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第1章 光纤通信网络概述1

1.1光纤通信网络技术发展过程1

1.1.1光纤通信史回顾和技术发展现状1

1.1.2三种基本的光纤通信系统4

1.1.3三代通信网络介绍4

1.1.4全光网络——第三代网络介绍7

1.1.5通信网络的分层结构8

1.2网络性能9

1.2.1网络性能参数9

1.2.2全光网络的出现及应用11

1.3光纤通信网络分类12

1.3.1按主要性能分类12

1.3.2按技术特征分类13

1.4光传输网技术的演进13

1.4.1对光传输网的要求和技术路线图13

1.4.2光传输网标准化进展16

1.4.3光传输网络技术和功耗的关系19

1.4.4光通道层技术的演进20

1.4.5波段节点技术的最新进展20

复习思考题22

参考文献23

第2章 光纤通信网络拓扑结构24

2.1方向耦合器24

2.1.1 2x2光纤方向耦合器24

2.1.2基于2x2方向耦合器的器件26

2.1.3单纤双向光耦合器26

2.2总线拓扑结构27

2.2.1无源线形总线27

2.2.2有源线形总线29

2.3环状拓扑结构30

2.3.1双环网30

2.3.2星状环网31

2.3.3菊花链双环网32

2.4星状拓扑结构33

2.4.1传输型星形耦合器网络33

2.4.2反射型星形耦合器34

2.4.3分布星状网络35

2.4.4阵列波导光栅（AWG）星形耦合器36

2.4.5有源星状网络36

2.5多光纤系统38

2.6树状拓扑结构38

2.7多跳光网络拓扑结构39

2.7.1单跳光网络39

2.7.2多跳光网络40

2.8复合网络43

2.8.1星状/总线拓扑结构43

2.8.2星状/树状拓扑结构44

2.8.3环状/星状/总线拓扑结构44

2.8.4星状/总线/星状拓扑结构44

2.8.5正在运营的骨干网拓扑结构45

复习思考题45

参考文献46

第3章 光纤通信网络用户47

3.1 SDH47

3.1.1 SDH的基本概念47

3.1.2 SDH帧结构和传输速率48

3.1.3 SDH复用映射结构49

3.1.4 SDH设备类型和系统组成50

3.1.5 SDH接入52

3.1.6 SDH物理层52

3.1.7 SDH网同步53

3.2 ATM54

3.2.1从STM到ATM54

3.2.2 ATM的基本概念55

3.2.3 ATM信元结构56

3.2.4 ATM复用和交换原理56

3.2.5 ATM物理层60

3.2.6 ATM层和ATM适配层（AAL）61

3.2.7流量整形、流量管理和拥塞控制62

3.2.8 ATM的现状和未来63

3.3 IP64

3.3.1 IP简述64

3.3.2以太网65

3.3.3 IP骨干网技术及其演进66

3.3.4多协议标签交换（MPLS ）69

3.3.5通用多协议标签交换（GMPLS）70

3.4光纤信道71

复习思考题72

参考文献73

第4章 光纤通信传输媒质和器件74

4.1光纤和光缆74

4.1.1光纤结构和类型74

4.1.2光纤传光原理74

4.1.3光纤传输特性75

4.1.4光纤种类80

4.2光源和光发射机81

4.2.1发光机理82

4.2.2半导体激光器82

4.2.3波长可调半导体激光器83

4.2.4高速光发射机84

4.3光探测器和光接收机85

4.3.1光探测原理85

4.3.2 PIN光敏探测器86

4.3.3波导光敏探测器（WG-PD ）86

4.3.4光接收机工作原理和性能88

4.3.5相干光接收机90

4.4光无源器件90

4.4.1连接器91

4.4.2光滤波器91

4.4.3波分复用/解复用器94

4.4.4光频交错（IL） DWDM复用/解复用器97

4.4.5光调制器98

4.5光放大器101

4.5.1光放大器概述101

4.5.2掺铒光纤放大器（EDFA）的构成101

4.5.3 EDFA工作原理及其特性102

4.5.4光纤拉曼放大器103

4.6波长转换器105

复习思考题5

习题106

参考文献107

第5章 波分复用光纤通信网络108

5.1波分复用网络的概念和进展108

5.1.1 WDM概念108

5.1.2 WDM系统109

5.1.3高速WDM光纤传输系统111

5.1.4相干光密集波分复用（CoDWDM）系统113

5.1.5相干光正交频分复用（CO-OFDM） WDM系统115

5.2 WDM网络单元117

5.2.1光线路终端（OLT ）117

5.2.2光分插复用器（OADM ）118

5.2.3阵列波导光栅（AWG）光分插复用器119

5.2.4可重构光分插复用器（ROADM）121

5.2.5光交叉连接器（OXC）122

5.2.6光线路放大器（OLA）123

5.3 DWDM系统工程设计123

5.3.1中心频率、信道间隔和带宽123

5.3.2光收发模块和复用/解复用器规范125

5.3.3光放大器系统设计125

5.3.4光功率预算及其代价128

复习思考题129

习题130

参考文献130

第6章 光正交频分复用（O-OFDM）网络131

6.1 OFDM介绍131

6.1.1 OFDM系统发展概况131

6.1.2 OFDM的基本原理132

6.1.3傅里叶变换在OFDM中的应用135

6.2 O-OFDM技术的发展137

6.2.1 O-OFDM技术的发展状况137

6.2.2 O-OFDM的基本思想138

6.2.3 O-OFDM实现的基本原理138

6.2.4 O-OFDM的优点和应用140

6.2.5 O-OFDM的缺点和未来前景141

6.3 O-OFDM技术综述142

6.3.1光I/Q调制器142

6.3.2 O-OFDM系统的相干探测和直接探测143

6.3.3相干光OFDM的通用结构144

6.3.4偏振复用CO-OFDM光纤传输系统144

6.3.5 MIMO-OFDM系统146

6.3.6正交带宽复用O-OFDM的频谱组成及系统实现148

6.3.7副载波调制CO-OFDM技术149

6.4 OFDM光纤通信系统153

6.4.1 OFDM多模光纤通信系统153

6.4.2 OFDM单模光纤传输系统154

6.4.3相干光OFDM用于每信道1 Tb/s传输156

6.4.4副载波调制O-OFDM系统158

复习思考题159

参考文献160

第7章 光交换162

7.1光交换概述162

7.1.1通信交换技术的发展史162

7.1.2光交换分类163

7.1.3光交换技术的研究现状和发展方向164

7.2光交换器件165

7.2.1 MEMS（微机电系统）光开关166

7.2.2半导体光放大器（SOA）开关168

7.2.3耦合波导光开关168

7.2.4热光波导开关169

7.3光交换技术170

7.3.1时分光交换170

7.3.2波分光交换171

7.3.3空分光交换172

7.3.4多协议波长标签交换（MPλLS）174

7.3.5光分组交换175

7.3.6波分/空分混合交换系统176

7.3.7多维交换系统176

复习思考题179

参考文献179

第8章 光传输网络管理181

8.1网络管理概述181

8.1.1网络管理协议和体系结构181

8.1.2对网络管理体系的要求181

8.1.3光网络的分级管理182

8.2光学层管理183

8.2.1对光学层的要求183

8.2.2设备的互操作性183

8.2.3光监控信道184

8.2.4光学安全管理184

8.3性能和故障管理185

8.3.1误码率测量186

8.3.2报警管理186

8.3.3控制186

8.4配置管理187

8.4.1设备管理187

8.4.2波长管理187

8.4.3连接管理188

8.4.4带宽和协议管理188

8.4.5适应性管理189

8.5自动交换光网络（ASON）189

8.5.1 ASON概述189

8.5.2 ASON的体系结构190

8.5.3 ASON提供的3种连接192

8.5.4 ASON网络结构模型192

8.5.5 ASON请求建立过程193

8.5.6 ASON网络管理194

复习思考题195

参考文献195

第9章 光纤通信网络的生存性197

9.1网络生存性基本概念197

9.1.1生存性定义和措施197

9.1.2工作路径和保护路径198

9.1.3单向保护切换和双向保护切换198

9.2 SDHI网络的保护199

9.2.1路径保护199

9.2.2环路保护200

9.2.3路由保护202

9.2.4保护切换准则202

9.3 IP网络的生存性202

9.3.1 IP/MPLS备用通道恢复203

9.3.2 IP/MPLS的LSP通道保护203

9.4光学层保护204

9.4.1光学层保护技术204

9.4.2 1+1光信道专用保护205

9.4.3格状网的保护206

9.4.4 WDM网络保护、生存和互连206

9.5 ASON网络的生存性207

9.5.1 ASON网络生存性新特点207

9.5.2基于控制平面的保护208

9.5.3基于传输平面的保护208

9.5.4 ASON网络的恢复209

复习思考题209

参考文献209

第10章 光纤接入网210

10.1接入网在网络建设中的作用及发展趋势210

10.1.1接入网在网络建设中的作用210

10.1.2光接入网技术演进210

10.1.3三网融合——接入网的发展趋势212

10.2网络结构213

10.2.1网络结构213

10.2.2光线路终端（OLT）215

10.2.3光网络单元（ONU）216

10.2.4光分配网络（ODN）218

10.3无源光网络（PON）基础220

10.3.1分光比220

10.3.2结构和要求220

10.3.3下行复用技术221

10.3.4上行接入技术221

10.3.5安全性和私密性223

10.4 PON接入系统224

10.4.1 EPON系统224

10.4.2 GPON系统226

10.4.3 WDM-PON系统230

10.4.4 WDM/TDM混合无源光网络234

10.5光正交频分复用（O-OFDM）接入网235

10.5.1 OFDM在射频信号光纤传输（RoF）无线通信网络中的应用235

10.5.2混合使用OFDM和TDM的10 Gb/s PON236

10.5.3偏振复用直接探测40 Gb/s MIMO OFDM-PON238

10.5.4 OFDM-PON的优点239

10.6光纤/电缆混合（HFC）网络240

10.6.1 HFC网络的结构和功能241

10.6.2 HFC网络的频谱安排242

10.6.3 HFC网络的调制和复用242

10.7射频信号光纤传输（RoF）宽带接入网243

10.7.1光频间插（IL） DWDM毫米波RoF系统光谱图244

10.7.2微波信号的光学产生245

10.7.3单边带光调制247

10.7.4光纤传输宽带无线接入网247

复习思考题249

习题250

参考文献251

第11章 光纤通信网络设计252

11.1网络设计的总体考虑252

11.1.1系统结构253

11.1.2光纤损耗限制系统255

11.1.3光纤色散限制系统256

11.2传输层设计257

11.2.1空分复用257

11.2.2时分复用257

11.2.3波分复用258

11.3功率预算258

11.3.1系统功率预算258

11.3.2功率代价因素259

11.4带宽设计261

11.4.1上升时间带宽设计261

11.4.2电带宽和光带宽263

11.5单信道光纤通信系统设计263

11.5.1模拟系统设计264

11.5.2数字系统设计266

复习思考题268

习题269

参考文献269

第12章 海底光缆通信网络270

12.1海底光缆网络概述270

12.1.1海底光缆通信网络的发展历程270

12.1.2海底光缆网络分类272

12.1.3 ITU-T海底光缆系统标准研究进展274

12.1.4海底光缆网络的拓扑结构274

12.2海底光缆系统技术276

12.2.1全光放大中继技术277

12.2.2光调制技术278

12.2.3前向纠错技术278

12.2.4光纤技术280

12.2.5色散管理和补偿技术281

12.2.6波分复用技术282

12.2.7偏振复用/相干接收技术283

12.2.8性能和可靠性保证技术284

12.3海底光缆系统光放大中继技术286

12.3.1海底中继器286

12.3.2分支单元287

12.3.3终端传输设备289

12.3.4线路监视292

12.3.5供电设备293

12.4海底光缆系统无中继技术294

12.4.1传输终端294

12.4.2无中继系统的设计297

12.4.3无中继系统维护设备298

12.4.4无中继系统的发展299

12.5海底光缆系统300

12.5.1中继海底光缆系统300

12.5.2无中继海底光缆系统302

12.5.3 WDM无中继传输试验系统303

12.5.4偏振复用相干接收无中继传输试验系统305

12.6海底光缆通信系统工程设计306

12.6.1工程设计应考虑的问题306

12.6.2系统路由选择原则309

12.6.3选择海底光缆的注意事项309

12.6.4损耗和功率预算310

复习思考题314

参考文献314

附录A电磁波频率与波长的换算316

附录B dBm与MW、 μW的换算316

附录C dB值和功率比317

附录D百分损耗（%）与分贝（dB）损耗换算表318

附录E PDH与SDH速率等级318

附录F WDM信道Δλ和ΔV的关系319

附录G物理常数319

附录H 系统设计参数320

附录I电磁波频谱表321

附录J名词术语索引322