白曉龍

(山西省廣播電視局428 臺(tái)，山西 汾陽(yáng) 032200)

SDH(同步數(shù)字系列)是一套可進(jìn)行同步信息傳輸、復(fù)用、分插和交叉連接的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字信號(hào)結(jié)構(gòu)等級(jí)，在傳輸媒質(zhì)上(如光纖、微波等)進(jìn)行同步信號(hào)的傳送，它是一種新的數(shù)字傳輸體制。

在數(shù)字通信中，為了擴(kuò)大傳輸容量和提高傳輸效率，常常需要將若干個(gè)低次群低速數(shù)字信號(hào)以數(shù)字復(fù)用的方式合成為一路高速數(shù)字信號(hào)，然后再通過(guò)寬帶信道傳輸。數(shù)字復(fù)用就是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上支路數(shù)字信號(hào)按時(shí)分復(fù)用方式匯接成為單一的復(fù)合數(shù)字信號(hào)，這個(gè)過(guò)程稱為數(shù)字復(fù)接，完成這功能的設(shè)備稱為數(shù)字復(fù)接器。在傳輸線路收端把復(fù)合數(shù)字信號(hào)分離成各分支信號(hào)的過(guò)程稱為分接，完成此功能的設(shè)備稱為數(shù)字分接器。數(shù)字復(fù)接和分接合在一起常稱為數(shù)字復(fù)用設(shè)備。

數(shù)字復(fù)用必須按照一定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。國(guó)際電信聯(lián)盟電信委員會(huì)(ITUT)的前身國(guó)際電報(bào)電話咨詢委員會(huì)(CCITT)規(guī)定了兩種基本復(fù)用標(biāo)準(zhǔn)。前期為準(zhǔn)同步數(shù)字系列(PDH)，后期為適應(yīng)通信傳輸網(wǎng)的發(fā)展需要，又提出同步數(shù)字系列(SDH)，使SDH 技術(shù)成為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。

1 SDH 技術(shù)的基本原理

SDH 技術(shù)最核心的特點(diǎn)之一就是同步復(fù)用。SDH 采用的信息結(jié)構(gòu)等級(jí)稱為同步傳送模塊STM－ N(Synchronous Transport Module的縮寫，N=1，4，16，64)，最基本的模塊為STM－1，4個(gè)STM－1 同步復(fù)用構(gòu)成STM－4，16個(gè)STM－1或4個(gè)STM－4 同步復(fù)用構(gòu)成STM－16;SDH 采用塊狀的幀結(jié)構(gòu)來(lái)承載信息，每幀由縱向9 行和橫向270* N 列字節(jié)組成，每個(gè)字節(jié)含8 比特，整個(gè)幀結(jié)構(gòu)分成段開(kāi)銷(Section Over Head，縮寫為SOH)區(qū)、STM－N 凈負(fù)荷區(qū)和管理單元指針(AU PTR)區(qū)三個(gè)區(qū)域，其中段開(kāi)銷區(qū)主要用于網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)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(kāi)銷(Regenerator Section Over Head，縮寫為RSOH)和復(fù)用段開(kāi)銷(Multiplex Section Over Head，縮寫為MSOH);管理單元指針用來(lái)指示凈負(fù)荷區(qū)域內(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(shí)能正確分離凈負(fù)荷;凈負(fù)荷區(qū)域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(kāi)銷字節(jié)。SDH的幀傳輸時(shí)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(shí)間為125μs，每秒傳輸1/125* 10(－6)=8000 幀，對(duì)STM－1 而言每幀字節(jié)為8 比特/字節(jié)* (9* 270* 1)字節(jié)=19440 比 特，則STM－ 1的傳輸速率為19440* 8000=155.520Mb/s;而STM－4的傳輸速率為4* 155.520Mb/s=622.080Mb/s;STM－16的傳輸速率為16* 155.520(或4*622.080)=2488.320Mb/s。

SDH 技術(shù)使用SDH 幀結(jié)構(gòu)來(lái)傳輸數(shù)字流，各種業(yè)務(wù)信號(hào)要進(jìn)入SDH的幀都要經(jīng)過(guò)映射、定位和復(fù)用三個(gè)步驟:映射是將各種速率的信號(hào)先經(jīng)過(guò)碼速調(diào)整裝入相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)容器(C)，再加入通道開(kāi)銷(POH)形成虛容器(VC)的過(guò)程，幀相位發(fā)生偏差稱為幀偏移，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(guò)程，它通過(guò)支路單元指針(TU PTR)或管理單元指針(AU PTR)的功能來(lái)實(shí)現(xiàn);復(fù)用則是將多個(gè)低價(jià)通道層信號(hào)通過(guò)碼速調(diào)整使之進(jìn)入高價(jià)通道或?qū)⒍鄠€(gè)高價(jià)通道層信號(hào)通過(guò)碼速調(diào)整使之進(jìn)入復(fù)用層的過(guò)程。

舉例說(shuō)明:以139.24Mb/s 信號(hào)到STM－1的形成過(guò)程為例，139.264Mb/s 信號(hào)首先進(jìn)入容器VC－4，速率調(diào)整后輸出149.76Mb/s的數(shù)字信號(hào)，進(jìn)入虛容器VC－4 中加入通道開(kāi)銷(POH)576kb/s 后輸出150.336Mb/s的信號(hào)，在管理單元AU－4 內(nèi)加入管理單元指針(AU PTR)576kb/s 后輸出150.912Mb/s的信號(hào)，因STM－N 中的N=1 故由一個(gè)管理單元組AUG 加入段開(kāi)銷(SOH)4.608Mb/s 后輸出155.520Mb/s的STM－1 信號(hào)。

標(biāo)準(zhǔn)的光接口是SDH 技術(shù)的又一特點(diǎn)。SDH 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備有交換設(shè)備，包括配有SDH 標(biāo)準(zhǔn)光接口和電接口的交換機(jī)，傳送設(shè)備包括終端復(fù)用器、分插復(fù)用器和數(shù)字交叉連接設(shè)備及再生器，接入設(shè)備包括數(shù)字環(huán)路載波、光纖環(huán)路系統(tǒng)等;其中分插復(fù)用器(Add/Drop Multiplexer 縮寫為ADM)是SDH網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用最廣泛的設(shè)備，它利用時(shí)隙交換實(shí)現(xiàn)寬帶管理即允許兩個(gè)STM－N 信號(hào)之間的不同VC 實(shí)現(xiàn)互連，并具有無(wú)需分接和終接整體信號(hào)即可將各種G703《數(shù)字體系接口物理/電氣特性》規(guī)定的STM－N 信號(hào)接入STM－M(M ＞N)內(nèi)作任何支路的能力，ADM 在環(huán)形網(wǎng)中應(yīng)用時(shí)還具有獨(dú)特的自愈能力，即網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)無(wú)需人為干預(yù)就可在極短時(shí)間內(nèi)從失效故障中自動(dòng)恢復(fù)所攜帶的業(yè)務(wù)，也就是說(shuō)使網(wǎng)絡(luò)具備發(fā)現(xiàn)故障的能力并能找到替代路由在時(shí)限內(nèi)重新建立通信線路。

2 SDH 技術(shù)應(yīng)用于廣播電視信號(hào)傳輸

ISO/OSI 共有七層，第一層為物理層(Physical Layer):將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可通過(guò)物理介質(zhì)傳送的電子信號(hào)。SDH 技術(shù)基本處于ISO/OSI的第一層，用來(lái)保障比特流傳輸?shù)恼_性，它不具備動(dòng)態(tài)鏈路建立和交換能力，只擁有靜態(tài)的電路分插復(fù)用和交叉連接能力，即通過(guò)操作員發(fā)出電路連接指令來(lái)建立某個(gè)物理通道;廣播電視領(lǐng)域的SDH 網(wǎng)起著公共的物理傳輸平臺(tái)的作用，在此平臺(tái)上一部分帶寬用來(lái)傳輸經(jīng)數(shù)字終端設(shè)備(CODEC)編解碼的廣播電視節(jié)目，另一部分用來(lái)直接傳輸用戶數(shù)據(jù)或是傳輸從ATM、IP 交換機(jī)匯聚來(lái)的數(shù)據(jù)流等。

用SDH 技術(shù)傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)，因此，在傳輸廣播電視模擬信號(hào)時(shí)，必須先對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理。數(shù)字化處理分為取樣、量化、編碼等步驟，取樣即是以一定的取樣頻率抽取輸入信號(hào)的一個(gè)瞬時(shí)幅度值(取樣值)，取樣后得到一系列的脈沖式的取樣值稱為取樣序列，量化即是對(duì)取樣序列進(jìn)行幅度上的離散化過(guò)程，編碼就是用二進(jìn)制代碼表示量化值，在信號(hào)傳輸?shù)哪康牡貙⒘炕缔D(zhuǎn)換為信號(hào)的過(guò)程稱為解碼。由于電視信號(hào)編碼后數(shù)據(jù)量大因而需對(duì)其進(jìn)行壓縮編碼，壓縮編碼主要是通過(guò)減少圖像像素之間的相關(guān)性來(lái)達(dá)到壓縮圖像的目的，其主要優(yōu)點(diǎn)是對(duì)傳輸容量的要求有所降低，缺點(diǎn)是當(dāng)壓縮所含信息量大的圖像時(shí)由于要犧牲掉部分圖像信息從而導(dǎo)致方塊效應(yīng);圖象壓縮編碼后每個(gè)數(shù)碼對(duì)前后圖像都有影響，如果傳輸中發(fā)生誤碼則接收端還原出來(lái)的圖像將會(huì)受較大影響即誤碼擴(kuò)散問(wèn)題;此外壓縮編碼還將給圖像信號(hào)中插入如股票行情等增值信息帶來(lái)不便等。

廣播電視傳輸設(shè)備常用的接口有45Mb/s和155Mb/s，這是因?yàn)樵赟DH的傳輸速率中34.368Mb/s和139.264Mb/s是最適合電視圖像傳輸?shù)乃俾剩瑥V播電視節(jié)目信號(hào)是模擬信號(hào)，要先經(jīng)過(guò)編碼器變換成數(shù)字信號(hào)壓縮后形成139.264Mb/s碼率進(jìn)入到C4 容器或者壓縮后形成34.368Mb/s 進(jìn)入C3容器并最終形成STM－1，廣播電視節(jié)目的視頻和音頻信號(hào)存放在SDH的幀結(jié)構(gòu)中的凈負(fù)荷區(qū)域內(nèi)，SDH 設(shè)備的34Mb/s(或45Mb/s)和139.264Mb/s 接口接圖像編碼器，2Mb/s 接口接數(shù)據(jù)和話音輸入設(shè)備，轉(zhuǎn)換成SDH 形式的廣播電視信號(hào)通過(guò)光纖或者微波發(fā)射進(jìn)行傳輸，信號(hào)傳到業(yè)務(wù)站點(diǎn)后經(jīng)解碼器將圖像數(shù)據(jù)信號(hào)還原成模擬信號(hào)，通過(guò)調(diào)制器將其變換到相應(yīng)頻道經(jīng)有線電視網(wǎng)傳到用戶家中。

目前，世界上主要使用的彩色電視制式有三種，即NTSC、PAL和SECAM，我國(guó)的彩色電視采用的是PAL 制式。亮度信號(hào)(Y)取樣頻率13.5MHz，色差信號(hào)(R－Y，B－Y)的取樣頻率各為6.75MHz，Y，R－Y，B－Y 每個(gè)取樣信號(hào)被8bit 量化則總的傳輸碼率為13.5* 86.75* 86.75* 8=216Mbit/s，對(duì)傳輸速率2.5Gb/s的STM－16 而言只能傳輸8路視頻信號(hào)，因而用SDH 傳輸電視信號(hào)首先要對(duì)其進(jìn)行壓縮編碼處理;傳輸廣播電視信號(hào)常用的壓縮編碼技術(shù)有差值脈沖編碼調(diào)制(DPCM)，利用圖像數(shù)據(jù)在空間和時(shí)間上的冗余特性用相鄰的已知像素或圖像塊對(duì)當(dāng)前待編碼的像素或圖像塊進(jìn)行預(yù)測(cè)然后對(duì)預(yù)測(cè)值和真實(shí)值的差值即預(yù)測(cè)誤差進(jìn)行量化和編碼，這種壓縮方式算法簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，缺點(diǎn)是編碼壓縮比低、對(duì)信道噪聲及誤碼敏感、易產(chǎn)生誤碼擴(kuò)散等。廣播電視信號(hào)的傳輸目前采用這種壓縮技術(shù)較多，每路電視信號(hào)經(jīng)DPCM 壓縮編碼成70Mb/s，兩路70Mb/s 信號(hào)復(fù)合成140Mb/s 進(jìn)入STM－1，即每個(gè)STM－1 傳輸兩路DPCM 壓縮的電視信號(hào)。除此之外還有MPEG－2 壓縮技術(shù)，這是當(dāng)前電視編解碼的標(biāo)準(zhǔn)，電視節(jié)目信號(hào)可壓縮到1.5 ～15Mb/s，用SDH的STM－16(2.5Gb/s)可傳輸300 多套MPEG－2 壓縮的數(shù)字電視信號(hào)，MPEG－2的缺點(diǎn)是壓縮比較高時(shí)信號(hào)質(zhì)量較差，特別是壓縮到2Mb/s 以下時(shí)圖像的馬賽克效應(yīng)非常明顯，因而一般常壓縮到8Mb/s，復(fù)用成34Mb/s 進(jìn)入C3 容器最終形成STM－1，由于MPEG－2 編解碼器價(jià)格較高故目前應(yīng)用較少。

不足之處:SDH 技術(shù)傳輸廣播電視信號(hào)時(shí)要求SDH 網(wǎng)有較好的時(shí)鐘同步性能和低抖動(dòng)性能，網(wǎng)絡(luò)的同步性能差會(huì)引起指針調(diào)整，指針調(diào)整將導(dǎo)致彩色電視信號(hào)瞬時(shí)變色，而網(wǎng)絡(luò)的低抖動(dòng)性能將通過(guò)SDH 網(wǎng)傳遞給解碼器在解碼器輸出端產(chǎn)生抖動(dòng)引起信號(hào)色彩的變化;目前主要采用比特泄漏技術(shù)來(lái)減少指針調(diào)整的問(wèn)題，或者在SDH 信號(hào)進(jìn)入映射器前將時(shí)鐘信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)分離使數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)過(guò)映射器后再和時(shí)鐘信號(hào)合成，但這種方法需對(duì)SDH 設(shè)備作較大的改動(dòng)。消除抖動(dòng)的有效辦法就是選用不引入抖動(dòng)的SDH 設(shè)備和能容忍抖動(dòng)的圖像編解碼器等。SDH 技術(shù)主要是為傳輸話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)而制定的，對(duì)視頻業(yè)務(wù)而言SDH 技術(shù)還存有許多不足之處有待于今后在實(shí)踐中不斷完善從而使其更加適合于廣播電視信號(hào)的傳輸。

3 結(jié)束語(yǔ)

SDH 技術(shù)具有傳輸容量大、傳輸距離遠(yuǎn)、傳輸質(zhì)量好，以及強(qiáng)大的網(wǎng)管功能和自愈功能，不同廠家的SDH 設(shè)備能相互兼容，也可以兼容現(xiàn)有準(zhǔn)同步數(shù)字體系的各種速率，同時(shí)還能容納各種新的業(yè)務(wù)信號(hào)等優(yōu)點(diǎn)。到目前為止，還沒(méi)有出現(xiàn)可完全替代SDH的新技術(shù)，有的只是現(xiàn)有SDH的發(fā)展和補(bǔ)充，這也證明了SDH 強(qiáng)大的生命力。SDH 技術(shù)的一系列優(yōu)點(diǎn)使其非常適合傳輸廣播電視信號(hào)，該技術(shù)較好的時(shí)鐘同步性能、抖動(dòng)性能和網(wǎng)絡(luò)同步性能確保了廣播電視的信號(hào)質(zhì)量。隨著廣播電視傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的不斷發(fā)展，相信SDH 技術(shù)在廣播電視領(lǐng)域中的應(yīng)用前景會(huì)越來(lái)越廣闊。

［1］姚冬萍.數(shù)字微波通信［M］.北京:北京交通大學(xué)出版社，2004.

［2］韋樂(lè)平，李英灝.SDH 及其新應(yīng)用［M］.北京:人民郵電出版社，2001.

［3］孫學(xué)康.SDH 技術(shù)［M］.北京:人民郵電出版社，2003.