數(shù)字光纖通信技術(shù)及其在電力通信中的應(yīng)用

劉均樂

光纖大容量數(shù)字傳輸目前都采用同步時分復(fù)用(TDM,Time Division Multiplex)技術(shù),復(fù)用又分為若干等級,因而先后有兩種傳輸體制:準(zhǔn)同步數(shù)字體系(PDH,Plesiochronous Digital Hierarchy)和同步數(shù)字體系(SDH,Synchronous Digital Hierarchy)。PDH早在1976年就實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化,目前還大量使用。隨著光纖通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,PDH遇到了許多困難。

SDH解決了PDH存在的問題,是一種比較完善的傳輸體制,現(xiàn)已得到大量應(yīng)用,已經(jīng)是一種成熟、標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù),不僅適用于光纖也適用于微波和衛(wèi)星傳輸?shù)耐ㄓ眉夹g(shù)體制。它可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)有效管理、實時業(yè)務(wù)監(jiān)控、動態(tài)網(wǎng)絡(luò)維護(hù)、不同廠商設(shè)備間的互通等多項功能,能大大提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率、降低管理及維護(hù)費用、實現(xiàn)靈活可靠和高效的網(wǎng)絡(luò)運行與維護(hù),因此是當(dāng)今世界信息領(lǐng)域在傳輸技術(shù)方面的發(fā)展和應(yīng)用的熱點,受到人們的廣泛重視。

1SDH傳輸原理[1][2]

SDH采用的信息結(jié)構(gòu)等級稱為同步傳送模塊STM-N(Synchronous Transport,N=1,4,16,64),最基本的模塊為STM-1,四個STM-1同步復(fù)用構(gòu)成STM-4,16個STM-1或四個STM-4同步復(fù)用構(gòu)成STM-16。

SDH幀結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)數(shù)字同步時分復(fù)用、保證網(wǎng)絡(luò)可靠有效運行的關(guān)鍵。SDH采用塊狀的幀結(jié)構(gòu)來承載信息,如圖1所示,每幀由縱向9行和橫向270×N列字節(jié)組成,每個字節(jié)含8bit,整個幀結(jié)構(gòu)分成段開銷(Section OverHead,SOH)區(qū)、STM-N凈負(fù)荷區(qū)和管理單元指針(AU PTR)區(qū)三個區(qū)域,其中段開銷區(qū)主要用于網(wǎng)絡(luò)的運行、管理、維護(hù)及指配以保證信息能夠正常靈活地傳送,它又分為再生段開銷(Regenerator Section OverHead,RSOH)和復(fù)用段開銷(Multiplex Section OverHead,MSOH);凈負(fù)荷區(qū)用于存放真正用于信息業(yè)務(wù)的比特和少量的用于通道維護(hù)管理的通道開銷字節(jié);管理單元指針用來指示凈負(fù)荷區(qū)內(nèi)的信息首字節(jié)在STM-N幀內(nèi)的準(zhǔn)確位置以便接收時能正確分離凈負(fù)荷。

SDH的幀傳輸時按由左到右、由上到下的順序排成串型碼流依次傳輸,每幀傳輸時間為125μs,每秒傳輸1/125×1000000幀,對STM-1而言每幀字節(jié)為8bit×(9×270×1)=19440bit,則STM-1的傳輸速率為19440×8000=155.520Mbit/s;STM-16的傳輸速率為16×155.520(或4×622.080)=2488.320Mbit/s。

SDH傳輸業(yè)務(wù)信號時各種業(yè)務(wù)信號要進(jìn)入SDH的幀都要經(jīng)過映射、定位和復(fù)用三個步驟。

(1)映射是將各種速率的信號先經(jīng)過碼速調(diào)整裝入相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)容器(C),再加入通道開銷(POH)形成虛容器(VC)的過程,幀相位發(fā)生偏差稱為幀偏移。

(2)定位即是將幀偏移信息收進(jìn)支路單元(TU)或管理單元(AU)的過程,它通過支路單元指針(TUPTR)或管理單元指針(AUPTR)的功能來實現(xiàn)。

(3)復(fù)用是一種使多個低階通道層的信號適配進(jìn)高階通道層,或把多個高階通道層信號適配進(jìn)復(fù)用層的過程。復(fù)用也就是通過字節(jié)交錯間插方式把TU組織進(jìn)高階VC或把AU組織進(jìn)STM-N的過程,經(jīng)過TU和AU指針處理后的各VC支路信號已經(jīng)實現(xiàn)相位同步。

2SDH的主要特點[1][2]

(1)SDH傳輸系統(tǒng)有統(tǒng)一的幀結(jié)構(gòu)、數(shù)字傳輸標(biāo)準(zhǔn)速率和標(biāo)準(zhǔn)的光路接口,使網(wǎng)管系統(tǒng)互通,因此有很好的橫向兼容性,它能與現(xiàn)有的PDH完全兼容,并容納各種新的業(yè)務(wù)信號,形成了全球統(tǒng)一的數(shù)字傳輸體制標(biāo)準(zhǔn),提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

(2)SDH接入系統(tǒng)的不同等級的碼流在幀結(jié)構(gòu)凈負(fù)荷區(qū)內(nèi)的排列非常有規(guī)律,而凈負(fù)荷與網(wǎng)絡(luò)是同步的,它利用軟件能將高速信號一次直接分插出低速支路信號,實現(xiàn)了一次復(fù)用的特性,克服了PDH準(zhǔn)同步復(fù)用方式對全部高速信號進(jìn)行逐級分解然后再生復(fù)用的過程,由于大大簡化了數(shù)字交叉連接(DXC),減少了背靠背的接口復(fù)用設(shè)備,改善了網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)傳送透明性。

(3)采用先進(jìn)的分插復(fù)用器(ADM)、數(shù)字交叉連接(DXC)、網(wǎng)絡(luò)的自愈功能和重組功能非常強大,具有較強的生存率。SDH幀結(jié)構(gòu)中安排了5％的開銷比特,它的網(wǎng)管功能顯得特別強大,并能統(tǒng)一形成網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng),為網(wǎng)絡(luò)的自動化、智能化、信道的利用率以及降低網(wǎng)絡(luò)的維管費和生存能力起到了積極作用,圖2。

(4)SDH有多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),所組成的網(wǎng)絡(luò)非常靈活,能增強網(wǎng)監(jiān)、運行管理和自動配置功能,優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)性能,同時也使網(wǎng)絡(luò)運行靈活、安全、可靠,使網(wǎng)絡(luò)的功能非常齊全和多樣化。

(5)SDH有傳輸和交換的性能,它的系列設(shè)備的構(gòu)成能通過功能塊的自由組合,實現(xiàn)了不同層次和各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò),十分靈活。

(6)SDH并不專屬于某種傳輸介質(zhì),它可用于雙絞線、同軸電纜,但SDH用于傳輸高數(shù)據(jù)率則需用光纖。SDH既適合用作干線通道,也可作支線通道。

(7)從OSI模型的觀點來看,SDH屬于其最底層的物理層,并未對其高層有嚴(yán)格的限制,便于在SDH上采用各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù),支持ATM或IP傳輸。

(8)SDH是嚴(yán)格同步的,從而保證了整個網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定可靠,誤碼少,且便于復(fù)用和調(diào)整。

(9)標(biāo)準(zhǔn)的開放型光接口可以在基本光纜段上實現(xiàn)橫向兼容,降低了聯(lián)網(wǎng)成本。

3數(shù)字光纖通信在電力通信中的應(yīng)用

電力通信網(wǎng)以電力的調(diào)度運行作為主要業(yè)務(wù)服務(wù)對象,其次是電力行政和綜合數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)服務(wù)。其服務(wù)對象對數(shù)據(jù)的傳輸速率要求不高,但必須實時、可靠。

在電力系統(tǒng)中,架設(shè)了系統(tǒng)內(nèi)部的SDH光環(huán)路,利用SDH環(huán)路承載內(nèi)部的數(shù)據(jù)、遠(yuǎn)控、視頻、語音等業(yè)務(wù),可保證數(shù)據(jù)的安全可靠傳輸。最近幾年,數(shù)字光纖通信在電力通信中的應(yīng)用日益廣泛,幾乎融入到了電力通信的各個環(huán)節(jié),主要包括:電力綜合通信網(wǎng)、調(diào)度通信網(wǎng)、保護(hù)裝置通信網(wǎng)、光纖通道保護(hù)、復(fù)用段保護(hù)等[3][4]。

4結(jié)語

數(shù)字光纖通信技術(shù)日益成為電力通信網(wǎng)的主要技術(shù)基礎(chǔ),數(shù)字化光纖電力通信網(wǎng)連接整個電力系統(tǒng)的調(diào)、變、輸、配、發(fā)各個環(huán)節(jié),為各個應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)共享平臺提供帶寬充足、可靠穩(wěn)定、安全機密的專線、數(shù)據(jù)通道使用。數(shù)字光纖通信技術(shù)的進(jìn)步必將極大地促進(jìn)電力生產(chǎn)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 錢宗玨,區(qū)惟煦,壽國礎(chǔ),等.光接入網(wǎng)技術(shù)及其應(yīng)用[M].人民郵電出版社,2000.

[2] 肖萍萍,吳健學(xué),周芳,等.SDH原理與技術(shù)[M].北京郵電大學(xué)出版社,2002.

[3] 吳悅.電力光纖通信技術(shù)的發(fā)展研究[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā),2011,30(7):47～48.

[4] 趙云.波分復(fù)用技術(shù)在電力通信中的應(yīng)用研究[J].云南電業(yè),2011(1):39～40.