课件-光纤通信-第5章数字光纤通信系统
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• 图 5.6 示出载荷包络与STM1 帧的一段关系与指针所起的 作用。通过指针的值，接收端就可以确定载荷的起始位置。
• ITUT规定了SDH的一般复用映射结构。所谓映射结构， 是指把支路信号适配装入虚容器的过程，其实质是使支路信号 与传送的载荷同步。
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•图 5.6 载荷包络与SDH
(1) 北美、西欧和亚洲所采用的三种数字系列互不兼容， 没 有世界统一的标准光接口，使得国际电信网的建立及网络的营 运、 管理和维护变得十分复杂和困难。
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• (2) 各种复用系列都有其相应的帧结构，没有足够的开销 比特，使网络设计缺乏灵活性，不能适应电信网络不断扩大、 技术不断更新的要求。 • (3) 由于低速率信号插入到高速率信号，或从高速率信号 分出，都必须逐级进行，不能直接分插，因而复接/分接设备 结构复杂，上下话路价格昂贵。
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• 最简单的例子是，由PDH的4次群信号到SDH的STM1 的 复接过程。把139.264 Mb/s的信号装入容器C4，经速率适配处 理后，输出信号速率为149.760 Mbபைடு நூலகம்s; 在虚容器VC4 内加上通道 开销POH(每帧9 Byte, 相应于0.576 Mb/s)后，输出信号速率为 150.336 Mb/s；在管理单元AU4 内，加上管理单元指针AU PTR(每帧9 Byte, 相应于0.576 Mb/s)，输出信号速率为150.912 Mb/s; 由 1个AUG加上段开销SOH(每帧72 Byte, 相应于4.608 Mb/s), 输出信号速率为155.520 Mb/s, 即为STM1。
• (2) SDH各网络单元的光接口有严格的标准规范。因此， 光接口成为开放型接口，任何网络单元在光纤线路上可以互连， 不同厂家的产品可以互通，这有利于建立世界统一的通信网络。 另一方面，标准的光接口综合进各种不同的网络单元， 简化 了硬件，降低了网络成本。有关光接口标准请参看本书附录A。
(3) 在SDH帧结构中，丰富的开销比特用于网络的运行、 维护和管理，便于实现性能监测、故障检测和定位、故障报告 等管理功能。 (在后续章节将进行介绍。)
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•
图5.2SDH
•(a) 终端复用器TM； (b) 分插复用设备ADM(Add/Drop Multiplexer); (c) 数字交叉连接设备DXC
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•
图 5.3
• (a) 传输通道连接模型； (b) 分层结构
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• 5.1.1准同步数字系列PDH
• 准同步数字系列有两种基础速率：一种是以1.544 Mb/s 为第一级(一次群，或称基群)基础速率，采用的国家有北美 各国和日本；另一种是以2.048 Mb/s为第一级(一次群)基础速 率， 采用的国家有西欧各国和中国。表5.1是世界各国商用数 字光纤通信系统的PDH传输体制，表中示出两种基础速率各 次群的速率、话路数及其关系。对于以2.048 Mb/s为基础速率 的制式，各次群的话路数按4倍递增，速率的关系略大于4倍， 这是因为复接时插入了一些相关的比特。 对于以1.544 Mb/s 为基础速率的制式，在3次群以上，日本和北美各国又不相同， 看起来很杂乱。
• SDH
• (1) 段开销(SOH)。 段开销是在SDH帧中为保证信息正常 传输所必需的附加字节(每字节含64 kb/s的容量)，主要用于运 行、 维护和管理，如帧定位、 误码检测、 公务通信、自动保 护倒换以及网管信息传输。
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•图 5.5 SDH帧的一般结构
• 3.
• 将低速支路信号复接为高速信号，通常有两种传统方法： 正码速调整法和固定位置映射法。正码速调整法的优点是容许 被复接的支路信号有较大的频率误差；缺点是复接与分接相当 困难。
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• 固定位置映射法是让低速支路信号在高速信号帧中占用固 定的位置。这种方法的优点是复接和分接容易实现，但由于低 速信号可能是属于PDH的或由于SDH网络的故障，低速信号与 高速信号的相对相位不可能对准，并会随时间而变化。SDH采 用载荷指针技术，结合了上述两种方法的优点，付出的代价是 要对指针进行处理。 超大规模集成电路的发展，为实现指针技 术创造了条件。
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• PDH各次群比特率相对于其标准值有一个规定的容差，而 且是异源的，通常采用正码速调整方法实现准同步复用。1次 群至4次群接口比特率早在1976年就实现了标准化，并得到各 国广泛采用。 PDH主要适用于中、低速率点对点的传输。随着 技术的进步和社会对信息的需求，数字系统传输容量不断提高， 网络管理和控制的要求日益重要，宽带综合业务数字网和计算 机网络迅速发展，迫切需要建立在世界范围内统一的通信网络。 在这种形势下，现有PDH的许多缺点也逐渐暴露出来，主要有：
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• 对于STM 1 而言， SOH共使用9×8(第4行除外)=72 Byte相应于576 bit。由于每秒传输8000帧， 所以SOH的容量 为576×8000=4.608 Mb/s。
• 根据图5.3(a)的传输通道连接模型，段开销又细分为再 生段开销(SOH)和复接段开销(LOH)。前者占前3行，后者占 5～9行。
• (2) 信息载荷(Payload)。信息载荷域是SDH帧内用于承 载 各 种 业 务 信 息 的 部 分 。 对 于 STM1 而 言 ， Payload 有 9×261=2349 Byte, 相应于2349×8×8000=150.336 Mb/s 容量。
• 在Payload中包含少量字节用于通道的运行、 维护和管 理， 这些字节称为通道开销(POH)。
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•图 5.7 SDH的一般复用映射结 构
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• 由于在传输过程中，不能绝对保证所有虚容器的起始相 位始终都能同步，所以要在VC 的前面加上管理单元指针(AU PTR)， 以进行定位校准。加入指针后组成的信息单元结构分 为管理单元(AU)和支路单元(TU)。AU由高阶VC(如VC 4)加 AU指针组成， TU由低阶VC加TU指针组成。TU经均匀字节 间插后， 组成支路单元组(TUG)，然后组成AU3或AU4。3个 AU3或1个AU4组成管理单元组(AUG)，加上段开销SOH，便 组成STM1 同步传输信号；N个STM1 信号按字节同步复接， 便组成STMN。
• 在技术迅速发展的推动下，美国提出了同步光纤网 (SONET)。1988年，ITUT(原CCITT)参照SONET的概念，提 出了被称为同步数字系列(SDH)的规范建议。
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• SDH解决了PDH存在的问题，是一种比较完善的传输体 制，现已得到大量应用。这种传输体制不仅适用于光纤信道， 也适用于微波和卫星干线传输。
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• 5.1.2同步数字系列SDH
• 1. SDH
• SDH不仅适合于点对点传输，而且适合于多点之间的网 络传输。图5.1示出SDH传输网的拓扑结构，它由SDH终接设 备(或称SDH终端复用器TM)、分插复用设备ADM、数字交叉 连接设备DXC等网络单元以及连接它们的(光纤)物理链路构 成。SDH终端的主要功能是复接/分接和提供业务适配，例如 将多路E1信号复接成STM1信号及完成其逆过程，或者实现与 非SDH网络业务的适配。ADM是一种特殊的复用器，它利用 分接功能将输入信号所承载的信息分成两部分：一部分直接 转发，另一部分卸下给本地用户。然后信息又通过复接功能 将转发部分和本地上送的部分合成输出。DXC类似于交换机， 它一般有多个输入和多个输出，通过适当配置可提供不同的 端到端连接。
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• (3) 管理单元指针(AU PTR)。管理单元指针是一种指示符， 主要用于指示Payload第一个字节在帧内的准确位置(相对于指 针位置的偏移量)。对于STM1 而言，AU PTR有9个字节(第4 行)， 相应于9×8×8000=0.576 Mb/s。
• 采用指针技术是SDH的创新，结合虚容器(VC)的概念， 解决了低速信号复接成高速信号时，由于小的频率误差所造成 的载荷相对位置漂移的问题。
课件-光纤通信-第5章数 字光纤通信系统
2020/12/9
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第5章 数字光纤通信系统
• 5.1
• 光纤大容量数字传输目前都采用同步时分复用(TDM)技 术， 复用又分为若干等级，因而先后有两种传输体制：准同 步数字系列•来(P自DHw)w和w同.cn步sh数u.字cn系中列国(S最D大H)的。资P料D库H早下在载1976年就 实现了标准化，目前还大量使用。随着光纤通信技术和网络 的发展，PDH遇到了许多困难。
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• 这种结构可以把目前PDH的绝大多数标准速率信号装入 SDH帧。图5.7示出SDH一般复用映射结构，图中Cn是标准容 器， 用来装载现有PDH的各支路信号， 即C11#, C12#, C2#, C3 和C4 分别装载1.5 Mb/s#, 2Mb/s#, 6 Mb/s#, 34 Mb/s#, 45 Mb/s 和140Mb/s 的支路信号，并完成速率适配处理的功能。 在 标准容器的基础上，加入少量通道开销(POH)字节，即组成 相应的虚容器VC。VC的包络与网络同步，但其内部则可装 载各种不同容量和不同格式的支路信号。所以引入虚容器的 概念，使得不必了解支路信号的内容，便可以对装载不同支 路信号的VC进行同步复用、交叉连接和交换处理，实现大容 量传输。
• (4) 采用数字同步复用技术，其最小的复用单位为字节， 不必进行码速调整，简化了复接分接的实现设备，由低速信号 复接成高速信号，或从高速信号分出低速信号，不必逐级进行。
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• 图 5.4 示出PDH和SDH分插信号流程的比较。在PDH中， 为了从140 Mb/s码流中分出一个2 Mb/s的支路信号，必须经过 140/34 Mb/s, 34/8 Mb/s和8/2 Mb/s三次分接。 而若采用SDH分 插复用器(ADM)，可以利用软件一次直接分出和插入 2 Mb/s支 路信号，十分简便。
• (5) 采用数字交叉连接设备DXC可以对各种端口速率进行 可控的连接配置，对网络资源进行自动化的调度和管理，既提 高了资源利用率，又增强了网络的抗毁性和可靠性。SDH采用 了DXC后，大大提高了网络的灵活性及对各种业务量变化的适 应能力，使现代通信网络提高到一个崭新的水平。
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•图 5.4 分插信号流程的比较
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• 2. SDH帧结构
• SDH帧结构是实现数字同步时分复用、保证网络可靠有 效运行的关键。图 5.5 给出SDH帧一个STMN帧有9行，每行由 270×N个字节组成。 这样每帧共有9×270× N 个字节， 每字节为8 bit。 帧周期为125 μs， 即每秒传输8000帧。对于 STM1 而言，传输速率为9×270×8×8000=155.520 Mb/s。字 节发送顺序为：由上往下逐行发送，每行先左后右。
• 与PDH相比， SDH
• (1) SDH采用世界上统一的标准传输速率等级。 最低的等 级也就是最基本的模块称为STM1，传输速率为155.520 Mb/s； 4 个 STM1 同 步 复 接 组 成 STM4 ， 传 输 速 率 为 4×155.52 Mb/s=622.080 Mb/s； 16个STM 1 组成STM 16, 传输速率为 2488.320 Mb/s，以此类推。
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•图 5.1 SDH传输网的典型拓扑结构
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• 上述TM、ADM和DXC的功能框图分别如图5.2(a)#, (b)#, (c)所示。通过DXC的交叉连接作用，在SDH传输网内可提供 许多条传输通道，每条通道都有相似的结构，其连接模型如图 5.3(a)所示，相应的分层结构如图5.3(b)所示。每个通道(Path) 由一个或多个复接段(Line)构成，而每一复接段又由若干个再 生段(Section)串接而成。
• ITUT规定了SDH的一般复用映射结构。所谓映射结构， 是指把支路信号适配装入虚容器的过程，其实质是使支路信号 与传送的载荷同步。
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•图 5.6 载荷包络与SDH
(1) 北美、西欧和亚洲所采用的三种数字系列互不兼容， 没 有世界统一的标准光接口，使得国际电信网的建立及网络的营 运、 管理和维护变得十分复杂和困难。
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• (2) 各种复用系列都有其相应的帧结构，没有足够的开销 比特，使网络设计缺乏灵活性，不能适应电信网络不断扩大、 技术不断更新的要求。 • (3) 由于低速率信号插入到高速率信号，或从高速率信号 分出，都必须逐级进行，不能直接分插，因而复接/分接设备 结构复杂，上下话路价格昂贵。
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• 最简单的例子是，由PDH的4次群信号到SDH的STM1 的 复接过程。把139.264 Mb/s的信号装入容器C4，经速率适配处 理后，输出信号速率为149.760 Mbபைடு நூலகம்s; 在虚容器VC4 内加上通道 开销POH(每帧9 Byte, 相应于0.576 Mb/s)后，输出信号速率为 150.336 Mb/s；在管理单元AU4 内，加上管理单元指针AU PTR(每帧9 Byte, 相应于0.576 Mb/s)，输出信号速率为150.912 Mb/s; 由 1个AUG加上段开销SOH(每帧72 Byte, 相应于4.608 Mb/s), 输出信号速率为155.520 Mb/s, 即为STM1。
• (2) SDH各网络单元的光接口有严格的标准规范。因此， 光接口成为开放型接口，任何网络单元在光纤线路上可以互连， 不同厂家的产品可以互通，这有利于建立世界统一的通信网络。 另一方面，标准的光接口综合进各种不同的网络单元， 简化 了硬件，降低了网络成本。有关光接口标准请参看本书附录A。
(3) 在SDH帧结构中，丰富的开销比特用于网络的运行、 维护和管理，便于实现性能监测、故障检测和定位、故障报告 等管理功能。 (在后续章节将进行介绍。)
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•
图5.2SDH
•(a) 终端复用器TM； (b) 分插复用设备ADM(Add/Drop Multiplexer); (c) 数字交叉连接设备DXC
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•
图 5.3
• (a) 传输通道连接模型； (b) 分层结构
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• 5.1.1准同步数字系列PDH
• 准同步数字系列有两种基础速率：一种是以1.544 Mb/s 为第一级(一次群，或称基群)基础速率，采用的国家有北美 各国和日本；另一种是以2.048 Mb/s为第一级(一次群)基础速 率， 采用的国家有西欧各国和中国。表5.1是世界各国商用数 字光纤通信系统的PDH传输体制，表中示出两种基础速率各 次群的速率、话路数及其关系。对于以2.048 Mb/s为基础速率 的制式，各次群的话路数按4倍递增，速率的关系略大于4倍， 这是因为复接时插入了一些相关的比特。 对于以1.544 Mb/s 为基础速率的制式，在3次群以上，日本和北美各国又不相同， 看起来很杂乱。
• SDH
• (1) 段开销(SOH)。 段开销是在SDH帧中为保证信息正常 传输所必需的附加字节(每字节含64 kb/s的容量)，主要用于运 行、 维护和管理，如帧定位、 误码检测、 公务通信、自动保 护倒换以及网管信息传输。
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•图 5.5 SDH帧的一般结构
• 3.
• 将低速支路信号复接为高速信号，通常有两种传统方法： 正码速调整法和固定位置映射法。正码速调整法的优点是容许 被复接的支路信号有较大的频率误差；缺点是复接与分接相当 困难。
课件-光纤通信-第5章数字光纤通信 系统
• 固定位置映射法是让低速支路信号在高速信号帧中占用固 定的位置。这种方法的优点是复接和分接容易实现，但由于低 速信号可能是属于PDH的或由于SDH网络的故障，低速信号与 高速信号的相对相位不可能对准，并会随时间而变化。SDH采 用载荷指针技术，结合了上述两种方法的优点，付出的代价是 要对指针进行处理。 超大规模集成电路的发展，为实现指针技 术创造了条件。
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• PDH各次群比特率相对于其标准值有一个规定的容差，而 且是异源的，通常采用正码速调整方法实现准同步复用。1次 群至4次群接口比特率早在1976年就实现了标准化，并得到各 国广泛采用。 PDH主要适用于中、低速率点对点的传输。随着 技术的进步和社会对信息的需求，数字系统传输容量不断提高， 网络管理和控制的要求日益重要，宽带综合业务数字网和计算 机网络迅速发展，迫切需要建立在世界范围内统一的通信网络。 在这种形势下，现有PDH的许多缺点也逐渐暴露出来，主要有：
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• 对于STM 1 而言， SOH共使用9×8(第4行除外)=72 Byte相应于576 bit。由于每秒传输8000帧， 所以SOH的容量 为576×8000=4.608 Mb/s。
• 根据图5.3(a)的传输通道连接模型，段开销又细分为再 生段开销(SOH)和复接段开销(LOH)。前者占前3行，后者占 5～9行。
• (2) 信息载荷(Payload)。信息载荷域是SDH帧内用于承 载 各 种 业 务 信 息 的 部 分 。 对 于 STM1 而 言 ， Payload 有 9×261=2349 Byte, 相应于2349×8×8000=150.336 Mb/s 容量。
• 在Payload中包含少量字节用于通道的运行、 维护和管 理， 这些字节称为通道开销(POH)。
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•图 5.7 SDH的一般复用映射结 构
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• 由于在传输过程中，不能绝对保证所有虚容器的起始相 位始终都能同步，所以要在VC 的前面加上管理单元指针(AU PTR)， 以进行定位校准。加入指针后组成的信息单元结构分 为管理单元(AU)和支路单元(TU)。AU由高阶VC(如VC 4)加 AU指针组成， TU由低阶VC加TU指针组成。TU经均匀字节 间插后， 组成支路单元组(TUG)，然后组成AU3或AU4。3个 AU3或1个AU4组成管理单元组(AUG)，加上段开销SOH，便 组成STM1 同步传输信号；N个STM1 信号按字节同步复接， 便组成STMN。
• 在技术迅速发展的推动下，美国提出了同步光纤网 (SONET)。1988年，ITUT(原CCITT)参照SONET的概念，提 出了被称为同步数字系列(SDH)的规范建议。
课件-光纤通信-第5章数字光纤通信 系统
• SDH解决了PDH存在的问题，是一种比较完善的传输体 制，现已得到大量应用。这种传输体制不仅适用于光纤信道， 也适用于微波和卫星干线传输。
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• 5.1.2同步数字系列SDH
• 1. SDH
• SDH不仅适合于点对点传输，而且适合于多点之间的网 络传输。图5.1示出SDH传输网的拓扑结构，它由SDH终接设 备(或称SDH终端复用器TM)、分插复用设备ADM、数字交叉 连接设备DXC等网络单元以及连接它们的(光纤)物理链路构 成。SDH终端的主要功能是复接/分接和提供业务适配，例如 将多路E1信号复接成STM1信号及完成其逆过程，或者实现与 非SDH网络业务的适配。ADM是一种特殊的复用器，它利用 分接功能将输入信号所承载的信息分成两部分：一部分直接 转发，另一部分卸下给本地用户。然后信息又通过复接功能 将转发部分和本地上送的部分合成输出。DXC类似于交换机， 它一般有多个输入和多个输出，通过适当配置可提供不同的 端到端连接。
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• (3) 管理单元指针(AU PTR)。管理单元指针是一种指示符， 主要用于指示Payload第一个字节在帧内的准确位置(相对于指 针位置的偏移量)。对于STM1 而言，AU PTR有9个字节(第4 行)， 相应于9×8×8000=0.576 Mb/s。
• 采用指针技术是SDH的创新，结合虚容器(VC)的概念， 解决了低速信号复接成高速信号时，由于小的频率误差所造成 的载荷相对位置漂移的问题。
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2020/12/9
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• 5.1
• 光纤大容量数字传输目前都采用同步时分复用(TDM)技 术， 复用又分为若干等级，因而先后有两种传输体制：准同 步数字系列•来(P自DHw)w和w同.cn步sh数u.字cn系中列国(S最D大H)的。资P料D库H早下在载1976年就 实现了标准化，目前还大量使用。随着光纤通信技术和网络 的发展，PDH遇到了许多困难。
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• 这种结构可以把目前PDH的绝大多数标准速率信号装入 SDH帧。图5.7示出SDH一般复用映射结构，图中Cn是标准容 器， 用来装载现有PDH的各支路信号， 即C11#, C12#, C2#, C3 和C4 分别装载1.5 Mb/s#, 2Mb/s#, 6 Mb/s#, 34 Mb/s#, 45 Mb/s 和140Mb/s 的支路信号，并完成速率适配处理的功能。 在 标准容器的基础上，加入少量通道开销(POH)字节，即组成 相应的虚容器VC。VC的包络与网络同步，但其内部则可装 载各种不同容量和不同格式的支路信号。所以引入虚容器的 概念，使得不必了解支路信号的内容，便可以对装载不同支 路信号的VC进行同步复用、交叉连接和交换处理，实现大容 量传输。
• (4) 采用数字同步复用技术，其最小的复用单位为字节， 不必进行码速调整，简化了复接分接的实现设备，由低速信号 复接成高速信号，或从高速信号分出低速信号，不必逐级进行。
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• 图 5.4 示出PDH和SDH分插信号流程的比较。在PDH中， 为了从140 Mb/s码流中分出一个2 Mb/s的支路信号，必须经过 140/34 Mb/s, 34/8 Mb/s和8/2 Mb/s三次分接。 而若采用SDH分 插复用器(ADM)，可以利用软件一次直接分出和插入 2 Mb/s支 路信号，十分简便。
• (5) 采用数字交叉连接设备DXC可以对各种端口速率进行 可控的连接配置，对网络资源进行自动化的调度和管理，既提 高了资源利用率，又增强了网络的抗毁性和可靠性。SDH采用 了DXC后，大大提高了网络的灵活性及对各种业务量变化的适 应能力，使现代通信网络提高到一个崭新的水平。
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•图 5.4 分插信号流程的比较
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• 2. SDH帧结构
• SDH帧结构是实现数字同步时分复用、保证网络可靠有 效运行的关键。图 5.5 给出SDH帧一个STMN帧有9行，每行由 270×N个字节组成。 这样每帧共有9×270× N 个字节， 每字节为8 bit。 帧周期为125 μs， 即每秒传输8000帧。对于 STM1 而言，传输速率为9×270×8×8000=155.520 Mb/s。字 节发送顺序为：由上往下逐行发送，每行先左后右。
• 与PDH相比， SDH
• (1) SDH采用世界上统一的标准传输速率等级。 最低的等 级也就是最基本的模块称为STM1，传输速率为155.520 Mb/s； 4 个 STM1 同 步 复 接 组 成 STM4 ， 传 输 速 率 为 4×155.52 Mb/s=622.080 Mb/s； 16个STM 1 组成STM 16, 传输速率为 2488.320 Mb/s，以此类推。
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•图 5.1 SDH传输网的典型拓扑结构
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• 上述TM、ADM和DXC的功能框图分别如图5.2(a)#, (b)#, (c)所示。通过DXC的交叉连接作用，在SDH传输网内可提供 许多条传输通道，每条通道都有相似的结构，其连接模型如图 5.3(a)所示，相应的分层结构如图5.3(b)所示。每个通道(Path) 由一个或多个复接段(Line)构成，而每一复接段又由若干个再 生段(Section)串接而成。