【现代通信技术】第八章 SDH技术

一、传送网与SDH概述

准同步数字体系和同步数字体系是两种先后出现的两种通信传送技术。在通信早期，光纤通信技术出现之前，我们的传输系统主要采用的是电缆，电缆的带宽比较小，通信速率就比较低，与之对应的是准同步数字体系；后来随着光纤技术的发展，带宽得到了极大的扩展，通信速率也得到了很大程度的提升，相应地新的数字体系提出——同步数字体系。由PDH到SDH的发展，究竟是什么样的原因，两者之间又有什么样的区别？

体系结构与光接口的标准化

下面是PDH和SDH的几点不同，例如：

PDH:

三种地区标准，难以国际互通
光接口不规范，无法横向兼容

SDH:

统一网络节点接口
规范物理接口性能

PDH的体系结构

首先来看PDH的体系结构。从一次群信号开始，我们可以看到就形成了日本、北美、欧洲标准的体系结构，随着速率的增长，体系结构会变得回来会复杂。

SDH的提出，并不是简单地将PDH抛弃了。在低速（端）信号上，仍然采用PDH的一次群、二次群、三次群等，主要是在高端的速率上实现了信号的统一。

光接口

其次，从光的接口性能方面，准同步数字体系的光接口是不兼容的，例如，不同的设备可能采用不同的线路码型，这样就造成了设备之间无法实现光信号的相互连接。而SDH由于定义了统一的标准光接口，从而使得不同厂商的设备、不同网络的终端设备可以实现有效的互联互通。

信息传送与管理的网络化

准同步数字体系还是诞生在早期的电缆时代，在电缆通信的时候，我们的通信带宽是非常小的，我们要把每个比特都用于信息的传递，而疏于网络的管理，所以整个的监控开销能力不足。同时，准同步数字体系用于点到点传输，网络拓扑灵活性差，难以实现业务的灵活调度。同步数字体系主要用于光纤通信这样大容量、高速率的系统，它的带宽是足够丰富的，所以我们设置了丰富的开销比特，网管能力增强；同时，采用智能分叉交换等技术，组网的灵活性和自愈能力都显著得到了提升。

PDH：

人工连接配置，监控开销不足
用于点·点传输，拓扑灵活性差

SDH：

开销比特丰富，网管能力增强
智能分插交换，支持自愈组网

PDH和SDH在组网能力上的区别：PDH将低速率的信号给汇聚在一起，传输到另一个节点，如果需要交换的话，还需要将低速率信号给分解到每一个业务，再进行交换，这样的话，整个系统的灵活性得到了很大的限制。而SDH，它可以从一个高速的信息流当中，直接提取出低速率信号，可以直接把低速率信息镶嵌到高速率信息帧的结构当中，那么这个信息帧结构在网络中进行流动，当某个节点需要获得这个业务信息后，可以直接将相应的业务信息截取下来，剩下的业务信息可以继续进行传输。

PDH和SDH在开销功能上的区别：

PDH以人工数字交叉连接与维护管理为主，安排的开销信息数量和种类较少，且扩展麻烦，难以满足未来动态组网和统一网管的要求。
SDH在帧结构中安排了充足的比特用于开销管理信息的通信。并且在性能监视、告警传输、公务通信、嵌入数据通路等方面已形成了一系列较完善的标准和操作机制，网元设备具有强大的智能化控制和管理能力。

PDH和SDH在信号处理的同步化上的区别：PDH采用的是背靠背异步复接的方式，我们的信息从低速到高速，需要一级一级地复接，同样到达接收端，需要把一个高速地信息流还原出里面地低速信号，还有一级一级地给它复接。而SDH采用的是同步复用的技术，采用指针处理，可以从一个高速的信号当中直接抓取低速信号，而不影响其他信号的重叠，这样就具有了分组的灵活性，可以实现信息的分插，上下路一步到位。

能够提供这样的解决方案，主要体现在同步信号。所谓同步，指两个或多个信号之间在频率或相位上保持某种严格的特定关系（最简单的关系即频率相等）。在实际工程中，如果两个或多个数字信号所对应的有效瞬时以同样的平均速率出现，我们就认为这两个或多个数字信号同步。

PDH和SDH同步策略比较：PDH是一种独立地定时方式，每个节点拥有自己独立的时钟，我们可以在节点和节点之间进行收发的同步，但是全网并不满足同步的要求；而SDH在全网设置基准时钟，这样信息就可以灵活高效地在各个节点之间进行信息地交换、流动和转接。

二、 SDH帧结构

SDH的帧结构是指在光数字同步网中，我们在网络接口处，如果观察传输的信号特征，那么我们得到的就是帧的一种数据组织方法。

功能：表征网络节点接口中串行数据流的信息组成与时序分布规律，是实现SDH网络诸多功能的基础。

目标：同时支持业务（客户信息）和开销（特征信息）两类信息的传送处理。满足光纤媒质传输特性的要求。

要求：既能满足对支路信号进行同步数字复用、交叉连接和交换，也能使支路信号在一帧内的分布是均匀、规则和可控的，以便于接入和取出。

SDH标准速率等级

光同步传送SDH它吸取了我们以前传送网发展中存在的各类问题，提出了一套标准的、严格倍数关系的速率等级的信号结构。

STM-1帧结构

在SDH帧中，采用了块状的帧结构特点，以一种空间的、二维的块状结构、分行分列。

对STM-N帧来讲，它可以看成是N个STM-1的交错排列构成的。在示意图中，我们可以看到它的排列的关系，我们首先传的是第一个STM-1的第一行的第一个字节，传完之后我们再传第二个STM-1的第一行的第一个字节，然后一直传到第N个STM-1的第一行的第一个字节；再传第一个STM-1的第一行的第二个字节，然后以此类推，传完传第N个STM-1的第N行的第N个字节。

通过前面的分析，我们可以看到SDH帧结构的特点：

以字节为基础的矩形状块帧结构
横向9行，纵向270xN列
由左至右、自上而下排成串行码流传输
帧重复周期125us，每秒传输8000帧
每个字节对应一路64Kbit/s数字信道

对SDH帧结构来讲，块状结构又分为很多区域：

光纤看作路面，SDH帧结构看作车。

三、 SDH段开销

段开销是光同步传送网的重要开销功能之一，包括再生段开销和复用段开销，可以提供断层信息的运行、维护、管理等功能。在下面这张图中，给出了STM-1帧结构中段开销的字节安排。我们看到，在再生段开销对应的1到3行的前九列，包含了定帧字节A1和A2、踪迹字节J0等。同样，在我们的第5行到第9行的前9列，包含的是复用段开销。

下面，我们具体介绍一下，在帧结构中各类开销字节的功能含义：

帧定位字节（A1、A2）：帧定位字节的目的是为了在接收端收到SDH帧结构的时候，通过对这类字节的状态判断，因为A1、A2发送的是一个固定的比特图案；我们通过对A1、A2的状态判断，来知道一个帧的起点。对于A1，我们选择的是F6；对于A2，我们选择的是28H这样的一个十六进制数。

所以我们可以看到，若包含三个A1和三个A2，对应的帧图案如下：

再生段踪迹字节（J0）：踪迹字节的目的是用来表示一个段发射机和段接收机之间如何保持一个正确的接收关系。我们在J0字节放一个编号，编号的信息传到目的端，目的端本来是知道我要和哪一个编号的发射机相连；现在我通过对这一帧接收，接收发现两个编号一致，那说明从正确的接收端发射信息，如果不一致，会产生J0的失配告警。

公务联络字节（E1、E2）：在再生段和复用段各安排了一个字节，所谓公务联络，就是指用于网络的运维管理者能够直接对线路系统进行管理维护的时候，把它的这些信号嵌入到我们的理论信息传输，不需要额外的再需要一个专门的业务通道。再生器和复用段终端之间可以用E1字节进行通信，而复用段终端与复用段终端之间用E2字节进行通信。

数据通信通路（简称DCC，D1-D12）：这类DCC字节功能与其他字节不太一样，其他的开销字节每个字节的功能是固定的，而DCC字节的目的，是构成一个内部的数据通信网络，在未来需要开拓什么样的运维管理的信令、指令功能，通过一个协议映射到这样一个网络里进行传输即可。

D1-D3字节：再升段数据通信通路（192kbit/s）
D4-D12字节：复用段数据通信通路（576kbit/s）

所以，我们可以在我们的网络操作系统，跟各个网元之间根据需要去建立所需的通信连接。

比特间插奇偶校验8位码（简称BIP-8，B1）：这个字节从名称上来看实际上是用于误码校验，也就是传输过程中，如果比特发生了差错，接收端能不能发现这个传输过程中有差错，然后通知源端发来的信息中有比特错误呢，B1字节就可以做这样的工作。它的工作原理是对当前第i帧的（即图中蓝颜色所示的）数据进行奇偶校验的运算，运算结果产生了8个比特，这个8个比特的信息放在了下一帧的第一字节的位置。到达接收端的时候，接收端对信号再次做一个运算。运算的结果再和下一帧的第一字节作比较，两者一致就认为传输过程中，没有出现比特差错；如果两者不一致就认为传输过程中，出现比特差错。因此，利用B1可以对整个再生段的信号进行在线的误码监测。

比特间插奇偶校验Nx24位码（简称BIP-Nx24，B2）：B2监视的对象和B1不同，是整个复用段层的信号，概括而言即STM-1的帧结构中去掉了再生段部分的其余部分。它的工作原理是对当前第i帧的（即图中蓝颜色所示的）数据进行奇偶校验的运算，运算结果产生了24个比特，放在3个B2字节中，在了下一帧的复用段开销的前三个B2字节的位置。到达接收端的时候，接收端对信号再次做一个运算。运算的结果再和下一帧的第一字节作比较，两者一致就认为传输过程中，没有出现比特差错；如果两者不一致就认为传输过程中，出现比特差错。因此，利用B1可以对整个再生段的信号进行在线的误码监测。

自动保护倒换（APS）通路字节【K1，K2（b1-b5）】：它分别利用了K1字节和K2字节的5个比特来实现这一功能。所谓自动保护倒换，是指在SDH的通信过程中，如果我们的工作发生的故障，可以通过这样的一种协议、信息的交互把受损的业务从工作通路切换到保护通路。

复用段的远端差错指示（MS-REI）字节【M1】：这个自己的作用是通过B2字节可以将检测到的复用段传输过程中的比特差错情况反馈给发送端。从下面示意图中可以看到，发端产生的信息到了目的端，目的端先进行运算，运算完了之后可以检出差错块的数量，然后进一步反馈给发送端，将差错块数量查到发送端M1字节的位置。发送端也与之得到信息，发出的信息产生了多少差错块。

复用段远端缺陷指示（MS-RDI）字节【K2（b6-b8）】：K2的目的是向发送端回送一个指示信号，表示接收端已检测到上游端缺陷或收到复用段告警指示信号（MS-AIS）。也就是说，如果上游段发送了一个告警指示信号或者产生了一个缺陷的状态，我们要通过RDI信息回传给发送端。其中，当解扰后K2的b6-b8为“110”，则表示MS-RDI。

同步状态字节【S1（b5-b8）】：目的是表征在帧结构中的传输信号本身同步质量等级，由于我们的SDH是一个完整的系统，在这个同步过程中，我们为了避免用低质量的同步信号去同步高质量的同步对象，需要对线路的同步信号等级进行标识，S1字节就是为了完成这个功能。