《現(xiàn)代通信原理與技術(shù)》課件第10章

第10-章復(fù)用和數(shù)字復(fù)接技術(shù)10.1頻分復(fù)用(FDM)10.2時(shí)分復(fù)用(TDM)10.3碼分復(fù)用(CDM)10.4數(shù)字復(fù)接技術(shù)10.5SDH復(fù)用原理思考題

10.1頻分復(fù)用(FDM)

10.1.1頻分復(fù)用原理所謂頻分復(fù)用(Frequency-divisionMultiplexing-FDM),是指按照頻率的不同來(lái)復(fù)用多路信號(hào)的方法。在頻分復(fù)用中,信道的帶寬被分成若干個(gè)相互不重疊的頻段,每路信號(hào)占用其中一個(gè)頻段,因而在接收端可以采用適當(dāng)?shù)膸V波器將多路信號(hào)分開(kāi),從而恢復(fù)出所需要的信號(hào)。

頻分復(fù)用系統(tǒng)組成原理圖如圖10-1所示。圖中,各路基帶信號(hào)首先通過(guò)低通濾波器(LPF)限制基帶信號(hào)的帶寬,避免它們的頻譜出現(xiàn)相互混疊。然后,各路信號(hào)分別對(duì)各自的載波進(jìn)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(hào),解調(diào)后恢復(fù)出基帶信號(hào)。圖10-1頻分復(fù)用系統(tǒng)組成原理圖

頻分復(fù)用是利用各路信號(hào)在頻率域不相互重疊來(lái)區(qū)分的。若相鄰信號(hào)之間產(chǎn)生相互干擾,將會(huì)使輸出信號(hào)產(chǎn)生失真。為了防止相鄰信號(hào)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(hào)頻譜之間留有一定的保護(hù)間隔。若基帶信號(hào)是模擬信號(hào),則調(diào)制方式可以是DSBSC、AM、SSB、VSB或FM等,其中SSB方式頻帶利用率最高。若基帶信號(hào)是數(shù)字信號(hào),則調(diào)制方式可以是ASK、FSK、PSK等各種數(shù)字調(diào)制。復(fù)用信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)示意圖如圖10-2所示。圖10-2復(fù)用信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)示意圖

10.1.2模擬電話多路復(fù)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(fù)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北美多路載波電話系統(tǒng)的典型組成

圖10-3(a)是其分層結(jié)構(gòu),由12路電話復(fù)用為一個(gè)基群(BasicGroup);5個(gè)基群復(fù)用為一個(gè)超群(SuperGroup),共60路電話;由10-個(gè)超群復(fù)用為一個(gè)主群(MasterGroup),共600路電話。如果需要傳輸更多路電話,可以將多個(gè)主群進(jìn)行復(fù)用,組成超主群。每路電話信號(hào)的頻帶限制在300~3400Hz,為了在各路已調(diào)信號(hào)間留有保護(hù)間隔,每路電話信號(hào)取4000Hz作為標(biāo)準(zhǔn)帶寬。

一個(gè)基群(BasicGroup)由12路電話復(fù)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。或采用單邊帶上邊帶調(diào)制(USB),頻帶范圍為148~196kHz。

一個(gè)基本超群(BasicSupergroup)由5個(gè)基群復(fù)用組成,共60路電話,其頻譜配置如圖10-3(d)所示。5個(gè)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(gè)基本主群(BasicMastergroup)由10個(gè)超群復(fù)用組成,共600路電話。主群頻率配置方式共有兩種標(biāo)準(zhǔn):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(gè)聲道信號(hào)之差(L-R)與左右兩個(gè)聲道信號(hào)之和(L+R)實(shí)行頻分復(fù)用。立體聲廣播信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)如圖10-5所示。圖中,0~15kHz用于傳送(L+R)信號(hào),23~53kHz用于傳送(L-R)信號(hào),59~75kHz用做輔助通道。在19kHz處發(fā)送一個(gè)單頻信號(hào),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(hào)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

10.2時(shí)分復(fù)用(TDM)

10.2.1時(shí)分復(fù)用原理

時(shí)分復(fù)用(Time-DivisionMultiplexing,TDM)是利用各信號(hào)的抽樣值在時(shí)間上不相互重疊來(lái)達(dá)到在同一信道中傳輸多路信號(hào)的一種方法。在FDM系統(tǒng)中,各信號(hào)在頻域上是分開(kāi)的,而在時(shí)域上是混疊在一起的;在TDM系統(tǒng)中,各信號(hào)在時(shí)域上是分開(kāi)的,而在頻域上是混疊在一起的。

圖10-7給出了兩個(gè)基帶信號(hào)進(jìn)行時(shí)分復(fù)用的原理圖。圖中,對(duì)m1(t)和m2(t)按相同的時(shí)間周期進(jìn)行采樣,只要采樣脈沖寬度足夠窄,在兩個(gè)采樣值之間就會(huì)留有一定的時(shí)間空隙。如果另外一路信號(hào)的采樣時(shí)刻在時(shí)間空隙,則兩路信號(hào)的采樣值在時(shí)間上將不發(fā)生重疊。在接收端只要在時(shí)間上與發(fā)送端同步,則兩個(gè)信號(hào)就能分別正確恢復(fù)。上述概念也可以推廣到n個(gè)信號(hào)進(jìn)行時(shí)分復(fù)用。圖10-7兩個(gè)基帶信號(hào)時(shí)分復(fù)用原理

圖10-8給出了一個(gè)具有三個(gè)模擬信源的時(shí)分復(fù)用PCM系統(tǒng)原理圖。首先,抽樣電子開(kāi)關(guān)以適當(dāng)?shù)乃俾式惶鎸?duì)輸入的三路基帶信號(hào)分別進(jìn)行自然抽樣,得到TDMPAM波形。TDMPAM脈沖波形寬度為

式中,Ts為每路信號(hào)的抽樣時(shí)間間隔,滿足奈奎斯特間隔。然后對(duì)PAM波形進(jìn)行編碼,得到TDMPCM信號(hào)。TDMPCM信號(hào)脈沖寬度為

式中,n為PCM中編碼位數(shù)。圖10-8三路模擬信號(hào)的TDMPCM系統(tǒng)原理圖

與FDM方式相比,TDM方式主要有以下兩個(gè)突出優(yōu)點(diǎn):

(1)多路信號(hào)的復(fù)接和分路都是采用數(shù)字處理方式實(shí)現(xiàn)的,通用性和一致性好,比FDM的模擬濾波器分路簡(jiǎn)單、可靠。

(2)信道的非線性會(huì)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(duì)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(guó)際上推薦的PCM基群有兩種標(biāo)準(zhǔn),即PCM30/32路(A律壓擴(kuò)特性)制式和PCM24路(μ律壓擴(kuò)特性)制式。并規(guī)定,國(guó)際通信時(shí),以A律壓擴(kuò)特性為標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)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(lái)傳輸用戶話語(yǔ),2路用做勤務(wù)。每路話音信號(hào)抽樣速率fs=8000Hz,故對(duì)應(yīng)的每幀時(shí)間間隔為125μs。一幀共有32個(gè)時(shí)間間隔,稱為時(shí)隙。各個(gè)時(shí)隙從0到31順序編號(hào),分別記作TS0,TS1,TS2,…,TS31。其中,TS1至TS15和TS17至TS31這30個(gè)路時(shí)隙用來(lái)傳送30路電話信號(hào)的8位編碼碼組,TS0分配給幀同步,TS16專(zhuān)用于傳送話路信令。每個(gè)路時(shí)隙包含8位碼,一幀共包含256個(gè)比特。圖10-9PCM30/32路制式基群幀結(jié)構(gòu)

信息傳輸速率為

每比特時(shí)間寬度為

每路時(shí)隙時(shí)間寬度為

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(hào)抽樣速率fs=8000Hz,每幀時(shí)間間隔為125μs。一幀共有24個(gè)時(shí)隙。各個(gè)時(shí)隙從0到23順序編號(hào),分別記作TS0,TS1,TS2,…,TS23,這24個(gè)路時(shí)隙用來(lái)傳送24路電話信號(hào)的8位編碼碼組。為了提供幀同步,在TS23路時(shí)隙后插入1比特幀同步位(第193比特)。這樣,每幀時(shí)間間隔125μs,共包含193個(gè)比特。圖10-10-PCM24路制式基群幀結(jié)構(gòu)

信息傳輸速率為

每比特時(shí)間寬度為

每路時(shí)隙時(shí)間寬度為

10.2.3PCM高次群

北美采用的數(shù)字TDM的一種等級(jí)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DS0。由24路PCM數(shù)字話復(fù)接為一個(gè)基群(或稱一次群),表示為DS1,一次群包括24路用戶數(shù)字話,傳輸速率為1.544Mb/s。由4個(gè)一次群復(fù)接為一個(gè)二次群,表示為DS2,二次群包括96路用戶數(shù)字話,傳輸速率為6.312Mb/s。由7個(gè)二次群復(fù)接為一個(gè)三次群,表示為DS3,三次群包括672路用戶數(shù)字話,傳輸速率為44.736Mb/s。由6個(gè)三次群復(fù)接為一個(gè)四次群,表示為DS4,四次群包括4032路用戶數(shù)字話,傳輸速率為274.176Mb/s。由2個(gè)四次群復(fù)接為一個(gè)五次群,表示為DS5,五次群包括8064路用戶數(shù)字話,傳輸速率為560.160Mb/s。圖10-11北美采用的數(shù)字TDM等級(jí)結(jié)構(gòu)

表10-1給出了北美數(shù)字TDM標(biāo)準(zhǔn)一覽表,表中包括傳輸速率、話路數(shù)和采用的傳輸媒質(zhì)。

ITUT(CCITT)建議的數(shù)字TDM等級(jí)結(jié)構(gòu)如圖10-12所示,它是我國(guó)和歐洲大部分國(guó)家所采用的標(biāo)準(zhǔn)。圖10-12ITUT建議的數(shù)字TDM等級(jí)結(jié)構(gòu)

10.3碼分復(fù)用(CDM)

10.3碼分復(fù)用(CDM)碼分復(fù)用(CodeDivisionMultiplexing,CDM)是靠不同的編碼來(lái)復(fù)用多路信號(hào)的一種復(fù)用方式。在碼分復(fù)用中,各路信號(hào)可在同一時(shí)間使用同樣的頻帶進(jìn)行通信。為了保證在信道中所傳輸?shù)母髀沸盘?hào)互不干擾,要求代表各路信號(hào)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(fù)各路信號(hào)。

在碼分復(fù)用系統(tǒng)中,各路信號(hào)對(duì)相互正交的碼組進(jìn)行擴(kuò)頻,合成的多路信號(hào)經(jīng)信道傳輸后,在接收端可以采用計(jì)算相關(guān)系數(shù)的方法將各路信號(hào)分開(kāi)。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(hào),c1(t)、c2(t)、c3(t)和c4(t)是4組正交的碼組。

設(shè)c1、c2、c3和c44組正交碼分別為:圖10-13碼分復(fù)用系統(tǒng)組成原理圖

四路信號(hào)碼分復(fù)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(fù)用發(fā)送端波形圖圖10-15四路碼分復(fù)用接收端波形圖

10.3.2m序列

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

(1)統(tǒng)計(jì)特性具有良好的偽隨機(jī)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(shí),可以容納更多的用戶。

(4)易于實(shí)現(xiàn),設(shè)備較簡(jiǎn)單,成本較低。

目前,絕大多數(shù)偽隨機(jī)序列都是用移位寄存器加反饋來(lái)產(chǎn)生,這種結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單,易于實(shí)現(xiàn)并能較容易地產(chǎn)生周期極長(zhǎng)的序列。用移位寄存器產(chǎn)生偽隨機(jī)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(yùn)算符號(hào)⊕是模2加運(yùn)算,ci=1表示此線接通;ci=0表示此線斷開(kāi)。采用線性反饋移存器產(chǎn)生的偽隨機(jī)序列有最大長(zhǎng)度序列和非最大長(zhǎng)度序列兩類(lèi)。一個(gè)n級(jí)線性反饋移存器產(chǎn)生最大長(zhǎng)度序列的長(zhǎng)度為2n-1,即序列周期為2n-1的移位寄存器序列是最大長(zhǎng)度序列,否則就是非最大長(zhǎng)度序列。m序列是最大長(zhǎng)度線性移位寄存器序列。圖10-16n級(jí)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(jí)線性反饋移位寄存器,可寫(xiě)出其特征次多項(xiàng)式f(x):

它是一個(gè)n次多項(xiàng)式,若該n次多項(xiàng)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(xiàng)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(xiàng)式。

一個(gè)n級(jí)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(xiàng)式f(x)為n次本原多項(xiàng)式。最長(zhǎng)周期m=2n-1,周期長(zhǎng)度與初始狀態(tài)無(wú)關(guān),但初始狀態(tài)不能為全“0”狀態(tài)。

例如,對(duì)于n=4級(jí)線性反饋移存器,可以產(chǎn)生周期m=24-1=15的m序列,對(duì)多項(xiàng)式x15+1進(jìn)行因式分解

都是本原多項(xiàng)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(lái)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(duì)應(yīng)一個(gè)m序列,第一列對(duì)應(yīng)的m序列為

用碼多項(xiàng)式形式表示為圖10-17周期m=15的m序列產(chǎn)生器

為了使m序列產(chǎn)生器的結(jié)構(gòu)盡可能簡(jiǎn)單,通常使用項(xiàng)數(shù)最少的那些本原多項(xiàng)式,表10-2給出了m序列的常用本原多項(xiàng)式。

5)移位相加特性

一個(gè)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

例如,在圖10-17中,Ai=(111101011001000),Aj=(000111101011001),則

Ai⊕Aj=(111101011001000)⊕(000111101011001)=(111010110010001)=AkAk等于與Ai向左循環(huán)移位1次的結(jié)果。

3.m序列的相關(guān)特性

m序列的自相關(guān)函數(shù)為

自相關(guān)系數(shù)為

式(10.36)中,m為該序列的周期;A為該序列與其j次移位序列一個(gè)周期中對(duì)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(gè)周期中對(duì)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(gè)序列的互相關(guān)函數(shù)是度量?jī)蓚€(gè)不同序列相似性的函數(shù)。兩個(gè)周期等于m的序列A和B之間的互相關(guān)函數(shù)為

互相關(guān)系數(shù)為．

研究得知,兩個(gè)周期長(zhǎng)度相等但由不同本原多項(xiàng)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(méi)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(zhǎng)度m=31的兩個(gè)m序列的互相關(guān)函數(shù)曲線如圖10-19所示。圖中虛線是自相關(guān)函數(shù),其最大值為31,最小值為-1;實(shí)線是互相關(guān)函數(shù),取值有正、有負(fù),最大值的絕對(duì)值為9。作為地址碼和擴(kuò)頻碼,希望互相關(guān)函數(shù)越小越好,理想情況為0。這樣有利于區(qū)分不同的用戶,提高系統(tǒng)的抗干擾能力。圖10-19周期長(zhǎng)度m=31的兩個(gè)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(jī)信號(hào)理論,隨機(jī)信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)和功率譜之間具有傅里葉變換對(duì)關(guān)系,即

由于m序列的自相關(guān)函數(shù)是周期性的,則對(duì)應(yīng)的頻譜是離散的。自相關(guān)函數(shù)的波形是三角波,對(duì)應(yīng)的離散譜的包絡(luò)為Sa2(x)。設(shè)m序列的一個(gè)碼片時(shí)間間隔為T(mén)c,則可得m序列的功率譜Pm(ω)為

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數(shù)字復(fù)接技術(shù)

10.4.1數(shù)字復(fù)接原理數(shù)字復(fù)接實(shí)質(zhì)上是對(duì)數(shù)字信號(hào)的時(shí)分多路復(fù)用。數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)組成原理如圖10-21所示。數(shù)字復(fù)接設(shè)備由數(shù)字復(fù)接器和數(shù)字分接器組成。數(shù)字復(fù)接器將若干個(gè)低等級(jí)的支路信號(hào)按時(shí)分復(fù)用的方式合并為一個(gè)高等級(jí)的合路信號(hào)。數(shù)字分接器將一個(gè)高等級(jí)的合路信號(hào)分解為原來(lái)的低等級(jí)支路信號(hào)。圖10-21數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)組成原理

在數(shù)字復(fù)接中,如果復(fù)接器輸入端的各支路信號(hào)與本機(jī)定時(shí)信號(hào)是同步的,則稱為同步復(fù)接器;如果不是同步的,則稱為異步復(fù)接器。如果輸入各支路數(shù)字信號(hào)與本機(jī)定時(shí)信號(hào)標(biāo)稱速率相同,但實(shí)際上有一個(gè)很小的容差,這種復(fù)接器稱為準(zhǔn)同步復(fù)接器

10.4.2正碼速調(diào)整復(fù)接器

根據(jù)ITU－T有關(guān)幀結(jié)構(gòu)的建議,復(fù)接幀結(jié)構(gòu)分為兩大類(lèi):同步復(fù)接幀結(jié)構(gòu)和異步復(fù)接幀結(jié)構(gòu)。我國(guó)采用正碼速調(diào)整的異步復(fù)接幀結(jié)構(gòu)。

下面以二次群復(fù)接為例,分析其工作原理。根據(jù)ITUTG.742建議,二次群由4個(gè)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(gè)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(shuō),通過(guò)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(gè)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(fù)接子幀結(jié)構(gòu)如圖10-22所示。圖10-22二次群復(fù)接子幀結(jié)構(gòu)

二次群復(fù)接幀結(jié)構(gòu)有以下主要參數(shù)。

1.支路子幀插入比特?cái)?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(dá)到2.112Mb/s。因此,需要插入64kb/s才能達(dá)到標(biāo)稱支路碼率。支路子幀長(zhǎng)為212比特,傳輸一幀所需時(shí)間為212/2112000(s),則在212個(gè)比特內(nèi)應(yīng)插入的比特?cái)?shù)為

2.幀頻Fs

幀頻是指每秒傳輸?shù)膸瑪?shù)。二次群標(biāo)稱碼率為8.448Mb/s,幀長(zhǎng)為848比特,則有

3.幀周期Ts

幀周期為幀頻的倒數(shù),即

4.標(biāo)稱插入速率fs

標(biāo)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?cái)?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(fù)接支路中每秒所傳輸?shù)拈_(kāi)銷(xiāo)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(kāi)銷(xiāo),因此每支路每秒插入的開(kāi)銷(xiāo)比特?cái)?shù)為6Fs。所以標(biāo)稱插入速率為

5.碼速調(diào)整率S

碼速調(diào)整率為標(biāo)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(méi)有插入調(diào)整比特,即第161比特為支路信息比特。

10.5SDH復(fù)用原理

10.5.1SDH的特點(diǎn)期同步數(shù)字系列的構(gòu)想起始于20世紀(jì)80年代中,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(dòng)態(tài)需求方式改變傳輸網(wǎng)拓?fù)?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(qiáng)。因此,SDH將成為BISDN的重要支撐,形成一種較為理想的新一代傳送網(wǎng)(TransportNetwork)體制。

SDH由一些基本網(wǎng)路單元(例如復(fù)接/去復(fù)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(jìn)行同步信息傳輸、復(fù)接/去復(fù)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(gè)地區(qū)性PDH數(shù)字傳輸系列在STM－1等級(jí)上獲得了統(tǒng)一,真正實(shí)現(xiàn)了數(shù)字傳輸體制方面的全球統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

(2)其復(fù)接結(jié)構(gòu)使不同等級(jí)的凈負(fù)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(jiǎn)單地借助軟件控制即能實(shí)施由高速信號(hào)中一次分支/插入低速支路信號(hào),避免了對(duì)全部高速信號(hào)進(jìn)行逐級(jí)分解復(fù)接的作法,省卻了全套背對(duì)背復(fù)接設(shè)備,這不僅簡(jiǎn)化了上、下業(yè)務(wù)作業(yè),而且也使DXC的實(shí)施大大簡(jiǎn)化與動(dòng)態(tài)化。

(3)幀結(jié)構(gòu)中的維護(hù)管理比特大約占5%,大大增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)維護(hù)管理能力,可實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)、區(qū)段定位、業(yè)務(wù)中性能監(jiān)測(cè)和性能管理,如單端維護(hù)等多種功能,有利于BISDN綜合業(yè)務(wù)高質(zhì)量、自動(dòng)化運(yùn)行。

(4)由于將標(biāo)準(zhǔn)接口綜合進(jìn)各種不同網(wǎng)路單元,減少了將傳輸和復(fù)接分開(kāi)的必要性,從而簡(jiǎn)化了硬件構(gòu)成,同時(shí)此接口亦成開(kāi)放型結(jié)構(gòu),從而在通路上可實(shí)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(hào)結(jié)構(gòu)中采用字節(jié)復(fù)接等設(shè)計(jì)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(gè)部分(長(zhǎng)途、市話和用戶網(wǎng))中均能提供簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、靈活的信號(hào)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(jiǎn)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(shí)還能以“容器”為單位靈活組合,可容納各種新業(yè)務(wù)信號(hào)。例如局域網(wǎng)中的光纖分布式數(shù)據(jù)接口(FDDI)信號(hào),市域網(wǎng)中的分布排隊(duì)雙總線(DQDB)信號(hào)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(lái)的兼容性而言均相當(dāng)滿意。

10.5.2STMN幀結(jié)構(gòu)

SDH是一整套可進(jìn)行同步數(shù)字傳輸、復(fù)用和交叉連接的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字信號(hào)的結(jié)構(gòu)等級(jí)。SDH傳送網(wǎng)所傳輸?shù)男盘?hào)由不同等級(jí)的同步傳送模塊(STMN)信號(hào)所組成,N為正整數(shù)。ITUT目前已規(guī)定的SDH同步傳輸模塊以STM1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(jí)階數(shù)為STMN,是將N個(gè)STM1同步復(fù)用而成。表10-3給出了ITUT建議G.707所規(guī)范的SDH接口速率標(biāo)準(zhǔn)。為了便于比較,同時(shí)也給出了美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的SONET接口速率標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)G.707的定義,在SDH體系中,同步傳送模塊是用來(lái)支持復(fù)用段層連接的一種信息結(jié)構(gòu),它由信息凈(負(fù))荷區(qū)和段開(kāi)銷(xiāo)區(qū)一起形成一種重復(fù)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(jìn)行傳輸。G.707規(guī)定的STMN幀結(jié)構(gòu)如圖10-23所示。ITUT已定義的N為1,4,16和64,即有STM1、STM4、STM16和STM64四個(gè)復(fù)用等級(jí)。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn),我們只討論STM1的幀結(jié)構(gòu),如圖10-24所示。圖10-23STMN幀結(jié)構(gòu)圖10-24STM1幀結(jié)構(gòu)

由圖10-23和圖10-24可以看出,STMN幀結(jié)構(gòu)由再生段開(kāi)銷(xiāo)(RSOH)、管理單元指針(AUPTR)、復(fù)用段開(kāi)銷(xiāo)(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(gè)字節(jié)(8比特)。信息的發(fā)送是先從左到右,再?gòu)纳系较?。每字?jié)內(nèi)的權(quán)值最高位在最左邊,稱比特1,它總是第一個(gè)發(fā)送。

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(fù)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(lái)看,它用來(lái)支持SDH的通路層連接。類(lèi)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(kāi)銷(xiāo)(POH)組成。

10.5.3SDH復(fù)用原理

SDH復(fù)用的基本原則是將多個(gè)低等級(jí)信號(hào)適配進(jìn)高等級(jí)通道,并將1個(gè)或多個(gè)高等級(jí)通道層信號(hào)適配進(jìn)線路復(fù)用層。SDH是一種同步復(fù)用方式,它采用凈負(fù)荷指針技術(shù),指針指示凈負(fù)荷在STMN幀內(nèi)第一個(gè)字節(jié)的位置,因而凈負(fù)荷在STMN幀內(nèi)是浮動(dòng)的。對(duì)于凈負(fù)荷碼率變化不大的數(shù)據(jù),只需增加或減小指針值即可。這種方法結(jié)合了正碼速調(diào)整法和固定位置映射法的優(yōu)點(diǎn),付出的代價(jià)是需要對(duì)指針進(jìn)行處理。

SDH的復(fù)接結(jié)構(gòu)如圖10-25所示。在復(fù)用過(guò)程中所用的復(fù)用單元有:n階容器C－n、n階虛容器VC－n、n階支路單元TU－n和支路單元組TU－n、n階管理單元AU－n和管理單元組AUG－n,n數(shù)值的大小表明階位的高低。

首先,各種速率等級(jí)的數(shù)據(jù)流先進(jìn)入相應(yīng)的不同接口容器C－n。容器C－n是一種信息結(jié)構(gòu),主要完成適配功能,讓那些最常使用的準(zhǔn)同步數(shù)字體系信號(hào)能夠進(jìn)入有限數(shù)目的標(biāo)準(zhǔn)容器。它為對(duì)應(yīng)等級(jí)的虛容器VC－n形成相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)同步信息凈負(fù)荷。圖10-25SDH的復(fù)接結(jié)構(gòu)

由標(biāo)準(zhǔn)容器出來(lái)的數(shù)據(jù)流加上通道開(kāi)銷(xiāo)后就構(gòu)成了所謂的虛容器VC－n,這是SDH中最重要的一種信息結(jié)構(gòu),主要支持通道層連接。通道層又有低階通道和高階通道之分,高階通道由低階通道復(fù)用而成或直接由VC－4(VC－3)形成。VC的包封速率是與網(wǎng)絡(luò)同步的,因而不同VC的包封是互相同步的,而包封內(nèi)部卻允許裝載各種不同容量的準(zhǔn)同步支路信號(hào)。除了在VC的組合點(diǎn)和分解點(diǎn)外,VC在SDH網(wǎng)中傳輸時(shí)總是保持完整不變,因而可以作為一個(gè)獨(dú)立的實(shí)體在通道中任一點(diǎn)取出或插入,進(jìn)行同步復(fù)用和交叉連接處理,十分方便和靈活。由VC出來(lái)的數(shù)據(jù)流再按圖10-17規(guī)定路線進(jìn)入管理單元或支路單元。

AU是一種為高階通道層和復(fù)用段層提供適配功能的信息結(jié)構(gòu),它由高階VC和AUPTR組成。其中AUPTR用來(lái)指明高階VC(VC－3/4)的幀起點(diǎn)與復(fù)用段幀起點(diǎn)之間的時(shí)間差,但AUPTR