第 六 章 SDH 复用原理

1. 第六章 SDH复用原理

2. 6.1 SDH的产生和基本概念 1．PDH存在的主要问题 （1）两大体系，3种地区性标准，使国际间的互通存在困难。北美和日本采用以1.544Mbit/s为基群速率的PCM24路系列，但略有不同，中国采用以2.048Mbit/s为基群速率的PCM30/32路系列。如表6-1所示。 （2）无统一的光接口，无法实现横向兼容。 （3）准同步复用方式，上下电路不便。 （4）网络管理能力弱，建立集中式电信管理网困难。 （5）网络结构缺乏灵活性 （6）面向话音业务

3. 6.1 SDH的产生和基本概念 表6-1 准同步数字体系

4. 6.1 SDH的产生和基本概念 2．SDH的产生 1984年美国贝尔提出一种新的传输体制——光同步传送网（SYNTRAN）。 1985年ANSI通过此标准，形成了国家的正式标准，并更名为同步光网络（SONET）。 1986年这一体系成为美国数字体系的新标准。同时，引起了ITU-T的关注。 1988年ITU-T接受了SONET的概念，并进行了适当的修改，重新命名为同步数字体系（SDH），使之成为不仅适于光纤，也适于微波和卫星传输。表6-2是SONET和SDH的速率对照。

5. 6.1 SDH的产生和基本概念 表6-2 SDH和SONET网络节点接口的标准速率

6. 6.1 SDH的产生和基本概念 3．SDH的概念 所谓SDH是一套可进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的标准化数字信号的结构等级。 SDH网络则是由一些基本网络单元（NE）组成的，在传输媒质上（如光纤、微波等）进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的传送网络。 它的基本网元有终端复用器（TM）、分插复用器（ADM）、同步数字交叉连接设备（SDXC）和再生中继器（REG）等。

7. 6.2 SDH的速率与帧结构 1．SDH的速率 SDH采用一套标准化的信息结构等级，称为同步传送模块STM-N（N=1，4，16，64，…），相应各STM-N等级的速率为 STM-1 155.520Mbit/s STM-4 622.080Mbit/s STM-16 2 488.320Mbit/s STM-64 9 953.280Mbit/s

8. 6.2 SDH的速率与帧结构 2．SDH的帧结构 SDH帧结构是一种以字节为基本单元的矩形块状帧结构，其由9行和270×N 列字节组成，如图6-2所示。 帧周期为125s。帧结构中字节的传输是由左到右逐行进行。 对于STM-1而言，其信息结构为9行×270列的块状帧结构，传输速率：fb=9×270×8×8 000=155.520Mbit/s。 从结构组成来看，整个帧结构可分成3个区域，分别是段开销区域、信息净负荷区域和管理单元指针区域。

9. 6.2 SDH的速率与帧结构 图6-2 STM-N帧结构

10. 6.2 SDH的速率与帧结构 （1）段开销（SOH）区域 段开销是指SDH帧结构中为了保证信息净负荷正常、灵活、有效地传送所必须附加的字节，主要用于网络的OAM功能。 段开销分为再生段开销（RSOH）和复用段开销（MSOH）。 （2）信息净负荷（Payload）区域 信息净负荷区域主要用于存放各种业务信息比特，也存放了少量可用于通道性能监视、管理和控制的通道开销（POH）字节。 （3）管理单元指针区域 管理单元指针（AU-PTR）是一种指示符，其作用是用来指示净负荷区域内的信息首字节在STM-N帧内的准确位置，以便在接收端能正确分离净负荷。

11. 6.2 SDH的速率与帧结构 3．SDH的特点 （1）新型的复用映射方式：同步复用方式和灵活的映射结构。 （2）接口标准统一：全世界统一的NNI，体现了横向兼容性。 （3）网络管理能力强：帧结构中丰富的开销比特。 （4）组网与自愈能力强：采用先进的ADM、DXC等组网。 （5）兼容性好：具有完全的前向兼容性和后向兼容性。 （6）先进的指针调整技术：可实现准同步环境下的良好工作。 （7）独立的虚容器设计：具有很好的信息透明性。 （8）系列标准规范： 便于国内、国际互连互通。 注：SDH最为核心的三个特点是同步复用、强大的网络管理能力和统一的光接口及复用标准。

12. 6.2 SDH的速率与帧结构 4．SDH应用的若干问题 （1）频带利用率低：频带利用率不如传统的PDH系统高。 （2）抖动性能劣化：引入了指针调整技术，使抖动性能劣化。 （3）软件权限过大：给安全带来隐患。须进行强的安全管理。 （4）定时信息传送困难：分插、重选路由及指针调整所致。 （5）IP业务对SDH传送网结构的影响。

13. 6.3 映射原理与同步复用 同步复用和映射方法是SDH最有特色的内容之一。 它使数字复用由PDH僵硬的大量硬件配置转变为灵活的软件配置。 它可将PDH两大体系的绝大多数速率信号都复用进STM-N帧结构中。

14. 6.3.1 基本复用映射结构 1．SDH的通用复用映射结构 SDH的通用复用映射结构，如图6-3所示。将各种信号装入SDH帧结构净负荷区，需要经过映射、定位校准和复用3个步骤。 为适应新技术的发展，ITU-T2000年提出了新的复用映射结构增加了STM-256等级和级联的功能。 图6-3 SDH的通用复用映射结构

15. 6.3.1 基本复用映射结构 2．我国的SDH复用映射结构 我国采用的复用映射结构使得每种速率的信号只有惟一的复用路线到达STM-N ，接口种类由5种简化为3种，主要包括C-12，C-3和C-4三种进入方式。 图6-4我国的SDH复用映射结构

16. 6.3.1 基本复用映射结构 3．复用单元 （1）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，其基本功能是完成PDH信号与VC之间的适配（即码速调整）。 ITU-T规定了5种标准容器，C-11、C-12、C-2、C-3和C-4，每一种容器分别对应于一种标称的输入速率，即1.544 Mbit/s、2.048 Mbit/s、6.312 Mbit/s、34.368 Mbit/s和139.264 Mbit/s。可参见图6-3所示。 我国的SDH复用映射结构仅涉及C-12、C-3及C-4。

17. 6.3.1 基本复用映射结构 （2）虚容器（VC） 虚容器是用来支持SDH通道层连接的信息结构，由信息净负荷（容器的输出）和通道开销（POH）组成，即 VC−n=C−n+VC−n POH 除在PDH/SDH网络边界，VC在SDH网中传输时保持不变。  VC可分成低阶VC和高阶VC两类。 TU前的VC为低阶VC，有VC-11、VC-12、VC-2和VC-3（我国有VC-12和VC-3）； AU前的VC为高阶VC，有VC-4和VC-3（我国有VC-4）。  用于维护和管理这些VC的开销称为通道开销（POH）。 管理低阶VC的通道开销称为低阶通道开销（LPOH）。 管理高阶VC的通道开销称为高阶通道开销（HPOH）。

18. 6.3.1 基本复用映射结构 （3）支路单元（TU） 支路单元是一种提供低阶通道层和高阶通道层之间适配功能的信息结构，是传送低阶VC的实体，可表示为TU-n（n=11，12，2，3）。 TU-n由低阶VC-n和相应的支路单元指针（TU-n PTR）组成，即 TU-n=低阶VC-n+TU-n PTR （4）支路单元组（TUG） 支路单元组是由一个或多个在高阶VC净负荷中占据固定的、确定位置的支路单元组成。有TUG-3和TUG-2两种支路单元组。 1×TUC-2=3×TU-12 1×TUG-3=7×TUG-2=21×TU-12 1×VC-4=3×TUG-3=63×TU-12

19. 6.3.1 基本复用映射结构 （5）管理单元（AU） 管理单元是一种提供高阶通道层和复用段层之间适配功能的信息结构，是传送高阶VC的实体，可表示为AU-n（n=3，4）。它是由一个高阶VC-n和一个相应的管理单元指针（AU-n PTR）组成， AU-n=高阶VC-n+AU-n PTR （6）管理单元组（AUG） 管理单元组是由一个或多个在STM-N净负荷中占据固定的、确定位置的管理单元组成。例如：1×AUG=1×AU-4 （7）同步传送模块（STM-N） N个AUG信号按字节间插同步复用后再加上SOH就构成了STM-N信号（N=4，16，64，…），即N×AUG+SOH=STM-N

20. 6.3.1 基本复用映射结构 4．应用示例 例如，一个2.048Mbit/s和一个139.264Mbit/s信号的映射复用过程如下：

21. 6.3.2 基本复用映射步骤 各种信号复用映射进STM-N帧的过程都要经过映射、定位和复用3个步骤。 （1）映射 映射（Mapping）即装入，是一种在SDH网络边界处，把支路信号适配装入相应虚容器的过程。例如，将各种速率的PDH信号先分别经过码速调整装入相应的标准容器，再加进低阶或高阶通道开销，以形成标准的VC。 （2）定位 定位（Alignmem）是把VC-n放进TU-n或AU-n中，同时将其与帧参考点的偏差也作为信息结合进去的过程。通俗讲，定位就是用指针值指示VC-n的第一个字节在TU-n或AU-n帧中的起始位置。

22. 6.3.2 基本复用映射步骤 （3）复用 复用（Multiplex）是一种将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段层的过程，即指将多个低速信号复用成一个高速信号。 其方法是采用字节间插的方式将TU组织进高阶VC或将AU组织进STM-N。复用过程为同步复用，复用的路数可参见图6-4。如： 1×STM-1=1×AUG=1×AU-4=1×VC-4=3×TUG-3=21×TUG-2=63×TU-12=63×VC-12 1×STM-1=1×AUG=1×VC-4=3×TUG-3=3×TU-3=3×VC-3 1×STM-1=1×AUG=1×VC-4 STM-N=N×STM-1 （将低阶的SDH信号复用成高阶SDH信号）

23. 6.3.3 映射方法 1．映射方法 （1）异步映射 异步映射是一种对映射信号的结构无任何限制，也无需与网络同步，仅利用正码速调整将信号适配装入VC的映射方法。此种可直接接入/取出PDH速率等级的信号。我国多采用此种方法。 （2）比特同步映射 比特同步映射是一种对映射信号无任何限制，但要求其与网络同步，从而无需码速调整即可使信号适配装入VC的映射方法。此种方法无需去映射，即可直接取出64kbit/s或N×64kbit/s信号。

24. 6.3.3 映射方法 （3）字节同步映射 字节同步映射是一种要求映射信号具有帧结构，并与网络同步，无需任何速率调整即可将信息字节装入VC内规定位置的映射方法。它特别适用于在VC-11和VC-12内无需组帧或解帧即可直接接入或取出64kbit/s或N×64kbit/s信号。

25. 6.3.3 映射方法 2．工作模式 （1）浮动模式 浮动模式是指VC净负荷在TU帧内的位置不固定，并由TU PTR指示其起点位置的一种工作模式。此种模式无需滑动缓存器即可实现同步，且引入的信号时延最小。在浮动模式下，VC帧内安排有相应的VC POH，因此可进行通道性能的端到端监测。 （2）锁定模式 锁定模式是一种信息净负荷与网同步并处于TU帧内固定位置，因而无需TU PTR的工作模式。锁定模式省去了TU PTR，且在VC内不能安排VC POH，因此需用的滑动缓存器来容纳VC净负荷与STM-N帧的频差和相差，从而引入较大的信号时延，并且不能进行通道性能的端到端监测。

26. 6.3.3 映射方法 3．映射方式选择 三种映射方法和两类工作模式最多可以组合成5种映射方式，即浮动的异步映射、浮动的字节同步映射、浮动的比特同步映射、锁定的字节同步映射和锁定的比特同步映射，如表6-3。 表6-3 PDH信号进入SDH的映射方式 目前，我国的映射方式大多采用浮动的异步映射。

27. 6.3.3 映射方法 4．映射方式示例 （1）将139.264Mbit/s信号异步映射进VC-4 ① VC-4帧结构 如图6-5所示，令C-4的每一行为一个子帧，每个子帧分成20个字节块，每个字节块13个字节。每个字节块的首字节依次是W，X，Y，Y，Y，X，Y，Y，Y，X，Y，Y，Y，X，Y，Y，Y，X，Y，Z。每个字节块的后12个字节由信息比特组成。 因此每行有5比特C码和1个S码，由5个C码来控制1个S码，当5个C全为0时S=D，当5个C全为1时S=R。因此 C-4子帧=（C-4）/9=241W+13Y+5X+1Z=260字节 =（1934 D+1 S）+5 C+130 R+10 O =2 080 bit

28. 6.3.3 映射方法 图6-5 139.264Mbit/s支路信号的异步映射结构和VC-4的子帧结构

29. 6.3.3 映射方法 ② 码速调整 当支路信号速率>C-4标称速率时，令5个C全为0，相应的S=D； 当支路信号速率<C-4标称速率时，令5个C全为1，相应的S=R。 收端采用多数判决准则，即当5个C码中≥3个C码为1时，则解同步器把S比特的内容作为填充比特，不理睬S比特的内容；而当5个C码中≥3个C码为0时，解同步器把S比特的内容作为信息比特解读。 根据S全为D和全为R，可算出C-4容器能够容纳的输入信息速率IC=（1934 D+S）的上限和下限，即 ICmax=（1 934+1）×9×8 000=139.320Mbit/s ICmin=（1 934+0）×9×8 000=139.248Mbit/s PDH 四次群支路信号的速率范围为139.264Mbit/s±15ppm，即139.261Mbit/s～139.266Mbit/s，所以能适配地装入C-4。

30. 6.3.3 映射方法 ③ 加入VC-4 POH 在C-4的9个子帧前分别依次插入VC-4 POH字节J1，B3，C2，G1，F2，H4，F3，K3，N1就构成VC-4帧，完成向VC-4的映射。 ④ VC-4的级联 若需要传送大于单个C-4容量的净负荷，例如，传送HDTV的数字编码信号，此时可将多个C-4复合在一起当作单个容器使用，这种方式称为级联。 X个C-4级联成的容器记为C-4-Xc，可用于映射的容量是C-4的X倍。相应地，C-4-Xc加上VC-4-Xc POH即构成VC-4-Xc。VC-4-Xc帧的第—列是VC-4-Xc POH，第二至第X列规定为固定塞入字节，如图6-6所示。

31. 6.3.3 映射方法 图6-6 VC-4的级联

32. 6.3.3 映射方法 （2）将34.368Mbit/s信号异步映射进VC-3 ① VC-3帧结构 如图6-7所示。VC-3由VC-3 POH和C-3组成，C-3由9行×84列的净负荷组成。 净负荷进一步分为3个子帧（T1、T2和T3），子帧中，C字节包括6个R码和两个C码（C1和C2码），因此每个子帧中有5个C1码和5个C2码，1比特S1码和1比特S2码。由5个C1码控制一个S1码，5个C2码控制一个S2码，当5个C1全为0时S1=D，当5个C1全为1时S1=R。C2与C1的情况相同。C-3的一个子帧中有 C-3子帧=（C-3）/3=（3×8×59+7+8）D+1 S1+1 S2 +5 C1+5 C2+573 R=2 016 bit

33. 6.3.3 映射方法 图6-7 34.368Mbit/s支路信号的异步映射

34. 6.3.3 映射方法 ② 码速调整 当支路信号速率大于C-3标称速率时，采用负码速调整，令C1C1C1C1C1=C2C2C2C2C2=00000，相应的S1=S2=D； 当支路信号速率小于C-3标称速率时，采用正码速调整，令C1C1C1C1C1=C2C2C2C2C2=11111，相应的S1=S2=R； 当支路信号速率等于C-3标称速率时，采用0码速调整，令C1C1C1C1C1=11111，C2C2C2C2C2=00000，相应的S1=R，S2=D。 在收端解同步器中，采用多数判决准则，即当5个C1码中≥3个C1码为1时，则解同步器把S1比特的内容作为R比特，不理会S1比特的内容；而当5个C1码中≥3个C1码为0时，则解同步器把S1比特的内容作为信息比特解读。C2、S2的情况与C1、S1相同。

35. 6.3.3 映射方法 根据S1和S2全为D和全为R，可算出C-3能够容纳的输入信息速率IC=（1 431 D+S1+ S2）的上限和下限，即 ICmax=（1 431+2）×3×8 000=34.392Mbit/s ICmin=（1 431+0）×3×8 000=34.344Mbit/s 而PDH三次群支路信号的速率范围为34.368Mbit/s±20ppm，即34.369Mbit/s～34.367Mbit/s，正处于C-3能容纳的净负荷范围之内，所以能适配地装入C-3。 ③ 加入VC-3 POH 在C-3的3个子帧前分别依次插入VC-3 POH字节J1，B3，C2，G1，F2，H4，F3，K3，N1就构成VC-3帧，完成向VC-3的映射。

36. 6.3.3 映射方法 （3）将2.048Mbit/s信号异步映射进VC-12 ① VC-12帧结构 图6-8给出了2.048Mbit/s支路信号异步映射进VC-12的帧结构（500s的复帧）。VC-12复帧结构由VC-12 POH和C-12复帧组成，C-12复帧由34×4=136个字节的净负荷组成。 其中有1 023（32×3×8+31×8+7）个信息比特（D）、6个调整控制比特（C1、C2）、两个调整机会比特（S1、S2）、8个开销比特（O）以及49个固定塞入比特（R）组成。即 C-12复帧=C-12×4=（1 023 D+S1+S2）+3 C1+3 C2+49 R+8 O=1 088 bit

37. 6.3.3 映射方法 图6-8 2.048Mbit/s支路信号的异步映射（复帧内字节安排）

38. 6.3.3 映射方法 ② 码速调整 当支路信号速率大于C-12标称速率时，采用负码速调整，令C1C1C1=C2C2C2=000，相应的S1=S2=D； 当支路信号速率小于C-12标称速率时，采用正码速调整，令C1C1C1=C2C2C2=111，相应的S1=S2=R； 当支路信号速率等于C-12标称速率时，采用0码速调整，令C1C1C1=111，C2C2C2=000，相应的S1=R，S2=D。 在收端解同步器中，采用多数判决准则，即当3个C1码中≥2个C1码为1时，则解同步器把S1比特的内容作为R比特，不理会S比特的内容；而当3个C1码中≥2个C1码为0时，则解同步器把S1比特的内容作为信息比特解读。C2、S2的情况与C1、S1相同。

39. 6.3.3 映射方法 根据S1和S2全为D和全为R，可算出C-12容器能够容纳的输入信息速率IC=（1 023 D+S1+S2）的上限和下限，即 ICmax=（1 023+2）/4×8 000=2.050Mbit/s ICmin=（1 023+0）/4×8 000=2.046Mbit/s 而PDH一次群支路信号的速率范围为2.048Mbit/s±50ppm，即2.0481Mbit/s～2.0479Mbit/s，正处于C-12能容纳的净负荷范围之内，所以能适配地装入C-12。 ③ 加入VC-12 POH 在每个C-12的帧前分别依次插入VC-12 POH字节V5，J2，N2，K4就构成VC-12帧，完成信号向VC-12的映射。

40. 6.3.4 复用方法 SDH采用的是字节间插同步复用的方法将多个低阶通道层信号适配进高阶通道层，或将多个高阶通道层信号适配进复用段层。 1．将N个AU-4复用进STM-N帧 （1）AU-4复用进AUG AU-4由VC-4（9×261字节）净负荷加上AU-4指针组成。 VC-4是个整体，它在AU-4帧内的位置可以由其第一个字节的位置来确定。为了将AU-4装入STM-N帧结构，先要经AUG的复用。 单个AU-4复用进AUG的结构如图6-9所示。

41. 6.3.4 复用方法 图6-9单个AU-4 复用进AUG

42. 6.3.4 复用方法 （2）将N个AUG复用进STM-N帧 将N个AUG复用进STM-N帧的安排如图6-10所示。 图6-10将N个AUG复用进STM-N帧

43. 6.3.4 复用方法 2．将TU-3复用进VC-4帧 （1）单个TU-3复用进TUG-3 如图6-11所示。TU-3由VC-3和TU-3指针组成， TU-3指针由H1、H2和H3构成。TU-3加上6个字节的R比特即可构成TUG-3。 图6-11单个TU-3复用进TUG-3

44. 6.3.4 复用方法 （2）将3个TUG-3复用进VC-4 如图6-12所示。TUG-3是9行×86列的结构，而其VC-4是由1列VC-4 POH、两列固定塞入字节和258列净负荷组成的。 图6-12 3个TUG-3复用进VC-4 可见一个VC-4可容纳3个34.368Mbit/s的信号。

45. 6.3.4 复用方法 3．将TU-12复用进VC-4帧 （1）TU-12复用进TUG-2 TU-12由VC-12（34个字节的C-12加1个字节的VC-12 POH）和TU-12指针组成，所以TU-12由9行×4列=36字节组成。3个TU-12复用成TUG-2（9行×12列）。复用安排参见图6-13。 （2）7个TUG-2复用进TUG-3 TUG-3共占有9行×86列字节，其中第1列和第2列由塞入字节组成，一组7个TUG-2按单字节间插复用进TUG-3。如图6-13所示。 （3）3个TUG-3复用进VC-4 如图6-12所示。可见VC-4帧由3×7×3=63个TU-12复用而成，即一个VC-4可容纳63个2.048Mbit/s的信号。

46. 6.3.4 复用方法 图6-13 7个TUG-2复用进TUG-3的字节安排

47. 6.3.4 复用方法(讲) 4．实例说明 （1）PDH四次群信号至STM-1的形成过程：如图6-14所示。 图6-14 139.264Mbit/s信号至STM-1的形成过程

48. 6.3.4 复用方法(讲) （2）PDH基群信号至STM-1的形成过程： 如图6-15所示。 图6-15 2.048Mbit/s信号至STM-1的形成过程

49. 6.3.5 指针 SDH中的指针是一种指示符，其值定义为VC-n相对于支持它的传送实体参考点的帧偏移。 指针的作用不仅可以进行频率和相位校准，而且可以容纳网络中的频率抖动和漂移。 指针分为AU PTR和TU PTR。 AU PTR又包括AU-4 PTR和AU-3 PTR TU-PTR包括TU-3 PTR、TU-2 PTR、TU-11 PTR和TU-12 PTR。 在我国的复用映射结构中，有AU-4 PTR、TU-3 PTR和TU-12 PTR，此外还有表示TU-12位置的指示字节H4。

50. 6.3.5 指针 1．AU-4指针调整机理 （1）AU-4指针位置 AU-4=VC-4+AU-4 PTR AU-4 PTR的内容和位置如图6-16所示， AU-4 PTR=H1，Y，Y，H2，1*，1*，H3，H3，H3 其中，Y=1001SS11，SS是未规定值的比特，1*=11111111。