第1章 海底光缆通信介绍 1
1.1 引言 1
1.2 海底通信系统的结构 4
1.3 太比特海底光通信技术 7
1.4 近期和未来的发展 9
1.4.1 海底光缆的近期发展 9
1.4.2 海底系统的未来发展 11
参考文献 14
第2章 海底通信系统的历史回顾 16
2.1 引言 16
2.2 海底电缆电报时代 17
2.2.1 早期电报时代（1800—1850年） 17
2.2.2 英国海底电缆时代（1850—1872年） 18
2.2.3 全球网络（1872—1920年） 21
2.2.4 电缆和无线电的竞争（1920—1960年） 23
2.2.5 技术和经济因素 25
2.3 海底同轴电缆电话时代 28
2.3.1 早期海底电话电缆尝试 28
2.3.2 第一代海底同轴电缆（1950—1961年） 29
2.3.3 第二代海底同轴电缆（1960—1970年） 30
2.3.4 宽带海底电缆（1970—1988年） 31
2.3.5 技术和经济因素 32
2.4 海底光缆时代 35
2.4.1 从模拟到数字化（1976—1988年） 35
2.4.2 再生海底光缆系统和联盟组织（1986—1995年） 36
2.4.3 光放大和波分复用技术（1995—2000年） 38
2.4.4 相干光通信技术的时代及其发展（2010至今） 42
2.4.5 新市场和经济影响 43
2.4.6 布缆船和敷设作业 43
2.5 小结 44
参考文献 45
第3章 非相干和相干数字光纤通信的基本原理 46
3.1 引言 46
3.2 光纤信道 47
3.2.1 光纤带宽 47
3.2.2 光纤信道容量 47
3.2.3 二进制光信道和符号概率 49
3.3 调制格式 51
3.3.1 待调制参数 51
3.3.2 调制信号的光功率谱 51
3.3.3 调制信号基带功率谱的一般表达式 52
3.3.4 开关键控调制方式 54
3.3.5 纯相位调制 57
3.3.6 正交振幅调制 58
3.4 噪声及信号与噪声的相互作用 60
3.4.1 光信噪比和噪声指数 60
3.4.2 光电检测器灵敏度和光电信号转换 60
3.4.3 基础量子噪声 61
3.4.4 光放大噪声 64
3.4.5 增益和衰减分布的影响 67
3.4.6 光噪累积 69
3.4.7 信号和噪声相互作用 70
3.4.8 附加电噪声 71
3.5 直接检测（非相干）光通信 72
3.5.1 定义 72
3.5.2 理想散粒噪声限制接收机 75
3.5.3 较小热噪限制检测的放大器 77
3.5.4 前置放大光信号的检测 78
3.6 相干光通信 81
3.6.1 相干接收机原理 81
3.6.2 单正交测量和平衡零差检测 82
3.6.3 采用双平衡外差检测进行双正交测量 86
参考文献 90
第4章 光放大 93
4.1 引言 93
4.2 EDFA放大原理 94
4.2.1 基本原理 94
4.2.2 玻璃基质的影响 94
4.2.3 EDFA的基本特性 95
4.2.4 基态模型 96
4.2.5 典型受限掺铒模型 96
4.2.6 光纤参数 99
4.2.7 动态性能 100
4.2.8 噪声特性 101
4.3 海缆系统的特性 103
4.3.1 高噪声性能设计 104
4.3.2 偏振相关的损耗 105
4.3.3 掺铒光纤中的光偏振效应 105
4.3.4 泵浦偏振对PDG的影响 105
4.3.5 光谱烧孔 106
4.3.6 光谱烧孔的建模 107
4.4 长距离应用EDFA的优化 108
4.4.1 暗纤运行 108
4.4.2 WDM输入信号谱运行 109
4.4.3 增益带宽 109
4.4.4 玻璃成分 110
4.4.5 增益漂移对输出OSNR的影响 111
4.4.6 增益均衡 112
4.5 工程特性 114
4.5.1 功率消耗 114
4.5.2 泵浦技术 114
4.5.3 海底工程的特殊性 116
4.6 L波段EDFA的应用 117
4.6.1 系统性能 117
4.6.2 现场实际应用问题 118
4.6.3 C+L波段系统 119
4.6.4 高效C+L结构 119
4.7 拉曼放大的实现 119
4.7.1 拉曼放大的原理 120
4.7.2 EDFA预放大的实际应用 122
4.7.3 全拉曼放大的海缆链路 122
4.7.4 无中继系统中的拉曼应用 124
4.8 未来放大技术展望 125
参考文献 126
第5章 超长距离海底传输 131
5.1 引言 131
5.2 色散效应和非线性效应 131
5.2.1 传输限制、衰减、色散和偏振模色散 131
5.2.2 光纤基础设施 134
5.3 调制格式和相干接收机 140
5.3.1 调制格式 140
5.3.2 相干接收机说明 145
5.4 长距离传输系统的主要特性 148
5.4.1 技术挑战：高容量单位光纤 148
5.4.2 光信噪比 149
5.4.3 传输损伤 153
5.4.4 中继器监控 157
5.4.5 功率预算表和典型中继距离 157
5.5 增益均衡 161
5.5.1 功率预加重 162
5.5.2 固定增益均衡器 165
5.5.3 可调增益均衡器 168
5.5.4 非最佳增益均衡的影响 170
5.6 传输系统 172
5.6.1 试验装置 172
5.6.2 NZDSF传输试验 172
5.6.3 ＋D/-D传输试验 175
5.6.4 相干技术在40Gbit/s色散管理链路的首次部署（NZDSF及＋D/-D） 178
5.6.5 ＋D光纤传输试验 180
5.7 下一代海底系统 181
5.7.1 光谱整形 182
5.7.2 正交幅度调制（QAM）格式 183
5.7.3 4D和N-D格式 184
5.7.4 香农极限 185
5.7.5 基于DSP的非线性抑制 186
5.7.6 实验室记录的试验和技术 187
5.7.7 空分复用技术，未来的方向？ 187
参考文献 189
第6章 超长距离海底网络中传输损伤的补偿技术 192
6.1 引言 192
6.2 超长距离海底系统线性效应的补偿 193
6.2.1 光域内色散效应的补偿 193
6.2.2 数字相干系统中色散效应的补偿 195
6.3 超长距离海底系统非线性效应的补偿 198
6.3.1 补偿光纤非线性效应的光学技术 198
6.3.2 补偿光纤非线性效应的数字技术：数字反向传输 203
6.3.3 补偿光纤非线性效应的其他数字信号处理技术 208
参考文献 209
第7章 无中继传输 213
7.1 引言 213
7.2 历史和近期发展 214
7.2.1 信道速率的增加 214
7.2.2 信道数量的增加 214
7.2.3 大有效面积的线路光纤 215
7.2.4 扩展无中继距离 215
7.3 应用 218
7.4 无中继系统技术 219
7.4.1 无中继传输的基础 219
7.4.2 拉曼放大 220
7.4.3 系统结构 224
7.5 光损伤及其限制 229
7.5.1 线性效应造成的限制 230
7.5.2 非线性效应造成的限制 230
7.6 系统实现时要考虑的问题 233
7.6.1 光连接器和光纤损耗 233
7.6.2 远程泵浦光放大器的位置和设计 234
7.7 标准 236
7.7.1 适用标准 236
7.7.2 激光器安全 238
7.8 主要的实验室演示系统 239
7.9 商业无中继系统 243
7.10 展望 244
参考文献 245
第8章 海底光缆的新应用 248
8.1 引言 248
8.2 海底光缆其他应用的历史及起源 249
8.2.1 海军水听器阵列 249
8.2.2 地震监测 249
8.2.3 重用报废海缆 250
8.2.4 沿海观测站 251
8.2.5 其他科学应用 251
8.2.6 油气生产平台 251
8.3 缆系海洋科学观测系统 252
8.3.1 科研目标 252
8.3.2 设计原则 252
8.3.3 沿海观测站 253
8.3.4 区域观测站 254
8.4 海上油气通信系统 268
8.4.1 优势和商业目的 268
8.4.2 系统结构 268
8.4.3 电力安全 269
8.4.4 平台连接 269
8.4.5 海上作业 271
8.4.6 操作与维护 274
8.5 海上油气监控系统 274
8.6 油气开采海底控制系统 275
8.7 油气-通信-科研混合系统 275
8.8 “绿色”系统 275
8.9 军事应用 276
8.10 展望未来 276
参考文献 276