光分路器原理(平面光波导分路器工作原理).doc

平面光波导分路器工作原理简介

分路器作为FTTx网络的核心部件，其在无源光网络(Passive Optical Network, PON)的一个典型应用表现在以下两个方面：
    1.作为下行光信号(1490nm和1550nm)的功率分配器(Power splitter)使用
    2.作为上行光信号(1310nm)的合束器(Combiner)使用
    详细的组网形式不是这里的讨论重点，读者可以参考相关专著(如Gerd Keiser的《FTTX Concepts and Applications》)。这里主要讨论的是分路器的工作原理和性能。
    目前市场上主流的分路器主要基于两种技术形式：熔融拉锥型(Fused Biconical Taper, FBT)和平面光波导(PLC)型。同样的，两种技术形式孰优孰劣，这里不作评论。无论基于何种技术形式的分路器，都是基于1 x 2基本结构的级联而成。FBT的1 x 2结构是一耦合器，而PLC的是一Y分支结构。这个看似简单的Y分支构件，其实并不简单，因为分路器的性能优劣很大程度上就是由它决定的。如何设计一个性能优异的Y分支结构属于技术机密(Classified technology)，这里不便讨论。这里仅就基于平面光波导技术的一个Y分支结构的分路器，即1 x 2分路器的工作原理作一简介。其实也就是从物理本质上粗略地解释为什么1 x 2分路器无论是上行，还是下行信号，其插入损耗都是3 dB。
    1 x 2分路器的功能结构可以用图1(a)的框图来表示：一个单模输入波导，两个单模输出波导。中间用来分束的结构有很多种，这里只给出了3种结构：图1(b)的定向耦合器型(Directional Coupler, DC)，图1(c)的无间距定向耦合器型(Zero-Gap Directional Coupler, ZGDC)，以及图1(d)的模斑转换器型(Spot Size Converter, SSC)。定向耦合器型和零间距定向耦合器型输入端都只用其中一个端口，并且无间距定向耦合器型其实是多模干涉型(Multi-Mode Interference, MMI)。现行市场上热卖的PLC分路器都是SSC型的，之所以给出另外两种，是为了进行对比分析。
    首先来看图1(b)的DC，入射光在入射单模波导内只存在一个模式：基模(0阶模)。当该0阶模到达耦合区-两相互靠近的波导(间距为波长量级)时，根据超模理论(Supermode theory)，将会在耦合区激励出如图中所示的两超模(由各独立波导中的0阶模叠加而成)：偶模(even mode)和奇模(odd mode)，并且这两个超模具有几乎相等(近于简并)的传播常数。在偶模中，位于2个波导内的电场波峰是同相位；而奇模中两波峰是反相位。根据这样的相位关系，两超模叠加的场分布光功率，可以在相邻两波导中周期性的，成二次正(余)弦函数的，不断的交替变换。图中示意图为刚好等分(half = 3 dB)入射光强时的模式(FBT1 x 2分路器原理与此类同)。
    再来考察图1(c)中的ZGDC，同样的入射光在入射单模波导内只存在一个模式：基模(0阶模)。虽然该结构也叫DC，但其工作模式与真正的DC完全不同。当入射0阶模到达两入射波导交叉点时，该处波导宽度突然增大一倍，其场宽也必然增大，变成另一0阶模。由于这两个0阶模不满足场的连续性条件，因此必然同时伴随着另一模式-1阶模的激发，而且1阶模的强度与0阶模相同。如是在中间宽度2w多模波导中便传输着两个模式，并且最多只有这两个模式：0阶模和1阶模(该2w波导为双模波导)。这样，在该区域内，光场分布就是这两个模式(0阶模，1阶模)的相互干涉场分布(前面提到的MMI)。图中示意图为刚好在两输出单模波导中等分(half = 3 dB)输入光强时的模式。
    图1(d)就是现行市场上的PLC1 x 2分路器-Y分支。其工作原理如下：当入射单模波导内的0阶模刚到达锥形区域-SSC时，这里波导结构并无发生任何变化，因此仍然保持该0阶模的形态。当该0阶模继续在SSC中传播时，虽然波导宽度不断变宽到2w，此时该波导内可以存在两个模式(前已述)。然而，由于SSC区域变宽的很缓慢，在每一点，都可认为满足场的连续性条件，所以并不会激发起高阶模(这里是1阶模)，而仅是0阶模的宽度随着波导的变宽而不断变宽，最后被输出单模波导等分(half = 3 dB)输入光强。

    这三种类型的1 x 2分路器，两输出端都可以等分输入光强。其中前两种类型，由于在光传播方向上的结构是对称的，反过来用即光从任一原输出端输入时，从原输入波导中输出3 dB(= half)的光这很好理解(1. 另3 dB的光从另外一波导输出；2. 光路可逆-在光传播方向上结构对称)。然而，第三种结构表像看来，也出现相同的结果，即光从任一原输出端输入时，从原输入波导中输出3 dB(= half)的光。关键是这种情况下输出波导只有一根，那另外3 dB的光去哪儿了呢？答案是另外3 dB的光辐射损耗掉了。(这里顺便提一下，在前面的解释过程中其实还涉及到“传播常数最接近原则”，读者有兴趣可以自己去了解一下)
    解释上面提到的这个现象，我们只需要对比图1(e)和(f)就知道了。当从一输入单模波导进来的0阶模到达两单模波导的交叉点时，将会同时等强度的激发起另一0阶模和1阶模(前已述)。在图1(e)中，这两个模式的光可以保持原状继续往前传播。而在图1(f)中，当两个模式的光继续往前传播时，SSC区域不断变窄到w(仅能存在一个基模)，0阶模在这个过程中能继续往前传播，并不发生截止，而只是模场的宽度逐渐变小；但1阶模(属于高阶模)，在到达单模输出波导之前，已经发生截止(该1阶模不能成为单模波导的导波模，只能成为辐射模)，从而被辐射出去。由于0阶模和1阶模的强度相同，所以输出单模波导输出输入光强的一半-3 dB。
    在图1(g)和(h)中，给出了两个实例，可以形象的了解SSC区域0阶模的模场宽度压缩和1阶模的截止辐射。当频率相同的相干光从两输入波导同相入射时(图1(g))，将产生偶模激振。当两波导的间距逐渐变成零时，偶模中间的波谷逐渐变小，直至形成波峰，变换成0阶模。该0阶模可以从输出单模波导中输出，其静态场分布图如图2(c)所示。而当频率相同的相干光从两输入波导反相入射时(图1(h))，将产生奇模激振。当两波导的间距逐渐变成零时，奇模将会变换成1阶模。该1阶模随着SSC不断变窄而发生截止而辐射损耗掉，其静态场分布图如图2(d)所示。图2(a)和(b)分别为Y分支波导正向入射和反向入射情况下的静态场分布图。从这两个图很形象地给出了无论何种入射方式都得到3 dB输出的图像。<end>

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平面光波导分路器工作原理简介 The operating principle of Planar Lightwave Circuit (PLC) splitter
    分路器作为FTTx网络的核心部件，其在无源光网络(Passive Optical Network, PON)的一个典型应用表现在以下两个方面：
    1.作为下行光信号(1490nm和1550nm)的功率分配器(Power splitter)使用
    2.作为上行光信号(1310nm)的合束器(Combiner)使用
    详细的组网形式不是这里的讨论重点，读者可以参考相关专著(如Gerd Keiser的《FTTX Concepts and Applications》)。这里主要讨论的是分路器的工作原理和性能。
    目前市场上主流的分路器主要基于两种技术形式：熔融拉锥型(Fused Biconical Taper, FBT)和平面光波导(PLC)型。同样的，两种技术形式孰优孰劣，这里不作评论。无论基于何种技术形式的分路器，都是基于1 x 2基本结构的级联而成。FBT的1 x 2结构是一耦合器，而PLC的是一Y分支结构。这个看似简单的Y分支构件，其实并不简单，因为分路器的性能优劣很大程度上就是由它决定的。如何设计一个性能优异的Y分支结构属于技术机密(Classified technology)，这里不便讨论。这里仅就基于平面光波导技术的一个Y分支结构的分路器，即1 x 2分路器的工作原理作一简介。其实也就是从物理本质上粗略地解释为什么1 x 2分路器无论是上行，还是下行信号，其插入损耗都是3 dB。
    1 x 2分路器的功能结构可以用图1(a)的框图来表示：一个单模输入波导，两个单模输出波导。中间用来分束的结构有很多种，这里只给出了3种结构：图1(b)的定向耦合器型(Directional Coupler, DC)，图1(c)的无间距定向耦合器型(Zero-Gap Directional Coupler, ZGDC)，以及图1(d)的模斑转换器型(Spot Size Converter, SSC)。定向耦合器型和零间距定向耦合器型输入端都只用其中一个端口，并且无间距定向耦合器型其实是多模干涉型(Multi-Mode Interference, MMI)。现行市场上热卖的PLC分路器都是SSC型的，之所以给出另外两种，是为了进行对比分析。
    首先来看图1(b)的DC，入射光在入射单模波导内只存在一个模式：基模(0阶模)。当该0阶模到达耦合区-两相互靠近的波导(间距为波长量级)时，根据超模理论(Supermode theory)，将会在耦合区激励出如图中所示的两超模(由各独立波导中的0阶模叠加而成)：偶模(even mode)和奇模(odd mode)，并且这两个超模具有几乎相等(近于简并)的传播常数。在偶模中，位于2个波导内的电场波峰是同相位；而奇模中两波峰是反相位。根据这样的相位关系，两超模叠加的场分布光功率，可以在相邻两波导中周期性的，成二次正(余)弦函数的，不断的交替变换。图中示意图为刚好等分(half = 3 dB)入射光强时的模式(FBT1 x 2分路器原理与此类同)。
    再来考察图1(c)中的ZGDC，同样的入射光在入射单模波导内只存在一个模式：基模(0阶模)。虽然该结构也叫DC，但其工作模式与真正的DC完全不同。当入射0阶模到达两入射波导交叉点时，该处波导宽度突然增大一倍，其场宽也必然增大，变成另一0阶模。由于这两个0阶模不满足场的连续性条件，因此必然同时伴随着另一模式-1阶模的激发，而且1阶模的强度与0阶模相同。如是在中间宽度2w多模波导中便传输着两个模式，并且最多只有这两个模式：0阶模和1阶模(该2w波导为双模波导)。这样，在该区域内，光场分布就是这两个模式(0阶模，1阶模)的相互干涉场分布(前面提到的MMI)。图中示意图为刚好在两输出单模波导中等分(half = 3 dB)输入光强时的模式。
    图1(d)就是现行市场上的PLC1 x 2分路器-Y分支。其工作原理如下：当入射单模波导内的0阶模刚到达锥形区域-SSC时，这里波导结构并无发生任何变化，因此仍然保持该0阶模的形态。当该0阶模继续在SSC中传播时，虽然波导宽度不断变宽到2w，此时该波导内可以存在两个模式(前已述)。然而，由于SSC区域变宽的很缓慢，在每一点，都可认为满足场的连续性条件，所以并不会激发起高阶模(这里是1阶模)，而仅是0阶模的宽度随着波导的变宽而不断变宽，最后被输出单模波导等分(half = 3 dB)输入光强。

    这三种类型的1 x 2分路器，两输出端都可以等分输入光强。其中前两种类型，由于在光传播方向上的结构是对称的，反过来用即光从任一原输出端输入时，从原输入波导中输出3 dB(= half)的光这很好理解(1. 另3 dB的光从另外一波导输出；2. 光路可逆-在光传播方向上结构对称)。然而，第三种结构表像看来，也出现相同的结果，即光从任一原输出端输入时，从原输入波导中输出3 dB(= half)的光。关键是这种情况下输出波导只有一根，那另外3 dB的光去哪儿了呢？答案是另外3 dB的光辐射损耗掉了。(这里顺便提一下，在前面的解释过程中其实还涉及到“传播常数最接近原则”，读者有兴趣可以自己去了解一下)
    解释上面提到的这个现象，我们只需要对比图1(e)和(f)就知道了。当从一输入单模波导进来的0阶模到达两单模波导的交叉点时，将会同时等强度的激发起另一0阶模和1阶模(前已述)。在图1(e)中，这两个模式的光可以保持原状继续往前传播。而在图1(f)中，当两个模式的光继续往前传播时，SSC区域不断变窄到w(仅能存在一个基模)，0阶模在这个过程中能继续往前传播，并不发生截止，而只是模场的宽度逐渐变小；但1阶模(属于高阶模)，在到达单模输出波导之前，已经发生截止(该1阶模不能成为单模波导的导波模，只能成为辐射模)，从而被辐射出去。由于0阶模和1阶模的强度相同，所以输出单模波导输出输入光强的一半-3 dB。
    在图1(g)和(h)中，给出了两个实例，可以形象的了解SSC区域0阶模的模场宽度压缩和1阶模的截止辐射。当频率相同的相干光从两输入波导同相入射时(图1(g))，将产生偶模激振。当两波导的间距逐渐变成零时，偶模中间的波谷逐渐变小，直至形成波峰，变换成0阶模。该0阶模可以从输出单模波导中输出，其静态场分布图如图2(c)所示。而当频率相同的相干光从两输入波导反相入射时(图1(h))，将产生奇模激振。当两波导的间距逐渐变成零时，奇模将会变换成1阶模。该1阶模随着SSC不断变窄而发生截止而辐射损耗掉，其静态场分布图如图2(d)所示。图2(a)和(b)分别为Y分支波导正向入射和反向入射情况下的静态场分布图。从这两个图很形象地给出了无论何种入射方式都得到3 dB输出的图像。<end>

PDH在本地传输网SDH节点的汇聚及网管一体化
摘要：PDH由于价格低廉，目前在运营商大客户接入、移动通信的基站传输等方面得到广泛使用。但在实际运行中PDH存在着难以网管、无法与本地网中心机房公务通信、布线多不方便电路调度、占用大量机架空间等诸多问题。本文结合SDH的技术特点，提出了实现PDH在本地传输网SDH节点汇聚及网管一体化改造的建议。
关键词：PDH、SDH；互联与网管；一体化
        一、概述
        运营商大客户的业务接入由于PDH价格低廉，为最低端155MSDH价格的1/5至1/6，越来越广泛地得到使用。例如，运营商大客户接入、IP电话超市等主要采用的是传统的PDH传输设备点对点的星状接入；在移动通信中，一个本地网要建几百甚至上千个基站，其传输也大都采用PDH。这些应用基本上是在本地网SDH分插复用（ADM）节点上，通过DDF架用2M同轴电缆跳线将PDH与SDH的2M信号进行端口的硬互联，再由SDH本地网上传到本地网中心机房。
        传统的独立式单端、220V交流供电的PDH接入设备，由于其不能网管，无法发现光路、2M电路的误码、中断等故障，用电（使用交流220V）不稳定、断电无告警，独立式单端PDH安装浪费机房空间，2M布线多、无时隙交叉功能不利于提高2M的时隙利用率、不方便电路调度，个别即使有公务的PDH也无法通过SDH公务系统上联到本地网有人中心机房。由于这些问题，故障往往是用户中断通信发现故障申告后，运营服务商的运维人员才知道，然后开始进行故障查找，根本无法满足用户SLA的服务承若。因此，独立式单端PDH作为接入传输使用必须加以改进，建议在不改变原有SDH结构的情况下，采用子框的方式，使用直流－48V双电源模块供电，设计集成度高的2、4、6口PDH光接口板节省了制造成本，一个子框（占1/4的机架）可插10块以上的PDH光接口业务板，其容量相当于5个机架所安装的传统独立式单端PDH的光接口容量，机房空间得到高效利用。插板式PDH电信号连同其公务及网管信息复接为STM-1电信号，与本地网该节点SDH的STM-1电口互联，再由SDH本地网上传到本地网中心机房，在本地网SDH的ADM节点大量减少2M支路板，由此所降低的成本可抵消了因增加STM-1电接口板所带来的成本，甚至更低。PDH子框与SDH子框互联只用一对155M同轴电缆，代替了63对2M同轴电缆，不但节省了电缆成本，更重要的是设备故障及维护工作量。因此机架型插板式集中网管PDH子架，实现了PDH在本地传输网SDH节点的汇聚及网管一体化，同时还降低了制造成本。
        二、实现方式的建议
       1.PDH汇聚子框的基本功能及硬件结构
        PDH子框功能
        时隙交叉连接单元（DXC）实现PDH信号的时隙交叉功能；
        网元控制处理单元实现网元控制和ECC处理；开销处理单元实现公务电话的交换及上传；PDH光接口板实现光电/电光转换；STM-1电接口单元实现接口匹配、复接与解复接、映射与解映射、2M支路再定时、HW总线合成与分离、DCC提取与插入等；电源/时钟板提供系统时钟以及一次和二次电源。
       PDH子框的硬件结构
        说明：U1、U2为电源/时钟板、U3为本地网管板、U4为STM-1支路接口板U5－U16为PDH光接口板

图1：PDH子框的硬件结构图
        如图1所示，PDH子框的基本单板有：直流－48V电源板（可双模块热备份或负荷均担）、本地网管及公务通道板（提供以太网RJ45、串行RS－232网管接口以及公务联络）、STM-1电口板（复接各PDH公务、PDH网管信息及各路PDH电信号为STM-1电信号）、PDH光接口板（可提供2、4、6口光收发通道）。
        2.SDH的帧结构为PDH网管的集中及公务实现提供了通道
        SDH帧结构简述
        在SDH中，基本数据单元的帧长是125µS，其帧结构与PDH的一维线性结构不同的是，它是二维的块状结构，图4为STM-1信号的帧结构。

   图2：STM－1SOH中各字节的安排
        一个STM-1帧分组共计9行，270列，每列中一个字节（8bit），帧周期，即帧频为8000帧/秒。STM-1的传输速率为：270x8x9x8000=155.520Mbit/s。帧结构中设置了两种开销，分别是段开销（SOH）和通道开销（POH）。段开销（SOH）在STM-1中共包含72Byte，占到一帧数据量的3%，主要作用是提供帧同步和网络运行管理等，含有再生段开销（RSOH）和复用段开销（MSOH）；通道开销中含有低阶通道开销（LPOH）和高阶通道开销（HPOH）。在图3中为开销类型和定义。

图3：开销类型和定义
        PDH集中网管实现的通道
       SOH的DCC信道是为网管提供的专门通路，PDH的网管信息当然可以在其中传输。D1~D12为数据通信通路(DCC)，总速率达768kbit/s。其中：D1~D3为192kbps的数据通道，用于再生段；D4~D12为576kbps的数据通道，用于复接段，PDH的网管信息（如：收无光、电源障碍、PDH对端自环等）可以在其中定义，也可以使用其他预留字节。
        PDH公务联络的实现
       SOH提供了通道公务联络字节E1/E2，用于进行语音公务联络。E1属于再生段开销（RSOH），提供64kbit/s的语音通道，用于再生段再生器之间的公务联络；E2属于复用段开销（MSOH），提供64kbit/s的语音通道，用于复用段终端之间的公务联络，也可以同时用于PDH公务连接，具体可在PDH子框中的本地网管及公务通道板上设置空分交换矩阵，将各PDH的公务通道进行交叉连接，对PDH各光口方向的公务电话号码进行编排，以实现本地网网管中心到任何一个PDH光方向终端设备的公务联络，方便电路测试、调度以及障碍处理。PDH的公务通道也可以使用SOH的预留比特承载。
        3.多个PDH信号转换为STM-1信号的交叉复接与映射
        交叉复接：
        如图4所示，2Mbps、34Mbps、及140Mbps的PDH电信号分别被装入标准的容器C12，C3及C4中，在各容器的包封上附上称为通道开销（POH）的一些码字，POH的内容包括指示容器内信号在端对端传送过程中的状态、性能及装载情况，带有POH标签的容器则称为虚容器VC。在虚容器的基础上再加上指针（PTR）就构成支路单元TU（TributaryUnit）或管理单元AU。PTR的作用是为了指明各自VC在对应的复用TU帧中的起始电位置并用来进行频率调整。若干个TU经复接，如图中的×1，×3，×7等就构成支路单元组TUG。根据帧结构中的PTR指示的位置，灵活地转移VC，或直接取下/插入某一支路信息。

图4：SDH的一级复用结构
       映射：
       在PDH的2Mbps以上通道等级互通时，用异步映射方式将PDH通道层信号适配进STM-1通道层，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，可增减指针数值进行调整，即：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），然后进入虚容器（VC），加入通道开销（POH）。VC在SDH网中传输时可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。由VC输出的数据流再按图6中规定的路线进入管理单元（AU）或支路单元（TU）。在AU和TU中进行速率调整，使得低一级数字流在高一级数字流中的起始点是浮动的。为了准确地确定起始点的位置，AU和TU设置了指针，在相应的帧内进行灵活地和动态地定位。在AUG的基础上，再附加段开销SOH，便形成了STM－1的帧结构。图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，实现支路频差的校准和相位的对准。
        PDH信号进入SDH的过程
       PDH信号进入SDH的帧结构经过三个步骤，即映射、定位和复用。映射就是将各种进来的速率不等的信号先经过码速调整，再装入相应的标准容器C中，同时加入通道开销POH形成虚容器VC。定位就是将帧相位发生偏差的(称帧偏移)的信息收进支路单元或管理单元，它通过支路单元指针或管理单元指针的功能来实现。复用就是将多个低阶通道层信号通过码速调整进入高阶通道或将多个高阶通道层信号通过码速调整进入复用层的过程。具体为：多个2.048MbpsPDH信号复接为139.264Mbps信号，139.264Mbps信号进入标准容器，速率调整后输出149.76Mbps数字信号，再进入虚拟容器，加入通道开销576kbps后输出150.336Mbps的信号，在管理单元内加入管理单元指针576kbps，输出150.336Mbps的信号，由一个单元组加人段开销4.608Mbps后，输出155.520Mbps的STM-1电信号。PDH子框输出的STM-1电信号与SDH子框的STM-1接口互联，只需一对155M同轴电缆跳线，节省了传统PDH与SDH进行2M互联时所需的63对2M同轴电缆，更好的方便了电路调度，大大减少了故障环节和维护工作量，PDH在本地传输网SDH的ADM节点汇聚后，由SDH本地网网管中心实现集中网管。
一、 SDH产生

       在综合业务数字网中，我们需要把不同传输速率（例如64kb/s 的电话，2Mb/s的会议电视，4~34Mb/s的电视节目）的各种信息都复接在一起，放在一根线路上传输，原来的准同步数字系列PDH（Pseudo—synchronous Digital Hierarchy），是把由30路电话复接而成的基群信号H12（传输速率为2.048Mb/s）逐步复接成二次群H22（传输速率为8.448Mb/s）、三次群H31（传输速率为34.368Mb/s）、四次群H4（传输速率为139.264Mb/s）等。

       这是什么含义呢！？举个例子，想在天津把北京传到上海的四次群中分出一个特定的基群信号1，则应先把四次群分接成三次群、然后三次群再分接成二次群、二次群再分成基群。取出基群信号1后，再有天津加上一个基群信号1’，然后进行相反复接（基群到二次群，然后二次群到三次群。。。。。。），这样才能继续往上海传送。可见，为了一个基群信号，需要在天津设置很多分接和复接设备，这样不但增加了成本，还使信号受到损伤。另外PDH在全世界没有统一的标准和规范，不便于国家之间的互通。针对PDH的缺点，美国贝尔通信研究所提出了同步光纤网络SONET（Synchronous Optical NETwork）的传输技术体制，并逐步成为美国国家标准，1988年，国际电报电话咨询委员会（CCITT与美国国家标准化协会达成协议，将SONET修改为国际通用的技术体制，重新命名为同步数字体系（Synchronous Digital Hierarchy），可应用于光纤，微波和卫星传输网络。

二、SDH特点
SDH是一种同步的数字传输网络。所谓同步，是指其复接的方式采用同步复接，其各支路的低信号是互相同步的。它的传输速率分级称为同步传输模块STM（Synchronous Transport Module），其中STM-1的传输速率为155.520Mb/s，STM-4的传输速率为622.080Mb/s，STM-16的传输速率为2488.320Mb/s，STM-64的传输速率为9953.280Mb/s。同PSH相比，SDH有很多突出的优点。

1、 在SDH中，不同传输速率的数字信号的复接和分接变的非常简单，只需利用软件即可从高速信号中一次分接出低速信号，既简化了操作步骤，又便于通信系统的扩容和升级，尤其适合于高速大容量的光纤传输系统。

2、 SDH的基本传输模块可以包容目前世界上几种主要的传输系列，便于各个国家的互通，也可兼容现有的PDH。

3、 SDH对网络接口接点进行了统一的规范，可以在同一网络上使用不同厂家的设备，具有很好的横向兼容性。

4、 SDH设备是智能化的设备，又在帧结构中安排了丰富的、用于管理的开销比特（大约占信号的5%），使网络的运行、管理和维护（OAM）能力大大加强，加大了组网的灵活性，提高了网络的效率和可靠性。

5、 虽然SDH的设备成本比PDH大约高5%左右，但其营运费仅为PDH的1/6。综合考虑，SDH的费用不到PDH的70%，具有较好的经济效益。

6、 SDH支持异步传输（ATM），便于向宽带综合信息网过度。

      当然，SDH也有一些缺点，例如，频带利用率较低。在PDH中，一个139.264Mb/s的四次群
可以包容64个基群信号（2.048Mb/s），频带利用率为（64X2.048）/139.264=94%。在SD
H中一个155.520Mb/s的STM-1只能包容63个基群信号，频带利用率为（63X2.048）/155.5
20=83%。同样，PDH中一个139.264Mb/s四次群可以包容4个三次群信号，在SDH中，一个1
55.520Mb/s的STM-1只能包容3个三次群信号。此外，还有技术比较复杂，以及由于大规
模采用软件控制容易造成人为因素、计算机病毒等引起的网络故障等。
三、SDH基本概念
A、SDH的主要设备
1、 终端复用器（TM）
终端复用器是把多路低速信号复用成一路高速信号，或者反过来把一路高速信号分接成多路低速信号的设备。

2、 分插复用器（ADM）
分插复用器是在高速信号中分接（或插入）部分低速信号的设备。
3、 数字交叉连接设备（DXC）
数字交叉连接设备是具有一个或多个信号端口，可以对任意端口之间的信号进行可控连接（包括再生）的设备，它具有复用、配线、保护/恢复、监控和网络管理等多项功能。

4、 再生器（RG）
再生器位于网络传输链路中途，是能够接收STM-N信号，并经过适当的处理，使信号按规定的幅度、波形和定时特性继续向前传输的设备。

B、通道复用段和再生段
在一个SDH网络中，终端与终端之间的链路称为通道；复用器与复用器（不管是终端复用器还是分插复用器）之间的链路称为复用段；再生器和其他网元之间的网络称为再生段。

C、SDH分层模型
类似于普通计算机网络，SDH也采用分层模型，便于设计和管理。SDH网络可以分成电路
层、通道层和传输媒介层，其中通道层又分为低阶通道层和高阶通道层，传输媒介层又
分为物理媒介层和段层，段层由复用段层和再生段层组成。
1、 电路层：网络直接为用户提供通信服务，面向电路交换业务、分组交换业务、宽带
综合业务数字网等。其主要设备是交换机或交叉连接设备，在呼叫的基础上，电路的建
立和释放所需时间很短

2、 通道层：网络支持一个或几个电路层网络，由各种类型的电路层网络共享，为电路
层提供传送服务。对于电路层网络节点，通道层的通道是透明的。通道层可分为提供虚
容器VC-1/2/3的低阶通道层和提供虚容器VC-3/4的高阶通道层。

3、 传输媒介层：网络支持一个或几个通道层网络，它与具体的传输媒质是光纤还是无
线电信号有关。其中物理媒介层网络主要是以光电脉冲形式进行比特的传送；复用段层
网络为通道层提供同步、复用功能，进行复用段开销的处理和传递；再生段网络完成再
生器之间或再生器与复用段终端之间的定帧、扰码、再生段误码监测和再生段开销的处
理和传递等。
如何在CATV中应用SDH技术
sdh 2008-06-04 08:59:40 阅读30 评论0 字号：大中小
何淑贞
    ［摘要］ 本文重点介绍SDH在广播电视传输网中的应用：SDH技术如何传输广播电视信号，在HFC接入网中IP是如何传送的，以及SDH技术在我国广播电视传输网中的应用概况。
    一 传输体制SDH简介
    1 SDH同步数字系列产生的时代背景
    SDH传送网的概念最初于1985年由美国贝尔通信研究所提出，称之为同步光网络(Synchronous Optical NETwork .SONET)。它是由一整套分等级的标准传送结构组成的，适用于各种经适配处理的净负荷(即网络节点接口比特流中可用于电信业务的部分)在物理媒质，如光纤、微波、卫星等上进行传送。该标准于1986年成为美国数字体系的新标准。国际电信联盟标准部(ITU-T)的前身国际电报电话咨询委员会(CCITT)于1988年接受SONET概念并与美国标准化协会(ANSI)的TI委员会达成协议，将SONET修订后重新命名为同步数字系列(Synchronous Digital Hierarchy，SDH)，使之成为同时适用于光纤、微波、卫星传送的通用技术体制。
    2 SDH数字传输网的传输原理
    1) SDH传输网的基本构成
    SDH传输网是由一些SDH网络单元组成的，在光纤、微波或卫星上进行同步信息传送，融复接、传输、交换功能于一体，由统一的网络管理操作的综合信息网。可实现网络有效管理、动态网络维护、对业务性能监视等功能，能有效的提高网络资源的利用率，能满足广播电视干线传输网的信息传输和交换的要求，对提高广播电视传输质量有了质的飞跃，因而SDH技术正成为广播电视领域传输技术方面的发展和应用热点。
    SDH有全世界统一的网络节点(NNI)，从而简化了信号的互通以及信号的传送、复用、交叉连接和交换过程，它有一套标准化的信息结构等级，称为同步传送模块(Synchronous Transport Module)，STM-N。当n=1、4、16时，其最基本的模块为 STM-1、STM-4和STM-16，并具有一种块状帧结构，允许安排丰富的开销比特(即在网络节点接口比特流中扣除净负荷后的剩余部分)用于网络的运行、管理和维护(OAM)。它的基本网络单元有同步光纤线路系统或SDH微波传送系统、同步复用器(SM)、分插复用器(ADM)和同步数字交叉连接设备(SDXC)等等，其功能各异，但都有统一的标准光接口或电接口，能够在基本的传送线路上实现横向兼容性，即允许不同厂家的设备在传送线路上互通。它有一套特殊的复用结构，允许现存的PDH体系、SDH体系和B-ISDN信号都能进入其帧结构，因而具有广泛的适应性。SDH还大量采用软件进行网络配置和控制，使得新功能和新特性的增加比较方便，适于将来不断发展。
    SDH传送网最重要的两个网络单元是终端复用器和分插复用器。以STM-1为例，终端复用器的主要任务是将低速支路信号和155Mb/s电信号纳入STM-1帧结构，再经CMI(符号反转码)变换后进入微波传送系统，其逆程正好相反。分插复用器，将同步复用与数字交叉连接功能综合于一体，具有灵活的分插任意支路信号的能力，在网络设计上有很大的灵活性。由这两种基本网络单元组成的典型网络应用有多种形式，有点到点应用、线型应用、构成枢纽网、构成环形网、构成双环形网和网孔形应用，在实际应用中还可出现其他以外的形式。
    2) SDH技术的传输原理
    SDH用来承载信息的是一种块状帧结构，块状帧由纵向9行和横向270×N列字节组成，每个字节含8b(bit)。整个帧结构由段开销区、净负荷区和管理单元指针区三部分组成。其中段开销区主要用于网络的运行、管理、维护及指配，以保证信息能够正常灵活地传送，管理单元指针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，以便接收时能正确分离净负荷。净负荷区域用来存放用于信息业务的比特和少量的用于通道维护管理的通道开销字节。
    SDH的帧传输时，按由左向右，由小到大的顺序排成串型码流依次进行。每帧传输时间为125μS，每秒传输1/125×106 =8000帧。对STM-1而言，每帧能传输的比特数为8×(270×9×1)=19940b，则STM-1的传输速率为19440×8000=155.52Mb/s，而STM-4为622.080Mb/s、STM-16为2488.320Mb/s。
    各种业务信号进入SDH的帧结构都要经过三个步骤，即映射、定位和复用。映射就是将各种进来的速率不等的信号先经过码速调整，再装入相应的标准容器C中，同时加入通道开销POH形成虚容器VC。定位就是将帧相位发生偏差的(称帧偏移)的信息收进支路单元或管理单元，它通过支路单元指针或管理单元指针的功能来实现。复用就是将多个低阶通道层信号通过码速调整进入高阶通道或将多个高阶通道层信号通过码速调整进入复用层的过程。以139.264Mb/s信号到STM-1的形成为例来说明这三个步骤。139.264Mb/s信号首先进入标准容器，速率调整后输出149.76Mb/s数字信号，进入虚拟容器，加入通道开销576kb/s后输出150.336Mb/s的信号，在管理单元内加入管理单元指针576kb/s，输出150.336Mb/s的信号，因N=1，故由一个单元组加人段开销4.608Mb/s后，输出155.520Mb/s的STM-1信号。
    3 SDH的特点
    1) SDH统一了北美、日本和欧洲三个地区性标准，各种数字传送信号在STM-1等级以上获得统一，使国际电信互通成为可能。
    2) 由于SDH电信传送采用了同步复用方式和灵活的映射结构，可以利用软件实现高阶信号与低阶支路信号之间所谓的一步复用，上下业务十分容易，大大简化了交叉连接设备。
    3) 由于SDH帧结构中安排了大约占总信号5%的丰富的开销比特，极大的加强了网络的运行、管理和维护能力。
    4) SDH传送网具有信息传送透明性。
    5) 统一了网络接口标淮，使不同厂家的产品可以直接互通，各种传送媒质如光纤、数字微波等可以直接连接，组网十分方便。
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