本書根據(jù)光纖通信技術(shù)和工程應(yīng)用的最新進(jìn)展,為滿足一般院校教材的需求,就光纖通信系統(tǒng)的基本知識(shí),以通俗易懂、簡(jiǎn)單明了的方式編寫。
全書共9章,第1章概述光纖通信歷史、系統(tǒng)構(gòu)成和網(wǎng)絡(luò)分類;第2~4 章講解光纖光纜、光無源/有源器件、光發(fā)射/接收;第5章闡述SDH、ATM、IP、HFC、波分復(fù)用和偏振復(fù)用光纖通用系統(tǒng)、光纖傳輸技術(shù)在碼分復(fù)用(CDMA)和正交頻分復(fù)用(OFDM)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用,以及海底光纜通信系統(tǒng);第6章和第7章分別介紹了無源光網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)、光纖通信測(cè)量?jī)x器和指標(biāo)測(cè)試方法;第8章和第9章分別講解了光傳輸網(wǎng)絡(luò)管理和生存性措施。
本書選取了光纖通信技術(shù)的主流素材,收錄了大量有用的光纖通信工程數(shù)據(jù)和圖表,反映了當(dāng)前光纖通信技術(shù)的發(fā)展水平。
本書可作為通信和電子信息類相關(guān)專業(yè)一般院校的教材。教師可根據(jù)教學(xué)對(duì)象和教學(xué)時(shí)間進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x取和安排。對(duì)從事光纖通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)研究教學(xué)、規(guī)劃設(shè)計(jì)、管理和維護(hù)的有關(guān)人員也有一定的參考價(jià)值。
作者原榮是中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第34研究所研究院,中國(guó)通信學(xué)會(huì)會(huì)士,是通信行業(yè)德高望重的一位老先生,曾主持過多項(xiàng)國(guó)家重點(diǎn)項(xiàng)目,出版過關(guān)于光纖通信的是十余部著作。
本書內(nèi)容全,技術(shù)新,實(shí)用性強(qiáng),概念解釋清楚,敘述淺顯易懂,前后呼應(yīng),系統(tǒng)連貫,使讀者很容易理解這些內(nèi)容的機(jī)理。
本書選取了光纖通信技術(shù)的主流素材,收錄了大量有用的光纖通信工程數(shù)據(jù)和圖表,反映了當(dāng)前光纖通信技術(shù)的發(fā)展水平。
第2版前言
1966年,英籍華人高錕發(fā)表了關(guān)于通信傳輸新介質(zhì)的論文,指出利用玻璃纖維進(jìn)行信息傳輸?shù)目赡苄院图夹g(shù)途徑,從而奠定了光纖通信的基礎(chǔ)。在此后短短的50多年中,光纖損耗由當(dāng)時(shí)的3 000dB/km降低到目前的 0151dB/km。在光纖損耗降低的同時(shí),光纖通信用光源、探測(cè)器和無源/有源器件,無論是分立元件,還是集成器件都取得了突破性的進(jìn)展。自20世紀(jì)70年代中期以來,光纖通信的發(fā)展速度之快令人震驚,可以說沒有任何一種通信方式可以與之相比擬,光纖通信已成為所有通信系統(tǒng)的最佳技術(shù)選擇。
目前,無論電信骨干網(wǎng)還是用戶接入網(wǎng),無論是陸地通信網(wǎng)還是海底光纜網(wǎng),無論是看電視還是打電話,光纖無處不在、無時(shí)不用,光纖傳輸技術(shù)隨時(shí)隨地都能碰到。所以,對(duì)于從事信息技術(shù)的人員來講,了解光纖通信的基本知識(shí)是至關(guān)重要的。
本書內(nèi)容全,技術(shù)新,實(shí)用性強(qiáng),概念解釋清楚,敘述淺顯易懂,前后呼應(yīng),系統(tǒng)連貫。比如在第1章,在介紹平面電磁波時(shí),提到“光波在給定時(shí)間被一定的距離分開的兩點(diǎn)間存在的相位差”這一概念很重要,因?yàn)橐院蠼?jīng)常會(huì)用到。果然,在以后介紹馬赫-曾德爾(MZ)干涉儀構(gòu)成的濾波器、復(fù)用/解復(fù)用器和調(diào)制器,以及由AWG構(gòu)成的諸多器件時(shí)均用到這一光程差的概念,并經(jīng)常使用同一個(gè)公式。比如從一根筷子插入水中似乎變得向上彎曲和水下潛水員為什么有時(shí)看不到岸上的姑娘開始,引出光纖傳輸光的原理;又比如從聲波的干涉和夾緊弦線的固有振動(dòng)開始,介紹光濾波器的工作原理;再比如從光柵衍射開始,介紹DFB激光器的工作原理,使讀者很容易理解這些內(nèi)容的機(jī)理。
本書選取了光纖通信技術(shù)的主流素材,收錄了大量有用的光纖通信工程數(shù)據(jù)和圖表,反映了當(dāng)前光纖通信技術(shù)的發(fā)展水平。
本書自2013年出版以來,獲得廣大讀者的厚愛,已印刷了5次。值此再版之際,筆者基于光纖通信系統(tǒng)技術(shù)的最新進(jìn)展,對(duì)原書個(gè)別詞句進(jìn)行了修改,對(duì)部分章節(jié)內(nèi)容進(jìn)行了更新補(bǔ)充。在第4章中,增加了對(duì)光接收機(jī)和光纖通信系統(tǒng)性能越來越重要的Q參數(shù),及其與SNR和BER的關(guān)系;將56節(jié)波分復(fù)用(WDM)系統(tǒng)更改為光復(fù)用光纖通信系統(tǒng),增加一節(jié)偏振復(fù)用系統(tǒng),因?yàn)楝F(xiàn)在的高速光纖通信系統(tǒng)與波分復(fù)用和偏振復(fù)用密不可分;另外,第5章增加了58節(jié)海底光纜通信系統(tǒng),因?yàn)楹5坠饫|通信系統(tǒng)容量大、可靠性高、傳輸質(zhì)量好,獨(dú)占越洋通信的鰲頭,在當(dāng)今信息時(shí)代起著極其重要的作用。
本書最后給出詳盡的名詞術(shù)語(yǔ)索引,在教學(xué)和實(shí)際工作中,可以根據(jù)需要從關(guān)鍵字(已給出所在章節(jié)的位置)查找到系統(tǒng)設(shè)計(jì)和工程計(jì)算所需要的內(nèi)容、數(shù)據(jù)、圖表和公式。
為了教師和工程技術(shù)人員電子教學(xué)和培訓(xùn)的需要,本書將免費(fèi)提供各章的電子教學(xué)課件,包括書中所有的插圖和對(duì)插圖的簡(jiǎn)要說明,并提供各章習(xí)題題解。教師用戶可登錄機(jī)工教育服務(wù)網(wǎng)(wwwcmpeducom)免費(fèi)注冊(cè),審核后下載使用(需填寫情況調(diào)查表),歡迎任課教師及時(shí)反饋建議。
本書可作為通信和電子信息類相關(guān)專業(yè)一般院校的教材。教師可根據(jù)教學(xué)對(duì)象和教學(xué)時(shí)間進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x取和安排。對(duì)從事光纖通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)研究教學(xué)、規(guī)劃設(shè)計(jì)、管理和維護(hù)的有關(guān)人員也有一定的參考價(jià)值。
衷心感謝機(jī)械工業(yè)出版社李馨馨編輯和秦菲編輯為本書的出版和發(fā)行多年來所做出的貢獻(xiàn)。
因作者水平所限,書中可能會(huì)有遺漏之處,敬請(qǐng)讀者指出。
原榮2023年12月于桂林
中國(guó)電子科技集團(tuán)有限公司(CETC)第34研究所原研究員、中國(guó)通信學(xué)會(huì)原會(huì)士。
工作期間,先后從事大氣激光通信、光纖通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的研究,曾負(fù)責(zé)軍事預(yù)研課題“軍用全光傳輸系統(tǒng)研究”和863計(jì)劃通信技術(shù)主題重大項(xiàng)目“全業(yè)務(wù)網(wǎng)(FSN)接入傳輸系統(tǒng)”研究,成功研制出摻鉺光纖放大器(EDFA),建立了WDM光纖傳輸演示系統(tǒng)和全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)。
退休后,緊跟光纖通信技術(shù)的最新進(jìn)展,以光電子技術(shù)、光纖傳輸理論,對(duì)工作期間所承擔(dān)的科研課題,進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié),先后編著出版了《光纖通信》《光纖通信網(wǎng)絡(luò)》《寬帶光接入網(wǎng)》《光子學(xué)與光電子學(xué)》《海底光纜通信——關(guān)鍵技術(shù)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及OA&M》等著作10余部。
目錄
前言
第1章光纖通信概述
1.1光通信發(fā)展史
1.1.1周幽王烽火戲諸侯——古老的光通信
1.1.2中華民族對(duì)世界光學(xué)事業(yè)的貢獻(xiàn)
1.1.3誰發(fā)明了光電話
1.1.4誰發(fā)明了激光器
1.1.5最早的光通信系統(tǒng)
1.1.6光纖是怎樣傳光的
1.1.7光纖通信的鼻祖——高錕
1.2光纖通信的優(yōu)點(diǎn)
1.3光纖通信系統(tǒng)
1.3.1光纖通信系統(tǒng)組成
1.3.2三種基本的光纖通信系統(tǒng)
1.4光纖通信網(wǎng)絡(luò)分類
1.5均勻介質(zhì)中的光波——光是電磁波
1.6復(fù)習(xí)思考題
1.7習(xí)題
第2章光纖通信傳輸介質(zhì)
2.1光纖結(jié)構(gòu)和類型
2.2光纖傳光原理
2.2.1光的反射和折射
2.2.2漸變多模光纖的傳光原理
2.3光纖傳輸特性
2.3.1衰減
2.3.2色散
2.3.3光纖帶寬
2.3.4光纖比特率
2.4光纖的種類
2.4.1多模光纖和單模光纖
2.4.2單模光纖的種類
2.5光纖制造工藝
2.6復(fù)習(xí)思考題
2.7習(xí)題
第3章光纖通信器件
3.1光纖通信無源器件
3.1.1光連接器
3.1.2光耦合器
3.1.3光濾波器
3.1.4波分復(fù)用/解復(fù)用器
3.1.5光開關(guān)
3.1.6光調(diào)制器
3.2光纖通信有源器件——光放大器
3.2.1光放大器概述
3.2.2摻鉺光纖放大器(EDFA)的構(gòu)成
3.2.3EDFA的工作原理及其特性
3.2.4光纖拉曼放大器
3.2.5半導(dǎo)體光放大器(SOA)
3.2.6光放大器應(yīng)用
3.3復(fù)習(xí)思考題
3.4習(xí)題
第4章光發(fā)射和接收
4.1激光器和光發(fā)射機(jī)
4.1.1發(fā)光機(jī)理
4.1.2LD激光發(fā)射的條件
4.1.3半導(dǎo)體激光器
4.1.4波長(zhǎng)可調(diào)半導(dǎo)體激光器
4.1.5高速光發(fā)射機(jī)
4.2光探測(cè)器和光接收機(jī)
4.2.1光探測(cè)原理
4.2.2PIN光敏二極管
4.2.3雪崩光敏二極管(APD)
4.2.4波導(dǎo)光探測(cè)器(WG-PD)
4.2.5光接收機(jī)的組成
4.2.6光接收機(jī)的性能——SNR、BER、性能參數(shù)Q和眼圖
4.2.7相干光接收機(jī)
4.3復(fù)習(xí)思考題
4.4習(xí)題
第5章光纖通信系統(tǒng)
5.1光纖通信系統(tǒng)基礎(chǔ)
5.1.1脈沖編碼——將模擬信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)
5.1.2信道編碼——減少誤碼方便時(shí)鐘提取
5.1.3信道復(fù)用——提高信道容量,充分利用光纖帶寬
5.1.4光調(diào)制——讓光攜帶聲音和數(shù)字信號(hào)
5.2SDH光纖傳輸系統(tǒng)——典型的時(shí)分復(fù)用(TDM)光纖通信系統(tǒng)
5.2.1時(shí)分復(fù)用的工作原理
5.2.2SDH的基本概念
5.2.3SDH幀結(jié)構(gòu)和傳輸速率
5.2.4SDH復(fù)用映射結(jié)構(gòu)
5.2.5SDH設(shè)備類型和系統(tǒng)組成
5.2.6SDH物理層
5.2.7SDH網(wǎng)同步
5.3異步傳輸模式(ATM)技術(shù)
5.3.1從同步模式(STM)到異步模式(ATM)
5.3.2ATM的基本概念
5.3.3ATM的信元結(jié)構(gòu)
5.3.4ATM復(fù)用和交換原理
5.3.5ADSL接入系統(tǒng)
5.3.6ATM的現(xiàn)狀和未來
5.4IP互聯(lián)網(wǎng)
5.4.1IP簡(jiǎn)述
5.4.2以太網(wǎng)
5.4.3IP骨干網(wǎng)技術(shù)及其演進(jìn)
5.4.4多協(xié)議標(biāo)記交換(MPLS)
5.4.5通用多協(xié)議標(biāo)記交換(GMPLS)
5.5光纖/電纜混合(HFC)網(wǎng)——典型的頻分復(fù)用(FDM)系統(tǒng)
5.5.1頻分復(fù)用(FDM)的工作原理
5.5.2HFC網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
5.5.3HFC網(wǎng)的構(gòu)成
5.6光復(fù)用光纖通信系統(tǒng)
5.6.1波分復(fù)用(WDM)光纖通信系統(tǒng)
5.6.2偏振復(fù)用(PM)光纖通信系統(tǒng)
5.7光纖傳輸技術(shù)在移動(dòng)通信中的應(yīng)用
5.7.1光纖傳輸正交頻分復(fù)用(O-OFDM)系統(tǒng)——4G、5G移動(dòng)通信系統(tǒng)基礎(chǔ)
5.7.2光纖傳輸射頻信號(hào)(RoF)系統(tǒng)——O-HEC、O-SCM、O-OFDM
5.7.3光纖傳輸碼分多址(CDMA)移動(dòng)通信系統(tǒng)——3G移動(dòng)通信系統(tǒng)基礎(chǔ)
5.8海底光纜通信系統(tǒng)
5.8.1海底光纜通信系統(tǒng)在世界通信網(wǎng)絡(luò)中的地位和作用
5.8.2海底光纜通信系統(tǒng)的組成和分類
5.8.3連接中國(guó)的海底光纜通信系統(tǒng)
5.8.4海底光纜系統(tǒng)供電
5.8.5無中繼海底光纜傳輸系統(tǒng)
5.9復(fù)習(xí)思考題
5.10習(xí)題
第6章無源光網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)
6.1接入網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的作用及發(fā)展趨勢(shì)
6.1.1接入網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的作用
6.1.2光接入網(wǎng)技術(shù)演進(jìn)
6.1.3三網(wǎng)融合——接入網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)
6.2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
6.2.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)概述
6.2.2光線路終端(OLT)
6.2.3光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)
6.2.4光分配網(wǎng)絡(luò)(ODN)
6.3無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)基礎(chǔ)
6.3.1分光比
6.3.2結(jié)構(gòu)和要求
6.3.3下行復(fù)用技術(shù)
6.3.4上行接入技術(shù)
6.3.5安全性和私密性
6.4PON接入系統(tǒng)
6.4.1EPON系統(tǒng)
6.4.2GPON系統(tǒng)
6.4.3WDM-PON系統(tǒng)
6.4.4正交頻分復(fù)用PON(OFDM-PON)
6.5復(fù)習(xí)思考題
6.6習(xí)題
第7章光纖通信儀器及指標(biāo)測(cè)試
7.1光纖通信測(cè)量?jī)x器
7.1.1光功率計(jì)
7.1.2光纖熔接機(jī)
7.1.3光時(shí)域反射儀
7.1.4誤碼測(cè)試儀
7.1.5PCM綜合測(cè)試儀
7.1.6SDH測(cè)試儀
7.1.7光譜分析儀
7.1.8多波長(zhǎng)光源
7.1.9光衰減器
7.1.10綜合測(cè)試儀
7.2光纖傳輸特性測(cè)量
7.2.1損耗測(cè)量
7.2.2帶寬測(cè)量
7.2.3色散測(cè)量
7.3光器件參數(shù)測(cè)量
7.3.1光源參數(shù)測(cè)量
7.3.2探測(cè)器參數(shù)測(cè)量
7.3.3無源光器件參數(shù)測(cè)量
7.4光纖通信系統(tǒng)指標(biāo)測(cè)試
7.4.1平均發(fā)射光功率和消光比測(cè)試
7.4.2光接收機(jī)靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍測(cè)試
7.4.3光纖通信系統(tǒng)誤碼性能測(cè)試
7.5復(fù)習(xí)思考題
第8章光傳輸網(wǎng)絡(luò)管理
8.1網(wǎng)絡(luò)管理概述
8.1.1網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議和體系結(jié)構(gòu)
8.1.2對(duì)網(wǎng)絡(luò)管理體系的要求
8.1.3光網(wǎng)絡(luò)的分級(jí)管理
8.2光學(xué)層管理
8.2.1對(duì)光學(xué)層的要求
8.2.2設(shè)備的互操作性
8.2.3光監(jiān)控信道
8.2.4光學(xué)安全管理
8.3性能和故障管理
8.3.1誤碼率測(cè)量
8.3.2報(bào)警管理
8.3.3控制
8.4配置管理
8.4.1設(shè)備管理
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