时分复用TDM（分为PDH和SDH）：
PDH：在进行复接时，如传输设备的各支路码位不同步，在复接前必须调整支路码率，使之严格相等，这样的复接系列就称为PDH。
SDH：在进行复接时，如传输设备的各支路码位同步的，只要将各支路码元直接在时间压缩、移向后进行复接就行了，这样的复接系列称为SDH。
SDH技术
（1）SDH的技术背景
（2）SDH的速率与帧结构
（3）SDH的复用结构和步骤
（4）SDH设备的逻辑组成
（5）SDH的网络结构
（1）SDH的技术背景
1）PDH存在的主要问题
◇两大体系，3种地区性标准，使国际间的互通存在困难。北美和日本采用以1.544Mbit/s为基群速率的PCM24路系列，但略有不同，中国采用以2.048Mbit/s为基群速率的PCM30/32路系列。如表3-1所示。
◇无统一的光接口，无法实现横向兼容。
◇准同步复用方式，上下电路不便。
◇网络管理能力弱，建立集中式电信管理网困难。
◇网络结构缺乏灵活性。
◇面向话音业务。
2）SDH的概念
所谓SDH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的结构等级。
SDH网络则是由一些基本网络单元（NE）组成的，在传输媒质上（如光纤、微波等）进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的传送网络。
它的基本网元有终端复用器（TM）、分插复用器（ADM）、同步数字交叉连接设备（SDXC）和再生中继器（REG）等。
3）SDH的优势
A、接口方面：SDH体制有一套标准的信息结构等级，即有一套标准的速率等级。
B、复用方式：由于低速SDH信号是以字节间插方式复用进高速SDH信号的帧结构中的，这样就使低速SDH信号在高速SDH信号的帧中的位置是固定的、有规律的。
C、运行维护方面：SDH信号的帧结构中安排了丰富的用于运行维护（OAM）功能的开销字节，使网络的监控功能大大加强，也就是说维护的自动化程度大大加强。
D、统一的网管。
（2）SDH的速率与帧结构
1）SDH的速率
SDH采用一套标准化的信息结构等级，称为同步传送模块STM-N（N=1，4，16，64，…），相应各STM-N等级的速率为：
STM-1 155.520Mbit/s
STM-4 622.080Mbit/s
STM-16 2488.320Mbit/s
STM-64 9953.280Mbit/s
2）SDH的帧结构
SDH帧结构是一种以字节为基本单元的矩形块状帧结构，其由9行和270×N列字节组成，如下图所示。
帧周期为125μs。帧结构中字节的传输是由左到右逐行进行。
对于STM-1而言，其信息结构为9行×270列的块状帧结构，传输速率：fb=9×270×8×8000=155.520Mbit/s。
从结构组成来看，整个帧结构可分成3个区域，分别是段开销区域、信息净负荷区域和管理单元指针区域。
①段开销（SOH）区域
段开销是指SDH帧结构中为了保证信息净负荷正常、灵活、有效地传送所必须附加的字节，主要用于网络的OAM功能。
段开销分为再生段开销（RSOH）和复用段开销（MSOH）。
②信息净负荷（Payload）区域
信息净负荷区域主要用于存放各种业务信息比特，也存放了少量可用于通道性能监视、管理和控制的通道开销（POH）字节。
③管理单元指针区域
管理单元指针（AU-PTR）是一种指示符，其作用是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，以便在接收端能正确分离净负荷。
3）SDH的特点
①新型的复用映射方式：同步复用方式和灵活的映射结构。
②接口标准统一：全世界统一的NNI，体现了横向兼容性。
③网络管理能力强：帧结构中丰富的开销比特。
④组网与自愈能力强：采用先进的ADM、DXC等组网。
⑤兼容性好：具有完全的前向兼容性和后向兼容性。
⑥先进的指针调整技术：可实现准同步环境下的良好工作。
⑦独立的虚容器设计：具有很好的信息透明性。
⑧系列标准规范：便于国内、国际互连互通。
注：SDH最为核心的三个特点是同步复用、强大的网络管理能力和统一的光接口及复用标准。
（3）SDH的复用结构和步骤
1）SDH的通用复用映射结构和复用步骤
SDH的通用复用映射结构，如下图所示。将各种信号装入SDH帧结构净负荷区，需要经过映射、定位校准和复用3个步骤。
2）我国的SDH复用映射结构
我国采用的复用映射结构使得每种速率的信号只有惟一的复用路线到达STM-N，接口种类由5种简化为3种，主要包括C-12，C-3和C-4三种进入方式。
3）复用单元
①容器（C）
容器是一种用来装载各种速率业务信号的信息结构，其基本功能是完成PDH信号与VC之间的适配（即码速调整）。
ITU-T规定了5种标准容器，C-11、C-12、C-2、C-3和C-4，每一种容器分别对应于一种标称的输入速率，即1.544Mbit/s、2.048Mbit/s、6.312Mbit/s、34.368Mbit/s和139.264Mbit/s。
我国的SDH复用映射结构仅涉及C-12、C-3及C-4。
②虚容器（VC）
虚容器是用来支持SDH通道层连接的信息结构，由信息净负荷（容器的输出）和通道开销（POH）组成，即：
VC−n=C−n+VC−n POH
VC可分成低阶VC和高阶VC两类。
◇TU前的VC为低阶VC，有VC-11、VC-12、VC-2和VC-3（我国有VC-12和VC-3）；
◇AU前的VC为高阶VC，有VC-4和VC-3（我国有VC-4）。
用于维护和管理这些VC的开销称为通道开销（POH）。
管理低阶VC的通道开销称为低阶通道开销（LPOH）。
管理高阶VC的通道开销称为高阶通道开销（HPOH）。
③支路单元（TU）
支路单元是一种提供低阶通道层和高阶通道层之间适配功能的信息结构，是传送低阶VC的实体，可表示为TU-n（n=11，12，2，3）。
TU-n由低阶VC-n和相应的支路单元指针（TU-n PTR）组成，即：
TU-n=低阶VC-n+TU-n PTR
④支路单元组（TUG）
支路单元组是由一个或多个在高阶VC净负荷中占据固定的、确定位置的支路单元组成。有TUG-3和TUG-2两种支路单元组。
1×TUC-2=3×TU-12
1×TUG-3=7×TUG-2=21×TU-12
1×VC-4=3×TUG-3=63×TU-12
⑤管理单元（AU）
管理单元是一种提供高阶通道层和复用段层之间适配功能的信息结构，是传送高阶VC的实体，可表示为AU-n（n=3，4）。它是由一个高阶VC-n和一个相应的管理单元指针（AU-n PTR）组成，即：AU-n=高阶VC-n+AU-n PTR
⑥管理单元组（AUG）
管理单元组是由一个或多个在STM-N净负荷中占据固定的、确定位置的管理单元组成。例如：1×AUG=1×AU-4
⑦同步传送模块（STM-N）
N个AUG信号按字节间插同步复用后再加上SOH就构成了STM-N信号（N=4，16，64，…），即：N×AUG+SOH=STM-N
4）SDH的复用映射步骤
各种信号复用映射进STM-N帧的过程都要经过映射、定位和复用3个步骤。
①映射
映射（Mapping）即装入，是一种在SDH网络边界处，把支路信号适配装入相应虚容器的过程。例如，将各种速率的PDH信号先分别经过码速调整装入相应的标准容器，再加进低阶或高阶通道开销，以形成标准的VC。
②定位
定位（Alignmem）是把VC-n放进TU-n或AU-n中，同时将其与帧参考点的偏差也作为信息结合进去的过程。通俗讲，定位就是用指针值指示VC-n的第一个字节在TU-n或AU-n帧中的起始位置。
③复用
复用（Multiplex）是一种将多个低阶通道层的信号适配进高阶通道或者把多个高阶通道层信号适配进复用段层的过程，即指将多个低速信号复用成一个高速信号。
其方法是采用字节间插的方式将TU组织进高阶VC或将AU组织进STM-N。复用过程为同步复用。如：
1×STM-1=1×AUG=1×AU-4=1×VC-4=3×TUG-3=21×TUG-2=63×TU-12=63×VC-12
1×STM-1=1×AUG=1×VC-4=3×TUG-3=3×TU-3=3×VC-3
1×STM-1=1×AUG=1×VC-4
STM-N=N×STM-1
（4）SDH设备的逻辑组成
SDH传输网由各种网元构成，网元的基本类型有终端复用器（TM）、分插复用器（ADM）、同步数字交叉连接设备（SDXC）等。TM、ADM和SDXC的主要功能框图如下图所示。
1）终端复用器（TM）
TM的作用是将准同步电信号（2Mbit/s、34Mbit/s或140Mbit/s）复接成STM-N信号，并完成电/光转换；也可将准同步支路信号和同步支路信号（电的或光的）或将若干个同步支路信号（电的或光的）复接成STM-N信号，并完成电/光转换。在收端则完成相反的功能。
2）分插复用器（ADM）
①概念及作用
ADM是一个三端口设备，有两个线路（也称群路）口，和一个支路口，支路信号可以是各种准同步信号，也可以是同步信号。
ADM作用是从主流信号中分出一些信号并接入另外一些信号。
②连接能力
ADM设备应具有支路-支路、支路-群路（上/下支路信号）和群路-群路（直通）的连接能力。支路-群路又可分为部分连接和全连接。具有支路-支路连接能力的ADM设备进行有机地组合，可实现小型DXC的功能，如下图所示。
③应用：常用于线性网和环形网。
3）数字交叉连接设备（DXC）
①基本概念
DXC是一种具有一个或多个准同步数字体系（G.702）或同步数字体系（G.707）信号的端口，可以在任何端口信号速率（及其子速率）间进行可控连接和再连接的设备。
适用于SDH的DXC称为SDXC，SDXC能进一步在端口间提供可控的VC透明连接和再连接。这些端口信号可以是SDH速率，也可以是PDH速率。
②基本结构
DXC由复用/解复用器和交叉连接矩阵组成。DXC的简化结构，如下图所示。
DXC的核心部分是交叉连接矩阵，参与交叉连接的速率一般等于或低于接入速率。而交叉连接速率与接入速率之间的转换需要由复用和解复用功能来完成。
③基本功能
分离本地交换业务和非本地交换业务；
为非本地交换业务（如专用电路）迅速提供可用路由；
为临时性重要事件（如政治事件、重要会议和运动会）迅速提供电路；
网络出现故障时，迅速提供网络的重新配置；
按业务流量的季节性变化使网络最佳化；
网络运营者可以自由地在网中使用不同的数字体系（PDH或SDH）。
④DXC的分类
DXC配置类型通常用DXC X/Y表示，其中X表示接入端口数据流的最高等级，Y表示参与交叉连接的最低级别。
X和Y可以是数字0，1，2，3，4，5，6，…，其中0表示64kbit/s的电路速率；1，2，3，4分别表示PDH中的一至四次群速率，其中4也代表SDH中的STM-1等级；5和6分别表示SDH中的STM-4和STM-16等级。常用的有：
DXC1/0，主要提供64kbit/s电路的数字交叉连接功能；
DXC4/1，允许所有PDH的1～4次群电信号和STM-1信号接入和进行交叉连接，主要用于局间中继网；
DXC4/4，允许PDH的140Mbit/s和SDH的155Mbit/sPDH接入和进行交叉连接，一般用于长途网。
4）再生中继器（REG）
再生中继器的功能是对经传输衰减后的信号进行放大、整形和判决再生，以延长传输距离。
首先将线路口接收到的光信号变换成电信号，然后对电信号进行放大、整形和判决再生，最后再把电信号转换为光信号送到线路上。
（5）SDH的网络结构
网络的物理拓扑泛指网络的形状，它反映了物理上的连接性。网络的基本物理拓扑有5种类型，如下图所示。
①线形
概念：涉及通信的所有点串联起来，并使首末两个点开放。
优缺点：经济，生存性较差。
应用：市话局间中继网和本地网中使用较多。
②星形（枢纽形）
概念：当涉及通信的所有节点中有一个特殊节点与其余所有节点直接相连，而其余节点间不能直接相连，便形成星形拓扑。
优缺点：成本较低，生存性较差。
应用：星形拓扑通常用于用户接入网。
③树形
概念：将点到点拓扑单元的末端点连接到几个特殊点时就形成了树形拓扑。树形拓扑可以看成是线形拓扑和星形拓扑的结合。
应用：适合于广播式业务，不适于提供双向通信业务。有线电视网多采用这种网络。
④环形
概念：当涉及通信的所有点串联起来，且首尾相连，没有任何点开放时，就形成了环形网。
应用：用于长途干线网和市话局间中继网及本地网。
⑤网孔形
当涉及通信的许多节点直接互连时就形成了网孔形拓扑，如果所有的点都直接互连时则称为网状形。
优缺点：可靠性很高，但结构复杂，成本较高。
应用：一级长途干线。
注：由SDH网元组成的SDH传输网有多种形式，下图所示为4种常用的SDH网络结构。
一般来说，本地网（即接入网或用户网）中，适于用环形和星形，有时也可用线形拓扑。在市内局间中继网中适于用环形和线形拓扑，而长途网可能需要网孔形拓扑和环形拓扑。
（6）SDH的保护机制
1）SDH自愈网
自愈网能在网络出现意外故障情况时自动恢复业务，其基本原理是使网络具备发现替代传输路由，并在一定时限内重新建立通信。
自愈网：指通信网络发生故障时，无需人为干预，网络就能在极短的时间内从失效故障中自动恢复所携带的业务，使用户感觉不到网络已出了故障。
自愈网技术可分为“保护”型和“恢复”型两类。
保护型自愈要求在节点之间预先提供固定数量的用于保护的容量配置，以构成备用路由。当工作路由失效时，业务将从工作路由迅速倒换到备用路由。保护倒换的时间很短（小于50ms）。
恢复型自愈所需的备用容量较小，网络中并不预先建立备用路由。当发生故障时，利用网络中仍能正常运转的空闲信道建立迂回路由，恢复受影响的业务，恢复时间较长。
有3种自愈技术：线路保护倒换、ADM自愈环和DXC网状自愈网。前两种是保护型策略，后一种是恢复型策略。要理解自愈技术，首先要明确界定再生段、复用段和通道。
2）线路保护倒换
基本原理：当出现故障时，业务由工作通道倒换到保护通道。
类型：线路保护倒换有1+1和1:N两种方式。
①1+1方式
如图3-10（a）所示，1+1方式采用并发优收。
②1:N方式
如图3-10（b）所示，保护段（1个）由N（N=1～14）个工作段共用，当其中任意一个出现故障时，均可倒至保护段。
③1+1方式与1:N方式的不同
1+1方式，正常情况下保护段传送业务信号，所以不能提供无保护的额外业务；
1:1的保护方式，在正常情况下，保护段不传业务信号，因而可以在保护段传送一些级别较低的额外业务信号，也可不传。
④倒换类型与倒换模式
双向倒换：两个方向的信道都倒换到保护段；
单向倒换：故障信道倒换到保护信道时便完成了倒换。
恢复模式：工作段故障被恢复，工作通道由保护段倒回工作段。
非恢复模式：即使故障恢复后倒换仍保持。
线路保护倒换可以采用双向倒换也可采用单向倒换，这两种倒换方式都可使用恢复模式或非恢复模式。
线路保护倒换的特点：业务恢复时间短（小于50ms），易配置和管理，可靠性高，但成本较高。
自愈环保护
定义：所谓自愈环（Self-Healing Ring，SHR）是指采用分插复用器（ADM）组成环形网实现自愈的一种保护方式，如图所示。
分类：
◇根据自愈环的结构，可分为通道保护环和复用段保护环。
通道保护环，保护的单位是通道（如VC-12，VC-3或VC-4），倒换与否以离开环的每一个通道信号质量的优劣而定，一般利用告警指示信号（AIS）来决定是否应该进行倒换。这种环属于专用保护，保护时隙为整个环专用，在正常情况下保护段往往也传业务信号。
复用段保护环，业务量的保护以复用段为基础，倒换与否按每一对节点间复用段信号质量的优劣而定。复用段保护环需要采用自动保护倒换（APS）协议，多属于共享保护，即保护时隙由每一个复用段共享，正常情况下保护段往往是空闲的。
◇根据环中节点间信息的传送方向，自愈环可分为单向环和双向环。
单向环中收发业务信息的传送线路是一个方向。
双向环中收发业务信息的传送线路是两个方向。
通常，双向环工作于复用段倒换方式，单向环工作于通道倒换方式或复用段倒换方式。
◇根据环中每一对节点间所用光纤的最小数量来分，自愈环有二纤环和四纤环。
对于双向复用段倒换环既可用二纤方式也可用四纤方式，而对于通道倒换环只可用二纤方式。
①二纤单向通道保护环
二纤单向通道保护环：两根光纤，一根传业务信号，称W1光纤，另一根保护，称P1光纤（如图3-12）。采用1+1保护方式。
②二纤双向通道保护环
二纤双向通道保护环：采用两根光纤，可分为1+1和1:1两种方式。图所示为1+1方式的二纤双向通道保护环的结构。
③四纤双向复用段共享保护环
在每个区段（节点间）采用两根工作光纤（一发一收，Wl和W2）和两根保护光纤（一发一收，P1和P2），如图3-14所示。
④二纤双向复用段共享保护环
采用了时隙交换技术，如图所示。在一根光纤中同时载有工作通路W1和保护通路P2，在另一根光纤中同时载有工作通路W2和保护通路P1。
每条光纤上的一半通路规定作为工作通路（W），另一半通路作为保护通路（P），一条光纤的工作通路（W1），由沿环的相反方向的另一条光纤上的保护通路（P1）来保护；反之亦然。
对于传送STM-N的二纤双向复用段共享保护环，实现时是利用W1/P2光纤中的一半AU-4时隙（例如从时隙1到N/2）传送业务信号，而另一半时隙（从时隙N/2+1到N）留给保护信号。另一根光纤W2/P1也同样处理。也就是说，编号为m的AU-4工作通路由对应的保护通路在相反方向的第（N/2+m）个AU-4来保护。
频分复用（FDM）
在模拟载波通信系统中，为了充分利用电缆的带宽资源，提高系统的传输容量，通常利用频分复用的方法，即在同一根电缆中同时传输若干个信道的信号，接收端根据各载波频率的不同，利用带通滤波器就可以滤出每一个信道的信号。
波分复用（WDM）
在光纤通信系统中也可以采用光的频分复用的方法来提高系统的传输容量，在接收端采用解复用（光带通滤波器）将各信号光载波分开。
由于在光的频域上信号频率差别比较大，人们更喜欢采用波长来定义频率上的差别，因而这样的复用方法称为波分复用。
波分复用的常规分类
光频分复用（OFDM）：光频（信）道间距很小的频分复用。
密集波分复用（DWDM）：光频（信）道间距小于10nm的波分复用。
粗波分复用（CWDM）：光频（信）道间距大于10nm的波分复用。
DWDM（1550波段）的标准信道间距：
光波分复用的基本原理
光波分复用（WDM：Wavelength Division Multiplexing）基本原理：
在发送端将不同波长的光信号组合起来（复用），耦合在同一根光纤中进行传输，在接收端又将组合波长的光信号分开（解复用），恢复出原信号后送入不同的终端。
WDM系统的复用器和解复用器
将不同波长的信号结合在一起经一根光纤输出地器件称为复用器（也叫合波器）。
将同一传输光纤送来的多波长信号分解为各个波长分别输出的器件称为解复用器（也叫分波器）。
WDM波分复用技术产生背景
网络扩容方法采用空分多路复用（SDM）和时分多路复用（TDM）两种方式。
◇SDM靠增加光纤数量的方式线性增加传输系统的容量，传输设备也线性增加。空分多路复用的扩容方式十分受限。
◇TDM是比较常用的扩容方式，从PDH的一次群至四次群的复用，到SDH的STM-1、STM-4、STM-16至STM-64的复用。但达到一定的速率等级时，会受到器件和线路等特性的限制。
DWDM技术不仅大幅度地增加了网络的容量，而且还充分利用了光纤的宽带资源，减少了网络资源的浪费。
DWDM原理概述
DWDM技术是利用单模光纤的带宽以及低损耗的特性，采用多个波长作为载波，允许各载波信道在一条光纤内同时传输。
通常把光信道间隔较大（甚至在光纤的不同窗口上）的复用称为光波分复用（WDM），而把在同一窗口中信道间隔较小的WDM称为密集波分复用（DWDM）。
DWDM系统的构成及光谱示意如下图所示。
DWDM工作方式：分为双纤单项和单纤双向两种。
◇双纤单向传输
双纤单向传输指一根光纤只完成一个方向光信号的传输，反向光信号的传输由另一根光纤来完成。如图所示。
◇单纤双向传输
单纤双向传输指在一根光纤中实现两个方向光信号的同时传输，两个方向的光信号应安排在不同波长上。
◇光信号的分出和插入
通过光分插复用器（OADM，Optical ADD/DROP MULTIPLEXER）可以实现各波长的光信号在中间站的分出与插入，即完成上/下光路，利用这种方式可以完成DWDM系统的环形组网。
DWDM器件
DWDM器件分为合波器（复用器）和分波器（解复用器）两种。
合波器的主要作用是将多个信号波长合在一根光纤中传输。
分波器的主要作用是将在一根光纤中传输的多个波长信号分离。
DWDM的几种网络单元类型
DWDM设备可分为光终端复用器（OTM）、光线路放大器（OLA）、光分插复用器（OADM）和电中继器（REG）几种类型。
◇光终端复用器（OTM）
在发送方向，OTM把波长为λ1～λ16（或λ32）的STM-16信号经合波器复用成DWDM主信道，然后对其进行光放大，并附加上波长为λs的光监控信道。
在接收方向，OTM先把光监控信道取出，然后对DWDM主信道进行光放大，经分波器解复用成16（或32）个波长的STM-16信号。OTM的信号流向如下图所示。
◇光放大器（OLA）
每个传输方向的OLA先取出光监控信道（OSC）并进行处理，再将主信道进行放大，然后将主信道与OSC合路并送入光纤。如图所示。
◇光分插复用器（OADM）
OADM设备接收线路的光信号后，先提取监控信道，再用WPA将主光通道预放大，通过MR2单元把含有16或32路STM-16的光信号按波长取下一定数量后送出设备，要插入的波长经MR2单元直接插入主信道，再经功率放大后插入本地光监控信道，向远端传输。以MR2为例，其信号流向如图所示。
DWDM网络的一般组成
◇点到点组网
DWDM的点到点组网示意图如图所示。
◇链形组网
DWDM的链形组网示意图如图所示。
◇环形组网
DWDM环形组网示意图如图所示。
CWDM（粗波分复用）概述
在同一根光纤中传输的不同波长之间的间距是区分DWDM和CWDM的主要参数。目前的稀疏波分复用系统一般工作在从1260nm到1620nm波段，间隔为20nm，可复用16个波长通道，其中1400nm波段由于损耗较大，一般不用。
CWDM载波通道间距较宽，因此一根光纤上只能复用2到16个左右波长的光波，“粗”与“密集”称谓的差别就由此而来。
CWDM调制激光采用非冷却激光，而DWDM采用的是冷却激光，它需要冷却技术来稳定波长，实现起来难度很大，成本也很高。CWDM避开了这一难点，CWDM系统采用的DFB激光器不需要冷却，因而大幅降低了成本，整个CWDM系统成本只有DWDM的30%。随着越来越多的城域网运营商开始寻求更合理的传输解决方案，CWDM越来越广泛地被业界接受。