光纤通信网络PDF电子书下载

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PCM 102

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-Ⅱ 306

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