第4章 数字信号复接 准同步数字体系（PDH） 4.1 同步数字系体（SDH） 4.2

本章首先介绍PDH，然后介绍SDH的相关内容。

4.1 准同步数字体系（PDH） 4.1.1 数字复接的基本概念 1.准同步数字体系（PDH）

表4-1 数字复接系列（准同步数字体系） 一次群（基群） 二次群 三次群 四次群 北美 24路 1.544Mbit/s 96路 表4-1 数字复接系列（准同步数字体系） 一次群（基群） 二次群 三次群 四次群 北美 24路 1.544Mbit/s 96路 （24×4 ） 6.312Mbit/s 672路 （96×7） 44.736Mbit／s 4032路 （672×6） 274.176Mbit／s 日本 1.544Mbit／s （24×4） 480路 （96×5） 32.064Mbit／s 1440路 （480×3） 97.728Mbit／s 欧洲 中国 30路 2.048Mbit／s 120路 （30×4） 8.448Mbit／s （120×4） 34.368Mbit／s 1920路 （480×4） 139.264Mbit／s

2. PCM复用和数字复接 扩大数字通信容量，形成二以上的高次群的方法通常有两种：PCM复用和数字复接。

（1）PCM复用 PCM复用就是直接将多路信号编码复用。 即将多路模拟话音信号按125μs的周期分别进行抽样，然后合在一起统一编码形成多路数字信号。

若二以上的高次群的形成采用PCM复用，编码速度太快，对编码器的元件精度要求过高，不易实现。

（2）数字复接 数字复接是将几个低次群在时间的空隙上迭加合成高次群。

3.数字复接的实现 数字复接的实现主要有两种方法：按位复接和按字复接。 （1）按位复接 按位复接是每次复接各低次群（也称为支路）的一位码形成高次群。

按位复接要求复接电路存储容量小，简单易行，准同步数字体系（PDH）大多采用它。 但这种方法破坏了一个字节的完整性，不利于以字节（即码字）为单位的信号的处理和交换。

（2）按字复接 按字复接是每次复接各低次群（支路）的一个码字形成高次群。

按字复接要求有较大的存储容量，但保证了一个码字的完整性，有利于以字节为单位的信号的处理和交换。 同步数字体系（SDH）大多采用这种方法。

4.数字复接的同步 数字复接要解决两个问题：同步和复接。 数字复接的同步指的是被复接的几个低次群的数码率相同。 如果各低次群的数码率不同，复接时会产生重叠和错位。

5.数字复接的方法及系统构成 （1）数字复接的方法 数字复接的方法实际也就是数字复接同步的方法，有同步复接和异步复接两种。

同步复接是用一个高稳定的主时钟来控制被复接的几个低次群，使这几个低次群的数码率统一在主时钟的频率上，可直接复接（复接前不必进行码速调整，但要进行码速变换）。

同步复接方法的缺点是一旦主时钟发生故障时，相关的通信系统将全部中断，所以它只限于局部地区使用。

异步复接是各低次群各自使用自己的时钟，由于各低次群的时钟频率不一定相等，使得各低次群的数码率不完全相同，因而先要进行码速调整，使各低次群获得同步，再复接。 PDH大多采用异步复接。

（2）数字复接系统的构成 图4-4 数字复接系统方框图

4.1.2 同步复接与异步复接 1.同步复接 同步复接虽然被复接的各支路的时钟都是由同一时钟源供给的，可以保证其数码率相等，但为了满足在接收端分接的需要，还需插入一定数量的帧同步码。

为使复接器、分接器能够正常工作，还需加入对端告警码、邻站监测及勤务联络等公务码（以上各种插入的码元统称附加码），即需要码速变换。

2.异步复接 异步复接时，四个一次群虽然标称数码率都是2048kbit／s，但因四个一次群各有自己的时钟源，并且这些时钟都允许有100bit／s的偏差，因此四个一次群的瞬时数码率各不相等。

所以对异源一次群信号的复接首先要解决的问题就是使被复接的各一次群信号在复接前有相同的数码率，这一过程叫码速调整。

（1）码速调整与恢复 码速调整是利用插入一些码元将各一次群的速率由2048kbit／s左右统一调整成2112kbit／s。

接收端进行码速恢复，通过去掉插入的码元，将各一次群的速率由2112kbit／s还原成2048kbit／s左右。

码速调整技术可分为正码速调整、正／负码速调整和正/零/负码速调整三种。

（2）异步复接二次群帧结构 CCITT G.742推荐的正码速调整异步复接二次群帧结构如图4-9（b）所示。

图4-9 异步复接二次群帧结构

异步复接二次群的帧周期为100．38μs，帧长度为848bit。 其中有4×205＝820bit（最少）为信息码（这里的信息码指的是四个一次群码速变换之前的码元），有28bit的插入码（最多）。 28bit的插入码具体安排如表4-2所示。

表4-2 28bit插入码具体安排 lbit 告警 lbit 备用 4bit（最多） 码速调整用的插入码 4×3＝ 12bit 插入标志码 插入码个数 作 用 10bit 二次群帧同步码（1lll010000） lbit 告警 lbit 备用 4bit（最多） 码速调整用的插入码 4×3＝ 12bit 插入标志码

图4-9（b）的二次群是四个一次群分别码速调整后，即插入一些附加码以后按位复接得到的。

各一次群（支路）码速调整之前（速率2048kbit／s左右）100 各一次群（支路）码速调整之前（速率2048kbit／s左右）100.38μs内有约205～206个码元，码速调整之后（速率为2112kbit／s）100．38μs内应有212个码元（bit），即应插入6～7个码元。

以第1个一次群为例100.38μs内插入码及信息码分配情况如图4-9（a）所示，其他支路与之类似。

四个支路码速调整后按位复接，即得到图4-9（b）的二次群帧结构。 插入标志码的作用就是用来通知收端第161位有无 插入，以便收端“消插”。

每个支路采用三位插入标志码是为了防止由于信道误码而导致的收端错误判决。 “三中取二”，即当收到两个以上的“1”码时，认为有 插入，当收到两个以上的“0”码时，认为无 插入。

4.1.3 PCM零次群和PCM高次群 1.PCM零次群 PCM通信最基本的传送单位是64kbit／s，即一路话音的编码，因此它是零次的。

一个话路通道既可传送话音亦可传送数据，利用PCM信道传送数据信号，通常称为数字数据传输。 64kbit／s速率的复接数字信号被称为零次群DS0。

2.PCM高次群 比二次群更高的等级有PCM三次群、四次群等。

（1）PCM三次群 CCITT G.751推荐的PCM三次群有480个话路，速率为34．368Mbit／s。

三次群的异步复接过程与二次群相似。 四个标称速率是8.448Mbit／s（瞬时速率可能不同）的二次群分别进行码速调整，将其速率统一调整成8.592Mbit／s，然后按位复接成三次群。

异步复接三次群的帧长度为1536bit，帧周期为 μs。

（2）PCM四次群 CCITT G.751推荐的PCM四次群有1920个话路，速率为139.264Mbit/s。帧长度为2928bit，帧周期为 μs。

（3）高次群的接口码型 群路等级 一次群（基群） 二次群 三次群 四次群 表4-3 接口码型 群路等级 一次群（基群） 二次群 三次群 四次群 接口速率（kbit／s） 2048 8448 34368 139264 接口码型 HDB3 HDB3 HDB3 CMI

4.1.5 PDH的弱点 1.只有地区性数字信号速率和帧结构标准，而不存在世界性标准 2.没有世界性的标准光接口规范 3.异步复用缺乏灵活性

4.按位复接不利于以字节为单位的现代信息交换 5.网络管理能力较差 6.数字通道设备利用率低

4.2 同步数字系体（SDH） 4.2.1 SDH的基本概念 1.SDH的概念 SDH网是由一些SDH的网络单元（NE）组成的，在光纤上进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的网络（SDH网中不含交换设备，它只是交换局之间的传输手段）。

SDH网的概念中包含以下几个要点： （1）SDH网有全世界统一的网络节点接口（NNI），从而简化了信号的互通以及信号的传输、复用、交叉连接等过程。

（2）SDH网有一套标准化的信息结构等级，称为同步传递模块，并具有一种块状帧结构，允许安排丰富的开销比特用于网络的OAM。

（3）SDH网有一套特殊的复用结构，允许现存准同步数字体系（PDH）、同步数字体系和B-ISDN的信号都能纳入其帧结构中传输，即具有兼容性和广泛的适应性。

（4）SDH网大量采用软件进行网络配置和控制，增加新功能和新特性非常方便，适合将来不断发展的需要。

（5）SDH网有标准的光接口。 （6）SDH网的基本网络单元有终端复用器（TM）、分插复用器（ADM）、再生中继器（REG）和同步数字交叉连接设备（SDXC）等。

2.SDH的优缺点 （1）SDH的优点 SDH与PDH相比，其优点主要体现在如下几个方面： ①有全世界统一的数字信号速率和帧结构标准。

②采用同步复用方式和灵活的复用映射结构，净负荷与网络是同步的。 ③SDH帧结构中安排了丰富的开销比特（约占信号的5％），因而使得0AM能力大大加强。

④具有标准的光接口。 ⑤SDH与现有的PDH网络完全兼容。 ⑥SDH的信号结构的设计考虑了网络传输和交换的最佳性。以字节为单位复用与信息单元相一致。

上述SDH的优点中最核心的有三条，即同步复用、标准光接口和强大的网络管理能力。

（2）SDH的缺点 SDH的主要缺点有： ①频带利用率不如传统的PDH系统； ②采用指针调整技术会使时钟产生较大的抖动，造成传输损伤等。

4.2.2 SDH的速率体系 ITU-T G.707建议规范的SDH标准速率如表4-4所示。

表4-4 SDH标准速率 等 级 STM-1 STM-4 STM-16 STM-64 速率（Mbit/s） 155.520 622.080 2488.320 9953.280

4.2.3 SDH的基本网络单元 1.终端复用器（TM） 终端复用器（TM）位于SDH网的终端，概括地说，终端复用器（TM）的主要任务是将低速支路信号纳入STM-N帧结构，并经电/光转换成为STM-N光线路信号，其逆过程正好相反。

2.分插复用器（ADM） 分插复用器（ADM）位于SDH网的沿途，它将同步复用和数字交叉连接功能综合于一体，具有灵活地分插任意支路信号的能力，在网络设计上有很大灵活性。

3.再生中继器（REG） 再生中继器是光中继器，其作用是将光纤长距离传输后受到较大衰减及色散畸变的光脉冲信号转换成电信号后进行放大整形、再定时、再生为规划的电脉冲信号，再调制光源变换为光脉冲信号送入光纤继续传输，以延长传输距离。

4.数字交叉连接设备（SDXC） 简单来说数字交叉连接设备（DXC）的作用是实现支路之间的交叉连接。

（2）SDXC的主要功能 SDXC设备与相应的网管系统配合，可支持如下功能： ①复用功能 ②业务汇集 ③业务疏导

④保护倒换 ⑤网络恢复 ⑥通道监视 ⑦测试接入 ⑧广播业务

4.2.4 SDH的帧结构 1.网络节点接口 从概念上讲，网络节点接口是网络节点之间的接口，从实现上看它是传输设备与其他网络单元之间的接口。

2.SDH的帧结构 图4-24 SDH帧结构

STM-N由270×N列9行组成，即帧长度为270×N×9个字节或270×N×9×8个比特。

（1）段开销（SOH）区域 帧结构可分为三个主要区域： 段开销是指STM帧结构中为了保证信息净负荷正常、灵活传送所必需的附加字节，是供网络运行、管理和维护（OAM）使用的字节。

（2）净负荷区域 信息净负荷区域是帧结构中存放各种信息负载的地方（其中信息净负荷第一字节在此区域中的位置不固定）。

（3）单元指针（AU-PTR）区域 管理单元指针用来指示信息净负荷的第一个字节在STM-N帧中的准确位置，以便在接收端能正确的分解。

3.段开销（SOH）字节 SDH帧结构中安排有两大类开销：段开销（SOH）和通道开销（POH），它们分别用于段层和通道层的维护。

4.2.5 SDH的复用映射结构 1．SDH的一般复用映射结构 （1）SDH的一般复用映射结构

图4-30 G.709建议的SDH复用结构

（2）复用单元 SDH的基本复用单元包括标准容器C，虚容器VC，支路单元TU，支路单元组TUG，管理单元AU和管理单元组AUG。

①标准容器（C） 容器是一种用来装载各种速率业务信号的信息结构，主要完成适配功能，以便让那些最常使用的准同步数字体系信号能够进入有限数目的标准容器。

有5种标准容器：C-11，C-12，C-2，C-3和C-4，其标准输入比特率分别为1544，2048，6312，34368（或 44736）和139264kbit/s 。

②虚容器（VC） 虚容器是用来支持SDH的通道（通路）层连接的信息结构，它由容器输出的信息净负荷加上通道开销（POH）组成，即： VC-n = C-n + VC-n POH

VC的输出将作为其后接基本单元（TU或AU）的信息净负荷。 虚容器可分成低阶虚容器和高阶虚容器两类。

VC-1和VC-2为低阶虚容器；VC-4和AU-3中的VC-3为高阶虚容器，若通过TU-3把VC-3复用进VC-4，则该VC-3应归于低阶虚容器类。

③支路单元和支路单元组（TU和TUG） 支路单元（TU）是提供低阶通道层和高阶通道层之间适配的信息结构。 有四种支路单元，即TU-n（n＝11，12，2，3）。

TU-n由一个相应的低阶VC-n和一个相应的支路单元指针（TU-nPTR）组成，即 TU-n PTR指示VC-n净负荷起点在TU帧内的位置。

在高阶VC净负荷中固定地占有规定位置的一个或多个TU的集合称为支路单元组（TUG）。

④管理单元和管理单元组（AU和AUG） 管理单元（AU）是提供高阶通道层和复用段层之间适配的信息结构，有AU-3和AU-4两种管理单元。

AU-n（n＝3，4）由一个相应的高阶VC-n和一个相应的管理单元指针（AU-nPTR）组成，即： AU-n = VC-n + AU-n PTR；n=3，4

AU-n PTR指示VC-n净负荷起点在AU帧内的位置。

在STM-N帧的净负荷中固定地占有规定位置的一个或多个AU的集合称为管理单元组（AUG）。

（3）复用过程 各种业务信号纳入STM-N帧的过程都要经历映射、定位和复用三个步骤。

2．我国的SDH复用映射结构 图4-31 我国的基本复用映射结构

我国的SDH复用映射结构规范可有三个PDH支路信号输入口。

一个139. 264Mit／s可被复用成一个STM-1（155. 520Mbit／s）；63个2 一个139.264Mit／s可被复用成一个STM-1（155.520Mbit／s）；63个2.048Mbit／s可被复用成一个STM-1；3个34.368Mbit／s也能复用成一个STM-1，因后者信道利用率太低，所以在规范中加“注”（即较少采用）。

为了对SDH的复用映射过程有一个较全面的认识，现以139 为了对SDH的复用映射过程有一个较全面的认识，现以139.264Mbit／s支路信号复用映射成STM-N帧为例详细说明整个复用映射过程。参见图4-32。

图4-32 139.264Mbit／s支路信号复用映射过程

4.2.6 映射 映射是一种在SDH边界处使支路信号适配进虚容器的过程。

即各种速率的G.703信号先分别经过码速调整装入相应的标准容器，之后再加进低阶或高阶通道开销（POH）形成虚容器。

1．通道开销（POH） 通道开销分为低阶通道开销和高阶通道开销。 低阶通道开销附加给C-1/C-2形成VC-1/VC-2，其主要功能有VC通道性能监视、维护信号及告警状态指示等。

高阶通道开销附加给C-3或者多个TUG-2的组合体形成VC-3，而将高阶通道开销附加给C-4或者多个TUG-3的组合体即形成VC-4。

高阶POH的主要功能有VC通道性能监视、告警状态指示、维护信号以及复用结构指示等。

（1）高阶通道开销（HPOH） HPOH是位于VC-3／VC-4／VC-4-Xc（VC-4级联）帧结构第一列的9个字节：J1，B3，C2，G1，F2,H4,F3，K3，N1，如图4-33所示。

图4-33 HPOH位置示意图

（2）低阶通道开销（VC-1／VC-2 POH） VC-1／VC-2 POH由V5，J2，N2，K4字节组成。 以VC-12（由2．048Mbit／s支路信号异步映射而成）为例低阶通道开销的位置示于图4-34。

图4-34 低阶通道开销位置示意图

2．映射过程 （1）映射方式的分类 ①三种映射方法

异步映射。异步映射是一种对映射信号的结构无任何限制，也无需其与网同步。

比特同步映射。比特同步映射是一种对映射信号结构无任何限制，但要求其与网同步。

字节同步映射。字节同步映射是一种要求映射信号具有块状帧结构，并与网同步。

②两种工作模式 浮动VC模式。浮动VC模式是指VC净负荷在TU或AU内的位置不固定，并由TU-PTR或AU-PTR指示其起点位置的一种工作模式。

三种映射方法都能以浮动模式工作。 锁定TU模式。锁定TU模式是一种信息净负荷与网同步并处于TU或AU帧内固定位置，因而无需TU-PTR或AU-PTR的工作模式。

（2）139.264Mbit／s支路信号（H-4）的映射 139.264Mbit／s支路信号的映射一般采用异步映射、浮动模式。

①139.264Mbit／s支路信号异步装入C-4 这是由正码速调整方式异步装入的。

图4-35 C-4的子帧结构

②C-4装入VC-4 在C-4的9个子帧前分别插入VC-4的通道开销（VC-4 POH）字节J1，B3，C2，G1，F2，H4，F3，K3，N1，就构成了VC-4帧（即VC-4＝C-4＋VC-4 POH），如图4-36所示。

图4-36 139.264Mbit／s信号映射图解

（3）2.048Mbit/s支路信号（H-12）的映射 2.048Mbit／s支路信号的映射既可以采用异步映射，也可以采用比特同步映射或字节同步映射。 在此仅简单介绍2.048Mbit／s支路信号的异步映射。

首先将2.048Mbit／s的支路信号装入四个基帧组成的C-12复帧，C-12基帧的结构是9×4-2字节，C-12复帧的字节数为4×（9×4-2），其结构参见图4-37（a）。

在C-12复帧中加上低阶通道开销（VC-l POH）字节V5，J2，N2，K4，便构成VC-12（复帧），如图4-37。

图4-37 2.048Mbit／s支路信号的异步映射成VC-12（复帧）

4.2.7 定位 定位是一种将帧偏移信息收进支路单元或管理单元的过程。

即以附加于VC上的支路单元或管理单元指针指示和确定低阶VC帧的起点在TU净负荷中或高阶VC帧的起点在AU净负荷中的位置，在发生相对帧相位偏差使VC帧起点浮动时，指针值亦随之调整，从而始终保证指针值准确指示VC帧的起点的位置。

SDH中指针的作用可归结为三条： （1）当网络处于同步工作方式时，指针用来进行同步信号间的相位校准。

（2）当网络失去同步时（即处于准同步工作方式），指针用作频率和相位校准；当网络处于异步工作方式时，指针用作频率跟踪校准。

（3）指针还可以用来容纳网络中的频率抖动和漂移。

1．VC-4在AU-4中的定位（AU-4指针调整） AU-4＝VC-4 + AU-4 PIR AU-4 PTR由位于AU-4帧第4行第1至9列的9个字节组成，具体为： AU-4 PTR = H1 Y Y H2 H3 H3 H3

图4-38 AU-4指针图案

（2）指针调整原理 图4-39示出了AU-4指针的位置和偏移编号。

图4-39 AU-4指针位置和偏移编号

2．VC-12在TU-12中的定位（TU-12指针调整） TU-12 PTR为净负荷VC-12在TU-12复帧内的灵活动态的定位提供了一种方法，即TU-12 PTR可以指出VC-12在TU-12复帧内的位置。

（1）TU-12指针 TU-12复帧的结构如图4-40所示。

图4-40 TU-12复帧结构

在TU-12复帧中有4个字节（V1，V2，V3，V4）分别为TU-12指针使用。 Vl和V2字节可以看作一个指针码字，其编码方式如图4-41所示。

图4-41 TU-12指针编码

其中两个S比特表示TU的规格（TU-12为10，TU-11为11，TU-2为00），第7～16比特表示二进制数的指针值，指示V2至VC-12第1字节的偏移。

（2）TU-12指针调整原理 TU-12指针调整原理与AU-4指针调整原理基本相同（包括指针值的变化及NDF的含义等），唯一区别的是AU-4有3个调整字节，而TU-12只有1个调整字节。

4.2.8 复用 复用是一种使多个低阶通道层的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层的过程，即以字节交错间插方式把TU组织进高阶VC或把AU组织进STM-N的过程。

下面以139.264Mbit／s支路信号和2.048Mbit／s支路信号在映射、定位、复用过程中所涉及到的复用为例加以介绍。

1．TU-12复用进TUG-2再复用进TUG-3 3个TU-12先按字节间插复用进一个TUG-2，然后7个TUG-2按字节间插复用进TUG-3（9行86列，其中第1，2列为塞入字节），如图4-42所示。

图4-42 TU-12复用进TUG-2再复用进TUG-3

2．3个TUG-3复用进VC-4 将3个TUG-3复用进VC-4的安排如图4-43所示。

图4-43 3个TUG-3复用进VC-4

3个TUG-3按字节间插构成9行3×86＝258列，作为VC-4的净负荷，VC-4是9行261列，其中第1列为VC-4 POH，第2，3列是固定塞入字节。

3．AU-4复用进AUG 单个AU-4复用进AUG的结构如图4-44所示。

图4-44 AU-4复用进AUG

4．N个AUG复用进STM-N帧 图4-45显示了如何将N个AUG复用进STM-N帧的安排。 N个AUG按字节间插复用，再加上段开销（SOH）形成STM-N帧，这N个AUG与STM-N帧有确定的相位关系。

图4-45 将N个AUG复用进STM-N帧

5．2.048Mbit／s信号复用、定位、映射过程总结 由2.048Mbit／s支路信号经映射、定位、复用成STM-N帧的过程加以归纳总结，如图4-46所示。

图4-46 2.048Mbit／s支路信号映射、定位、复用过程