第 4章 多路复用传输技术

多路复用器

多路分解器

一条链路n 个输入 n 个输出

n 个信道

目的：在介质上尽可能传输更多信号。

多路复用传输技术 ( 续 )

• 频分多路复用频分多路复用 FDM (FFrequency DDivision MMultiplexing)

• 时分多路复用时分多路复用 TDM (TTime DDivision MMultiplexing)

• 波分多路复用波分多路复用 WDM (WWavelengh DDivision MMultiplexing)

频分多路复用 FDM

• FDMFDM 是将各路输入信号调制到不同的载波频是将各路输入信号调制到不同的载波频率率。每个调制的信号占用以载波频率为中心的一定频带。只要载波频率足够分离，调制的信号频带就不覆盖。• FDM 传输模拟信号，输入信号可以是模拟或数字，数字信号要转换为模拟信号。• 无线电广播和广播电视信号都采用 FDM ，每路电视信号 6MHz ，几十路电视信号可频分多路复用在 400MHz 带宽同轴电缆上。

时分多路复用 TDM

• TDMTDM 指 指 n n 路输入按时间交替插入到复用的介质路输入按时间交替插入到复用的介质，即 n 路数据源的输入复合成一个数据流在此链路上传输。• 传输的复合数据流被组织成 TDMTDM 帧帧，每个帧的传输周期被分成几个时间糟，指定给一路数据源的一个或多个时间糟称为一个信道信道 (channel) 。• 同步同步 TDM 是指给每个数据源的时间糟是事先指定，固定不变的。各数据源将信号插入到指定给它的信道，若它没有数据则发空信号。• 关键是时钟信号的同步。

时分多路复用 TDM ( 续 )

• 数字载波系统和 数字载波系统和 PDHPDH ( 准同步数字等级 PPlesiochronous DDigital HHierarchy)—T1T1//E1E1数字载波系统数字载波系统。

• SONET/SDH ( 同步光纤网 SSynchronous OOptical NETNETwork / 同步数字等级 SSynchronous DDigital HHierarchy) 。

数字载波系统和 PDH

• 20 世纪 60 年代中， AT&T 发明了数字载波系统。首先利用脉码调制 PCMPCM 技术把话音信号转换成数字信号，然后把 2244 路信号复合在一起路信号复合在一起形成数字信号 DS-1DS-1(DDigital SSignal-1-1) ，再进行传输。这样的载波系统载波系统称为 T1T1 。它是 PCM-TDMPCM-TDM 系统。

数字载波系统和 PDH( 续 )

• 话音信号在 300 ～ 3400Hz ，选 80008000 次次 //秒采样率秒采样率。 1/8000 = 125125 微秒微秒 // 次次。每次对 24 路话音轮流采样一遍，用一个 codec 数字化。每路的采样用 8 位编码， 24路共 192 位，再加一个定帧位 (framing bit) ，构成 DS-1 信号的 193 位传输帧。

• 定帧位用于帧同步，指示从哪里开始计数信道。 DS-1 定帧位的模式是 0 、 1 交替。

数字载波系统和 PDH—DS-1 传输帧

1 2 3 4 5 6 7 8

信道 1 信道 2 信道 24

193 位

125 微秒

framing bit

数字载波系统和 PDH—DS-1 传输帧 ( 续 )

• 8000 次 / 秒采样，每次采样编码成 193位传输， DS-1DS-1 的速率为 80008000 次次 // 秒秒 ×1×19393 位位 // 次次 =1.544Mb/s = 1.544Mbps 1.544Mbps 。

• DS-1 用于数字数据时， 23 个信道用作数据信道，第 24 信道用作同步字节，每个数据信道的 7 位用于数据，第 8 位用作信令，所以每个信道的速率是 7×8000=56kbps 。

数字载波系统和 PDHE1 数字载波系统

• 1968 年欧洲开发了 E1 E1 数字载波系统。• E1 标准中，每帧包含 3232 个信道个信道的信号，其中 1 个信道用于传输信令， 1 个用于帧同步。• 总速率为： 8000×32×88000×32×8 ＝＝ 22..048Mbps048Mbps 。• 每个信道的速率为： 8000×88000×8 ＝＝ 64kbps64kbps 。• 邮电部的 DDN 是利用电信网的 PCM 数字通道为用户提供数字传输业务。 (T1/E1)

数字载波系统和 PDH—PDH 的数字信号等级

北美 ITU-T

信号级 信道数 数据速率 (Mbps)

信号级 信道数 数据速率 (Mbps)

DS-1 24 1.544 E1 30 2.048

DS-2 96 6.312 E2 120 8.448

DS-3 672 44.736 E3 480 34.368

DS-4 4032 274.176 E4 1920 139.264

数字载波系统和 PDH—PDH 的操作

• 几个几个 DS-1DS-1 或或 E1E1 信号的复合：从每个支流轮流取信号的复合：从每个支流轮流取一位交替形成高等级流一位交替形成高等级流。• 44 个 E1 做成 E2 ， 44 个 E2 做成 E3 ，…等。但 4 个

DS-1 做成 DS-2 ， 7 个 DS-2 做成 DS-3 ，不太规范。• 多路复用器中，每个支流有一输入缓冲，暂存到来的数据。但支流的时钟略有不同，多路复用器以最高的支流时钟速率为基准，从缓冲区读取。若时钟速率慢的支流数据未到达，多路复用器要加填充位，多路分解器要丢填充位。这就是所谓准同步准同步。

数字载波系统和 PDH—PDH 的主要问题

• 每次向 / 从高等级流 ( 例如 E3) 插入 / 取出一个支流 ( 例如 E1) ，必须完成组建 E3 的两个多路复用器的全部操作。即每次上、下信号时都要将整个通信码流拆开，插入或抽取支流，再重组，代价昂贵、效率低下。• 对采用这种多路复用技术的网络作监测、管理十分困难。• 基于上述原因， DS-3 以上的等级很少使用。

SONET/SDH

• SONET 是一种光纤传输标准， 80 年代中期由 BellCore 提出，由美国国家标准局 ANSI 标准化， 1988 年发表，用于操作电话公司的光纤网。• ITU-T 在 1989 年建立了 SDH 标准。• SONET/SDH 的开发是为了充分利用光纤的高速传输能力，需要在 DS-3 等级以上建立一个新的时分多路复用标准时分多路复用标准。

SONET/SDH— 标准信号帧• SONET 的基本电信号块是一级同步传输信号 SS

TSTS-1(SSynchronous TTransport SSignal-level 1) 。多个 STS-1 信号块可以组合形成高速率的 N 级同步传输信号 STS-N ，速率是 51.84Mbps 的 N倍， N 最常用的值是 1 ， 3 ， 12 ， 48 等。• SONET 的光信号称 N 级光载波 OCOC-N (OOptica

l CCarrier at level N) ，光信号由电信号转换得到。

SONET/SDH— 标准信号帧 ( 续 )

• SDH 的标准信号块称为 N 级同步传输模块 STMSTM-N(SSynchronous TTransfer MModule-level N) ，速率是 155.52Mbps 的 N倍 , N最常用的值是 1, 4, 16 等。

SONET/SDH— 信号等级 SONET 光 电

SDH 数据速率 (Mbps)

OC-1 STS-1 51.84

OC-3 STS-3 STM-1 155.52

OC-12 STS-12 STM-4 622.08

OC-48 STS-48 STM-16 2488.32

OC-192 STS-192 STM-64 9953.28

SONET/SDH— 帧格式• SONET/SDH 帧在逻辑上可看作 9 9 行的矩阵。

STS-1 帧是 9 行 ×90 列 ( 字节 ) ， STS-N 帧是 9 行 ×90N 列， STM-N 帧是 9 行 ×270N 列。• 每 125 125 微秒微秒发送一个 SONET/SDH 帧，即 800800

00 帧帧 // 秒秒。 STS-1 的速率为 810×8×8000＝ 51.84Mbps 。

• 帧的传输是按字节，一行接一行，从左到右，从上到下。

SONET/SDH—STS-1 的帧格式

A1 A2

H1 H2

3字节 87字节

SONET/SDH—STS-1 的帧格式• 头 3列是开销字节， A1 、 A2 是同步字节，表示每个 STS-1 帧的开始；• 后 87列放用户数据，称为同步载荷信封 SPE

(SSynchronous PPayload EEnvelop) ，其中第 1列是路径开销；• SPE 可以在帧中任一位置开始，载荷指针 H1~

H2 指示 SPE 第 1 字节的位置。• STS-1 可传输 28 个 DS-1 ，或 1 个 DS-3 ，或 2

1 个 E1 信号。

SONET/SDH— 高等级信号块和载荷指针

• 高等级信号块是由低等级信号块 高等级信号块是由低等级信号块 (( 称支流称支流 ) ) 字字节交替得到节交替得到，如 STM-4由 4 个 STM-1 的信号字节交替组成， STM-16由 4 个 STM-4 字节交替组成；• 高等级信号帧中每一支流都有载荷指针载荷指针指示该支流的开始。用这指针为各支流载荷定位，上/ 下 (ADD/DROP) 信号方便。载荷指针是 SO

NET/SDH 中多路复用同步新技术，是其成功的秘密。

SONET 信号块的组合

T1

T3

STS-1

STS-1

STS-1

STS-3

STS-3

STS-3

STS-3STS-12 OC-12

E/O

...

SONET/SDH— 连锁的信号块 STS-Nc

• 连锁的信号块 STS-Nc (concatenated STS-N) 是为了传输宽带载荷。

• 3 个 STS-1锁定在一起，作为一个信号块，称为 STS-3c 。• STS-1 最高可以连锁为 STS-3c 。高等级的连锁信号块用多个 STS-3c连锁而成。更高等级用多个 STS-12c连锁。

波分多路复用 WDM

• 通过光纤的光信号可以包含许多频率 ( 即波长 ) ，每个频率对应不同的颜色。光纤的发送器和接收器一般只发送和接收特定的颜色。• 所谓波分多路复用 WDMWDM (WWavelength DDivision

MMultiplexing) 是指不同源的信息以不同的波长在一根光纤上传播，互不干扰。光纤上传输的不同信号波长对应不同的信道，称为信道波长。• 同一波段中信道间隔小于 1.6nm 的波分多路复用称为密集波分多路复用 DWDMDWDM (DDence WWav

elength DDivision MMultiplexing) 。

波分多路复用 WDM ( 续 )

• WDM 和 FDM 的原理类似，是将光波调制到不同的波长，即不同的频率。• WDM 和 FDM 还是不一样，最明显的区别是光的频率 (THz)比无线电频率 (MHz 和 GHz)高得多。• FDM 运行在相对低的无线电频率，无线电信号可通过任何传输介质传播，甚至大气中。而

WDM 只能在光缆中。

波分多路复用 WDM ( 续 )

• 90 年代初 WDM WDM 系统的波段标准化为 1550n1550nmm ，最初在一根光纤上可同时传送 2 个光波，后来到 16 ，重命名为 DWDMDWDM ，后来到 32 ，… 160 ，… 个光波。信道波长一般等间隔，间隔为 1.6 ， 0.8nm 或更小。每个光波可操作在2.5Gbps 或 10Gbps 。

• 光信号经长距离光纤传输后需放大，目前常用的光放大器工作波长为 1530 ～ 1565nm ，所以这也是波分复用系统的工作波段。• WDM 采用单模光纤，激光发射器。