光纖通信網絡

《光纖通信網絡(第2版)》 ^[2]  是在作者編著的《光纖通信網絡》第1版的基礎上，根據光纖通信網絡的最新研究進展，重新編寫而成的。全書共分12章，主要內容包括網絡的拓撲結構；光纖通信網絡的傳輸媒質——光纖光纜，發射和接收；光無源/有源器件；光正交頻分複用（O-OFDM）網絡；光交換、光傳輸網絡管理和生存的有關技術；光纖接入網，包括PON、HFC、光正交頻分複用（O-OFDM）接入網和射頻信號光纖傳輸（RoF）寬帶接入網；光纖通信網絡設計的總體考慮、系統設計和功率/帶寬預算方法；海底光纜通信網絡的發展歷程、中繼/無中繼技術和系統進展、工程設計等。《光纖通信網絡(第2版)》不僅在行文表述中力求做到概念清晰、文字通俗，而且還針對電子教學和培訓的需要，對各章設計了相應的複習思考題和習題，並對填寫了《光纖通信網絡(第2版)》後面附上的“教師情況調查表”的教師用户免費提供習題題解。

第1章 光纖通信網絡概述 （1）

1.1 光纖通信網絡技術發展過程 （1）

1.1.1 光纖通信史回顧和技術發展現狀 （1）

1.1.2 三種基本的光纖通信系統 （4）

1.1.3 三代通信網絡介紹 （4）

1.1.4 全光網絡——第三代網絡介紹 （7）

1.1.5 通信網絡的分層結構 （8）

1.2 網絡性能 （9）

1.2.1 網絡性能參數 （9）

1.2.2 全光網絡的出現及應用 （11）

1.3 光纖通信網絡分類 （12）

1.3.1 按主要性能分類 （12）

1.3.2 按技術特徵分類 （13）

1.4 光傳輸網技術的演進 （13）

1.4.1 對光傳輸網的要求和技術路線圖 （13）

1.4.2 光傳輸網標準化進展 （16）

1.4.3 光傳輸網絡技術和功耗的關係 （19）

1.4.4 光通道層技術的演進 （20）

1.4.5 波段節點技術的最新進展 （20）

複習思考題 （22）

參考文獻 （23）

第2章 光纖通信網絡拓撲結構 （24）

2.1 方向耦合器 （24）

2.1.1 2´2光纖方向耦合器 （24）

2.1.2 基於2´2方向耦合器的器件 （26）

2.1.3 單纖雙向光耦合器 （26）

2.2 總線拓撲結構 （27）

2.2.1 無源線形總線 （27）

2.2.2 有源線形總線 （29）

2.3 環狀拓撲結構 （30）

2.3.1 雙環網 （30）

2.3.2 星狀環網 （31）

2.3.3 菊花鏈環網 （32）

2.4 星狀拓撲結構 （33）

2.4.1 傳輸型星形耦合器網絡 （33）

2.4.2 反射型星形耦合器 （34）

2.4.3 分佈星狀網絡 （35）

2.4.4 陣列波導光柵（AWG）星形耦合器 （36）

2.4.5 有源星狀網絡 （36）

2.5 多光纖系統 （38）

2.6 樹狀拓撲結構 （38）

2.7 多跳光網絡拓撲結構 （39）

2.7.1 單跳光網絡 （39）

2.7.2 多跳光網絡 （40）

2.8 複合網絡 （43）

2.8.1 星狀/總線拓撲結構 （43）

2.8.2 星狀/樹狀拓撲結構 （44）

2.8.3 環狀/星狀/總線拓撲結構 （44）

2.8.4 星狀/總線/星狀拓撲結構 （44）

2.8.5 正在運營的骨幹網拓撲結構 （45）

複習思考題 （45）

參考文獻 （46）

第3章 光纖通信網絡用户 （47）

3.1 SDH （47）

3.1.1 SDH的基本概念 （47）

3.1.2 SDH幀結構和傳輸速率 （48）

3.1.3 SDH複用映射結構 （49）

3.1.4 SDH設備類型和系統組成 （50）

3.1.5 SDH接入 （52）

3.1.6 SDH物理層 （52）

3.1.7 SDH網同步 （53）

3.2 ATM （54）

3.2.1 從STM到ATM （54）

3.2.2 ATM的基本概念 （55）

3.2.3 ATM信元結構 （56）

3.2.4 ATM複用和交換原理 （56）

3.2.5 ATM 物理層 （60）

3.2.6 ATM層和ATM適配層（AAL） （61）

3.2.7 流量整形、流量管理和擁塞控制 （62）

3.2.8 ATM的現狀和未來 （63）

3.3 IP （64）

3.3.1 IP簡述 （64）

3.3.2 以太網 （65）

3.3.3 IP骨幹網技術及其演進 （66）

3.3.4 多協議標籤交換（MPLS） （69）

3.3.5 通用多協議標籤交換（GMPLS） （70）

3.4 光纖信道 （71）

複習思考題 （72）

參考文獻 （73）

第4章 光纖通信傳輸媒質和器件 （74）

4.1 光纖和光纜 （74）

4.1.1 光纖結構和類型 （74）

4.1.2 光纖傳光原理 （74）

4.1.3 光纖傳輸特性 （75）

4.1.4 光纖種類 （80）

4.2 光源和光發射機 （81）

4.2.1 發光機理 （82）

4.2.2 半導體激光器 （82）

4.2.3 波長可調半導體激光器 （83）

4.2.4 高速光發射機 （84）

4.3 光探測器和光接收機 （85）

4.3.1 光探測原理 （85）

4.3.2 PIN光敏探測器 （86）

4.3.3 波導光敏探測器（WG-PD） （86）

4.3.4 光接收機工作原理和性能 （88）

4.3.5 相干光接收機 （90）

4.4 光無源器件 （90）

4.4.1 連接器 （91）

4.4.2 光濾波器 （91）

4.4.3 波分複用/解複用器 （94）

4.4.4 光頻交錯（IL）DWDM複用/解複用器 （97）

4.4.5 光調製器 （98）

4.5 光放大器 （101）

4.5.1 光放大器概述 （101）

4.5.2 摻鉺光纖放大器（EDFA）的構成 （101）

4.5.3 EDFA工作原理及其特性 （102）

4.5.4 光纖拉曼放大器 （103）

4.6 波長轉換器 （105）

複習思考題 （105）

習題 （106）

參考文獻 （107）

第5章 波分複用光纖通信網絡 （108）

5.1 波分複用網絡的概念和進展 （108）

5.1.1 WDM概念 （108）

5.1.2 WDM系統 （109）

5.1.3 高速WDM光纖傳輸系統 （111）

5.1.4 相干光密集波分複用（CoDWDM）系統 （113）

5.1.5 相干光正交頻分複用（CO-OFDM）WDM系統 （115）

5.2 WDM網絡單元 （117）

5.2.1 光線路終端（OLT） （117）

5.2.2 光分插複用器（OADM） （118）

5.2.3 陣列波導光柵（AWG）光分插複用器 （119）

5.2.4 可重構光分插複用器（ROADM） （121）

5.2.5 光交叉連接器（OXC） （122）

5.2.6 光線路放大器（OLA） （123）

5.3 DWDM系統工程設計 （123）

5.3.1 中心頻率、信道間隔和帶寬 （123）

5.3.2 光收發模塊和複用/解複用器規範 （125）

5.3.3 光放大器系統設計 （125）

5.3.4 光功率預算及其代價 （128）

複習思考題 （129）

習題 （130）

參考文獻 （130）

第6章 光正交頻分複用（O-OFDM）網絡 （131）

6.1 OFDM介紹 （131）

6.1.1 OFDM系統發展概況 （131）

6.1.2 OFDM的基本原理 （132）

6.1.3 傅里葉變換在OFDM中的應用 （135）

6.2 O-OFDM技術的發展 （137）

6.2.1 O-OFDM技術的發展狀況 （137）

6.2.2 O-OFDM的基本思想 （138）

6.2.3 O-OFDM實現的基本原理 （138）

6.2.4 O-OFDM的優點和應用 （140）

6.2.5 O-OFDM的缺點和未來前景 （141）

6.3 O-OFDM技術綜述 （142）

6.3.1 光I/Q調製器 （142）

6.3.2 O-OFDM系統的相干探測和直接探測 （143）

6.3.3 相干光OFDM的通用結構 （144）

6.3.4 偏振複用CO-OFDM光纖傳輸系統 （144）

6.3.5 MIMO-OFDM系統 （146）

6.3.6 正交帶寬複用O-OFDM的頻譜組成及系統實現 （148）

6.3.7 副載波調製CO-OFDM技術 （149）

6.4 OFDM光纖通信系統 （153）

6.4.1 OFDM多模光纖通信系統 （153）

6.4.2 OFDM單模光纖傳輸系統 （154）

6.4.3 相干光OFDM用於每信道1 Tb/s傳輸 （156）

6.4.4 副載波調製O-OFDM系統 （158）

複習思考題 （159）

參考文獻 （160）

第7章 光交換 （162）

7.1 光交換概述 （162）

7.1.1 通信交換技術的發展史 （162）

7.1.2 光交換分類 （163）

7.1.3 光交換技術的研究現狀和發展方向 （164）

7.2 光交換器件 （165）

7.2.1 MEMS（微機電系統）光開關 （166）

7.2.2 半導體光放大器（SOA）開關 （168）

7.2.3 耦合波導光開關 （168）

7.2.4 熱光波導開關 （169）

7.3 光交換技術 （170）

7.3.1 時分光交換 （170）

7.3.2 波分光交換 （171）

7.3.3 空分光交換 （172）

7.3.4 多協議波長標籤交換（MPlLS） （174）

7.3.5 光分組交換 （175）

7.3.6 波分/空分混合交換系統 （176）

7.3.7 多維交換系統 （176）

複習思考題 （179）

參考文獻 （179）

第8章 光傳輸網絡管理 （181）

8.1 網絡管理概述 （181）

8.1.1 網絡管理協議和體系結構 （181）

8.1.2 對網絡管理體系的要求 （181）

8.1.3 光網絡的分級管理 （182）

8.2 光學層管理 （183）

8.2.1 對光學層的要求 （183）

8.2.2 設備的互操作性 （183）

8.2.3 光監控信道 （184）

8.2.4 光學安全管理 （184）

8.3 性能和故障管理 （185）

8.3.1 誤碼率測量 （186）

8.3.2 報警管理 （186）

8.3.3 控制 （186）

8.4 配置管理 （187）

8.4.1 設備管理 （187）

8.4.2 波長管理 （187）

8.4.3 連接管理 （188）

8.4.4 帶寬和協議管理 （188）

8.4.5 適應性管理 （189）

8.5 自動交換光網絡（ASON） （189）

8.5.1 ASON概述 （189）

8.5.2 ASON的體系結構 （190）

8.5.3 ASON提供的3種連接 （192）

8.5.4 ASON網絡結構模型 （192）

8.5.5 ASON請求建立過程 （193）

8.5.6 ASON網絡管理 （194）

複習思考題 （195）

參考文獻 （195）

第9章 光纖通信網絡的生存性 （197）

9.1 網絡生存性基本概念 （197）

9.1.1 生存性定義和措施 （197）

9.1.2 工作路徑和保護路徑 （198）

9.1.3 單向保護切換和雙向保護切換 （198）

9.2 SDH網絡的保護 （199）

9.2.1 路徑保護 （199）

9.2.2 環路保護 （200）

9.2.3 路由保護 （202）

9.2.4 保護切換準則 （202）

9.3 IP網絡的生存性 （202）

9.3.1 IP/MPLS備用通道恢復 （203）

9.3.2 IP/MPLS的LSP通道保護 （203）

9.4 光學層保護 （204）

9.4.1 光學層保護技術 （204）

9.4.2 1+1光信道專用保護 （205）

9.4.3 格狀網的保護 （206）

9.4.4 WDM網絡保護、生存和互連 （206）

9.5 ASON網絡的生存性 （207）

9.5.1 ASON網絡生存性新特點 （207）

9.5.2 基於控制平面的保護 （208）

9.5.3 基於傳輸平面的保護 （208）

9.5.4 ASON網絡的恢復 （209）

複習思考題 （209）

參考文獻 （209）

第10章 光纖接入網 （210）

10.1 接入網在網絡建設中的作用及發展趨勢 （210）

10.1.1 接入網在網絡建設中的作用 （210）

10.1.2 光接入網技術演進 （210）

10.1.3 三網融合——接入網的發展趨勢 （212）

10.2 網絡結構 （213）

10.2.1 網絡結構 （213）

10.2.2 光線路終端（OLT） （215）

10.2.3 光網絡單元（ONU） （216）

10.2.4 光分配網絡（ODN） （218）

10.3 無源光網絡（PON）基礎 （220）

10.3.1 分光比 （220）

10.3.2 結構和要求 （220）

10.3.3 下行復用技術 （221）

10.3.4 上行接入技術 （221）

10.3.5 安全性和私密性 （223）

10.4 PON接入系統 （224）

10.4.1 EPON系統 （224）

10.4.2 GPON系統 （226）

10.4.3 WDM-PON系統 （230）

10.4.4 WDM/TDM混合無源光網絡 （234）

10.5 光正交頻分複用（O-OFDM）接入網 （235）

10.5.1 OFDM在射頻信號光纖傳輸（RoF）無線通信網絡中的應用 （235）

10.5.2 混合使用OFDM和TDM的10 Gb/s PON （236）

10.5.3 偏振複用直接探測40 Gb/s MIMO OFDM-PON （238）

10.5.4 OFDM-PON的優點 （239）

10.6 光纖/電纜混合（HFC）網絡 （240）

10.6.1 HFC網絡的結構和功能 （241）

10.6.2 HFC網絡的頻譜安排 （242）

10.6.3 HFC網絡的調製和複用 （242）

10.7 射頻信號光纖傳輸（RoF）寬帶接入網 （243）

10.7.1 光頻間插（IL）DWDM毫米波RoF系統光譜圖 （244）

10.7.2 微波信號的光學產生 （245）

10.7.3 單邊帶光調製 （247）

10.7.4 光纖傳輸寬帶無線接入網 （247）

複習思考題 （249）

習題 （250）

參考文獻 （251）

第11章 光纖通信網絡設計 （252）

11.1 網絡設計的總體考慮 （252）

11.1.1 系統結構 （253）

11.1.2 光纖損耗限制系統 （255）

11.1.3 光纖色散限制系統 （256）

11.2 傳輸層設計 （257）

11.2.1 空分複用 （257）

11.2.2 時分複用 （257）

11.2.3 波分複用 （258）

11.3 功率預算 （258）

11.3.1 系統功率預算 （258）

11.3.2 功率代價因素 （259）

11.4 帶寬設計 （261）

11.4.1 上升時間帶寬設計 （261）

11.4.2 電帶寬和光帶寬 （263）

11.5 單信道光纖通信系統設計 （263）

11.5.1 模擬系統設計 （264）

11.5.2 數字系統設計 （266）

複習思考題 （268）

習題 （269）

參考文獻 （269）

第12章 海底光纜通信網絡 （270）

12.1 海底光纜網絡概述 （270）

12.1.1 海底光纜通信網絡的發展歷程 （270）

12.1.2 海底光纜網絡分類 （272）

12.1.3 ITU-T海底光纜系統標準研究進展 （274）

12.1.4 海底光纜網絡的拓撲結構 （274）

12.2 海底光纜系統技術 （276）

12.2.1 全光放大中繼技術 （277）

12.2.2 光調製技術 （278）

12.2.3 前向糾錯技術 （278）

12.2.4 光纖技術 （280）

12.2.5 色散管理和補償技術 （281）

12.2.6 波分複用技術 （282）

12.2.7 偏振複用/相干接收技術 （283）

12.2.8 性能和可靠性保證技術 （284）

12.3 海底光纜系統光放大中繼技術 （286）

12.3.1 海底中繼器 （286）

12.3.2 分支單元 （287）

12.3.3 終端傳輸設備 （289）

12.3.4 線路監視 （292）

12.3.5 供電設備 （293）

12.4 海底光纜系統無中繼技術 （294）

12.4.1 傳輸終端 （294）

12.4.2 無中繼系統的設計 （297）

12.4.3 無中繼系統維護設備 （298）

12.4.4 無中繼系統的發展 （299）

12.5 海底光纜系統 （300）

12.5.1 中繼海底光纜系統 （300）

12.5.2 無中繼海底光纜系統 （302）

12.5.3 WDM無中繼傳輸試驗系統 （303）

12.5.4 偏振複用相干接收無中繼傳輸試驗系統 （305）

12.6 海底光纜通信系統工程設計 （306）

12.6.1 工程設計應考慮的問題 （306）

12.6.2 系統路由選擇原則 （309）

12.6.3 選擇海底光纜的注意事項 （309）

12.6.4 損耗和功率預算 （310）

複習思考題 （314）

參考文獻 （314）

附錄A 電磁波頻率與波長的換算 （316）

附錄B dBm與mW、mW的換算 （316）

附錄C dB值和功率比 （317）

附錄D 百分損耗（%）與分貝（dB）損耗換算表 （318）

附錄E PDH與SDH速率等級 （318）

附錄F WDM信道Dl和Dn 的關係 （319）

附錄G 物理常數 （319）

附錄H 系統設計參數 （320）

附錄I 電磁波頻譜表 （321）

附錄J 名詞術語索引 （322）