《現(xiàn)代通信原理與技術(shù)》課件第10章

10.1頻分復用(FDM)

10.2時分復用(TDM)

10.3碼分復用(CDM)

10.4數(shù)字復接技術(shù)

10.5SDH復用原理第10章復用和數(shù)字復接技術(shù)

10.1頻分復用(FDM)

10.1.1頻分復用原理所謂頻分復用(FrequencydivisionMultiplexing-FDM)是指按照頻率的不同來復用多路信號的方法。在頻分復用中，信道的帶寬被分成若干個相互不重疊的頻段，每路信號占用其中一個頻段，因而在接收端可以采用適當?shù)膸V波器將多路信號分開，從而恢復出所需要的信號。頻分復用系統(tǒng)組成原理圖如圖10-1所示。圖10–1頻分復用系統(tǒng)組成原理圖圖中，各路基帶信號首先通過低通濾波器(LPF)限制基帶信號的帶寬，避免它們的頻譜出現(xiàn)相互混疊。然后，各路信號分別對各自的載波進行調(diào)制、合成后送入信道傳輸。在接收端，分別采用不同中心頻率的帶通濾波器分離出各路已調(diào)信號，解調(diào)后恢復出基帶信號。頻分復用是利用各路信號在頻率域不相互重疊來區(qū)分的。若相鄰信號之間產(chǎn)生相互干擾，將會使輸出信號產(chǎn)生失真。為了防止相鄰信號之間產(chǎn)生相互干擾，應(yīng)合理選擇載波頻率fc1,fc2,…,fcn，并使各路已調(diào)信號頻譜之間留有一定的保護間隔。若基帶信號是模擬信號，則調(diào)制方式可以是DSB-SC、AM、SSB、VSB或FM等，其中SSB方式頻帶利用率最高。若基帶信號是數(shù)字信號，則調(diào)制方式可以是ASK、FSK、PSK等各種數(shù)字調(diào)制。復用信號的頻譜結(jié)構(gòu)示意圖如圖10-2所示。

圖10–2復用信號的頻譜結(jié)構(gòu)示意圖10.1.2模擬電話多路復用系統(tǒng)目前，多路載波電話系統(tǒng)是按照CCITT建議，采用單邊帶調(diào)制頻分復用方式。北美多路載波電話系統(tǒng)的典型組成如圖10-3所示。圖10-3(a)是其分層結(jié)構(gòu)，由12路電話復用為一個基群(BasicGroup)；5個基群復用為一個超群(SuperGroup)，共60路電話；由10個超群復用為一個主群(MasterGroup)，共600路電話。如果需要傳輸更多路電話，可以將多個主群進行復用，組成超主群。每路電話信號的頻帶限制在300～3400Hz，為了在各路已調(diào)信號間留有保護間隔，每路電話信號取4000Hz作為標準帶寬。圖10–3北美多路載波電話系統(tǒng)的典型組成

一個基群(BasicGroup)由12路電話復用組成，其頻譜配置如圖10-3(c)所示。每路電話占4kHz帶寬，采用單邊帶下邊帶調(diào)制(LSB)，12路電話共48kHz帶寬，頻帶范圍為60～108kHz?；虿捎脝芜厧线厧д{(diào)制(USB)，頻帶范圍為148～196kHz。一個基本超群(BasicSupergroup)由5個基群復用組成，共60路電話，其頻譜配置如圖10-3(d)所示。5個基群采用單邊帶下邊帶合成，頻率范圍為312～552kHz，共240kHz帶寬?；虿捎脝芜厧线厧Ш铣?，頻率范圍為60～300kHz。一個基本主群(BasicMastergroup)由10個超群復用組成，共600路電話。主群頻率配置方式共有兩種標準：L600和U600，其頻譜配置如圖10-4所示。L600的頻率范圍為60~2788kHz，U600的頻率范圍為564~3084kHz。圖10–4主群頻譜配置圖10.1.3調(diào)頻立體聲廣播(FMStereoBroadcasting)

調(diào)頻立體聲廣播系統(tǒng)占用頻段為88~108MHz，采用FDM方式。在調(diào)頻之前，首先采用抑制載波雙邊帶調(diào)制將左右兩個聲道信號之差(L-R)與左右兩個聲道信號之和(L+R)實行頻分復用。立體聲廣播信號頻譜結(jié)構(gòu)如圖10-5所示。圖中，0~15kHz用于傳送(L+R)信號，23~53kHz用于傳送(L-R)信號，59~75kHz用作輔助通道。在19kHz處發(fā)送一個單頻信號，用于接收端提取相干載波和立體聲指示。調(diào)頻立體聲廣播系統(tǒng)發(fā)送與接收原理圖如圖10-6所示。圖10–5立體聲廣播信號頻譜結(jié)構(gòu)圖10-6調(diào)頻立體聲廣播系統(tǒng)發(fā)送與接收原理圖

(a)發(fā)送端;(b)接收端10.2.1時分復用原理時分復用(TimedivisionMultiplexing-TDM)是利用各信號的抽樣值在時間上不相互重疊來達到在同一信道中傳輸多路信號的一種方法。在FDM系統(tǒng)中，各信號在頻域上是分開的而在時域上是混疊在一起的；在TDM系統(tǒng)中，各信號在時域上是分開的，而在頻域上是混疊在一起的。圖10-7給出了兩個基帶信號進行時分復用的原理圖。圖中，對m1(t)和m2(t)按相同的時間周期進行采樣，只要采樣脈沖寬度足夠窄，在兩個采樣值之間就會留有一定的時間空隙。10.2時分復用(TDM)

圖10-7兩個基帶信號時分復用原理

如果另外一路信號的采樣時刻在時間空隙，則兩路信號的采樣值在時間上將不發(fā)生重疊。在接收端只要在時間上與發(fā)送端同步，則兩個信號就能分別正確恢復。上述概念也可以推廣到n個信號進行時分復用。圖10-8給出了一個具有三個模擬信源的時分復用PCM系統(tǒng)原理圖。首先，抽樣電子開關(guān)以適當?shù)乃俾式惶鎸斎氲娜坊鶐盘柗謩e進行自然抽樣，得到TDM-PAM波形。TDM-PAM脈沖波形寬度為(10.2-1)圖10–8三路模擬信號的TDM-PCM系統(tǒng)原理圖式中，Ts為每路信號的抽樣時間間隔，滿足奈奎斯特間隔。然后對PAM波形進行編碼，得到TDM-PCM信號。TDM-PCM信號脈沖寬度為

在接收端，輸入的TDM-PCM信號經(jīng)過譯碼器輸出TDM-PAM波形，與發(fā)送端抽樣開關(guān)相同步的接收抽樣開關(guān)對輸入的TDM-PAM波形同步抽樣并正確分路。于是，三路信號得到分離，各分離后的PAM信號通過低通濾波器，從而恢復出發(fā)送的三路基帶信號。(10.2-2)式中，n為PCM中編碼位數(shù)。

在時分復用系統(tǒng)中，除了采用PCM方式編碼外，還可以采用增量調(diào)制方式編碼，從而構(gòu)成TDM-ΔM系統(tǒng)。與FDM方式相比，TDM方式主要有以下兩個突出優(yōu)點：(1)多路信號的復接和分路都是采用數(shù)字處理方式實現(xiàn)的，通用性和一致性好，比FDM的模擬濾波器分路簡單、可靠。

(2)信道的非線性會在FDM系統(tǒng)中產(chǎn)生交調(diào)失真和高次諧波，引起路間串話，因此，要求信道的線性特性要好,而TDM系統(tǒng)對信道的非線性失真要求可降低。10.2.2PCM基群幀結(jié)構(gòu)目前國際上推薦的PCM基群有兩種標準，即PCM30/32路(A律壓擴特性)制式和PCM24路(μ律壓擴特性)制式。并規(guī)定，國際通信時，以A律壓擴特性為標準。我國也規(guī)定采用PCM30/32路制式。

PCM30/32路制式基群幀結(jié)構(gòu)如圖10-9所示，共由32路組成，其中30路用來傳輸用戶話語，2路用作勤務(wù)。每路話音信號抽樣速率fs=8000Hz，故對應(yīng)的每幀時間間隔為125μs。一幀共有32個時間間隔，稱為時隙。各個時隙從0到31順序編號，分別記作TS0，TSl，TS2，…，TS31。圖10-9PCM30/32路制式基群幀結(jié)構(gòu)其中，TS1至TS15和TS17至TS31這30個路時隙用來傳送30路電話信號的8位編碼碼組，TS0分配給幀同步，TS16專用于傳送話路信令。每個路時隙包含8位碼，一幀共包含256個比特。信息傳輸速率為

fb=8000［(30+2)×8］=2.048Mb/s(10.2-3)每比特時間寬度為每路時隙時間寬度為

τl=8τb≈3.91μs(10.2-4)(10.2-5)

幀同步碼組為X0011011，它插入在偶數(shù)幀的TS0時隙，其中第一位碼“X”保留作國際電話間通信用。接收端識別出幀同步碼組后，即可建立正確的路序。

TS16為信令時隙，插入各話路的信令。在傳送話路信令時，若將TS16所包含的總比特率集中起來使用，則稱為共路信令傳送；若將TS16按規(guī)定的時間順序分配給各個話路，直接傳送各話路所需的信令，則稱為隨路信令傳送。當采用共路信令傳送方式時，必須將16個幀構(gòu)成一個更大的幀，稱為復幀。復幀的重復頻率為500Hz，周期為2ms，復幀中各幀順次編號為F0，F(xiàn)1，…，F(xiàn)15。PCM24路制式基群幀結(jié)構(gòu)如圖10-10所示，由24路組成。每路話音信號抽樣速率fs=8000Hz，每幀時間間隔為125μs。一幀共有24個時隙。各個時隙從0到23順序編號，分別記作TS0，TS1，TS2，…，TS23，這24個路時隙用來傳送24路電話信號的8位編碼碼組。為了提供幀同步，在TS23路時隙后插入1比特幀同步位(第193比特)。這樣，每幀時間間隔125μs，共包含193個比特。信息傳輸速率為

fb=8000(24×8+1)=1.544Mb/s(10.2-6)每比特時間寬度為(10.2-7)圖10–10PCM24路制式基群幀結(jié)構(gòu)每路時隙時間寬度為

τl=8τb≈5.18μs

(10.2-8)PCM24路制式與PCM30/32路制式的幀結(jié)構(gòu)不同，12幀構(gòu)成一個復幀，復幀周期為1.5ms。12幀中奇數(shù)幀的第193比特構(gòu)成101010幀同步碼組。而偶數(shù)幀的第193比特構(gòu)成復幀同步碼000111。這種幀結(jié)構(gòu)同步建立時間要比PCM30/32幀結(jié)構(gòu)長。10.2.3PCM高次群以上我們討論的PCM30/32路與PCM24路時分多路數(shù)字電話系統(tǒng)，稱為數(shù)字基群或一次群。如果要傳輸更多路的數(shù)字電話，則需要將若干個一次群數(shù)字信號通過數(shù)字復接設(shè)備復合成二次群，二次群復合成三次群等。我國和歐洲各國采用以PCM30/32路制式為基礎(chǔ)的高次群復合方式，北美和日本采用以PCM24路制式為基礎(chǔ)的高次群復合方式。北美采用的數(shù)字TDM的一種等級結(jié)構(gòu)如圖10-11所示。每路PCM數(shù)字話速率為64kb/s，表示為DS-0。由24路PCM數(shù)字話復接為一個基群(或稱一次群)，表示為DS-1，一次群包括24路用戶數(shù)字話，傳輸速率為1.544Mb/s。

由4個一次群復接為一個二次群，表示為DS-2，二次群包括96路用戶數(shù)字話，傳輸速率為6.312Mb/s。由7個二次群復接為一個三次群，表示為DS-3，三次群包括672路用戶數(shù)字話，傳輸速率為44.736Mb/s。由6個三次群復接為一個四次群，表示為DS-4，四次群包括4032路用戶數(shù)字話，傳輸速率為274.176Mb/s。由2個四次群復接為一個五次群，表示為DS-5，五次群包括8064路用戶數(shù)字話，傳輸速率為560.160Mb/s。表10-1給出了北美數(shù)字TDM標準一覽表，表中包括傳輸速率、話路數(shù)和采用的傳輸媒質(zhì)。圖10-11北美采用的數(shù)字TDM等級結(jié)構(gòu)ITU-T(CCITT)建議的數(shù)字TDM等級結(jié)構(gòu)如圖10-12所示，它是我國和歐洲大部分國家所采用的標準。

ITU-T建議的標準與北美標準類似，由30路PCM用戶話復用成一次群，傳輸速率為2.048Mb/s。由4個一次群復接為一個二次群，包括120路用戶數(shù)字話，傳輸速率為8.448Mb/s。由4個二次群復接為一個三次群，包括480路用戶數(shù)字話，傳輸速率為34.368Mb/s。由4個三次群復接為一個四次群，包括1920路用戶數(shù)字話，傳輸速率為139.264Mb/s。由4個四次群復接為一個五次群，包括7680路用戶數(shù)字話，傳輸速率為565.148Mb/s。

ITU-T建議標準與北美標準的每一等級群路可以用來傳輸多路數(shù)字電話，可以用來傳送其他相同速率的數(shù)字信號，如可視電話、數(shù)字電視等。圖10–12ITU-T建議的數(shù)字TDM等級結(jié)構(gòu)10.3.1碼分復用原理碼分復用(CodeDivisionMultiplexing,CDM)是靠不同的編碼來復用多路信號的一種復用方式。在碼分復用中，各路信號可在同一時間使用同樣的頻帶進行通信。為了保證在信道中所傳輸?shù)母髀沸盘柣ゲ桓蓴_，要求代表各路信號的編碼組應(yīng)該是正交的。在接收端利用編碼組的正交性恢復各路信號。在碼分復用系統(tǒng)中，各路信號對相互正交的碼組進行擴頻，合成的多路信號經(jīng)信道傳輸后，在接收端可以采用計算相關(guān)系數(shù)的方法將各路信號分開。系統(tǒng)組成原理圖如圖10-13所示。圖中，m1(t)、m2(t)、m3(t)和m4(t)是4路基帶信號，c1(t)、c2(t)、c3(t)和c4(t)是4組正交的碼組。10.3碼分復用(CDM)圖10-13碼分復用系統(tǒng)組成原理圖設(shè)c1、c2、c3和c44組正交碼分別為:

c1=(－1－1－1+1+1－1+1+1)

c2=(－1－1+1－1+1+1+1－1)

c3=(－1+1－1+1+1+1－1－1)

c4=(－1+1－1－1－1－1+1－1)

四路信號碼分復用系統(tǒng)發(fā)送端和接收端波形分別如圖10-14和10-15所示。圖10-14四路碼分復用發(fā)送端波形圖圖10-15四路碼分復用接收端波形圖碼分復用具有以下特點：

(1)與頻分復用相比，碼分復用的設(shè)備簡單，通用性和一致性好，不需要眾多的模擬濾波器，分路簡單、可靠。

(2)與時分復用相比，對同步系統(tǒng)的要求簡單一些，信號質(zhì)量好，通信可靠性高。

(3)與頻分復用和時分復用相比，碼分復用的容量要大得多，且容量是動態(tài)的，擴容方便。10.3.2m序列

m序列是一種偽隨機序列,又稱偽隨機碼，是用確定性方法產(chǎn)生的在一段周期內(nèi)具有類似白噪聲特性的二進制序列。偽隨機序列在碼分復用、碼分多址和擴頻通信中都有重要應(yīng)用。偽隨機序列性能的好壞，直接關(guān)系到整個系統(tǒng)性能的好壞。地址碼和擴頻碼對偽隨機序列的一般要求有:

(1)統(tǒng)計特性具有良好的偽隨機性。

(2)具有良好的相關(guān)特性。自相關(guān)函數(shù)具有明顯的峰值,互相關(guān)函數(shù)峰值較低。

(3)序列數(shù)目較多。用于多址時，可以容納更多的用戶。

(4)易于實現(xiàn)，設(shè)備較簡單，成本較低。常用的偽隨機序列有m序列、M序列、Gold序列等。目前，絕大多數(shù)偽隨機序列都是用移位寄存器加反饋來產(chǎn)生，這種結(jié)構(gòu)形式簡單，易于實現(xiàn)并能較容易地產(chǎn)生周期極長的序列。用移位寄存器產(chǎn)生偽隨機序列有三種方法：線性反饋結(jié)構(gòu)、非線性反饋結(jié)構(gòu)和非線性前饋結(jié)構(gòu)。目前所廣泛采用的是線性反饋結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖10-16所示，圖中運算符號⊕是模2加運算，ci=1表示此線接通；ci=0表示此線斷開。采用線性反饋移存器產(chǎn)生的偽隨機序列有最大長度序列和非最大長度序列兩類。一個n級線性反饋移存器產(chǎn)生最大長度序列的長度為2n－1，即序列周期為2n－1的移位寄存器序列是最大長度序列，否則就是非最大長度序列。m序列是最大長度線性移位寄存器序列。圖10-16n級線性反饋移位寄存器

1.m序列的產(chǎn)生根據(jù)圖10-16所示的n級線性反饋移位寄存器，可寫出其特征次多項式f(x):(10.3-1)它是一個n次多項式，若該n次多項式f(x)滿足下列條件:

(1)f(x)為既約的(不能分解因子的多項式)；

(2)f(x)可整除(xm+1)，m=2n－1；

(3)f(x)除不盡(xq+1)，q<m。則稱f(x)為本原多項式。一個n級線性反饋移位寄存器能產(chǎn)生m序列的充要條件為：反饋移位寄存器的特征多項式f(x)為n次本原多項式。最長周期m=2n－1，周期長度與初始狀態(tài)無關(guān)，但初始狀態(tài)不能為全“0”狀態(tài)。例如，對于n=4級線性反饋移存器，可以產(chǎn)生周期m=24－1=15的m序列，對多項式x15+1進行因式分解

x15+1=(x4+x+1)(x4+x3+1)(x4+x3+x2+x+1)(x2+x+1)(x+1)其中

f1(x)=x4+x+1

(10.3-2)和

f2(x)=x4+x3+1

(10.3-3)都是本原多項式，都能產(chǎn)生周期m=15的m序列，但所產(chǎn)生的m序列不同。選擇f1(x)=x4+x+1來構(gòu)造m序列產(chǎn)生器，其編碼器結(jié)構(gòu)和移存器狀態(tài)如圖10-17所示。圖中每一列都對應(yīng)一個m序列，第一列對應(yīng)的m序列為

A1=(a0a1…am－1)=(111101011001000)用碼多項式形式表示為

A1(x)=a0+a1x+…+am－1xm－1=1+x+x2+x3+x5+x7+x8+x11為了使m序列產(chǎn)生器的結(jié)構(gòu)盡可能簡單，通常使用項數(shù)最少的那些本原多項式，表10-2給出了m序列的常用本原多項式。圖10-17周期m=15的m序列產(chǎn)生器

2.m序列的性質(zhì)

1)周期性

m序列的周期為m=2n－1，n為反饋移位寄存器的級數(shù)。

2)均衡性在m序列的一個周期中，“1”的個數(shù)比“0”的個數(shù)多1，即“1”的個數(shù)為1/2(m+1)，“0”的個數(shù)為1/2(m－1)。例如，圖10-17所示的周期為15的m序列中有8個“1”，7個“0”。

3)狀態(tài)分布如果用寬度為n的窗口沿m序列滑動m次，每次移1位，除全“0”狀態(tài)外，其它每種n位狀態(tài)剛好出現(xiàn)一次,如圖10-17所示。

4)游程分布在m序列中定義連續(xù)相同的一組符號為一個游程，把該相同符號的個數(shù)稱為游程長度，則對任一m序列有:

(1)游程總數(shù)為2n－1；

(2)長度為1的游程占游程總數(shù)的1/2；

(3)長度為2的游程占游程總數(shù)的1/4；

(4)長度為n－1的游程只有一個，為連“0”游程；

(5)長度為n的游程只有一個，為連“1”游程；

(6)長度為k的游程數(shù)目占游程總數(shù)的1/2k，而且在長度為k的游程中[1≤k≤(n－2)]，連“1”的游程和連“0”的游程各占一半。

5)移位相加特性一個m序列Ai與其經(jīng)任意次遲延移位產(chǎn)生的另一不同序列Aj模2相加，得到的仍是Ai的某次遲延移位序列Ak，即(10.3-4)

3.m序列的相關(guān)特性

m序列的自相關(guān)函數(shù)為(10.3-5)自相關(guān)系數(shù)為(10.3-6)式(10.3-6)中，m為該序列的周期；A為該序列與其j次移位序列一個周期中對應(yīng)元素相同的數(shù)目；D為該序列與其j次移位序列一個周期中對應(yīng)元素不同的數(shù)目。自相關(guān)系數(shù)如圖10-18所示，可以看出，m序列的自相關(guān)系數(shù)是偶函數(shù)，且也是周期為m的周期函數(shù)，具有尖銳的二值特性。圖10-18m序列的歸一化自相關(guān)系數(shù)兩個序列的互相關(guān)函數(shù)是度量兩個不同序列相似性的函數(shù)。兩個周期等于m的序列A和B之間的互相關(guān)函數(shù)為(10.3-7)互相關(guān)系數(shù)為(10.3-8)研究得知，兩個周期長度相等但由不同本原多項式產(chǎn)生的m序列，其互相關(guān)函數(shù)(或互相關(guān)系數(shù))與自相關(guān)函數(shù)相比，沒有尖銳的二值特性，是多值的，并且數(shù)值比較小。例如，周期長度m=31的兩個m序列的互相關(guān)函數(shù)曲線如圖10-19所示。圖10-19周期長度m=31的兩個m序列的互相關(guān)函數(shù)曲線

4.m序列的功率譜根據(jù)隨機信號理論，隨機信號的自相關(guān)函數(shù)和功率譜之間具有傅里葉變換對關(guān)系，即(10.3-9)由于m序列的自相關(guān)函數(shù)是周期性的，則對應(yīng)的頻譜是離散的。自相關(guān)函數(shù)的波形是三角波，對應(yīng)的離散譜的包絡(luò)為Sa2(x)。設(shè)m序列的一個碼片時間間隔為Tc，則可得m序列的功率譜Pm(ω)為(10.3-10)圖10-20給出了m序列的功率譜圖形。圖10-20m序列的功率譜10.4.1數(shù)字復接原理數(shù)字復接實質(zhì)上是對數(shù)字信號的時分多路復用。數(shù)字復接系統(tǒng)組成原理如圖10-13所示。數(shù)字復接設(shè)備由數(shù)字復接器和數(shù)字分接器組成。數(shù)字復接器將若干個低等級的支路信號按時分復用的方式合并為一個高等級的合路信號。數(shù)字分接器將一個高等級的合路信號分解為原來的低等級支路信號。在數(shù)字復接中，如果復接器輸入端的各支路信號與本機定時信號是同步的，則稱為同步復接器；如果不是同步的，則稱為異步復接器。如果輸入各支路數(shù)字信號與本機定時信號標稱速率相同，但實際上有一個很小的容差，這種復接器稱為準同步復接器。10.4數(shù)字復接技術(shù)圖10-21數(shù)字復接系統(tǒng)組成原理在數(shù)字復接器中，碼速調(diào)整單元就是完成對輸入各支路信號的速率和相位進行必要的調(diào)整，形成與本機定時信號完全同步的數(shù)字信號，使輸入到復接單元的各支路信號是同步的。定時單元受內(nèi)部時鐘或外部時鐘控制，產(chǎn)生復接需要的各種定時控制信號。調(diào)整單元及復接單元受定時單元控制。在分接器中，合路數(shù)字信號和相應(yīng)的時鐘同時送給分接器。分接器的定時單元受合路時鐘控制，因此它的工作節(jié)拍與復接器定時單元同步。同步單元從合路信號中提出幀同步信號，用它再去控制分接器定時單元。恢復單元把分解出的數(shù)字信號恢復出來。10.4.2正碼速調(diào)整復接器根據(jù)ITU-T有關(guān)幀結(jié)構(gòu)的建議，復接幀結(jié)構(gòu)分為兩大類：同步復接幀結(jié)構(gòu)和異步復接幀結(jié)構(gòu)。我國采用正碼速調(diào)整的異步復接幀結(jié)構(gòu)。下面以二次群復接為例，分析其工作原理。根據(jù)ITU-TG.742建議，二次群由4個一次群合成，一次群碼率為2.048Mb/s，二次群碼率為8.448Mb/s。二次群每一幀共有848個比特，分成四組，每組212比特，稱為子幀，子幀碼率為2.112Mb/s。也就是說，通過正碼速調(diào)整，使輸入碼率為2.048Mb/s的一次群碼率調(diào)整為2.112Mb/s。然后將四個支路合并為二次群，碼率為8.448Mb/s。采用正碼速調(diào)整的二次群復接子幀結(jié)構(gòu)如圖10-14所示。圖10-22二次群復接子幀結(jié)構(gòu)由子幀結(jié)構(gòu)可以看出，一個子幀有212個比特，分為四組，每組53個比特。第一組中的前3個比特Fi1、Fi2、Fi3用于幀同步和管理控制，然后是50比特信息。第二、三、四組中的第一個比特Ci1、Ci2、Ci3為碼速調(diào)整標志比特。第四組的第2比特(本子幀第161比特)Vi為碼速調(diào)整插入比特，其作用是調(diào)整基群碼速，使其瞬時碼率保持一致并和復接器主時鐘相適應(yīng)。具體調(diào)整方法是：在第一組結(jié)束時刻進行是否需要調(diào)整的判決，若需要進行調(diào)整，則在Vi位置插入調(diào)整比特；若不需要調(diào)整，則Vi位置傳輸信息比特。為了區(qū)分Vi位置是插入調(diào)整比特還是傳輸信息比特，用碼速調(diào)整標志比特Ci1、Ci2、Ci3來標志。若Vi位置插入調(diào)整比特，則在Ci1、Ci2、Ci3位置插入3個“1”；若Vi位置傳輸信息比特，則在Ci1、Ci2、Ci3位置插入3個“0”。在復接器中，四個支路都要經(jīng)過這樣的調(diào)整，使每個支路的碼率都調(diào)整為2.112Mb/s，然后按比特復接的方法復接為二次群，碼率為8.448Mb/s。在分接器中，除了需要對各支路信號分路外，還要根據(jù)Ci1、Ci2、Ci3的狀態(tài)將插入的調(diào)整比特扣除。若Ci1、Ci2、Ci3為“111”，則Vi位置插入的是調(diào)整比特，需要扣除；若Ci1、Ci2、Ci3為“000”，則Vi位置是傳輸信息比特，不需要扣除。采用3位碼“111”和“000”來表示兩種狀態(tài)，具有一位糾錯能力，從而提高了對Vi性質(zhì)識別的可靠性。二次群復接幀結(jié)構(gòu)有以下主要參數(shù)。

1.支路子幀插入比特數(shù)ms

我們知道，二次群輸入四路基群碼率為2.048Mb/s，經(jīng)碼速調(diào)整后支路碼率達到2.112b/s。因此，需要插入64kb/s才能達到標稱支路碼率。支路子幀長為212比特，傳輸一幀所需時間為212/211200(s)，則在212個比特內(nèi)應(yīng)插入的比特數(shù)為

由子幀結(jié)構(gòu)可知，212比特中有3比特用于幀同步和管理控制，3比特用于碼速調(diào)整控制標志。而真正用于碼速調(diào)整的只有第161比特碼速調(diào)整插入比特。由此可見，碼速調(diào)整插入比特只有一部分時間傳輸插入比特，還有一部分時間需要傳輸支路信息。(10.4-1)

2.幀頻Fs

幀頻是指每秒傳輸?shù)膸瑪?shù)。二次群標稱碼率為8.448Mb/s,幀長為848比特，則有3.幀周期Ts幀周期為幀頻的倒數(shù)，即(10.3-2)(10.3-3)

4.標稱插入速率fs

標稱插入速率也稱為碼速調(diào)整頻率，它是指支路每秒插入的調(diào)整比特數(shù)。調(diào)整后的支路碼率為2.112Mb/s，其中包括輸入基群碼率2.048Mb/s以及復接支路中每秒所傳輸?shù)拈_銷比特和調(diào)整比特。由子幀結(jié)構(gòu)可知，每支路每幀有6比特開銷，因此每支路每秒插入的開銷比特數(shù)為6Fs。所以標稱插入速率為

fs=支路標稱碼率-標稱基群碼率-6×幀頻

=2112-2048-6×9.962=4.228kb/s(10.3-4)5.碼速調(diào)整率S

碼速調(diào)整率為標稱插入速率與幀頻的比值，即其物理意義為:42.4%的幀有插入調(diào)整比特，即第161比特為插入碼速調(diào)整比特；57.6%的幀沒有插入調(diào)整比特，即第161比特為支路信息比特。(10.3-5)10.5.1SDH的特點同步數(shù)字系列(SynchronousdigitalHierarchy-SDH)的構(gòu)想起始于20世紀80年代中期，由同步光纖網(wǎng)(SynchronousOpticalNetwork-SONET，亦稱同步光網(wǎng)路)演變而成。它不僅適用于光纖傳輸，亦適用于微波及衛(wèi)星等其他傳輸手段，并且使原有人工配線的數(shù)字交叉連接(DXC)手段可有效地按動態(tài)需求方式改變傳輸網(wǎng)拓撲,充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的靈活性與安全性，而且在網(wǎng)路管理功能方面大大增強。因此，SDH將成為B-SDN的重要支撐，形成一種較為理想的新一代傳送網(wǎng)(TransportNetwork)體制。10.5SDH復用原理SDH由一些基本網(wǎng)路單元(例如復接／去復接器，線路系統(tǒng)及數(shù)字交叉連接設(shè)備等)組成，在光纖、微波、衛(wèi)星等多種介質(zhì)上進行同步信息傳輸、復接／去復接和交叉連接，因而具有一系列優(yōu)越性。

(1)使北美、日本、歐洲三個地區(qū)性PDH數(shù)字傳輸系列在STM-1等級上獲得了統(tǒng)一，真正實現(xiàn)了數(shù)字傳輸體制方面的全球統(tǒng)一標準。

(2)其復接結(jié)構(gòu)使不同等級的凈負荷碼流在幀結(jié)構(gòu)上有規(guī)則排列，并與網(wǎng)路同步，從而可簡單地借助軟件控制即能實施由高速信號中一次分支／插入低速支路信號，避免了對全部高速信號進行逐級分解復接的作法，省卻了全套背對背復接設(shè)備，這不僅簡化了上、下業(yè)務(wù)作業(yè)，而且也使DXC的實施大大簡化與動態(tài)化。(3)幀結(jié)構(gòu)中的維護管理比特大約占5％，大大增強了網(wǎng)絡(luò)維護管理能力，可實現(xiàn)故障檢測、區(qū)段定位、業(yè)務(wù)中性能監(jiān)測和性能管理，如單端維護等多種功能，有利于B-ISDN綜合業(yè)務(wù)高質(zhì)量、自動化運行。

(4)由于將標準接口綜合進各種不同網(wǎng)路單元，減少了將傳輸和復接分開的必要性，從而簡化了硬件構(gòu)成，同時此接口亦成開放型結(jié)構(gòu)，從而在通路上可實現(xiàn)橫向兼容，使不同廠家產(chǎn)品在此通路上可互通，節(jié)約相互轉(zhuǎn)換等成本及性能損失。(5)SDH信號結(jié)構(gòu)中采用字節(jié)復接等設(shè)計已考慮了網(wǎng)絡(luò)傳輸交換的一體化，從而在電信網(wǎng)的各個部分(長途、市話和用戶網(wǎng))中均能提供簡單、經(jīng)濟、靈活的信號互連和管理，使得傳統(tǒng)電信網(wǎng)各部分的差別漸趨消失，彼此直接互連變得十分簡單、有效。(6)網(wǎng)路結(jié)構(gòu)上SDH不僅與現(xiàn)有PDH網(wǎng)能完全兼容，同時還能以“容器”為單位靈活組合，可容納各種新業(yè)務(wù)信號。例如局域網(wǎng)中的光纖分布式數(shù)據(jù)接口(FDDI)信號，市域網(wǎng)中的分布排隊雙總線(DQDB)信號及寬帶ISDN中的異步轉(zhuǎn)移模式(ATM)信元等等，因此就現(xiàn)有及未來的兼容性而言均相當滿意。綜上所述，SDH采用同步復用、標準光接口和強大的網(wǎng)絡(luò)管理能力等特點，在20世紀90年代中后期得到了廣泛應(yīng)用，將逐步取代PDH設(shè)備。10.5.2STM-N幀結(jié)構(gòu)

SDH是一整套可進行同步數(shù)字傳輸、復用和交叉連接的標準化數(shù)字信號的結(jié)構(gòu)等級。SDH傳送網(wǎng)所傳輸?shù)男盘栍刹煌燃壍耐絺魉湍K(STM-N)信號所組成，N為正整數(shù)。ITU-T目前已規(guī)定的SDH同步傳輸模塊以STM-1為基礎(chǔ)，接口速率為155.520Mb/s。更高的速率以整數(shù)倍增加，為155.52×NMb/s，它的分級階數(shù)為STM-N，是將N個STM-1同步復用而成。表10-2給出了ITU-T建議G.707所規(guī)范的SDH接口速率標準。為了便于比較，同時也給出了美國國家標準所規(guī)定的SONET接口速率標準。

根據(jù)G.707的定義，在SDH體系中，同步傳送模塊是用來支持復用段層連接的一種信息結(jié)構(gòu)，它由信息凈(負)荷區(qū)和段開銷區(qū)一起形成一種重復周期為125μs的塊狀幀結(jié)構(gòu)。這些信息安排得適于在選定的媒質(zhì)上，以某一與網(wǎng)絡(luò)相同步的速率進行傳輸。G.707規(guī)定的STM-N幀結(jié)構(gòu)如圖10-15所示。ITU-T已定義的N為1,4,16和64。即有STM-1、STM-4、STM-16和STM-64四個復用等級。為了簡單起見，我們只討論STM-1的幀結(jié)構(gòu)，如圖10-16所示。由圖10-23和圖10-24可以看出，STM-N幀結(jié)構(gòu)由再生段開銷(RSOH)、管理單元指針(AUPTR)、復用段開銷(MSOH)和信息凈荷(Payload)幾部分組成。每一幀都是9行270×N列，每列寬度為一個字節(jié)(8比特)。信息的發(fā)送是先從左到右，再從上到下。每字節(jié)內(nèi)的權(quán)值最高位在最左邊，稱比特1，它總是第一個發(fā)送。圖10–23STM-N幀結(jié)構(gòu)圖10-24STM-1幀結(jié)構(gòu)

在STM-1中，放凈荷的區(qū)域叫做虛容器VC-4，它是一種塊狀信息結(jié)構(gòu)，重復周期為125μs。VC-4在SDH設(shè)備中是常用的信息處理模塊。從網(wǎng)絡(luò)功能來看，它用來支持SDH的通路層連接。類似于STM-N模塊，包括VC-4在內(nèi)的所有VC-n均由它自身的凈荷及通路開銷(POH)組成。10.5.3SDH復用原理