3.5 数字复接技术

在一条高速宽带信道上如果只传送一路低速信号（如话或报），显然信道利用率很不高，也就是说，信道容量没有得到有效的利用。在数字通信系统中，数字复接是为提高信道利用率而采用的一种技术。它是将来自不同信息源的各路信号，如不同用户的语音信号，按照某种方式合并成一个多路（群）信号，然后通过宽带信道进行传送。

3.5.1 基本概念

通常单个用户（信源）输出信息流的位率相对于信道而言都很低，如一路PCM编码的数字语音位率为64kbps。传输信道的带宽却很宽，尤其是各种新型传输系统，如微波、光纤等的传输带宽已达几十Mbps到几Gbps。显然，用一条高速率的信道直接传送一路低速率信号是极大的浪费。为了提高传输系统的传输效率，必须将若干路低速率数字信号合并成一条高速率数字信号，然后经过数字传输系统进行传输。信号到达接收端后，再将高速率数字信号分解为相应的多路低速率数字信号。为了完成这个设想，需要在发送端和接收端各有一套设备完成相应的功能。在发送端将多条低速率数字信号合并成一条高速率数字信号的设备，称为数字复接器；在接收端将高速率数字信号分解还原为相应低速率数字信号的设备，称为数字分接器。通常，数字复接器和数字分接器是成对使用的，而且装在同一个机架内，简称数字复接器。

数字复接器系统的原理和组成如图3-8所示。数字复接部分由定时单元、调整单元和同步复接单元组成；数字分接器由帧同步单元、定时单元、分接单元和恢复单元组成。

数字复接器中的定时单元由内部或外部时钟控制，产生复接需要的各种定时控制信号；调整单元受控于定时单元，对各条输入支路信号进行频率和相位调整，使之适合进行同步复接；同步复接单元也受定时单元的控制，对各条已调整好的支路信号实施同步复接，形成一条高速合路数字信号。合路数字信号和相应的时钟同时传送给分接器，合路数字信号中包含帧同步信号、各支路信息信号及其他勤务和控制信号。分接器的定时单元受合路时钟控制，因此它的工作节拍是与复接器定时单元同步的。分接器定时单元产生的各种控制信号与复接器定时单元产生的各种控制信号是类似的，同步单元从合路数字信号中提取帧定位信号，再用它去控制分接器定时单元。这样，分接器定时单元产生的各种控制信号就与帧定位信号保持确定的相位（或时间）关系；分接单元受分接定时单元控制，将合路信息信号分解为支路信息信号；恢复单元也受分接器定时单元的控制，将分解出来的各支路信息恢复为各条支路信号。这样，就完成了一个复接与分接的过程。可以看出，系统的复接和分接中的定时单元相对应；调整与恢复单元相对应；而复接与分接单元相对应。

3.5.2 数字复接的分类

数字复接技术可能应用于各种场合和情况，为了适应数字信号传输的不同要求，保障数字复接的正确性和有效性，应采用不同的复接方法。

从时分多路通信原理可知，复接单元的输入端的各个参与复接的支路数字信号必须是同步的，否则不能直接实现数字复接。所谓同步，是指各个支路数字信号的有效瞬间与复接定时单元产生的各种控制信号有效瞬间必须保持确定的时间关系；但是在实际工程应用中，出现在各调整单元输入端上的支路数字信号不一定与复接控制信号保持理想的同步关系。例如，每条支路数字信号的时钟不一定出自同一频率源，即使同出一源，由于各自由不同传输系统传输，到达时所受的抖动和漂移损伤也可能是不一样的。

通常，根据需要复接的信号特性将复接方法分成三类：同步复接；准同步复接和异步复接。

（1）同步复接是指每个参与复接的支路信号与复接定时同出一个频率源，那么复接调整单元只需对各条支路信号进行相位调整，即吸收掉各自的抖动和漂移损伤，就可以实施同步复接。

（2）准同步复接中每条参与复接的支路信号与复接定时不是出于一个频率源，但是有同样的标称频率，即各条输入支路数字信号的有效瞬间相对于复接定时信号是以同一标称速率出现的，而各自速率的任何变化都被限制在规定的容差范围之内。

（3）异步复接中各个支路信号的时钟不是同出一源的，而且又没有统一的标称频率或相应的数量关系。

三类复接器的适用范围不尽相同，在什么情况下采用何种复接方法则主要考虑以下因素：技术实现的可行性、经济上的可接受性及设备复杂度。通常，同步复接适用于比较小的区域或网络结构比较简单的情况，这时在技术上比较容易分配统一的时钟，经济上也合算。同步复接的效率比较高（98%），设备比较简单。准同步复接适用于比较大的区域或网络结构比较复杂的情况，与同步复接相比，虽然准同步复接设备要复杂一些，约增加15%，两者的效率也相近（98%），但由于不需要分配统一时钟源，技术可实现性和经济成本都极富吸引力。异步复接由于设备相当简单，所以大量应用可降低成本，但由于它的效率较低（30%），因此不适用于数字电话网或其他高速数字网，这种技术主要用于数据网。

3.5.3 数字复接技术

为了保证各个厂商的复接设备能够在同一网络中共同使用，首先必须保障具有统一的速率及PCM帧结构、基群结构、网同步制式和数字交换制式等，其中对帧结构的要求又牵涉到帧定位、码速调整、信令和勤务数字等细节。显然，规定数字速率系列和规划数字复接等级是涉及数字网全局的问题，ITU为此制订了大量的建议，推荐了两类数字速率系列：北美和日本采用的以1.544Mbps为第一级速率（通常简称基群）的T数字速率系列；欧洲、俄罗斯和我国采用的以2.048Mbps为第一级速率的E数字速率系列。E数字速率系列复接后更高的速率为8.448Mbps（二次群）、34.368Mbps（三次群）、139.264Mbps（四次群），如图3-9所示。其后，在1988年又研究并通过了新的数字速率系列——高次群同步数字速率系列，即同步数字序列（SDH）有关的速率系列，包括155.520Mbps和622.080Mbps等速率。当然，在进行复接时，不一定采用逐级复接的方式，可以根据实际情况将四路2.048Mbps复接成8.448Mbps，也可将16路2.048Mbps复接成34.368Mbps。

1.话路复接技术

话路复接技术是指将多个模拟输入语音信号，经过采样编码形成64kbps的PCM格式数字信号，然后再将这些数字信号复接成2.048Mbps的基群信号。在程控数字交换机的数字中继线路及各种传输线路终端（如微波、卫星及同轴电缆系统）中通常都被采用，这种复接称为“路复接”。

众所周知，PCM得到的数字信息是以字节为基本结构的，为了保证完整的字结构，需要采用“字复接”。另外，编码器和复接器位于同一设备内，因此采用同步复接方式。

经过路复接形成的2.048Mbps基群帧结构如图3-10所示，它的帧频为8kHz，帧长为32个时隙，采用隔帧定位，帧定位信号为0011011，ITU的建议G.732对此做了详细的定义。

在32个时隙中，第0时隙作为帧定位信号，第16时隙传信令，其余30个时隙传话路信息。在采用随路信令时，由16个基本帧构成一个复帧，第0帧的第16时隙传复帧定位（0000）和勤务位，其余15帧的第16时隙分属30个话路传信令，即每个话路占有2kbps的信令通道。

2.准同步数字系列（PDH）复接技术

所谓准同步复接，就是参与复接的各支路码流时钟与复接码流时钟是在一定的容差范围内标称相等的复接。具有相同标称速率但不是由同一时钟源产生的两个信号称为准同步信号。当然，标称位速率及其允许的变化范围都是预先统一规定的，准同步复接技术通常用于群路复接中。

准同步复接器的组成如图3-11所示，每一个参与复接的码流都先经过一个码速调整装置，将准同步码流变成同步码流，然后进入同步复接装置进行复接。在接收端先实施同步分接，得到同步分接码流，然后经过码速恢复装置将它恢复成原来的准同步支路码流。由图3-11可以看出，准同步复接器包含两个基本部分：码速调整部分和同步复接部分。

码速调整是为同步复接提供同步环境的一种技术，即将参与复接的各准同步支路码流调整成为同步码流。码速调整可分为正码速调整、正/负码速调整和正/0/负码速调整三种。正码速调整的应用范围比较广泛，它也是我国采用的码速调整技术，表3-6列出了群复接帧结构。

表3-6 群复接帧结构

下面简介正码速调整技术的原理。码速调整装置的主体是缓冲存储器，此外还有一些必要的控制电路，其输入时钟的频率为fl，输出时钟即同步复接支路时钟的频率为fm，如图3-12所示。在正码速调整技术中，输出频率大于输入频率，即fm＞fl。显然，正码速调整中，由于fm＞fl，随着时间的推移，缓冲器中存的信息位越来越少（假定起始时处于半满状态），终将导致把信息取空而读出虚假信息，因此必须采取适当的控制方法。一旦发现缓冲存储器中的信息位数降到某一门限值，就发出控制信号，将读出时钟停顿一个节拍，则存储的信息立即增加一个位。如此往复，就可以将码流通过缓冲存储器输出，既不会溢出也不会丢失信息。在码速恢复装置中，对应调整节拍（因为它未读出信息），也不向缓冲器中写入信息。如此这样进行码速调整与恢复，就可以保证码流无误地传输。

经过码速调整之后就要进行群同步复接，它的原理与前面提到的路同步复接技术完全相同，但由于群复接不要求保持字结构，考虑到尽可能简化设备，故一般都采用位复接。

3.同步数字系列（SDH）复接技术

SDH技术的推出使光通信和数字微波传输发生了重大改变，它把复接、线路传输及交换功能结合在一起并由统一网管系统管理。

1988年ITU形成了SDH建议（G.707，G.708，G.709），规定了同步传输（STM）模块位速率暂时分成三级，即STM-1为155.520Mbps，STM-4为622.080Mbps，STM-16为2488.320Mbps。

SDH实现同步复接是极其简单的，它实质上就是一个以字为单位的高速并/串变换电路，如图3-13所示。但是一旦复接成复接码流，就再也分不出各支路码流。因此，不能用简单的串/并变换电路来实现分路。不过，由于支路数量是已知的，各支路码流在复接码流中所占用的相邻字时隙次序也是已知的，所以在经过以字为单位的串/并变换电路分解成各个支路码流后，由于每路都有自身标志，可以用比较简单的识别电路较快地实现正确识别。

STM-1是最基本的速率等级，它的帧结构如图3-14所示，它是270列（每列一个字节）乘9行的数字段。整个段可分成两部分：段开销（SOH）和段负荷。其中段开销占用1～9列中的1～3行和5～9行，段负荷占用其余部分。

当N个STM-1信号按支路编号次序以字为单位交织形成STM-N信号时，STM-N信号的第一个字应当是来自第一路STM-1的第一个字节，如此按支路编号交织排列。因此，STM-N的帧结构如图3-15所示，它是一个270×N列9行的数据包。

目前世界现存的以PDH为基础的数字网络必须能够与SDH实现完全的无缝接口。但是，如何解决SDH和PDH之间的接口是个相当复杂但又必须首先解决的问题。

为了解决这个问题，ITU提出了“虚容器”（VC）的概念。虚容器包含两部分：通道开销（POH）和容器两部分，对应不同数字速率的线路共规定了七种对应容器，参见表3-7。

表3-7 容器的等级分类

其中，对应C-4的虚容器为VC-4，它是最高阶的虚容器，下面以此为例简单介绍一下PDH帧是如何装入SDH帧结构中的。

具有VC-4的STM-1帧结构如图3-16所示，除标准的SOH外，还包括AU-4指针（PTR），以及VC-4。VC-4中又有一列POH，剩下的9行×260列为C-4容器。AU-4指针是用于表示VC-4相对于STM-1的SOH的相位差距，表示VC-4帧频相对于AU-4帧频的频率调度指示。通过AU-4指针的操作，可以实现正/负帧频调整，保证动态灵活地安排VC-4。POH则从复接开始就分配给指定的净荷直到分接为止，负责完成传输VC-4所必要的特定功能，如通路标志、位交织奇偶校验（BIP）、信号标记、通路状态、通路用户链路和复帧指示等。

SDH数字体系与PDH相比有如下的优越性。

（1）SDH采用全世界统一的标准传输速率等级。如STM-1、STM-4、STM-16、STM-64等速率等级，不同速率等级的SDH光接口有严格的标准规范。光接口为开放型接口，有利于建立统一的通信网络。

（2）简化了复/分接技术。由于SDH复/分接可以采用高速并/串操作完成同步复接过程，这就避免了传统的PDH在高速率复/分接时存在的电路复杂性、成本和性能恶化等方面的问题。

（3）SDH帧结构中具有丰富的开销位，用于网络的运行、维护和管理，便于实现性能监测、故障检测和定位、故障报告等管理功能，增强了监视管理功能，为统一网络管理奠定了基础。

（4）采用数字同步复用技术，其最小的复用单位为字节，不必进行码速调整，增强了复/分接的灵活性。PDH是逐级实现复/分接的，但在SDH中是直接实现STM-1到STM-N之间的复/分接，不但简化了复/分接过程，而且更容易逐步向更高位速率发展。

（5）SHD网络采用数字交叉连接设备（DXC），可以对各种端口速率进行可控的连接配置，对网络资源进行自动化的调度和管理，有利于提高资源利用率和增强网络的抗毁性和可靠性。

（6）SDH不仅可以自行构成传输网络，还支持ATM与IP数据包的传输，是极具发展前途的传送网络技术。