处理，按路由转发。

随后，按已计算的路由在ATM网上建立虚电路（VC）。

以后的IP数据包将在此虚电路VC上以直通（Cut－Through）方式传输而下再经过路由器，从而有效地解决了IP的路由器的瓶颈问题，并将IP包的转发速度提高到交换速度。

用ATM来支持IP业务有2个必须解决的问题：

其一是ATM的通信方式是面向连接的，而IP是不面向连接的，要在一个面向连接的网上承载一个不面向连接的业务，有很多问题需要解决，如呼叫建立时间、连接持续期等等；其二是ATM是以ATM地址寻址的，IP通信是以IP地址来寻址的，在IP网上端到端是以IP寻址的，而传送IP包的承载网（ATM网）是以ATM地址来寻址的，IP地址和ATM地址之间的映射是一个很大的难题。

IPoverATM分层模型与封装示意如图4所示。

图4IPoverATM分层模型与封装示意

用ATM来承载IP业务，从目前来看又有相当的前景，因而在这方面提出了许多解决方案，从大类来说，可以分为两类：

一类为迭加模式，另一类为集成模式。

●迭加模式

迭加模式指的是IP网的寻址是迭加在ATM寻址的基础上的，通俗一点说在迭加模式中ATM的寻址方式是不变的，IP地址在边缘设备中映射成ATM地址，IP包据此传向另一端边缘设备。

迭加模式的最大特点是在ATM网中不论是用户网络信令还是网络网络间信令均不变，对ATM网来说IP业务只是它承载的业务之一，ATM的其它功能照样存在不受影响。

迭加模式最典型的有局域网仿真（LANE）、经典的在ATM上传送IP（CIPoA-classicalIPoverATM）和ATM上的多协议（MPOA-multiprotocoloverATM）等。

但该技术对组播业务的支持仅限于逻辑子网内部，子网间的组播需通过传统路由器，因而对广播和多发业务效率较低。

●集成模式

集成模式指的是IP网设备和ATM网设备已集成在一起了。

在集成模式中，ATM网的寻址已不再是独立的，ATM网中的寻址将要受到IP网设备的干预。

在集成模式下，IP网的设备和ATM网设备是集成在一起的，IP网的控制设备一般可称为IPC，它具有传统路由器的功能，能完成IP网的路由功能，并具有控制建立ATM虚通路的能力，IPC是一个逻辑功能块，它可以是一个独立的物理设备，也可以不是一个独立的物理设备，而是ATM交换机中的一个功能模块，但它是必不可少的。

ATM交换设备一般仍为普通ATM交换机，但它也有十分重大的改变，最大的变化在信令（UNI和NNI），它们之间的信令已不再是ATMForum或ITU-T的信令，而是一套特别的控制方式。

其目的在于能快速建立连接，以满足无连接IP业务快速切换的要求。

集成模型的实现技术主要有：

Ipsilon公司提出IP交换（IPSwtich技术、cisco公司提出的标记交换（Tagswtich）技术和IETF推荐的MPLS技术。

迭加模式和集成模式的分类法是按ATM信令来分类的。

不能反映网络的整体性能。

从网络整体的性能角度出发来考虑，ATM可以有两种方法来支持IPoverATM。

（1）ATM作为链路。

使用ATM的永久性虚通路将地域上分离的路由器连接起来，在这里ATM的永久性虚通路取代了传统的专线，这种工作方式即为ATM作为链路来承载IP业务。

在这种工作方式中，ATM只是作为链路将若干路由器连起来，它不参与IP网的寻径功能。

因而这种IP网其本质上仍是一个路由器网，它不改变IP网的整体性能只是提高了某些部分的传输速率而已。

（2）ATM作为网络。

另一种方法是ATM网以网络形式来支持IPoverATM。

在这种场合，ATM参与了IP网的寻径功能，由于ATM的寻径及其它指标均要大大优于普通路由器，因而以网络形式来支持IP网（IPoverATM），可以在网络性能方面大大提高IP网的性能，不仅提高了传输速率也大大缩短了传输时延，以网络形式来支持IP网（IPoverATM）的最合理算法是MPLS。

MPLS是一种拓扑驱动的算法，它和无连接的IP传输非常适应。

基于MPLS算法的ATM上的IP网是一种很好的IP网的组织形式，可构成一个主于物理通信平台多业务同时应用的一种十分理想的格局，并且能从整体上提高IP的性能。

从以上分析可以看出，IPOverATM具有以下特点：

●优点：

（1）由于ATM技术本身能提供QoS保证，因此可利用此特点提高IP业务的服务质量

（2）具有良好的流量控制均衡能力以及故障恢复能力，网络可靠性高。

（3）适应于多业务，具有良好的网络可扩展能力。

（4）对其它几种网络协议如IPX等能提供支持。

●缺点

（1）目前：

IPoverATM还不能提供完全的QoS保证。

、

（2）对IP路由的支持一般，IP数据包分割加入大量头信息，造成很大的带宽浪费（20％～30％）。

（3）在复制多路广播方面缺乏高效率。

（4）由于ATM本身技术复杂，导致管理复杂。

尽管IPoverATM，特别是ATM以网络形式来支持能获得很好的网络整体性能。

但IPoverATM的技术进展比较慢，特别是MPLS的标准化工作尚需时日，使得ATM仍不能满足业务高速发展对带宽的要求，从而导致IPoverSDH技术的出现。

图5IPoverSDH分层模型与封装示意

2.2IPOverSDH

IPOverSDH以SDH网络作为IP数据网络的物理传输网络。

它使用链路及PPP协议对IP数据包进行封装，把IP分组根据RFC1662规范简单地插入到PPP帧中的信息段。

然后再由SDH通道层的业务适配器把封装后的IP数据包映射到SDH的同步净荷中，然后向下，经过SDH传输层和段层，加上相应的开销，把净荷装入一个SDH帧中，最后到达光层，在光纤中传输。

SDH是基于时分复用的，在网管的配置下完成半永久性连接的网，在IPoverSDH中，SDH只可能有一种工作方式，即SDH只可能以链路方式来支持IP网。

SDH作为链路来支持IP网，由于它不能参与IP网的寻址，它的作用只是将路由器以点到点的方式连接起来，提高点到点之间的传送速率，它不可能从总体上提高IP网的性能。

这种IP网其本质上仍是一个路由器网。

IP网整体性能的提高将取决于路由器技术是否有突破性进展。

千兆路由器在技术上是有突破的，但是技术的突破带来了设备复杂度大大的提高，由于这种突破性技术目前并不能广泛用于普通路由器中，除非全网全部路由器都采用千兆路由器（IPoverSDH），否则就不可能从整体上提高IP网的水平。

另外SDH是依靠网管来完成端到端的半永久性连接的配置的，一个大网完全依靠网管来配置是不可想象的。

所以千兆比路由器（IPoverSDH）只可能在干线上用，用以疏导高速率数据流。

IPoverSDH，也称PacdketoverSDH（PoS）。

它保留了IP面向无连接的特征，其分层模型与封装示意如图5所示。

支持IPoverSDH技术的协议、标准和草案主要有：

●PPP协议

PPP协议（即IETFFRC1661：

ThePoint-to-PointProtocol和RFC2153：

PPPvendorExtension是一个简单的OSI第二层网络协议。

其标头只有两个字节，没有地址信息，只是按点到点顺序，面向无连接。

PPP协议可将IP数据包切成PPP帧（符合RFC1662：

PPPinHDLC-LinkFaming）以满足映射到SDH／Sonet帧结构（符合