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1、传输设备维护手册第一章传输原理介绍第一节 SDH信号地帧结构和复用步骤1.1.1 SDH信号STM-N地帧结构STM-N信号帧结构地安排应尽可能使支路低速信号在一帧内均匀地、有规律地分布.为什么呢？因为这样便于实现支路地同步复用、交叉连接（DXC）、分/插和交换，说到底就为了方便地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地帧是以字节（8bit）为单位地矩形块状帧结构，如图1-1所示.图1-1 STM-N 帧结构图从上图看出STM-N地信号是9行270N列地帧结构.此处地N与STM-N地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

2、间插复用而成.由此可知，STM-1信号地帧结构是9行270列地块状帧，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信号地列按字节间插复用，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地进行传输地，那么这个块状帧是怎样在线路上进行传输地呢？总不会是将整个块都送上线路同时传输吧.当然不是这样传输，STM-N信号地传输也遵循按比特地传输方式，那么先传哪些比特后传哪些比特呢？SDH信号帧传输地原则是：帧结构中地字节（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）地传输，传完一行再传下一行，传完一帧再传下一帧.STM-N信

3、号地帧频（也就是每秒传送地帧数）是多少呢？ITU-T规定对于任何级别地STM等级，帧频是8000帧/秒，也就是帧长或帧周期为恒定地125s.由于帧周期地恒定使STM-N信号地速率有其规律性.例如STM-4地传输数速恒定地等于STM-1信号传输数速地4倍，STM-16恒定等于STM-4地4倍，等于STM-1地16倍.SDH信号地这种规律性使高速SDH信号直接分/插出低速SDH信号成为可能，特别适用于大容量地传输情况.从图中看出，STM-N地帧结构由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

4、部分地功能.1）信息净负荷（payload）是在STM-N帧结构中存放将由STM-N传送地各种信息码块地地方.信息净负荷区相当于STM-N这辆运货车地车箱，车箱内装载地货物就是经过打包地低速信号待运输地货物.为了实时监测货物（打包地低速信号）在传输过程中是否有损坏，在将低速信号打包地过程中加入了监控开销字节通道开销（POH）字节.POH作为净负荷地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，它负责对打包地货物（低速信号）进行通道性能监视、管理和控制（有点儿类似于传感器）.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地供网络运行、管理和维护（OAM）使用地字

5、节.例如段开销可进行对STM-N这辆运货车中地所有货物在运输中是否有损坏进行监控，而POH地作用是当车上有货物损坏时，通过它来判定具体是哪一件货物出现损坏.也就是说SOH完成对货物整体地监控，POH是完成对某一件特定地货物进行监控，当然，SOH和POH还有一些管理功能.段开销又分为再生段开销（RSOH）和复用段开销（MSOH），分别对相应地段层进行监控.我们讲过段其实也相当于一条大地传输通道，RSOH和MSOH地作用也就是对这一条大地传输通道进行监控.那么，RSOH和MSOH地区别是什么呢？简单地讲二者地区别在于监管地范围不同.举个简单地例子，若光纤上传输地是2.5G信号，那么，RSOH监控地

6、是STM-16整体地传输性能，而MSOH则是监控STM-16信号中每一个STM-1地性能情况.RSOH、MSOH、POH提供了对SDH信号地层层细化地监控功能.例如2.5G系统，RSOH监控地是整个STM-16地信号传输状态；MSOH监控地是STM-16中每一个STM-1信号地传输状态；POH则是监控每一个STM-1中每一个打包了地低速支路信号（例如2Mbit/s）地传输状态.这样通过开销地层层监管功能，使你可以方便地从宏观（整体）和微观（个体）地角度来监控信号地传输状态，便于分析、定位.再生段开销在STM-N帧中地位置是第一到第三行地第一到第9N列，共39N个字节；复用段开销在STM-N帧中

7、地位置是第5到第9行地第一到第9N列，共59N个字节.与PDH信号地帧结构相比较，段开销丰富是SDH信号帧结构地一个重要地特点.3）管理单元指针（AU-PTR）管理单元指针位于STM-N帧中第4行地9N列，共9N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信号帧中地位置有预见性，也就是有规律性.预见性地实现就在于SDH帧结构中指针开销字节功能.AU-PTR是用来指示信息净负荷地第一个字节在STM-N帧内地准确位置地指示符，以便收端能根据这个位置指示符地值（指针值）正确分离信息净负

8、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，每堆货物中地各件货物（低速支路信号）地摆放是有规律性地（字节间插复用），那么若要定位仓库中某件货物地位置就只要知道这堆货物地具体位置就可以了，也就是说只要知道这堆货物地第一件货物放在哪儿，然后通过本堆货物摆放位置地规律性，就可以直接定位出本堆货物中任一件货物地准确位置，这样就可以直接从仓库中搬运（直接分/插）某一件特定货物（低速支路信号）.AU-PTR地作用就是指示这堆货物中第一件货物地位置.其实指针有高、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地作用类似于AU-PTR，只不过所指示地货物堆更

9、小一些而已.1.1.2 SDH地复用结构和步骤SDH地复用包括两种情况：一种是低阶地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.第一种情况复用地方法主要通过字节间插复用方式来完成地，复用地个数是4合一，即4STM-1STM-4，4STM-4STM-16.在复用过程中保持帧频不变（8000帧/秒），这就意味着高一级地STM-N信号是低一级地STM-N信号速率地4倍.在进行字节间插复用过程中，各帧地信息净负荷和指针字节按原值进行间插复用，而段开销则会有些取舍.在复用成地STM-N帧中，SOH并不是所有低

10、阶SDH帧中地段开销间插复用而成，而是舍弃了一些低阶帧中地段开销.第二种情况用得最多地就是将PDH信号复用进STM-N信号中去.传统地将低速信号复用成高速信号地方法有两种：_ 比特塞入法（又叫做码速调整法）这种方法利用固定位置地比特塞入指示来显示塞入地比特是否载有信号数据，允许被复用地净负荷有较大地频率差异（异步复用），因为存在一个比特塞入和去塞入地过程（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，也就是说不能直接从高速信号中上/下低速支路信号，要一级一级地进行，这也就是PDH地复用方式._ 固定位置映射法这种方法利用低速信号在高速信号中地特殊位置来携带低速

11、同步信号，要求低速信号与高速信号同步，也就是说帧频相一致，可方便地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125s（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地信号时延过大.SDH网地兼容性要求SDH地复用方式既能满足异步复用（例如：将PDH信号复用进STM-N），又能满足同步复用（例如STM-1STM-4），而且能方便地由高速STM-N信号分/插出低速信号，同时不造成较大地信号时延和滑动损伤，这就要求SDH

12、需采用自己独特地一套复用步骤和复用结构.在这种复用结构中，通过指针调整定位技术来取代125s缓存器用以校正支路信号频差和实现相位对准，各种业务信号复用进STM-N帧地过程都要经历映射（相当于信号打包）、定位（相当于指针调整）、复用（相当于字节间插复用）三个步骤.ITU-T规定了一整套完整地复用结构（也就是复用路线），通过这些路线可将PDH地3个系列地数字信号以多种方法复用成STM-N信号.ITU-T规定地复用路线如图2-2.图1-2 G.709复用映射结构从图1-2中可以看到此复用结构包括了一些基本地复用单元：C容器、VC虚容器、TU支路单元、TUG支路单元组、AU管理单元、AUG管理单元组，

13、这些复用单元地下标表示与此复用单元相应地信号级别.在图中从一个有效负荷到STM-N地复用路线不是唯一地，有多条路线（也就是说有多种复用方法）.例如：2Mbit/s地信号有两条复用路线，也就是说可用两种方法复用成STM-N信号.不知你注意到没有，8Mbit/s地PDH信号是无法复用成STM-N信号地.尽管一种信号复用成SDH地STM-N信号地路线有多种，但是对于一个国家或地区则必须使复用路线唯一化.我国地光同步传输网技术体制规定了以2Mbit/s信号为基础地PDH系列作为SDH地有效负荷，并选用AU-4地复用路线，其结构见图1-3所示.图1-3 我国地SDH基本复用映射结构下面我们分别讲述2Mb

14、it/s、140Mbit/s地PDH信号是如何复用进STM-N信号中地.1.1.2.1 140Mbit/s复用进STM-N信号1）首先将140Mbit/s地PDH信号经过码速调整（比特塞入法）适配进C4，C4是用来装载140Mbit/s地PDH信号地标准信息结构.参与SDH复用地各种速率地业务信号都应首先通过码速调整适配技术装进一个与信号速率级别相对应地标准容器：2Mbit/sC12、34Mbit/sC3、140Mbit/sC4.容器地主要作用就是进行速率调整.140Mbit/s地信号装入C4也就相当于将其打了个包封，使140Mbit/s信号地速率调整为标准地C4速率.C4地帧结构是以字节为单

15、位地块状帧，帧频是8000帧/秒，也就是说经过速率适配，140Mbit/s地信号在适配成C4信号时已经与SDH传输网同步了.这个过程也就相当于C4装入异步140Mbit/s地信号.C4地帧结构如图2-4所示.图1-4 C4 地帧结构图C4信号地帧有260列9行（PDH信号在复用进STM-N中时，其块状帧一直保持是9行），那么E4信号适配速率后地信号速率（也就是C4信号地速率）为：8000帧/秒9行260列8bit=149.760Mbit/s.所谓对异步信号进行速率适配，其实际含义就是指当异步信号地速率在一定范围内变动时，通过码速调整可将其速率转换为标准速率.在这里，E4信号地速率范围是:139

16、.264Mbit/s15ppm（G.703规范标准）(139.261139.266)Mbit/s，那么通过速率适配可将这个速率范围地E4信号，调整成标准地C4速率149.760Mbit/s，也就是说能够装入C4容器.怎样进行E4信号地速率调整呢？可将C4地基帧（9行260列）划分为9个子帧，每个子帧占一行.每个子帧又可以13个字节为一个单位，分成20个单位（20个13字节块）.每个子帧地20个13字节块地第1个字节依次为：W、X、Y、Y、Y、X、Y、Y、Y、X、Y、Y、Y、X、Y、Y、Y、X、Y、Z，共20个字节，每个13字节块地第2到第13字节放地是140Mbit/s地信息比特.见图2-5：

17、图2-5 C-4地子帧结构E4信号地速率适配就是通过9个子帧地共180个13字节块地首字节来实现.那么怎么实现地呢？一个子帧中每个13字节块地后12个字节均为W字节再加上第一个13字节地第一个字节也是W字节共241个W字节、5个X字节、13个Y字节、1个Z字节.各字节地比特内容见图2-5.那么一个子帧地组成是：C4子帧241W13Y5X1Z260个字节（1934IS）5C130R10O2080bit。一个C4子帧总计有82602080bit，其分配是：信息比特I：1934；固定塞入比特R：130；开销比特O：10；调整控制比特C：5；调整机会比特S：1.C比特主要用来控制相应地调整机会比特S，

18、当CCCCC00000时，SI；当CCCCC11111时，SR.分别令S为I或S为R，可算出C-4容器能容纳地信息速率地上限和下限.当SI时，C-4能容纳地信息速率最大，C-4max（19341）98000139.320Mbit/s；当SR时，C-4能容纳地信息速率最小，C-4min（19340）98000139.248Mbit/s.也就是说C-4容器能容纳地E4信号地速率范围是139.248Mbit/s 139.32Mbit/s.而符合G.703规范地E4信号速率范围是139.261Mbit/s139.266Mbit/s，这样，C4容器就可以装载速率在一定范围内地E4信号，也就是可以对符合G

19、.703规范地E4信号进行速率适配，适配后为标准C4速率149.760Mbit/s.2）为了能够对140Mbit/s地通道信号进行监控，在复用过程中要在C4地块状帧前加上一列通道开销字节（高阶通道开销VC4-POH），此时信号成为VC4信息结构，见图1-6所示.图1-6 VC4结构图VC4是与140Mbit/sPDH信号相对应地标准虚容器，此过程相当于对C4信号再打一个包封，将对通道进行监控管理地开销（POH）打入包封中去，以实现对通道信号地实时监控.虚容器（VC）地包封速率也是与SDH网络同步地，不同地VC（例如与2Mbit/s相对应地VC12、与34Mbit/s相对应地VC3）是相互同步地

20、，而虚容器内部却允许装载来自不同容器地异步净负荷.虚容器这种信息结构在SDH网络传输中保持其完整性不变，也就是可将其看成独立地单位（货包），十分灵活和方便地在通道中任一点插入或取出，进行同步复用和交叉连接处理.其实，从高速信号中直接定位上/下地是相应信号地VC这个信号包，然后通过打包/拆包来上/下低速支路信号.在将C4打包成VC4时，要加入9个开销字节，位于VC4帧地第一列，这时VC4地帧结构，就成了9行261列.从中发现了什么没有？STM-N地帧结构中，信息净负荷为9行261N列，当为STM-1时，即为9行261列，现在你明白了吧！VC4其实就是STM-1帧地信息净负荷.将PDH信号经打包成

21、C，再加上相应地通道开销而成VC这种信息结构，这个过程就叫映射.3）货物都打成了标准地包封，现在就可以往STM-N这辆车上装载了.装载地位置是其信息净负荷区.在装载货物（VC）地时候会出现这样一个问题，当货物装载地速度和货车等待装载地时间（STM-N地帧周期125s）不一致时，就会使货物在车箱内地位置“浮动”，那么在收端怎样才能正确分离货物包呢？SDH采用在VC4前附加一个管理单元指针（AU-PTR）来解决这个问题.此时信号由VC4变成了管理单元AU-4这种信息结构，见图1-7所示.图1-7 AU-4结构图AU-4这种信息结构已初具STM-1信号地雏形9行270列，只不过缺少SOH部分而已，这

22、种信息结构其实也算是将VC4信息包再加了一个包封AU-4.管理单元为高阶通道层和复用段层提供适配功能，由高阶VC和AU指针组成.AU指针地作用是指明高阶VC在STM帧中地位置，也就是说指明VC货包在STM-N车箱中地具体位置.通过指针地作用，允许高阶VC在STM帧内浮动，也就是说允许VC4和AU-4有一定地频偏和相差.换句话说，允许货物地装载速度与车辆地等待时间有一定地时间差异，也可以这样说允许VC4地速率和AU-4包封速率（装载速率）有一定地差异.这种差异性不会影响收端正确地定位、分离VC4.尽管货物包可能在车箱内（信息净负荷区）“浮动”，但是AU-PTR本身在STM帧内地位置是固定地，为什

23、么？AU-PTR不在净负荷区，而是和段开销在一起.这就保证了收端能正确地在相应位置找到AU-PTR，进而通过AU指针定位VC4地位置，进而从STM-N信号中分离出VC4.一个或多个在STM帧由占用固定位置地AU组成AUG管理单元组.4）只剩下最后一步了，将AU-4加上相应地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.1.1.2.2 2Mbit/s复用进STM-N信号当前运用得最多地复用方式是将2Mbit/s信号复用进STM-N信号中，它也是PDH信号复用进SDH信号最复杂地一种复用方式.1）首先，将2Mbit/s地PDH信号经过速率适配装载到对应地标准容器C1

24、2中，为了便于速率地适配采用了复帧地概念，即将4个C12基帧组成一个复帧.C12地基帧帧频也是8000帧/秒，那么C12复帧地帧频就成了2000帧/秒.那么，为什么要使用复帧呢？采用复帧纯粹是为了码速适配地方便.例如若E1信号地速率是标准地2.048Mbit/s，那么装入C12时正好是每个基帧装入32个字节（256比特）有效信息，为什么？因为C12帧频8000帧/秒，PCM30/32E1信号也是8000帧/秒.但当E1信号地速率不是标准速率2.048Mbit/s时，那么装入每个C12地平均比特数就不是整数.例如：E1速率是2.046Mbit/s时，那么将此信号装入C12基帧时平均每帧装入地比特

25、数是：(2.046106bit/秒)/(8000帧/秒)255.75bit有效信息，比特数不是整数，因此无法进行装入.若此时取4个基帧为一个复帧，那么正好一个复帧装入地比特数为：(2.046106bit/秒)/(2000帧/秒)1023bit，可在前三个基帧每帧装入256bit（32字节）有效信息，在第4帧装入255个bit地有效信息，这样就可将此速率地E1信号完整地适配进C12中去.那么是怎样对E1信号进行速率适配（也就是怎样将其装入C12）地呢？C12基帧结构是942个字节地带缺口地块状帧，4个基帧组成一个复帧，C12复帧结构和字节安排如图1-11所示.图1-11 C-12复帧结构和字节安

26、排复帧中地各字节地内容见图1-11所示，一个复帧共有：C12复帧4（942）136字节127W5Y2G1M1N（1023IS1S2）3C149R8O1088bit，其中负、正调整控制比特C1、C2分别控制负、正调整机会S1、S2.当C1C1C1000时，S1放有效信息比特I，而C1C1C1111时，S1放塞入比特R，C2以同样方式控制S2.那么复帧可容纳有效信息负荷地允许速率范围是：C-12复帧max（102311）20002.050Mbit/sC-12复帧min（102300）20002.046Mbit/s也就是说当E1信号适配进C12时，只要E1信号地速率范围在2.046Mbit/s2.0

27、50Mbit/s 地范围内，就可以将其装载进标准地C12容器中，也就是说可以经过码速调整将其速率调整成标准地C12速率2.176Mbit/s.2）为了在SDH网地传输中能实时监测任一个2Mbit/s通道信号地性能，需将C12再打包加入相应地通道开销（低阶通道开销），使其成为VC12地信息结构.此处LP-POH（低阶通道开销）是加在每个基帧左上角地缺口上地，一个复帧有一组低阶通道开销，共4个字节：V5、J2、N2、K4.因为VC可看成一个独立地实体，因此我们以后对2Mbit/s地业务地调配是以VC12为单位地.一组通道开销监测地是整个一个复帧在网络上传输地状态，想想看一个C12复帧装载多少帧2M

28、bit/s地信号？一个C12复帧装载地是4帧PCM30/32地信号，因此，一组LP-POH监控地是4帧PCM30/32信号地传输状态.3）为了使收端能正确定位VC12地帧，在VC12复帧地4个缺口上再加上4个字节地TU-PTR 这时信号地信息结构就变成了TU12，9行4列.TU-PTR指示复帧中第一个VC12地起点在TU12复帧中地具体位置.4）3个TU12经过字节间插复用合成TUG-2，此时地帧结构是9行12列.5）7个TUG-2经过字节间插复用合成TUG3地信息结构.请注意7个TUG-2合成地信息结构是9行84列，为满足TUG3地信息结构9行86列，则需在7个TUG-2合成地信息结构前加入

29、两列固定塞入比特.如图2-12所示.图1-12 TUG3地信息结构从2Mbit/s复用进STM-N信号地复用步骤可以看出3个TU12复用成一个TUG2，7个TUG2复用成一个TUG3，3个TUG3复用进一个VC4，一个VC4复用进1个STM-1，也就是说2Mbit/s地复用结构是373结构.由于复用地方式是字节间插方式，所在在一个VC4中地63个VC12地排列方式不是顺序来排列地.头一个TU12地序号和紧跟其后地TU12地序号相差21.有个计算同个VC4中不同位置TU12地序号地公式：VC12序号TUG3编号（TUG2编号1）3（TU12编号1）21.TU12地位置在VC4帧中相邻是指TUG3

30、编号相同，TUG2编号相同，而TU12编号相差为1地两个TU12.这个公式在用SDH传输分析仪进行相关测试时会用得到.想想看序号相邻地两个TU12在VC4帧中地排列位置有何共性？注：此处指地编号是指VC4帧中地位置编号，TUG3编号范围：13；TUG2编号范围：17；TU12编号范围：13.TU12序号是指本TU12是VC4帧63个TU12地按复用先后顺序地第几个TU12.见图1-13.图1-13 VC4中TUG3、TUG2、TU12地排放结构以上讲述了中国所使用地PDH数字系列复用到STM-N帧中地方法和步骤.1.1.3 映射、定位和复用地概念在将低速支路信号复用成STM-N信号时，要经过3

31、个步骤：映射、定位复用.定位是指通过指针调整，使指针地值时刻指向低阶VC帧地起点在TU净负荷中或高阶VC帧地起点在AU净负荷中地具体位置，使收端能据此正确地分离相应地VC，这部分内容在下一节中将详细论述.复用地概念比较简单，复用是一种使多个低阶通道层地信号适配进高阶通道层（例如TU12(3)TUG2(7)TUG3(3)VC4）或把多个高阶通道层信号适配进复用层地过程（例如AU-4(1)AUG(N)STM-N）.复用也就是通过字节交错间插方式把TU组织进高阶VC或把AU组织进STM-N地过程.由于经过TU和AU指针处理后地各VC支路信号已相位同步，因此该复用过程是同步复用，复用原理与数据地串并变

32、换相类似.我们重点讲一下映射地概念.映射是一种在SDH网络边界处（例如SDH/PDH边界处），将支路信号适配进虚容器地过程.象我们经常使用地将各种速率（140Mbit/s、34Mbit/s、2Mbit/s）信号先经过码速调整，分别装入到各自相应地标准容器中，再加上相应地低阶或高阶地通道开销，形成各自相对应地虚容器地过程.为了适应各种不同地网络应用情况，有异步、比特同步、字节同步三种映射方法与浮动VC和锁定TU两种模式. 异步映射异步映射是一种对映射信号地结构无任何限制（信号有无帧结构均可），也无需与网络同步（例如PDH信号与SDH网不完全同步）.利用码速调整将信号适配进VC地映射方法.在映射时通过比特塞入将其打包成与SDH网络同步地VC信息包，在解映射时，去除这些