SDH 技术原理及应用研究

白晓龙

(山西省广播电视局428 台，山西 汾阳 032200)

SDH(同步数字系列)是一套可进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的标准化数字信号结构等级，在传输媒质上(如光纤、微波等)进行同步信号的传送，它是一种新的数字传输体制。

在数字通信中，为了扩大传输容量和提高传输效率，常常需要将若干个低次群低速数字信号以数字复用的方式合成为一路高速数字信号，然后再通过宽带信道传输。数字复用就是实现两个或两个以上支路数字信号按时分复用方式汇接成为单一的复合数字信号，这个过程称为数字复接，完成这功能的设备称为数字复接器。在传输线路收端把复合数字信号分离成各分支信号的过程称为分接，完成此功能的设备称为数字分接器。数字复接和分接合在一起常称为数字复用设备。

数字复用必须按照一定的标准进行。国际电信联盟电信委员会(ITUT)的前身国际电报电话咨询委员会(CCITT)规定了两种基本复用标准。前期为准同步数字系列(PDH)，后期为适应通信传输网的发展需要，又提出同步数字系列(SDH)，使SDH 技术成为不仅适用于光纤也适用于微波和卫星传输的通用技术体制。

1 SDH 技术的基本原理

SDH 技术最核心的特点之一就是同步复用。SDH 采用的信息结构等级称为同步传送模块STM－ N(Synchronous Transport Module的缩写，N=1，4，16，64)，最基本的模块为STM－1，4个STM－1 同步复用构成STM－4，16个STM－1或4个STM－4 同步复用构成STM－16;SDH 采用块状的帧结构来承载信息，每帧由纵向9 行和横向270* N 列字节组成，每个字节含8 比特，整个帧结构分成段开销(Section Over Head，缩写为SOH)区、STM－N 净负荷区和管理单元指针(AU PTR)区三个区域，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，它又分为再生段开销(Regenerator Section Over Head，缩写为RSOH)和复用段开销(Multiplex Section Over Head，缩写为MSOH);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;净负荷区域用于存放真正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的帧传输时按由左到右、由上到下的顺序排成串型码流依次传输，每帧传输时间为125μs，每秒传输1/125* 10(－6)=8000 帧，对STM－1 而言每帧字节为8 比特/字节* (9* 270* 1)字节=19440 比 特，则STM－ 1的传输速率为19440* 8000=155.520Mb/s;而STM－4的传输速率为4* 155.520Mb/s=622.080Mb/s;STM－16的传输速率为16* 155.520(或4*622.080)=2488.320Mb/s。

SDH 技术使用SDH 帧结构来传输数字流，各种业务信号要进入SDH的帧都要经过映射、定位和复用三个步骤:映射是将各种速率的信号先经过码速调整装入相应的标准容器(C)，再加入通道开销(POH)形成虚容器(VC)的过程，帧相位发生偏差称为帧偏移，定位即是将帧偏移信息收进支路单元(TU)或管理单元(AU)的过程，它通过支路单元指针(TU PTR)或管理单元指针(AU PTR)的功能来实现;复用则是将多个低价通道层信号通过码速调整使之进入高价通道或将多个高价通道层信号通过码速调整使之进入复用层的过程。

举例说明:以139.24Mb/s 信号到STM－1的形成过程为例，139.264Mb/s 信号首先进入容器VC－4，速率调整后输出149.76Mb/s的数字信号，进入虚容器VC－4 中加入通道开销(POH)576kb/s 后输出150.336Mb/s的信号，在管理单元AU－4 内加入管理单元指针(AU PTR)576kb/s 后输出150.912Mb/s的信号，因STM－N 中的N=1 故由一个管理单元组AUG 加入段开销(SOH)4.608Mb/s 后输出155.520Mb/s的STM－1 信号。

标准的光接口是SDH 技术的又一特点。SDH 网络设备有交换设备，包括配有SDH 标准光接口和电接口的交换机，传送设备包括终端复用器、分插复用器和数字交叉连接设备及再生器，接入设备包括数字环路载波、光纤环路系统等;其中分插复用器(Add/Drop Multiplexer 缩写为ADM)是SDH网络中应用最广泛的设备，它利用时隙交换实现宽带管理即允许两个STM－N 信号之间的不同VC 实现互连，并具有无需分接和终接整体信号即可将各种G703《数字体系接口物理/电气特性》规定的STM－N 信号接入STM－M(M ＞N)内作任何支路的能力，ADM 在环形网中应用时还具有独特的自愈能力，即网络发生故障时无需人为干预就可在极短时间内从失效故障中自动恢复所携带的业务，也就是说使网络具备发现故障的能力并能找到替代路由在时限内重新建立通信线路。

2 SDH 技术应用于广播电视信号传输

ISO/OSI 共有七层，第一层为物理层(Physical Layer):将数据转换为可通过物理介质传送的电子信号。SDH 技术基本处于ISO/OSI的第一层，用来保障比特流传输的正确性，它不具备动态链路建立和交换能力，只拥有静态的电路分插复用和交叉连接能力，即通过操作员发出电路连接指令来建立某个物理通道;广播电视领域的SDH 网起着公共的物理传输平台的作用，在此平台上一部分带宽用来传输经数字终端设备(CODEC)编解码的广播电视节目，另一部分用来直接传输用户数据或是传输从ATM、IP 交换机汇聚来的数据流等。

用SDH 技术传输的是数字信号，因此，在传输广播电视模拟信号时，必须先对信号进行数字化处理。数字化处理分为取样、量化、编码等步骤，取样即是以一定的取样频率抽取输入信号的一个瞬时幅度值(取样值)，取样后得到一系列的脉冲式的取样值称为取样序列，量化即是对取样序列进行幅度上的离散化过程，编码就是用二进制代码表示量化值，在信号传输的目的地将量化值转换为信号的过程称为解码。由于电视信号编码后数据量大因而需对其进行压缩编码，压缩编码主要是通过减少图像像素之间的相关性来达到压缩图像的目的，其主要优点是对传输容量的要求有所降低，缺点是当压缩所含信息量大的图像时由于要牺牲掉部分图像信息从而导致方块效应;图象压缩编码后每个数码对前后图像都有影响，如果传输中发生误码则接收端还原出来的图像将会受较大影响即误码扩散问题;此外压缩编码还将给图像信号中插入如股票行情等增值信息带来不便等。

广播电视传输设备常用的接口有45Mb/s和155Mb/s，这是因为在SDH的传输速率中34.368Mb/s和139.264Mb/s是最适合电视图像传输的速率，广播电视节目信号是模拟信号，要先经过编码器变换成数字信号压缩后形成139.264Mb/s码率进入到C4 容器或者压缩后形成34.368Mb/s 进入C3容器并最终形成STM－1，广播电视节目的视频和音频信号存放在SDH的帧结构中的净负荷区域内，SDH 设备的34Mb/s(或45Mb/s)和139.264Mb/s 接口接图像编码器，2Mb/s 接口接数据和话音输入设备，转换成SDH 形式的广播电视信号通过光纤或者微波发射进行传输，信号传到业务站点后经解码器将图像数据信号还原成模拟信号，通过调制器将其变换到相应频道经有线电视网传到用户家中。

目前，世界上主要使用的彩色电视制式有三种，即NTSC、PAL和SECAM，我国的彩色电视采用的是PAL 制式。亮度信号(Y)取样频率13.5MHz，色差信号(R－Y，B－Y)的取样频率各为6.75MHz，Y，R－Y，B－Y 每个取样信号被8bit 量化则总的传输码率为13.5* 86.75* 86.75* 8=216Mbit/s，对传输速率2.5Gb/s的STM－16 而言只能传输8路视频信号，因而用SDH 传输电视信号首先要对其进行压缩编码处理;传输广播电视信号常用的压缩编码技术有差值脉冲编码调制(DPCM)，利用图像数据在空间和时间上的冗余特性用相邻的已知像素或图像块对当前待编码的像素或图像块进行预测然后对预测值和真实值的差值即预测误差进行量化和编码，这种压缩方式算法简单易于实现，缺点是编码压缩比低、对信道噪声及误码敏感、易产生误码扩散等。广播电视信号的传输目前采用这种压缩技术较多，每路电视信号经DPCM 压缩编码成70Mb/s，两路70Mb/s 信号复合成140Mb/s 进入STM－1，即每个STM－1 传输两路DPCM 压缩的电视信号。除此之外还有MPEG－2 压缩技术，这是当前电视编解码的标准，电视节目信号可压缩到1.5 ～15Mb/s，用SDH的STM－16(2.5Gb/s)可传输300 多套MPEG－2 压缩的数字电视信号，MPEG－2的缺点是压缩比较高时信号质量较差，特别是压缩到2Mb/s 以下时图像的马赛克效应非常明显，因而一般常压缩到8Mb/s，复用成34Mb/s 进入C3 容器最终形成STM－1，由于MPEG－2 编解码器价格较高故目前应用较少。

不足之处:SDH 技术传输广播电视信号时要求SDH 网有较好的时钟同步性能和低抖动性能，网络的同步性能差会引起指针调整，指针调整将导致彩色电视信号瞬时变色，而网络的低抖动性能将通过SDH 网传递给解码器在解码器输出端产生抖动引起信号色彩的变化;目前主要采用比特泄漏技术来减少指针调整的问题，或者在SDH 信号进入映射器前将时钟信号和数据信号分离使数据信号经过映射器后再和时钟信号合成，但这种方法需对SDH 设备作较大的改动。消除抖动的有效办法就是选用不引入抖动的SDH 设备和能容忍抖动的图像编解码器等。SDH 技术主要是为传输话音和数据业务而制定的，对视频业务而言SDH 技术还存有许多不足之处有待于今后在实践中不断完善从而使其更加适合于广播电视信号的传输。

3 结束语

SDH 技术具有传输容量大、传输距离远、传输质量好，以及强大的网管功能和自愈功能，不同厂家的SDH 设备能相互兼容，也可以兼容现有准同步数字体系的各种速率，同时还能容纳各种新的业务信号等优点。到目前为止，还没有出现可完全替代SDH的新技术，有的只是现有SDH的发展和补充，这也证明了SDH 强大的生命力。SDH 技术的一系列优点使其非常适合传输广播电视信号，该技术较好的时钟同步性能、抖动性能和网络同步性能确保了广播电视的信号质量。随着广播电视传输网络建设的不断发展，相信SDH 技术在广播电视领域中的应用前景会越来越广阔。

［1］姚冬萍.数字微波通信［M］.北京:北京交通大学出版社，2004.

［2］韦乐平，李英灏.SDH 及其新应用［M］.北京:人民邮电出版社，2001.

［3］孙学康.SDH 技术［M］.北京:人民邮电出版社，2003.