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何淑貞
摘要 本文重點介紹SDH在廣播電視傳輸網(wǎng)中的應(yīng)用：SDH技術(shù)如何傳輸廣播電視信號，在HFC接入網(wǎng)中IP是如何傳送的，以及SDH技術(shù)在我國廣播電視傳輸網(wǎng)中的應(yīng)用概況。
一 傳輸體制SDH簡介
1 SDH同步數(shù)字系列產(chǎn)生的時代背景
SDH傳送網(wǎng)的概念最初于1985年由美國貝爾通信研究所提出，稱之為同步光網(wǎng)絡(luò)(Synchronous Optical NETwork .SONET)。它是由一整套分等級的標準傳送結(jié)構(gòu)組成的，適用于各種經(jīng)適配處理的凈負荷(即網(wǎng)絡(luò)節(jié)點接口比特流中可用于電信業(yè)務(wù)的部分)在物理媒質(zhì)，如光纖、微波、衛(wèi)星等上進行傳送。該標準于1986年成為美國數(shù)字體系的新標準。國際電信聯(lián)盟標準部(ITU-T)的前身國際電報電話咨詢委員會(CCITT)于1988年接受SONET概念并與美國標準化協(xié)會(ANSI)的TI委員會達成協(xié)議，將SONET修訂后重新命名為同步數(shù)字系列(Synchronous Digital Hierarchy，SDH)，使之成為同時適用于光纖、微波、衛(wèi)星傳送的通用技術(shù)體制。
2 SDH數(shù)字傳輸網(wǎng)的傳輸原理
1) SDH傳輸網(wǎng)的基本構(gòu)成
SDH傳輸網(wǎng)是由一些SDH網(wǎng)絡(luò)單元組成的，在光纖、微波或衛(wèi)星上進行同步信息傳送，融復(fù)接、傳輸、交換功能于一體，由統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)管理操作的綜合信息網(wǎng)�？蓪崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)有效管理、動態(tài)網(wǎng)絡(luò)維護、對業(yè)務(wù)性能監(jiān)視等功能，能有效的提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率，能滿足廣播電視干線傳輸網(wǎng)的信息傳輸和交換的要求，對提高廣播電視傳輸質(zhì)量有了質(zhì)的飛躍，因而SDH技術(shù)正成為廣播電視領(lǐng)域傳輸技術(shù)方面的發(fā)展和應(yīng)用熱點。
SDH有全世界統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(NNI)，從而簡化了信號的互通以及信號的傳送、復(fù)用、交叉連接和交換過程，它有一套標準化的信息結(jié)構(gòu)等級，稱為同步傳送模塊(Synchronous Transport Module)，STM-N。當n=1、4、16時，其最基本的模塊為 STM-1、STM-4和STM-16，并具有一種塊狀幀結(jié)構(gòu)，允許安排豐富的開銷比特(即在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點接口比特流中扣除凈負荷后的剩余部分)用于網(wǎng)絡(luò)的運行、管理和維護(OAM)。它的基本網(wǎng)絡(luò)單元有同步光纖線路系統(tǒng)或SDH微波傳送系統(tǒng)、同步復(fù)用器(SM)、分插復(fù)用器(ADM)和同步數(shù)字交叉連接設(shè)備(SDXC)等等，其功能各異，但都有統(tǒng)一的標準光接口或電接口，能夠在基本的傳送線路上實現(xiàn)橫向兼容性，即允許不同廠家的設(shè)備在傳送線路上互通。它有一套特殊的復(fù)用結(jié)構(gòu)，允許現(xiàn)存的PDH體系、SDH體系和B-ISDN信號都能進入其幀結(jié)構(gòu)，因而具有廣泛的適應(yīng)性。SDH還大量采用軟件進行網(wǎng)絡(luò)配置和控制，使得新功能和新特性的增加比較方便，適于將來不斷發(fā)展。
SDH傳送網(wǎng)最重要的兩個網(wǎng)絡(luò)單元是終端復(fù)用器和分插復(fù)用器。以STM-1為例，終端復(fù)用器的主要任務(wù)是將低速支路信號和155Mb/s電信號納入STM-1幀結(jié)構(gòu)，再經(jīng)CMI(符號反轉(zhuǎn)碼)變換后進入微波傳送系統(tǒng)，其逆程正好相反。分插復(fù)用器，將同步復(fù)用與數(shù)字交叉連接功能綜合于一體，具有靈活的分插任意支路信號的能力，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計上有很大的靈活性。由這兩種基本網(wǎng)絡(luò)單元組成的典型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用有多種形式，有點到點應(yīng)用、線型應(yīng)用、構(gòu)成樞紐網(wǎng)、構(gòu)成環(huán)形網(wǎng)、構(gòu)成雙環(huán)形網(wǎng)和網(wǎng)孔形應(yīng)用，在實際應(yīng)用中還可出現(xiàn)其他以外的形式。
2) SDH技術(shù)的傳輸原理
SDH用來承載信息的是一種塊狀幀結(jié)構(gòu)，塊狀幀由縱向9行和橫向270×N列字節(jié)組成，每個字節(jié)含8b(bit)。整個幀結(jié)構(gòu)由段開銷區(qū)、凈負荷區(qū)和管理單元指針區(qū)三部分組成。其中段開銷區(qū)主要用于網(wǎng)絡(luò)的運行、管理、維護及指配，以保證信息能夠正常靈活地傳送，管理單元指針用來指示凈負荷區(qū)域內(nèi)的信息首字節(jié)在STM-N幀內(nèi)的準確位置，以便接收時能正確分離凈負荷。凈負荷區(qū)域用來存放用于信息業(yè)務(wù)的比特和少量的用于通道維護管理的通道開銷字節(jié)。
SDH的幀傳輸時，按由左向右，由小到大的順序排成串型碼流依次進行。每幀傳輸時間為125μS，每秒傳輸1/125×106 =8000幀。對STM-1而言，每幀能傳輸?shù)谋忍財?shù)為8×(270×9×1)=19940b，則STM-1的傳輸速率為19440×8000=155.52Mb/s，而STM-4為622.080Mb/s、STM-16為2488.320Mb/s。
各種業(yè)務(wù)信號進入SDH的幀結(jié)構(gòu)都要經(jīng)過三個步驟，即映射、定位和復(fù)用。映射就是將各種進來的速率不等的信號先經(jīng)過碼速調(diào)整，再裝入相應(yīng)的標準容器C中，同時加入通道開銷POH形成虛容器VC。定位就是將幀相位發(fā)生偏差的(稱幀偏移)的信息收進支路單元或管理單元，它通過支路單元指針或管理單元指針的功能來實現(xiàn)。復(fù)用就是將多個低階通道層信號通過碼速調(diào)整進入高階通道或?qū)⒍鄠�高階通道層信號通過碼速調(diào)整進入復(fù)用層的過程。以139.264Mb/s信號到STM-1的形成為例來說明這三個步驟。139.264Mb/s信號首先進入標準容器，速率調(diào)整后輸出149.76Mb/s數(shù)字信號，進入虛擬容器，加入通道開銷576kb/s后輸出150.336Mb/s的信號，在管理單元內(nèi)加入管理單元指針576kb/s，輸出150.336Mb/s的信號，因N=1，故由一個單元組加人段開銷4.608Mb/s后，輸出155.520Mb/s的STM-1信號。
3 SDH的特點
1) SDH統(tǒng)一了北美、日本和歐洲三個地區(qū)性標準，各種數(shù)字傳送信號在STM-1等級以上獲得統(tǒng)一，使國際電信互通成為可能。
2) 由于SDH電信傳送采用了同步復(fù)用方式和靈活的映射結(jié)構(gòu)，可以利用軟件實現(xiàn)高階信號與低階支路信號之間所謂的一步復(fù)用，上下業(yè)務(wù)十分容易，大大簡化了交叉連接設(shè)備。
3) 由于SDH幀結(jié)構(gòu)中安排了大約占總信號5%的豐富的開銷比特，極大的加強了網(wǎng)絡(luò)的運行、管理和維護能力。
4) SDH傳送網(wǎng)具有信息傳送透明性。
5) 統(tǒng)一了網(wǎng)絡(luò)接口標淮，使不同廠家的產(chǎn)品可以直接互通，各種傳送媒質(zhì)如光纖、數(shù)字微波等可以直接連接，組網(wǎng)十分方便。
6) 網(wǎng)絡(luò)兼容能力強，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。
二 如何應(yīng)用SDH技術(shù)傳輸廣播電視信號
廣播電視領(lǐng)域的SDH網(wǎng)起著公共物理傳輸平臺的作用，在此平臺上，一部分帶寬用來傳輸廣播電視節(jié)目，另一部分用來直接傳輸用戶數(shù)據(jù)或從ATM、IP交換機匯聚來的數(shù)據(jù)流等。下面將介紹目前廣播電視信號將如何由SDH技術(shù)傳輸。
1 將模擬電視信號變換為數(shù)字信號
SDH是同步數(shù)字系列，所傳輸?shù)男盘柺菙?shù)字信號，而我國目前的廣播電視節(jié)目是模擬信號，用SDH技術(shù)傳輸廣播電視信號必須先對信號進行數(shù)字化處理，其步驟為抽樣、量化、編碼等步驟。
1) 抽樣：抽樣是以一定的頻率抽取電視輸入信號的一個瞬時幅度值，稱為抽樣值，抽樣后得到一系列脈沖式的抽樣值，稱為抽樣系列。我國的彩色電視采用的是PAL制，亮度信號(Y)抽樣頻率是13.5MHz、色差信號(R-Y、B-Y)的抽樣頻率為6.75MHz。
2) 量化：模擬信號進行抽樣以后，其抽樣值還是隨信號幅度連續(xù)變化的。當這些連續(xù)變化的抽樣值通過噪聲信道時，接收端不能準確地估值所發(fā)送的抽樣。如果發(fā)送端用預(yù)先規(guī)定的有限個電平來表示抽樣值，且電平的間隔比干擾噪聲大，則接收端將有可能準確地估值所發(fā)送的抽樣。因此，有可能消除隨機噪聲的影響。
利用預(yù)先規(guī)定的有限個電平來表示模擬抽樣值的過程稱為量化。抽樣是把一個時間連續(xù)信號變換成時間離散的信號，而量化則是將取值連續(xù)的抽樣變成取值離散的抽樣。
3) 壓縮編碼：編碼就是用二進制代碼表示量化值，在信號的接收端將量值轉(zhuǎn)換為信號的過程稱為解碼。由于編碼后數(shù)據(jù)量大，因而須進行壓縮，稱壓縮編碼。我們前面介紹的彩色PAL制對亮度信號Y、色差信號R-Y、B-Y，每個抽樣信號被8b量化，總的傳輸碼率為216Mb/s，對傳輸速率為2.5Gb/s的STM-16來說，也只能傳輸8路彩色電視信號，因而首先要對其進行壓縮碼處理。當前電視編解碼的標準是差值脈沖編碼調(diào)制(DPCM)和MPEG-2壓縮技術(shù)，使用MPEG-2技術(shù)，可將信號壓縮到1.5-15Mb/s，這樣一個STM-16的容量就可傳輸由沒有壓縮時的8套電視節(jié)目提高到300多套數(shù)字電視信號。
2 數(shù)字電視信號如何由SDH傳輸網(wǎng)傳輸
SDH的傳輸速率中34.368Mb/s和139.264Mb/s最適合電視圖像傳輸。廣播電視模擬信號，經(jīng)過處理變換成數(shù)字電視信號后，壓縮形成139.264Mb/s碼率進入C-4容器，或者形成34.368Mb/s進入C-3容器并最終形成STM-1。廣播電視節(jié)目的視頻和音頻信號存放在SDH幀結(jié)構(gòu)中的凈負荷區(qū)域中，SDH設(shè)備的34.368Mb/s和139,264Mb/s接口用于與圖像編碼器相連，2Mb/s接口用于數(shù)據(jù)和話音輸入設(shè)備相連。經(jīng)這樣轉(zhuǎn)換成SDH形式的STM-1廣播電視信號通過光纖或者微波發(fā)射進行傳輸，信號傳到業(yè)務(wù)站點后經(jīng)解碼器將圖像數(shù)據(jù)信號還原成模擬信號，通過調(diào)制器將其變換到相應(yīng)的頻道，經(jīng)有線電視HFC網(wǎng)傳到用戶家中。
三 在CATV網(wǎng)中采用SDH傳輸IP
在有線電視網(wǎng)中用何種技術(shù)傳輸IP，取決于CATV網(wǎng)所采用的傳輸技術(shù)�，F(xiàn)在我國的CATV網(wǎng)絡(luò)在省內(nèi)和省外均采用了SDH傳輸體制，所以，在CATV網(wǎng)中的IP傳輸技術(shù)有IP over ATM、IP over SDH和IP over DWDM三種形式。下面簡單介紹這三種方式并作比較。
1 IP Over ATM
ATM作為多業(yè)務(wù)平臺，具有很強的多業(yè)務(wù)支持能力，ATM的優(yōu)勢主要是它的可擴展性和靈活性。在廣播電視SDH環(huán)網(wǎng)中，可以容易地實現(xiàn)有線電視臺間節(jié)目交換，應(yīng)用ATM的流控制可以實現(xiàn)視頻傳輸?shù)姆旨壏⻊?wù)，ATM還可以實現(xiàn)電視節(jié)目實時的非對稱傳輸，部分省內(nèi)和地市以下的傳輸網(wǎng)仍采用ATM技術(shù)。
優(yōu)點：可利用ATM的QoS特性，保證網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量；網(wǎng)絡(luò)具有很好的可擴展性和靈活性；支持多種業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)、語音、視頻匯集到一個網(wǎng)絡(luò)上，并為不同業(yè)務(wù)類型提供不同的服務(wù)質(zhì)量QoS；有很好的網(wǎng)絡(luò)流量管理和控制性能，表現(xiàn)在ATM流量控制方面非常精細，這一點對帶寬是非常寶貴的、線路費用非常高的廣域網(wǎng)來說就顯得十分重要，這是目前ATM能在廣域網(wǎng)中被廣泛采用的原因之一。
缺點：由于IP數(shù)據(jù)包須映射成ATM信元，由此形成的傳輸開銷稱為“信元稅”，故傳輸效率低；網(wǎng)絡(luò)管理比較復(fù)雜；不太適用于超大型IP骨干網(wǎng)。
2 IP Over SDH
ATM能支持多種業(yè)務(wù)曾經(jīng)是它獨一無二的特點，但隨著IP技術(shù)的發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)硬件的不斷完善，今天的IP已成為各種業(yè)務(wù)的核心，數(shù)據(jù)、語音和視頻業(yè)務(wù)都可由IP承載，ATM的優(yōu)點已由IP技術(shù)取代，特別是當數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)量超過語音和視頻時，更顯得ATM沒有存在的必要，況且去掉ATM還可以提高傳輸效率。因此，IP Over SDH應(yīng)運而生，這一技術(shù)也極大的動搖了ATM在廣域網(wǎng)中的地位。
IP Over SDH是IP數(shù)據(jù)包通過采用點到點協(xié)議PPP，映射到SDH幀上, 采用的是高速路由器逐包轉(zhuǎn)發(fā)方式，按各次群相應(yīng)的線速進行連續(xù)傳輸。
優(yōu)點：省去了ATM層, 簡化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高了傳輸效率百分之二十到三十；可以充分發(fā)揮SDH技術(shù)的各種優(yōu)點， 如SDH使國際電信互通成為可能，SDH幀結(jié)構(gòu)中安排了豐富的開銷比特，可以加強網(wǎng)絡(luò)的運行、管理和維護能力，網(wǎng)絡(luò)有很好的兼容性等；將IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立在SDH傳輸平臺上，可以很容易的跨越地區(qū)和國界，兼容不同技術(shù)和標準，實現(xiàn)全球聯(lián)網(wǎng)。在廣電網(wǎng)絡(luò)的平臺上IP over SDH適用于省際網(wǎng)絡(luò)和省內(nèi)網(wǎng)絡(luò)上的IP傳輸。
缺點：IP Over SDH目前尚不支持虛擬專用網(wǎng)VPN和電路仿真；在所有包交換技術(shù)中，ATM的QoS是最好的，它可以做到電路仿真，而IP Over SDH技術(shù)只能進行業(yè)務(wù)分級，不能提供較好的QoS；對大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)須處理龐大、復(fù)雜的路由表，而且查找困難，路由信息占用較大的帶寬。
3 IP Over WDM
隨著傳輸技術(shù)的發(fā)展，以IP業(yè)務(wù)為主對網(wǎng)絡(luò)的進一步優(yōu)化設(shè)計將是IP over DWDM。
波分復(fù)用技術(shù)(WDM)是在一根光纖中能同時傳輸多個波長的光信號的一種技術(shù)。其原理是：在發(fā)送端將不同波長的光信號組合，在接收端又將組合的光信號分開并送入不同的終端，這就意味著，原來只能采用一個波長作為載波的單一光信道，變?yōu)閿?shù)個不同波長的光信道同時在光纖中傳輸，從而使光通信的容量成倍的提高。WDM技術(shù)的實現(xiàn)，主要由波分復(fù)用器來完成。波分復(fù)用器是一個無源光學(xué)器件，器件結(jié)構(gòu)簡單，體積小，可靠性高，易于和光纖耦合。WDM系統(tǒng)有三種基本結(jié)構(gòu)，即光多路復(fù)用單向單纖傳輸，光多路復(fù)用雙向單纖傳輸和光分路插入傳輸。組網(wǎng)靈活，對開發(fā)帶寬新業(yè)務(wù)，充分挖掘和利用光纖帶寬的能力，實現(xiàn)超高速通信具有十分重要的意義。 IP Over WDM通俗的說法就是讓IP數(shù)據(jù)包直接在光路上跑，減少網(wǎng)絡(luò)層之間的冗余部分。由于省去了中間的ATM和SDH層，其傳輸效率最高，節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)運營商的成本，同時也降低了用戶的費用，是一種最直接、最經(jīng)濟的IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系，非常適用于特大型IP骨干網(wǎng)。
主要特點：充分利用光纖的低損耗波段，增加光纖的傳輸容量，效率最高，成本最低；可同時在一根光纖中實現(xiàn)雙向多媒體通信傳輸；可在不改變光纜設(shè)施的條件下，改變通信系統(tǒng)的組態(tài)，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中有很大的靈活性，自由度大，擴容更方便；對器件性能要求不高，使用的主要器件波分復(fù)用器可靠性高，故障率低，便于維護。
4 三種方案比較及發(fā)展趨勢
在相當長一段時間里，三種技術(shù)方案還將視不同情況并存，而較理想的IP Over WDM在國際上正處在開發(fā)研制和進一步完善之中，距離商業(yè)應(yīng)用還有一段距離。到IP over WDM商用時，廣電網(wǎng)絡(luò)已十分接近光纖入戶的理想接入方案，廣大的用戶被HFC寬帶接入信息高速公路的骨干網(wǎng)上，而成為不斷發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)平臺。
四 SDH技術(shù)在我國CATV網(wǎng)中的應(yīng)用概況
原廣播電影電視部在1995年研究制定全國有線電視聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃時已明確規(guī)定，國家部級和省級干線全部采用SDH傳輸技術(shù)，數(shù)據(jù)流的傳輸碼率為2.5Gb/s，即STM-16。
五 結(jié)束語
SDH傳輸技術(shù)，廣泛應(yīng)用于傳輸領(lǐng)域，它的一系列優(yōu)點非常適合于廣播信號的傳輸。但由于SDH技術(shù)原主要是為傳輸話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)而制定的，對視頻而言它還有許多需完善的地方，如使用SDH技術(shù)傳輸廣播電視信號時，要求有較好的時鐘同步性能和抖動性能。網(wǎng)絡(luò)的同步性能差會引起指針調(diào)整，而指針調(diào)整會使彩色電視信號瞬時變色，網(wǎng)絡(luò)的抖動性能不好，會引起解碼器輸出端產(chǎn)生抖動，引起信號色彩變化。這些問題有待在應(yīng)用、發(fā)展中不斷完善。
----《通信世界》
