SDH信号的帧结构与复用

在OTN技术的学习中，涉及到了大量SDH的相关知识，例如映射，复用，开销等，所以简单的总结一下SDH的帧结构与复用用以辅助学习OTN技术。

DWDM（密波）大容量+SDH（同步数字体系）的组网灵活，保护完善，管理功能强大=OTN 光传送网

OTN光传送网（Optical Transport Network）&什么是OTN-CSDN博客文章浏览阅读1.8w次，点赞78次，收藏345次。本文深入探讨了OTN（光传送网）技术，包括OTN的电层和光层结构、OTN帧的组成、速率等级、开销功能以及复用结构。内容涵盖OTN如何封装和传输不同速率的客户信号，如SDH、以太网等，并介绍了OTN的保护机制和维护管理能力。此外，还讨论了OTN相对于SDH的主要改进，如大颗粒带宽复用、强大的开销管理和光层保护。https://blog.csdn.net/qq_33162707/article/details/125388728

一、SDH信号的帧结构和复用

1、STM-N帧结构

STM-1信号的帧结构是9行×270列的块状帧，由上图看出，当N个STM-1信号通过字节间插复用成STM-N信号时，仅仅是将STM-1信号的列按字节间插复用，行数恒定为9行。

SDH信号帧传输的原则是：帧结构中的字节（8bit）从左到右，从上到下一个字节一个字节（一个比特一个比特）的传输，传完一行再传下一行，传完一帧再传下一帧。

帧速率：ITU-T规定对于任何级别的STM-N帧，帧频是8000帧/秒，也就是帧长或帧周期为恒定的125μs。

（但是由于STM-4是由4个STM-1字节间插构成，体积变大4倍，帧频率不变，带宽也就随之变为了4倍）

STM-N的帧结构由3部分组成：

段开销，包括再生段开销（RSOH）和复用段开销（MSOH）；
管理单元指针（AU-PTR）；
信息净负荷（payload）。

1.1、信息净荷

信息净负荷（payload）是在STM-N帧结构中存放将由STM-N传送的各种信息码块的地方。

信息净负荷区相当于STM-N这辆运货车的车箱，车箱内装载的货物就是经过打包的低速信号——待运输的货物。

为了实时监测货物（打包的低速信号）在传输过程中是否有损坏，在将低速信号打包的过程中加入了监控开销字节——通道开销（POH）字节。

POH作为净负荷的一部分与信息码块一起装载在STM-N这辆货车上在SDH网中传送，它负责对打包的货物（低速信号）进行通道性能监视、管理和控制（有点儿类似于传感器）。

STM-1（155M）信号可复用进63×2Mbit/s的信号，可将STM-1信号看成一条传输大道，那么在这条大路上又分成了63条小路（VC12），每条小路通过相应速率的低速信号，那么每一条小路就相当于一个低速信号通道，通道开销的作用就可以看成监控这些小路的传送状况了。这63个2M通道复合成了STM-1信号这条大路——此处可称为“段”了。

1.2、段开销

段开销（SOH）是为了保证信息净负荷正常、灵活传送所必须附加的供网络运行、管理和维护（OAM）使用的字节。

段开销可进行对STM-N这辆运货车中的所有货物在运输中是否有损坏进行监控，

而POH的作用是当车上有货物损坏时，通过它来判定具体是哪一件货物出现损坏。

SOH完成对货物整体的监控，POH是完成对某一件特定的货物进行监控。

段开销，包括再生段开销（RSOH）和复用段开销（MSOH），分别对对应的段层进行监控。

RSOH和MSOH的区别是什么呢？

区别在于监管的范围不同。例如光纤上传输的是2.5G信号，那么，RSOH监控的是STM-16整体的传输性能，而MSOH则是监控STM-16信号中每一个STM-1的性能情况。

汇总一下:

RSOH、MSOH、POH区别，是对于SDH信号的层层监控。

RSOH是对整个STM-16信号的监控；

MSOH是监控STM-16中每个STM-1的状态

POH是监控STM-1中每个低速之路信号（例如VC12）的传输状态。

1.3、管理单元指针（AU-PTR）

管理单元指针位于STM-N第四行。

SDH能够从高速信号中直接分/插出低速支路信号（例如2Mbit/s），就是因为AU-PTR

AU-PTR是用来指示信息净负荷的第一个字节在STM-N帧内的准确位置的指示符，以便收端能根据这个位置指示符的值（指针值）正确分离信息净负荷。(STM-1信号字节间差在了一起，通过AU-PTR就可以找到第一个货物在哪里)

指针有高、低阶之分，高阶指针是AU-PTR，低阶指针是TU-PTR（支路单元指针）

1.4、补充：字节间插概念

SDH体系中高等级的数字信号系列例如：622Mbit/s（STM-4）、2.5Gbit/s（STM-16）等

通过将低速率等级的信息模块（例如STM-1）通过字节间插同步复接而成，复接的个数是4的倍数，例如：STM-4＝4×STM-1，STM-16＝4×STM-4。

SDH网中，SDH的信号实际上起着运货车的功能，它将各种不同体制的信号像货物一样打成不同大小的包（速率级别），然后装入货车（装入STM-N帧中），在SDH的主干道上（光纤上）传输。在收端从货车上卸下打成货包的货物（其它体制的信号），然后拆包封，恢复出原来体制的信号。这也就形象地说明了不同体制的低速信号复用进SDH信号（STM-N），在SDH网上传输和最后拆分出原体制信号的全过程。

2、SDH复用与步骤

SDH的复用包括两种情况：

一种是低阶的SDH信号（STM-1）复用成高阶SDH信号(STM-N)；

另一种是低速支路信号（例如2Mbit/s、34Mbit/s、140Mbit/s）复用成SDH信号STM-N。

第一种情况低阶的SDH信号（STM-1）复用成高阶SDH信号(STM-N)；

主要通过字节间插复用方式来完成的，复用的个数是4合一，即4×STM-1→STM-4，4×STM-4→STM-16。

在复用过程中保持帧频不变（8000帧/秒），

在进行字节间插复用过程中，各帧的信息净负荷和指针字节按原值进行间插复用，而段开销则会有些取舍。在复用成的STM-N帧中，SOH并不是所有低阶SDH帧中的段开销间插复用而成，而是舍弃了一些低阶帧中的段开销。

第二种情况低速支路信号（例如VC12、VC3、VC4）复用成STM-N。

传统的将低速信号复用成高速信号的方法有两种：

1、比特塞入法（又叫做码速调整法）

利用固定位置的比特塞入指示来显示塞入的比特是否载有信号数据，允许被复用的净负荷有较大的频率差异（异步复用）。

它的缺点是因为存在一个比特塞入和去塞入的过程（码速调整），而不能将支路信号直接接入高速复用信号或从高速信号中分出低速支路信号，也就是说不能直接从高速信号中上/下低速支路信号，要一级一级的进行。这种比特塞入法就是PDH的复用方式。

2、固定位置映射法

这种方法利用低速信号在高速信号中的相对固定的位置来携带低速同步信号，要求低速信号与高速信号同步，也就是说帧频相一致。

它的特点在于可方便的从高速信号中直接上/下低速支路信号，但当高速信号和低速信号间出现频差和相差（不同步）时，要用125μs（8000帧/秒）缓存器来进行频率校正和相位对准，导致信号较大延时和滑动损伤。

基本的复用单元：

C－容器
VC－虚容器
TU－支路单元
TUG－支路单元组
AU－管理单元
AUG－管理单元组

2.1、VC-4（140M）复用到STM-N

①、码速调整(比特塞入法)速率适配进入C4。

C4是用来装载140M PDH信号的标准信息结构（容器）
容器的主要作用就是进行速率调整，140Mbit/s的信号装入C4也就相当于将其打了个包封，使140Mbit/s信号的速率调整为标准的C4速率。
C4的帧结构是以字节为单位的块状帧，帧频是8000帧/秒，也就是说经过速率适配，140Mbit/s的信号在适配成C4信号时已经与SDH传输网同步了。

②、对140Mbit/s的通道信号进行监控,在C4块状帧前加上一列通道开销字节（高阶通道开销VC4-POH），信号变为VC4信息结构。 C4加了开销->VC4

VC4是与140Mbit/sPDH信号相对应的标准虚容器，此过程是对C4信号再打一个包封（要加入9个开销字节，位于VC4帧的第一列），将对通道进行监控管理的开销（POH）打入包封中去，以实现对通道信号的实时监控。
这时VC4的帧结构，就成了9行×261列。STM-1时，即为9行×261列，VC4其实就是STM-1帧的信息净负荷。将PDH信号经打包成C，再加上相应的通道开销而成VC这种信息结构，这个过程就叫映射。

③、在VC-4信号前面添加AU-PTR（AU指针）用于正确分离VC-4

货物物都打成了标准的包封（STM-1），可以往字节间插复用变为STM-N，但是在讲VC装载到净荷时，如果装载速度和STM-N的帧周期125μs不一致时候，就会使VC位置浮动，所以在VC4前面附加一个管理单元指针（AU-PTR）来解决这个问题。此时信号由VC4变成了管理单元AU-4这种信息结构。
AU-4的信息结构初具STM-1的雏形，只不过缺少SOH的部分（也可以理解为在VC4外面又封装了一层）。

AU管理单元为高阶通道层和复用段层提供适配功能，由高阶VC-4和AU-PTR指针组成。

AU指针的作用是指明高阶VC在STM帧中的位置(方便收端解封装)。通过指针的作用，允许高阶VC在STM帧内浮动，即允许VC4和AU-4有一定的频偏和相差；尽管货物包可能在车箱内（信息净负荷区）“浮动”，但是AU-PTR本身在STM帧内的位置是固定的。AU-PTR不在净负荷区，而是和段开销在一起。这就保证了收端能正确的在相应位置找到AU-PTR，进而通过AU指针定位VC4的位置，进而从STM-N信号中分离出VC4。
一个或多个在STM帧中占用固定位置的AU组成AUG－－管理单元组。

④、AUG加上相应的SOH合成STM-1信号，N个STM-1信号通过字节间插复用成STM-N信号。