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同步复用和映射原理和基本单元

       SDH中采用的同步和映射方法与传统的数字复用技术有很大的不同,其特色明显,意义深远,下面将讲述其复用映射结构与实现机理。
1. 基本原理
       现代电信传输的发展方向之一是传输速率的高速化,其方式是釆用时分复用的形式将多路低速信号复用成高速信号,然后再通过高速信道传输,这一过程称为数字复用。
数字复用
       从时分多路通信原理可知,在复用单元输入端上的各支路数字信号必须是同步的,即它们的有效瞬间与相应的定时信号必须保持正确的相位关系。但是在调整单元的输入端上(即在复用器的输入端上)则不必有这样的要求。如果复用器输入支路数字信号与本机定时信号是同步的,那么调整单元只需调整相位,有时甚至连相位也无须调整,这种复用器称为同步复用器;如果输入支路数字信号与本机定时信号是异步的,即它们的对应生效瞬间不一定以同一速率出现,那么调整单元要对各个支路数字信号实施频率和相位调整,使之成为同步数字信号,这种复用器称为异步复用器;如果输入支路数字信号的生效瞬间相对于本机对应的定时信号是以同一标称速率出现,而速率的任何变化都限制在规定的容差范围内,这种复用器称为准同步复用器。
       那么如何解决各路信号彼此之间的频差和相移等问题?传统的解决方法主要有码速调整法(或称比特塞入法)和固定位置映射法,而在SDH技术中,又引入了指针调整法。
       在SDH技术中釆用了指针调整法,其基本原理是利用净负荷指针来表示在STM-N帧内浮动的净负荷的准确位置。当出现净负荷在一定范围内的频率变化时,只需增加或减小指针数值即可达到目的,从而较好地结合了上述两种方法的特点。
       SDH的通用复用映射结构如图11所示。它是由一些基本复用映射单元组成,有若干个中间复用步骤的复用结构。具有一定频差的各种支路的业务信号要想复用进STMN帧,都要经历映射、定位校准和复用3个步骤,基本工作原理如下所述。
       首先,各种速率等级的数据流进入相应的容器(C),完成适配功能(主要是速率调整)。再进入虚容器(VC),加入通道开销(POH)。VC在SDH网中传输时可以作为一个独立的实体在通道中任意位置取出或插入,以便进行同步复用和交叉连接处理。由VC出来的数字流再按图8.11中规定的路线进入管理单元(AU)或支路单元(TU)。在AU和TU中要进行速率调整,因而低一级数字流在高一级数字流中的起始点是浮动的。为准确确定起始点的位置,AU和TU设置了指针(AUPTR和TUPTR),从而可以在相应的帧内进行灵活和动态的定位。最后,在N个AUG的基础上,再附加段开销SOH,便形成了STM-N的帧结构。图11中的定位校准即是利用指针调整技术来取代传统的125µs缓存器,实现支路频差的校正和相位的对准,因此可以说指针调整技术是数字传输复用技术的一项重大革新,它消除了PDH中僵硬的大量硬件配置,其特色明显,意义深远。
       由图11所示的复用映射结构中可见,从一个有效负荷到STM-N的复用路线并不是唯一的,但对于某一个国家或地区来说,必须使复用路线唯一化。我国采用的复用映射主要包括C-12X-3和C-4三种进入方式,它保证每一种速率的信号只有唯一的一条复用路线可以到达STM-N帧。
 SDH通用服用映射结构
图 11   SDH通用服用映射结构
2. 基本单元
       图11所说明的问题实际上是如何将PDH的标准速率信号、ATM信元及其他新业务信号复用成符合SDH帧结构标准的信号。图11中所涉及的各单元的名称及定义如下所述。
(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,容器种类有C-ll、C-12、C-2、C-3和C-4五种,或表示成C-n(n=ll,12.2,3.4).我国目前仅涉及C-12、C-3及C-4容器,每一种容器分别对应于一种标称的输入速率,即2.048Mbit/s,34.368Mbit/s和139.264Mbit/s。容器的基本功能是完成适配即码速调整。
(2) 虚容器(VC)
      虚容器是用来支持SDH通道层连接的信息结构。它是SDH通道的信息终端,由安排在重复周期为125或500”的块状帧结构中的信息净负荷(容器的输出)和通道开销(POH)组成,即
VC-n=C-n+VC-nPOH (8-1)
       VC是SDH中最为重要的一种信息结构,它的包封速率是与SDH网络同步的,因此不同VC是互相同步的,但在VC内部却允许装载来自不同容器的异步净负荷。由于VC在SDH网中传输时总是保持完整不变的(除去VC的组合点和分解点),因而其可以作为一个独立的实体十分方便和灵活地在通道中任一点插入或取出,以便进行同步复用和交叉连接处理。
虚容器
       虚容器可分成低阶虚容器和高阶虚容器两类。其中VC-11、VC-12、VC-2和TU-3前的VC-3为低阶虚容器;VC-4和AU-3前的VC-3为高阶虚容器。用于管理这些虚容器的开销称为通道开销(POH),管理低阶虚容器的通道开销称为低阶通道开销(LPOH),管理高阶虚容器的通道开销称为高阶通道开销(HPOH)。它们的作用与功能介绍见下一节。
(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,可表示为TU-n(n=ll,12,2,3)0TU-n由一个相应的低阶VCF和一个相应的支路单元指针(TU-nPTR)组成,即
TU-n=VC-n+TU-n      PTR    (8-2)
其中,TU-n PTR指示VC-n净负荷帧起点相对于高阶VC帧起点间的偏移量。
(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、确定位置的支路单元组成。实现时可把一些不同大小的TU组合成一个TUG,从而增加传送网络的灵活性。VC-4/3中有TUG-3和TUG-2两种支路单元组。1个TUG-2由1个TU-2或3个TU-12或4个TU-11按字节间插组合而成;1个TUG-3由1个TU-3或7个TUO2按字节交错间插组合而成。1个VC-4可容纳3个TUG-3;1个VC-3可容纳7个TUG-2。
(5) 管理单元(AU)
       管理单元是提供高阶通道层和复用段层之间适配功能的信息结构,可表示为AUF3=3.4),它是由一个相应的高阶VC-”和一个相应的管理单元指针(AUwPTR)组成,即
AU-n=VC-n+AU-n  PTR (8-3)
       其中,AU-n PTR指示VC-n净负荷起点相对于复用段帧起点间的偏移,而其自身相对于STM-N帧的位置总是固定的。
(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、确定位置的管理单元组成,1个AUG是由1个AU-4或3个AU-3按字节间插组合而成。
同步传送
(7) 同步传送模块(STM-N)
       同步传送模块的帧结构如前所述,基本模块STM1的信号速率为155.520Mbit/s,更高阶的STM-N模块(N=4,16,64,…)由N个STM-1信号以同步复用方式构成。
       除了以上介绍的各个单元以外,SDH还安排有灵活的级联方式,以传送非标准PDH等级的信号。例如,若用户要求传送10Mbit/s的信号,如果采用PDH系统,只能用标准的34.368Mbit/s设备,效率极低(有24Mbit/s空闲);而在SDH系统中,则可利用TU-2的级联方式,将2个TU-2级联为1个TU-2-2c,其速率为13.696Mbit/s,因而大大提高了传送效率。