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第一章 光纤和光缆1

1.1 光纤结构和类型1

1.1.1 多模光纤2

1.1.2 单模光纤2

1.2 光纤传输原理2

1.2.1 传输条件2

1.2.2 光纤模式3

1.3 光纤传输特性6

1.3.1 带宽和色散6

1.3.2 衰减10

1.3.3 非线性光学效应12

1.4.1 选择的一般原则14

1.4 光纤的选择14

1.4.2 单模光纤的进展和应用16

1.5 光缆17

1.5.1 对光缆的基本要求17

1.5.2 光缆结构和类型19

1.5.3 海底光缆21

主要参考文献25

第二章 光无源器件26

2.1 连接器26

2.1.1 连接损耗26

2.1.2 结构和特性30

2.2 接头32

2.2.1 永久性连接方法32

2.2.2 连接方法的比较33

2.3 耦合器34

2.3.1 耦合器类型和结构34

2.3.2 耦合器特性38

2.4 可调谐光滤波器39

2.5 调制器43

2.6 隔离器47

2.7 光开关49

2.7.1 机械光开关49

2.7.2 固体光开关49

2.8 光环行器51

2.9 光纤光栅52

2.9.2 光纤光栅在光纤通信中的应用53

2.9.1 光纤光栅的种类及其光学特性53

主要参考文献55

第三章 光源和光发射机57

3.1 概述57

3.2 发光机理58

3.2.1 发光机理58

3.2.2 光增益60

3.2.3 器件结构62

3.2.4 量子限制激光器63

3.3 多模半导体激光器63

3.3.1 激光器起振的相位条件64

3.3.2 激光器起振的阈值条件64

3.4 单频激光器65

3.5 波长可调谐半导体激光器66

3.6.1 半导体激光器的基本特性70

3.6 半导体激光器的特性70

3.6.2 模式特性75

3.6.3 调制响应75

3.6.4 半导体激光器噪声79

3.7 光发射机设计81

3.7.1 驱动电路81

3.7.2 可靠性83

3.8 光频稳定及其控制84

3.9 对激光器的保护86

3.9.1 光源慢起动保护86

3.9.3 反向冲击电流保护87

3.9.4 焊接和静电保护87

3.9.2 激光器过流保护87

3.10 光纤激光器88

3.10.1 掺铒光纤激光器88

3.10.2 光纤光栅分布反馈式(DFB)激光器89

主要参考文献89

第四章 调制、编码和复用92

4.1 定义92

4.2 载波调制93

4.2.1 模拟载波调制传输94

4.2.2 数字载波调制传输96

4.3 脉冲编码调制98

4.3.1 线性编码PCM102

4.3.3 差分PCM(DPCM)和增量调制(DM)103

4.4 频分复用103

4.3.2 压缩和扩张103

4.4.1 工作原理104

4.4.2 FDM对传输带宽的要求105

4.4.3 FDM系统功率代价106

4.4.4 互调产物(IMP)107

4.4.5 载频间距109

4.5 时分复用(TDM)通信111

4.5.1 时分复用工作原理111

4.5.2 时分复用传输帧效率113

4.5.3 TDM应用114

4.6 光载波调制114

4.6.1 模拟强度调制(AM/ID)114

4.6.2 数字强度调制115

主要参考文献116

第五章 光探测及光接收机117

5.1 一般概念117

5.2 光电二极管118

5.2.1 PIN光电二极管118

5.2.2 雪崩光电二极管119

5.2.3 响应带宽120

5.2.4 新型APD结构120

5.3 光接收机122

5.3.1 前置放大器122

5.3.2 线性通道123

5.3.3 数据恢复125

5.4 接收机噪声126

5.4.1 噪声机理126

5.4.2 PIN接收机126

5.4.3 APD接收机127

5.5 接收机灵敏度129

5.5.1 比特误码率129

5.5.2 最小平均接收光功率132

5.5.3 光电探测器的量子限制134

5.6 灵敏度下降机理135

5.7 光接收机的性能137

主要参考文献138

第六章 相干检测139

6.1 基本概念139

6.1.1 本地振荡器139

6.1.2 零差检测140

6.1.4 信噪比(SNR)141

6.1.3 外差检测141

6.2 光调制方式142

6.2.1 幅移键控调制(ASK)143

6.2.2 相移键控(PSK)调制143

6.2.3 频移键控(FSK)调制144

6.3 解调方式145

6.3.1 外差同步解调145

6.3.2 外差异步解调146

6.4 比特误码率和接收机灵敏度147

6.4.1 同步解调接收机比特误码率和接收机灵敏度147

6.4.2 异步解调接收机比特误码率和接收机灵敏度150

6.5 灵敏度下降机理和系统设计151

6.5.1 相位噪声和相位分集接收151

6.5.2 强度噪声和平衡混频接收153

6.5.3 极化匹配和极化控制154

6.5.4 实用分集组合接收机156

6.5.5 光纤色散157

6.6 系统性能158

6.6.1 异步解调外差系统158

6.6.2 外差同步解调系统159

6.6.3 零差系统160

6.6.4 野外试验160

主要参考文献162

第七章 光放大器164

7.1 一般概念164

7.1.1 增益频谱和带宽165

7.1.2 增益饱和166

7.1.3 放大器噪声167

7.1.4 光放大器应用168

7.2 半导体激光放大器168

7.2.1 放大器设计169

7.2.2 放大器特性170

7.2.3 多信道应用172

7.3 光纤喇曼放大器174

7.4 光纤布里渊放大器175

7.5 掺铒光纤放大器177

7.5.1 掺铒光纤结构177

7.5.2 光纤放大器的工作原理及其特性179

7.5.3 掺铒光纤放大器的优点183

7.5.4 EDFA的应用184

7.5.5 掺铒光纤放大器的增益和噪声测量187

7.5.6 实用光纤放大器的构成及其技术指标191

7.5.7 EDFA在级联中可能出现的问题及其解决办法193

7.6 光放大器设计和性能问题194

7.6.1 直接检测光放大系统194

7.6.2 相干光放大系统197

7.6.3 级联在线放大器系统198

主要参考文献200

第八章 光孤子通信系统203

8.1 前言203

8.2 光纤孤子及其特性203

8.2.1 非线性薛定谔方程(NSE)203

8.2.2 一阶和高阶孤子204

8.3.1 损耗引入光孤子展宽207

8.3 光纤损耗对光孤子传输的影响及其对策207

8.2.3 暗孤子207

8.3.2 通过对光孤子放大补偿光纤损耗209

8.4 光孤子放大实验209

8.5 光孤子通信系统设计210

8.5.1 光孤子交互作用211

8.5.2 线性频率调制(啁啾)213

8.5.3 光孤子通信系统的无中继距离215

8.5.4 放大器噪声引起的孤子时间抖动217

8.5.5 高阶效应对光孤子传输的影响218

8.6 光孤子通信实验系统220

8.6.1 光孤子通信系统的组成220

8.6.2 光孤子源221

8.6.3 光孤子的测量222

8.6.4 光孤子的编码和调制224

8.6.5 光孤子通信实验系统225

8.6.6 多信道光孤子通信系统226

8.7 结论228

主要参考文献228

第九章 光纤通信网络概述231

9.1 光纤通信网络技术发展过程231

9.1.1 光纤通信史回顾231

9.1.2 电缆网络的缺点232

9.1.3 三种基本的光纤通信系统233

9.1.4 三代通信网络介绍234

9.1.5 全光网络--第三代网络介绍236

9.1.6 光纤网络容量238

9.2.1 网络性能参数239

9.2 网络性能参数及千兆比特网络的应用239

9.2.2 对三种基本通信系统要求的差异241

9.2.3 千兆比特网络的出现及其应用242

9.3 光纤通信网络分类244

9.3.1 按主要性能分类244

9.3.2 按技术特征分类246

9.3.3 按技术体制分类246

主要参考文献247

第十章 光纤通信网络拓扑结构248

10.1 方向耦合器248

10.2 总线形拓扑结构250

10.2.1 无源线形总线251

10.2.2 有源线性总线257

10.3 环形拓扑结构260

10.4.1 传输型星形耦合器网络264

10.4 星形拓扑结构264

10.4.2 反射型星形耦合器265

10.4.3 分布星形网络266

10.4.4 有源265星形网络267

10.5 多光纤系统270

10.6 树形拓扑结构271

10.7 多跳光网络拓扑结构272

10.7.1 单跳光网络272

10.7.2 多跳光网络272

10.8 复合网络277

10.8.2 星形/树形拓扑结构277

10.8.3 环形/星形/总线拓扑结构278

10.8.4 星形/总线/量形拓扑结构279

主要参考文献279

第十一章 光纤局域网(LAN)280

11.1 LAN简介280

11.2 光纤局域网发展简史282

11.3 光纤局域网标准体系283

11.4 LAN的应用288

11.5 器件损耗对光纤局域网的限制289

11.5.1 器件损耗对无源光纤总线和环形拓扑的限制289

11.5.2 器件损耗对无源量形拓扑结构的限制291

11.6.1 以太网简介292

11.6.2 CSMA/CD光纤局域网物理层292

11.6 CSMA/CD光纤局域网292

11.6.3 CSMA/CD总线型光纤网中的碰撞检测293

11.6.4 与碰撞检测有关的延迟决定的网径295

11.7 令牌环296

11.8 1773(1553B)光纤数据总线297

主要参考文献299

12.1 光纤城域网简介300

12.2 MAN传输标准300

第十二章 光纤城域网300

12.3 光纤分布数据接口(FDDI)令牌环301

12.3.1 FDDI各层功能301

12.3.2 FDDI令牌环工作原理302

12.3.3 FDDI站结构303

12.3.4 光环路保护及可旁路站的考虑305

12.3.5 FDDI物理层技术规范及网络性能306

12.3.6 FDDI-Ⅱ306

12.4 分布排队双总线(DQDB)307

12.5 宽带综合业务数字网(B-ISDN)308

12.5.1 综合业务数字网(ISDN)308

12.5.2 宽带综合业务数字网(B-ISDN)310

12.5.3 用户接入网313

12.6 城域网中视频图像的光纤传输319

12.6.1 CATV概述319

12.6.2 光缆传输视频图像势在必行320

12.6.3 视频图像光纤传输标准321

12.6.4 AM-VSB/FDM图像传输设计322

12.6.5 FM/FDM视频传输327

12.6.6 PCM/TDM视频传输329

12.6.7 WDM视频信号传输331

主要参考文献332

13.1 SDH简介333

13.1.1 PDH存在的问题333

十三章 SDH网络333

13.1.2 SDH的基本概念335

13.1.3 SDH技术特点335

13.1.4 SDH传输速率336

13.2 SDH的帧结构337

13.3 复用映射结构338

13.4 SDH系统组成339

13.4.1 系统组成339

13.4.2 SDH设备类型340

13.5.1 光接口规范的目的342

13.5.2 光接口分类342

13.5 光接口规范342

13.5.3 光接口参数规范343

13.6.1 PDH支路的电接口参数350

13.6 电接口规范350

13.6.2 STM-2电接口参数350

13.5.4 光传输设计方法350

13.7.1 网同步的概念351

13.7.2 网同步方式351

13.7 同步定时要求351

13.7.3 SDH网同步结构352

13.7.4 SDH同步网方式352

13.8 线路保护倒换353

13.8.1 路径保护353

13.8.2 路由保护355

13.8.3 保护倒换准则和检测时间355

13.9 SDH的传输性能量度356

13.9.1 假设参考通道和数字段356

13.9.2 误码特性357

13.9.3 抖动性能361

13.9.4 可用性和可靠性363

13.10 网络管理368

主要参考文献370

第十四章 多信道通信系统371

14.1 概述371

14.2 波分复用网络372

14.2.1 大容量点对点通信372

14.2.2 广播分配网络374

14.2.3 多路访问局域网(LAN)375

14.3 波长路由选择网络376

14.4 微波副载波复用(SCM)网络376

14.4.1 副载波复用的特点377

14.4.2 模拟SCM光波系统378

14.4.3 相干SCM光波系统382

14.5 波分-微波副载波(WDM/SCM)混合网络386

14.6 波分-时分(WDM/TDM)混合网络388

14.7 光时分复用技术(OTDM)389

14.7.1 光时分复用和解复用原理389

14.7.2 OTDM高比特率传输实验392

14.7.3 OTDM高比特率传输技术393

14.8 限制多信道通信系统性能的因素396

14.8.1 线性串话396

14.8.2 非线性串话399

14.8.3 其他限制因素403

主要参考文献405

第十五章 系统设计和限制408

15.1 工作波长和系统限制408

15.1.1 损耗限制系统409

15.1.2 色散限制系统410

15.2 系统设计411

15.2.1 功率预算411

15.2.2 系统带宽412

15.3 系统设计中引起功率代价的其他因素414

15.3.1 光纤模式噪声414

15.3.2 色散引起的脉冲展宽415

15.3.3 激光器模式分配噪声416

15.3.4 LD的频率啁啾419

15.3.5 反射噪声421

主要参考文献424

16.1 电路交换和分组交换425

16.1.1 电路交换425

第十六章 ATM传输网络425

16.1.2 分组交换427

16.1.3 交换系统的进展428

16.2 ATM基本概念429

16.2.1 ATM技术和STM技术的比较430

16.2.2 ATM信元结构431

16.2.3 ATM复用和交换原理433

16.3 ATM层模型437

16.3.1 物理层438

16.3.2 ATM层439

16.3.3 ATM适应层(AAL)440

16.4.1 ATM网络传输体系441

16.4.2 ATM信元交换体系结构441

16.4 ATM交换网络体系结构441

16.4.3 ATM交换网络结构443

16.4.4 ATM VC网的呼叫建立和带宽管理444

16.5 ATM VP网络交换体系结构445

16.5.1 虚通道(VP)分配的建立446

16.5.2 ATM VP网络的虚通道容量分配446

16.6 ATM网络的生存性447

16.6.1 业务保护等级447

16.5.3 虚通道的应用447

16.6.2 ATM VP技术对网络生存性设计的影响448

16.6.3 可生存的ATM/SDH虚通道网络448

16.7 ATM虚通道环网449

16.7.1 ATM VP环网的优点449

16.7.2 点对点ATM VP环网450

16.8 ATM/DCS栅格网451

16.8.1 ATM/DCS系统451

16.8.2 ATM/DCS和SDH DCS的比较453

16.8.3 ATM VP自愈网设计概念453

16.9 结论454

主要参考文献454

第十七章 光交换456

17.1 光交换分类456

17.2 光交换器件457

17.3 时分交换460

17.4 波分光交换461

17.5 空分光交换462

17.6 自由空间光交换463

17.6.1 自由空间交换的特点和分类464

17.6.2 自由空间光交换网络464

17.7.1 信元交换结构467

17.7.2 使用超窄光脉冲的广播选择星形网络467

17.7 ATM光交换技术467

17.7.3 立方体光阵列开关网络468

17.8 混合光交换469

17.8.1 不同光交换系统对复用级数的限制469

17.8.2 时分/空分混合交换系统470

17.8.3 波分/空分混合交换系统471

17.8.4 FDM/TDM混合交换系统472

17.8.5 FDM/TDM/SDM混合交换网络472

17.9 多维交换系统473

17.9.1 多维光网络结构473

17.9.2 多维交换光网络应用475

17.10 光分插复用(OADM)476

17.11 光互连477

主要参考文献478

第十八章 海底光缆通信技术479

18.1 前言479

18.2 第三代海底光缆系统在全球电信网络中的结构481

18.2.1 全球网络结构481

18.2.2 海底光缆网络拓扑结构484

18.3 第三代海底光缆系统设计486

18.3.1 系统设计和用户要求486

18.3.2 发展中的海底光缆系统设计技术488

18.3.3 海底光缆系统介绍493

18.3.4 性能和运行495

18.3.5 损耗和性能预算496

18.4 海底光缆光放大中继技术500

18.4.1 海底中继器500

18.4.2 分支单元502

18.4.3 终端传输设备504

18.4.4 线路监控506

18.4.5 供电设备509

18.5 海底光缆无中继技术509

18.5.1 传输终端510

18.5.2 无中继系统设计和结构515

18.5.3 无中继系统维护设备516

18.5.4 无中继系统发展趋向517

主要参考文献518

附录B dBm与mW换算表520

附录C 百分损耗(%)与分贝(dB)损耗换算表520

附录A 电磁波频率与波长的换算520

附录D ITU-T关于波分复用系统波长安排的建议草案521

附录E 术语汇编524

10.8.1 星形/总线拓扑结构2747