復用體系

復用體系是指一系列標準化的數字復用等級，其中每一級都用規定的比特率來表征。

中文名稱	復用體系
英文名稱	digital multiplex hierarchy
定　　義	一系列標準化的數字復用等級，其中每一級都用規定的比特率來表征。
套用學科	通信科技（一級學科），線纜傳輸與接入（二級學科）

基本介紹

• 中文名：復用體系
• 外文名：digital multiplex hierarchy
• 套用學科：通信科技，線纜傳輸與接入

定義

復用體系是指一系列標準化的數字復用等級，其中每一級都用規定的比特率來表征。復用體系又可稱為數字復用體系，是按照容量分成等級的PCM數字復用體系。在某一等級上復用是把一定數目較低數字率的數位訊號合併成一個較高數字率的數位訊號，它又能在後一級高次群數字復用設備中和其他相同數字率的數位訊號進一步合併成一個具有更高數字率的數位訊號。依次類推，這些PCM數字復用系列稱為數字復用體系。目前有歐洲及北美兩個主要的標準數字復用體系，我國現用的體系與歐洲的相同。

發展

1985年，美國貝爾通信研究所提出了同步光網路(SONET)的概念及相應的標準，並在1986年成為美國數字型系的新標準。ITU—T的前身國際電報電話諮詢委員會(Con—sultative Committee of International Telegraph and Telephone，CCITT)在1988年接受了SONET概念，同時與美國國家標準協會(American National Standards Institute，ANSI)的T1委員會達成協定，將SONET修訂後重新命名為同步數字型系(SDH)。在北美各國，SONET被用來作為運營商網路的底層結構，是當前對於高速信號進行傳輸和復用的標準網路結構。SDH則被我國、歐洲各國和日本所採用，並被用於大多數的海底系統中。因此，在接下去的文字中，將採用SDH中的用語，並在適當的地方介紹SONET中的用語。

在SONET和SDH網路出現之前，網路底層結構基於準同步數字型系(PDH)，那時人們主要致力於復用數字音頻電路的開發。一個頻寬為4 kHz的模擬音頻可以用8 kHz的頻率採樣，並且每個採樣點用8比特來量化。這就產生了一個比特率為64 kb/s的數字音頻電路。而高速信息流則被定義為多個這樣的64 kb/s的基本信息流的組合。對於這些高速的信息流，在世界上不同的地方擁有其不同的標準，如表1—2所示。在北美各國，該64 kb/s的信號被稱為DS0(Digital Signal 0，即0級數位訊號)，類似地，1．544 Mb/s的信號被稱為DSl，44．736 Mb/s的信號被稱為DS3等。而在歐洲各國，該體系則被標記為E0、E1、E2和E3等，不過只有其中的E0與DS0的比特速率相同。通常此類網路承載的是聲音信息，而不是數據信息。

原理

數字復用思想就是採用不同的復用等級。最低一級的用戶業務信號是不需要復用的，最常見的例子就是一個64kbit/s的話音業務信道（即DS0信號）。但在許多網路中（如建築物內的小交換機(PBX)或電話交換局處），為了提高到交換局的銅線利用率，24路DS0信號被復用到一起成為DSl信號（許多地方也叫T1信號）。為了充分利用其他傳輸媒質的潛在容量，如微波、同軸電纜，當然還有光纖。28路DS1信號被復用在一起，稱為DS3信號，也可叫T3信號。

北美數字復用體系

體系圖中還列舉了另外一個復用等級信號，即DS2，用戶一般看不到DS2，也就是說，用戶可以租用DS0、DS1和DS3電路，但運營商一般並不提供DS2電路。體系圖右側是另一個復用等級，DS3信號被一個業務適配器（SA）映射進一個STS-1信號（同步傳送信號級別1）中。該操作是在DS3前添加一些開銷位元組後，再將它與其他業務載荷匹配成DS3的幀。體系圖底部雲狀網路是為了便於描述而擴展的，另一個復用等級STS-N把多個STS一1信號復用進另一個更大容量的載荷中。N的取值取決於具體網路配置(圖中給出了兩個值)。最後，一個電光轉換器(E/O)把電信號轉換成光信號，即OC—N信號。OC-N鏈路上的小圓圈通常用於代表光纖鏈路（相反，如果沒有則是電鏈路）。

準同步數字復用體系

標準

由於歷史的原因，準同步體系(PDH)的速率等級和復用方式形成了三種互不兼容的地區性標準，即歐洲標準、北美標準和日本標準，如右圖所示。

PDH數字復用體系

缺陷

由於PDH體系下，高次群信號的復用是靠塞入一些額外比特從而使各支路信號與復用設備同步並最後復用成高速信號的，因而要想從高速信號中識別和提取低速支路信號，唯一的辦法是將整個高速線路信號一步一步地分用到所要取出的低速支路信號等級，上下支路信號後，再一步一步地復用至高速線路信號進行傳輸。可見復用結構不僅複雜，也缺乏靈活性。此外，傳統的準同步系統的運行管理維護(OAM)主要靠人工的數位訊號交叉連線和停業務測試，因而復用信號幀結構中不需要安排很多用於網路運行維護管理的比特，這在提供點到點的電話通信能力方面尚可接受。但時至今日，這種輔助管理比特的嚴重缺乏已成了進一步改進網路OAM能力的重大障礙，使傳統的PDH系統無法進一步適應不斷演變的電信網要求和新業務的靈活快速提供要求。最後，由於歷史的原因，PDH數字型系不存在世界性的標準光接口規範，導致各個廠家自行開發的專用光接口大量滋生。這些專用光接口無法在光路上互通，必須通過光/電轉換成標準電接El才能互通，這就限制了聯網套用的靈活性，也增力加了網路複雜性和運營成本。

發展

從上述可知，由於PDH數字型系的內在固有問題，要想在同一技術體制和技術框架內根本解決這些問題是事倍功半，得不償失的，唯一的出路是從技術體制上進行徹底的改革，一種有機地結合了高速大容量光纖傳輸技術和智慧型網元技術的新體制——同步數字型系（SDH）應運而生。

同步數字復用體系

基本概念

所謂同步就是指網中各電信號的特定時刻將精確地以同樣的平均速率出現，而同步數字型系(SDH)就是設計工作在同步條件下的一種數字傳輸體制。它是在原來美國貝爾通信研究所提出的光同步網(SONET)基礎上，重新命名使之成為不僅適於光纖也適於微波和衛星的通用技術體制，因而SDH和SONET在基本原理和主要規範方面都是一致的，統稱為(光)同步傳輸網。

SDH和SONET的主要差別是PDH接口不一樣，因而映射復用路線不同。此外在某些開銷位元組的定義和用法及性能判據方面也稍有不同，兩者在時鐘規範上也還不能兼容，其趨勢則是彼此越來越靠攏。

從網路的角度看，SDH是一些SDH網元（NE）組成的，在光纖或其它傳輸媒質上進行同步信息傳輸、復用、分插和交叉連線的網路。這是一種高度標準化的技術體制，它有全世界統一的網路節點接口（NNI），從而簡化了信號的互通以及信號的傳輸、復用、交叉連線和交換過程；它有一套標準化的信息結構等級，稱為同步傳送模組STM-1、STM-、STM-16和STM-64，並具有一種塊狀幀結構，允許安排豐富的維護管理比特用於網路的OAM；它的基本網元有終端復用器（TM），分插復用器（ADM），再生器（REG）和同步數字交叉連線設備（SDXC）等，其功能各異，但都有統一的標準光接口，能夠在基本光纜段上實現橫向兼容性；它有一套特別設計的復用映射結構，允許現存的PDH信號、SDH信號以及將來的ATM信號和其他信號都能納入其幀結構，因而具有廣泛的適應性；它大量採用軟體進行網路配置和控制，使得新功能、新特性和新業務的加入十分方便，適於將來的不斷發展。目前SDH技術正在核心網中大量套用，也已經開始逐漸滲入接入網中。

速率規定

目前SDH計畫支持4個等級信號，其中STM-1是最基本的模組信號，告誡模組信號STM-N是將基本模組信號按同步復用，經位元組間插後的結果，其中N=1,4,16,64。相應的SONET標準則計畫支持10個等級信號，從實際套用趨勢看，除了與SDH相對應的STS-3、STS-12、STS-48和STS-192以外，其他等級的信號套用不多，將趨於自然消亡狀態。此外，SDNET還規定了一種STS-3C，不僅速率與STM-1一樣，而且連指針處理等其他方面也完全一致。

SDH與SONET的標準速率

幀結構

SDH仍屬於同步時分復用方式，因而需要組成一定的重複出現的幀結構。一個STM-N幀由270×N列和9行8bit位元組組成。對於STM-1而言，相當幀長度為270×9=2430個位元組，等於19440bit，用時間來表示為125μs。位元組的傳輸是從左到右按行進行的，直至9×270個位元組都傳完後再進入下一幀，如此一幀一幀地傳送，每秒共傳8000幀。

整個幀結構大體劃分為三個主要區域：
（1）段開銷（SOH）區域；

（2）信息淨負荷（Payload）區域；

（3）管理單元指針（AU PTR）區域。

復用映射結構

一個完整的SDH同步復用映射結構及各類復用單元之間的關係如右圖所示，這裡所謂映射指將非SDH支路信號適配裝入相應SDH虛容器的過程。

G.707 復用映射結構

當然，右圖的復用結構是最完整的結構，並不排除最簡單的選擇。事實上，各個網路運營商只需要根據具體的網路套用環境和實際業務需要，選擇必須的接口和復用映射路線即可，通常應使每種淨負荷只有一條復用映射路線。

標準光接口

傳統PDH系統的光接口是專用的，外界無法接入。而SDH系統的光接口是開放的，任何廠家的任何單元都應在光路上互通。即具備橫向兼容性。為此需要對16個光參數作嚴格的規定，詳細可以參見ITU-T建議G.957。

為了簡化橫向兼容系統的開發，可以將眾多的網路套用場合按傳輸距離和所用技術歸納為三種基本場合，即局內通信、短距離局間通信和長距離局間通信。這樣，只需對這三種套用場合規範三種光接口參數即可。

強大的網管能力

SDH的幀結構中安排了豐富的開銷比特（大約占信號的5%），使SDH的OAM能力大大加強，諸如故障檢測、網路配置、區段定位、端到端性能監視、單端維護等能力都能實現。此外，SDH的網元（諸如TM、ADM和DXC等）是高度智慧型化的，通過嵌入控制通路ECC可以使部分網管能力經軟體下載迅速分配給網元，實現分散式管理，使新特性新功能的開發變得比較容易，還可以實現具有很高生存性的各種自愈環行網結構。最後，SDH的網管採用了最新的面向目標的方法，包括面向目標的協定棧、面向目標的軟體系統和面向目標的語言，將來還將採用面向目標的資料庫。這樣做的好處是：軟體系統設計是結構化的，且可重複使用，軟體開發效率高且適於處理複雜的大型系統。

SDH的一個重要設計目標是實現橫向兼容性，這方面除了速率、數據格式、復用結構和光接口必須統一外，最困難的部分是實現管理功能的兼容，為此不僅需要統一的管理接口協定棧，還需要一致的管理信息模型，屆時不僅不同廠家的設備可以互相通信，而且管理系統也可以互相兼容，這將是一個宏大而艱巨的長期任務。