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第一部分 基础篇1

第1章 绪论1

1.1 光纤通信的发展1

1.1.1 光纤通信的概念1

1.1.2 光纤通信的优点2

1.1.3 光纤通信的发展与现状4

1.2 光纤通信系统5

1.2.1 系统的概念及模型5

1.2.2 五代光纤通信系统9

1.3 光纤通信网络10

1.3.1 网络的概念10

1.3.2第二代光纤通信网络12

1.4 现代光纤通信的特点16

2.1.1 几何光学分析法18

2.1 通信光纤概述18

第2章 通信光纤18

2.1.2 波动理论分析法23

2.2 光纤的损耗特性28

2.2.1 损耗的表示方法—损耗系数28

2.2.2 损耗机理及损耗谱29

2.3 光纤的色散特性31

2.3.1 波长色散31

2.3.2 材料色散33

2.3.3 波导色散36

2.3.4 高阶色散38

2.3.5 偏振模色散(PMD)39

2.4 光纤中信号的线性传输40

2.4.1 基本的传输方程40

2.4.2 光脉冲的展宽40

2.5 新型的单模光纤45

2.5.2 大有效面积光纤(LEAF)46

2.5.1 色散位移光纤(DSF)46

2.5.3 保偏光纤(PMF)47

2.5.4 全波长光纤(All Wave)48

2.5.5 色散补偿光纤(DCF)48

2.5.6 色散平坦光纤49

2.6 光纤的非线性效应49

2.6.1 克尔效应50

2.6.2 自相位调制(SPM)50

2.6.3 交叉相位调制(XPM／CPM)51

2.6.4 四波混频(FWM)52

2.6.5 受激拉曼散射(SRS)53

2.6.6 受激布里渊散射(SBS)54

2.7 光纤中信号的非线性传输55

2.7.1 非线性传播方程55

2.7.2 光脉冲的压缩55

2.7.3 光孤子脉冲56

3.2.1 发光基理60

3.2 半导体发光器件60

第3章 光纤通信器件60

3.1 光器件概述60

3.2.2 发光二极管(LED)64

3.2.3 半导体激光器的原理66

3.2.4 半导体激光器的性质69

3.2.5 DFB和DBR半导体激光器74

3.2.6 垂直腔面发光激光器(VCSEL)75

3.2.7 光纤光栅外腔可调谐半导体激光器75

3.2.8 超短光脉冲激光器76

3.3 半导体光检测器77

3.3.1 工作原理77

3.3.2 PIN81

3.3.3 APD(雪崩光电二极管)83

3.4 光纤耦合器与隔离器84

3.4.1 NXN星型耦合器84

3.4.2 方向耦合器85

3.4.3 光隔离器和环形器86

3.5 光开关87

3.5.1 光开关的概念与特点87

3.5.2 主要的几种光开关88

3.6 光纤光栅89

3.6.1 光纤光栅的概念与分类89

3.6.2 短周期布拉格FBG和长周期LPG光纤光栅90

3.6.3 光纤光栅的制作方法91

3.6.4 光纤光栅的应用92

3.7 光波长复用器与滤波器92

3.7.1 概述92

3.7.2 光纤光栅92

3.7.3 马赫-曾德尔干涉仪(MZI)93

3.7.4 阵列波导光栅(AWG)94

3.7.5 声光可调滤波器(AOTF)96

3.8 光波长变换器97

3.8.1 概述97

3.8.2 光电光型波长变换器98

3.8.3 全光型波长变换器98

3.8.4 波段变换器100

第4章 光波复用与放大101

4.1 光波复用与放大概述101

4.2 波分复用(WDM)102

4.2.1 WDM基本原理102

4.2.2 大容量的WDM传输103

4.2.3 波长选路网络WRN107

4.3 光码分复用(OCDMA)108

4.3.1 OCDMA基本原理108

4.3.2 OCDMA编解码110

4.3.3 OCDMA网络112

4.4.1 OTDM基本原理113

4.4 光时分复用(OTDM)113

4.4.2 OTDM合路／分路器114

4.4.3 OTDM分组网络115

4.5 光纤放大器(EDFA)117

4.5.1 基本概念117

4.5.2 增益120

4.5.3 增益特性122

4.5.4 噪声124

4.5.5 噪声指数(NF)128

4.6 半导体光放大器(SOA)129

第二部分 系统篇131

第5章 光纤传输系统131

5.1 两种典型应用的光纤传输系统131

5.1.1 IM-DD系统131

5.1.2 EDFA+WDM系统138

5.2.1 相干检测系统142

5.2 其它光纤传输系统142

5.2.2 光纤孤子传输系统146

5.2.3 SCM系统148

第6章 传输系统设计152

6.1 系统设计考虑152

6.2 光发送机153

6.2.1 平均输出光功率153

6.3 光接收机154

6.2.3 光信噪比(OSNR)154

6.2.2 消光比154

6.3.1 接收灵敏度155

6.3.2 接收机过载功率155

6.4 光放大器156

6.4.1 放大器的级联156

6.4.2 自动增益控制(AGC)157

6.4.3 光监控通道(OSC)158

6.5.2 G.652光纤(常规单模光纤)160

6.5.1 概述160

6.5 光纤的选用160

6.5.3 G.653光纤(色散位移光纤)161

6.5.4 G.655光纤(非零色散位移光纤)161

6.5.5 大有效面积光纤162

6.6 IM-DD系统162

6.6.1 光功率预算163

6.6.2 色散预算164

6.6.3 上升时间预算166

6.7 EDFA+WDM系统168

6.7.1 波长分配方案168

6.7.2 通道间隔与波长数目169

6.7.3 串扰169

6.7.4 光放大器的跨度173

6.7.5 单通道的光功率174

第7章 传输系统性能评估176

7.1.1 强度调制直接检测系统177

7.1 基本光传输系统的数学模型177

7.1.2 相位调制相干系统179

7.2 光传输系统的性能评定181

7.2.1 直接检测系统的性能183

7.2.2 相干系统的性能190

7.2.3 IM-DD WDM系统中的串扰190

7.3 采用光放大器的传输系统192

7.3.1 光放大系统的设计192

7.3.2 理想光纤传输条件下光放大系统的性能194

第三部分 网络篇199

第8章 光网络199

8.1 计算机互连199

8.1.1 CSMA／CD光纤总线网201

8.1.2 光纤分布式数据接口FDDI206

8.1.3 高性能并行接口HIPPI209

8.1.4 光纤通道210

8.2 用户接入213

8.2.1 光纤同轴混合网(HFC)214

8.2.2 光纤到户(FTTH)218

8.3 长途传送218

8.3.1 SDH同步网络218

8.3.2 多波长光网络220

第9章 SDH光同步数字传送网222

9.1 基本概念222

9.1.1 什么是SDH222

9.1.2 SDH的优点223

9.1.3 SDH的速率体系225

9.1.4 SDH的帧结构226

9.1.5 STM-1段开销功能228

9.2 SDH的同步复用原理230

9.2.1 虚容器(VC)与通道(P)230

9.2.2 复用映射结构与过程233

9.2.3 2.048Mbit／s(2M 口)举例235

9.2.4 ATM信元的映射238

9.2.5 IP数据报的映射239

9.3 SDH网络同步239

9.3.1 SDH网络同步的必要性239

9.3.2 SDH网络同步方法240

9.3.3 网同步示例243

9.4 SDH网络结构244

9.4.1 分层244

9.4.2 自愈环245

9.5 SDH网络保护-自愈环网246

9.5.1 通道保护(PPS)247

9.5.2 复用段共享保护(MS-SPRing)248

9.6 SDH节点设备249

9.6.1 TM(终端复用器)249

9.6.2 ADM(分插复用器)251

9.6.3 DXC(数字交叉连接)252

9.7 SDH网管254

9.7.1 SDH网管概念254

9.7.2 SDH网管功能255

9.8 网管系统256

第10章 WDM光传送网络(OTN)258

10.1 基本概念258

10.1.1 WDM光传送网的优点258

10.1.2 光通道与光路由选择策略259

10.2 分层体系结构260

10.2.1 光通道层(OCH)261

10.2.2 光复用段层(OMS)261

10.2.3 光放大/传输层(OA/TS)261

10.3 波长选路与光交换264

10.3.1 光交换及优点264

10.3.2 波长选路264

10.3.3 波长交换266

10.4 网络监控与管理268

10.4.1 管理网的特点268

10.4.2 管理通道的实现269

10.4.3 光传送网管理系统的结构272

10.5 WDM光传送网的节点设备273

10.5.1 WXC的功能要求275

10.5.2 基于空间交换的WXC的结构276

10.5.3 基于多波长滤波器(MWSF)的WXC结构277

10.5.4 基于平行波长开关的WXC结构278

10.5.5 基于阵列波导光栅复用器(AWGM)和波段变换器(WID(n，r))的WXC结构279

第四部分 应用篇281

第11章 多业务光纤接入网281

11.1 接入业务281

11.1.1 电话业务282

11.1.2 同轴电缆有线电视网(CATV)283

11.1.3 IP业务283

11.1.4 异步转移模式(ATM)286

11.2 无源光网络(PON)290

11.2.1 电话无源光网络(TPON)292

11.2.2 WDM-PON293

11.2.3 WR-PON294

11.3 PON的应用296

11.3.1 APON(ATM+PON)296

11.3.2 用户环路载波系统(SLC系统)300

11.4 采用电缆调制解调器(Cable Modem)的HFC网302

11.4.1 双向Cable Modem系统304

11.4.2 单向Cable Modem系统307

第12章 高速光纤计算机网311

12.1 光纤局域网概述311

12.2 高速光纤数据分布接口(FDDI环网)312

12.2.1 FDDI原理312

12.2.2 网络构成314

12.3.1 吉比特光纤以太网316

12.3 超高速光纤以太网316

12.3.2 交换式以太网319

12.3.3 吉比特计算机网321

12.4 其它计算机网络(DQDB)326

12.4.1 DQDB的特点326

12.4.2 DQDB的工作原理326

12.4.3 DQDB的体系结构327

12.5 光互联网简介330

12.5.1 光互联网的概念330

12.5.2 光互联网的体系结构与波长路由器332

附录1 有助于误差概率计算的数学知识335

A1.1 马可尼Q函数335

A1.2 高斯随机变量二次厄密共轭形式的分布336

A1.3 柯西方程以及它的近似338

附录2 英文缩写词341

主要参考文献346