光纤数字通信技术(修订版) (2009 年度畅销榜NO.26614 )

本书从光纤通信技术角度出发，系统、完整地阐述了光纤通信的各个方面和主要高新技术领域。内容分五个方面：一是光纤通信的基础理论，从技术和应用的角度对相关基本理论加以论述；二是光纤系统工程设计，全面叙述在设计一个光缆通信系统时所必须考虑的各种问题；三是介绍光缆线路施工技术与维护的有关知识；四是介绍光纤通信领域中的高新技术；五是介绍了光纤接入网。\r\n\r\n 本书集理论、技术应用于一体，有很高的使用价值，是从事光纤通信研制、生产、设计、施工，以及维护的工程技术人员必备的工具书，也是大专院校通信专业、光电技术专业师生的重要参考书。\r\n
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第1章 光纤通信的基础理论 \r\n\r\n １. １ 半导体激光器光源 \r\n\r\n １. １. １ 引言 \r\n\r\n １. １. ２ 光纤通信对半导体激光器光源的要求 \r\n\r\n １. １. ３ 半导体发光原理 \r\n\r\n １. １. ４ 半导体激光器的结构与工作原理  \r\n\r\n １. １. ５ 半导体激光器的性能参数 \r\n\r\n １. １. ６ 半导体激光器的瞬态特性 \r\n\r\n １. １. ７ 半导体激光器的退化问题  \r\n\r\n １. １. ８ 使用半导体激光器时应注意的事项  \r\n\r\n １. ２ 半导体发光二极管光源 \r\n\r\n １. ２. １ 引言 \r\n\r\n １. ２. ２ 发光二极管的基本类型与性能  \r\n\r\n １. ２. ３ 发光管与光纤的光耦合 \r\n\r\n １. ２. ４ 发光管与激光器性能的比较  \r\n\r\n １. ２. ５ 光源的选用问题 \r\n\r\n １. ３ 光检测器 \r\n\r\n １. ３. １ 引言 \r\n\r\n １. ３. ２ 光检测器的基本参数 \r\n\r\n １. ３. ３ ＰＩＮ光电二极管 \r\n\r\n １. ３. ４ 雪崩光电二极管（ＡＰＤ）  \r\n\r\n １. ３. ５ 光电检测器的可靠性 \r\n\r\n １. ３. ６ 光电检测器使用中的注意事项  \r\n\r\n １. ４ 光放大器 \r\n\r\n １. ４. １ 引言 \r\n\r\n １. ４. ２ 光纤光放大器 \r\n\r\n １. ４. ３ 半导体激光放大器（ＳＬＡ）  \r\n\r\n １. ４. ４ 两种主要的光放大器的性能比较  \r\n\r\n １. ５ 光纤与光缆 \r\n\r\n １. ５. １ 引言 \r\n\r\n １. ５. ２ 光纤的主要类型及其性能  \r\n\r\n １. ５. ３ 光纤的标准化问题 \r\n\r\n １. ５. ４ 光纤的导光原理 \r\n\r\n １. ５. ５ 光纤的主要参数 \r\n\r\n １. ５. ６ 单模光纤的传输性能 \r\n\r\n １. ５. ７ 光纤弯曲和芯包界面不光滑所带来的影响 \r\n\r\n １. ５. ８ 光纤特性 \r\n\r\n １. ５. ９ 光纤参数的测量 \r\n\r\n １. ５. １０ 新型单模光纤 \r\n\r\n １. ５. １１ 光缆 \r\n\r\n １. ６ 光纤数字通信系统 \r\n\r\n １. ６. １ 系统的参考模型 \r\n\r\n １. ６. ２ 光纤数字通信系统 \r\n\r\n １. ６. ３ 系统的性能指标 \r\n\r\n １. ６. ４ 中继距离的计算 \r\n\r\n １. ７ 光线路码 \r\n\r\n １. ７. １ 引言 \r\n\r\n １. ７. ２ 光纤数字通信系统中的线路码  \r\n\r\n １. ７. ３ ｍＢ１Ｈ码在我国的运用  \r\n\r\n １. ７. ４ 线路码的主要性能参数 \r\n\r\n １. ８ 光纤传输设备 \r\n\r\n １. ８. １ 光端机的基本组成与功能  \r\n\r\n １. ８. ２ 光发送电路 \r\n\r\n １. ８. ３ 光接收电路 \r\n\r\n １. ８. ４ 光接收机的主要性能与参数  \r\n\r\n １. ８. ５ 光中继机 \r\n\r\n 参考文献 \r\n\r\n 〖ＨＴ５Ｈ〗第2章 光缆数字传输系统工程的设计 \r\n\r\n ２. １ 引言 \r\n\r\n ２. ２ 光纤通信系统工程的设计依据. 原则和步骤 \r\n\r\n ２. ３ 光缆传输系统工程的总体考虑 \r\n\r\n ２. ３. １ 数字系列等级的选定 \r\n\r\n ２. ３. ２ 线路传输码型的选择 \r\n\r\n ２. ３. ３ 辅助系统 \r\n\r\n ２. ３. ４ 光缆线路路由的确定 \r\n\r\n ２. ３. ５ 光系统技术考虑 \r\n\r\n ２. ３. ６ 电气性能参数及其指标 \r\n\r\n ２. ３. ７ 设备使用条件及电源 \r\n\r\n ２. ４ 光缆通信干线工程的规模容量  \r\n\r\n ２. ４. １ 拟建光缆通信干线在全国网络中的地位和作用 \r\n\r\n ２. ４. ２ 业务量需求预测 \r\n\r\n ２. ４. ３ 原有通信网分担能力的考虑  \r\n\r\n ２. ４. ４ 规模容量的确定 \r\n\r\n ２. ５ 光纤通信系统中继段长的设计与计算  \r\n\r\n ２. ６ 传输系统的配置与组织 \r\n\r\n ２. ６. １ 假设参考数字通道与数字段  \r\n\r\n ２. ６. ２ 传输系统局站设置 \r\n\r\n ２. ６. ３ 传输系统组织 \r\n\r\n ２. ６. ４ 中继段长度 \r\n\r\n ２. ６. ５ 辅助系统组织 \r\n\r\n ２. ７ 传输系统的指标 \r\n\r\n ２. ７. １ 误码率 \r\n\r\n ２. ７. ２ 抖动性能 \r\n\r\n ２. ８ 光纤光缆的选用 \r\n\r\n ２. ８. １ ＣＣＩＴＴ对光纤的有关建议  \r\n\r\n ２. ８. ２ 对光缆的技术要求 \r\n\r\n ２. ８. ３ 光缆的种类和适用范围  \r\n\r\n ２. ９ 光缆传输系统扩容及方案的选择  \r\n\r\n ２. １０ 光纤数字传输系统的可用性指标  \r\n\r\n ２. １１ 光缆线路的防护 \r\n\r\n ２. １１. １ 雷电危害及其防护 \r\n\r\n ２. １１. ２ 强电影响及其防护 \r\n\r\n ２. １１. ３ 防潮防水问题 \r\n\r\n ２. １１. ４ 光缆对地绝缘问题 \r\n\r\n ２. １１. ５ 鼠害与蚁害的防护 \r\n\r\n ２. １１. ６ 天灾与人祸的防备 \r\n\r\n ２. １２ 长途光缆通信系统的供电方式 \r\n\r\n 参考文献  \r\n\r\n 第3章 光缆线路的施工与维护 \r\n\r\n ３. １ 高次群数字复接设备 \r\n\r\n ３. １. １ 数字多路复接的构成方式  \r\n\r\n ３. １. ２ 设备的基本参数 \r\n\r\n ３. １. ３ 设备的工作原理 \r\n\r\n ３. ２ ３４Ｍb/s光端机与光中继机 \r\n\r\n ３. ２. １ 引言 \r\n\r\n ３. ２. ２ 基本概况与技术指标 \r\n\r\n ３. ２. ３ 光线路码型及设备 \r\n\r\n ３. ２. ４ 传输辅助设备 \r\n\r\n ３. ２. ５ 开通与维护 \r\n\r\n ３. ３ １４０Ｍb/s光端机与光中继机 \r\n\r\n ３. ３. １ 引言 \r\n\r\n ３. ３. ２ 传输设备与系统 \r\n\r\n ３. ３. ３ 开通与维护 \r\n\r\n ３. ４ 光无源器件 \r\n\r\n ３. ４. １ 光纤连接器 \r\n\r\n ３. ４. ２ 光耦合器 \r\n\r\n ３. ４. ３ 光开关 \r\n\r\n ３. ４. ４ 光分路耦合器或光合路耦合器  \r\n\r\n ３. ４. ５ 光分波器或光合波器 \r\n\r\n ３. ４. ６ 光隔离器 \r\n\r\n ３. ４. ７ 光衰减器 \r\n\r\n ３. ５ 光纤通信常用仪器仪表 \r\n\r\n ３. ５. １ 光功率计 \r\n\r\n ３. ５. ２ 光时域反射仪（ＯＴＤＲ）  \r\n\r\n ３. ５. ３ 稳定化光源 \r\n\r\n ３. ５. ４ 误码. 抖动测试仪 \r\n\r\n ３. ５. ５ 光纤熔接机 \r\n\r\n ３. ６ 光缆线路工程设计与施工技术  \r\n\r\n ３. ６. １ 光缆敷设工程中的要求和注意事项  \r\n\r\n ３. ６. ２ 光缆敷设中张力的计算  \r\n\r\n ３. ６. ３ 架空光缆的设计与施工  \r\n\r\n ３. ６. ４ 直埋光缆线路的设计与施工  \r\n\r\n ３. ６. ５ 管道光缆线路的设计与施工  \r\n\r\n ３. ６. ６ 海下光缆线路工程的设计与施工  \r\n\r\n ３. ７ 光纤和光缆的接续 \r\n\r\n ３. ７. １ 光纤接续引起衰耗的原因 \r\n\r\n ３. ７. ２ 光纤的连接技术 \r\n\r\n ３. ７. ３ 光缆的接续 \r\n\r\n ３. ８ 光缆线路施工过程中的现场测试 \r\n\r\n ３. ８. １ 引言 \r\n\r\n ３. ８. ２ 便携式光纤衰耗测试仪  \r\n\r\n ３. ８. ３ 单盘光缆衰耗的测试 \r\n\r\n ３. ８. ４ 光纤接头衰耗的测量 \r\n\r\n ３. ８. ５ 光缆线路段或中继段的总衰耗测试  \r\n\r\n ３. ９ 光缆通信系统主要技术指标测试和日常维护 \r\n\r\n ３. ９. １ 光接口技术指标的测试  \r\n\r\n ３. ９. ２ 电接口技术指标的测试  \r\n\r\n ３. ９. ３ 日常维护 \r\n\r\n 参考文献  \r\n\r\n 第4章 光纤通信中的高新技术 \r\n\r\n ４. １ 相干光通信 \r\n\r\n ４. １. １ 引言 \r\n\r\n ４. １. ２ 相干光通信外差接收系统对光源的要求 \r\n\r\n ４. １. ３ 相干光通信的调制技术 \r\n\r\n ４. ２ 超大容量光纤通信系统 \r\n\r\n ４. ３ 光孤子通信 \r\n\r\n ４. ３. １ 引言 \r\n\r\n ４. ３. ２ 光孤子的物理概念 \r\n\r\n ４. ３. ３ 光孤子通信 \r\n\r\n ４. ３. ４ 光孤子通信的一些典型系统 \r\n\r\n ４. ４ 光同步数字传输网 \r\n\r\n ４. ４. １ 概述 \r\n\r\n ４. ４. ２ 光同步数字传输网的基本概念  \r\n\r\n ４. ４. ３ ＳＤＨ传送网的结构 \r\n\r\n ４. ４. ４ ＳＤＨ设备 \r\n\r\n ４. ５ 光纤通信中的复用技术 \r\n\r\n ４. ５. １ 主要的复用技术及其基本概念 \r\n\r\n ４. ５. ２ 波分复用技术 \r\n\r\n ４. ５. ３ 密集波分复用(DWDM)系统中的光源  \r\n\r\n ４. ５. ４ DWDM系统中的非线性问题——波分复用系统的传输理论 \r\n\r\n ４. ５. ５ 波分复用在全光网络中的地位和应用 \r\n\r\n ４. ５. ６ 光时分复用 \r\n\r\n ４. ５. ７ 副载波复用光波系统的应用 \r\n\r\n ４. ６ 光缆有线电视（ＣＡＴＶ）传输系统 \r\n\r\n ４. ６. １ 概述 \r\n\r\n ４. ６. ２ 系统构成以及网络结构 \r\n\r\n ４. ６. ３ 系统传输原理 \r\n\r\n ４. ６. ４ 系统设计 \r\n\r\n ４. ６. ５ 宽带综合服务网展望 \r\n\r\n 参考文献  \r\n\r\n 第5章 光纤接入网 \r\n\r\n ５. １ 接入网的基本概念 \r\n\r\n ５. ２ 接入网在通信网中的层次和特点 \r\n\r\n ５. ３ 光纤接入网及其传送的业务 \r\n\r\n ５. ３. １ 光纤接入网 \r\n\r\n ５. ３. ２ 光纤接入网传送的业务 \r\n\r\n ５. ４ 光纤用户网发展的动力与状况 \r\n\r\n ５. ５ 现有用户网的特点及光纤化目标 \r\n\r\n ５. ６ 光纤用户网的拓扑结构和设计根据 \r\n\r\n ５. ６. １ 光纤用户网的拓扑结构 \r\n\r\n ５. ６. ２ 光纤用户网的设计根据 \r\n\r\n ５. ７ 光纤用户网的应用和重大作用 \r\n\r\n ５. ８ ATMPON（APON） \r\n\r\n ５. ８. １ APON的技术基础及其优点 \r\n\r\n ５. ８. ２ ATM技术 \r\n\r\n ５. ８. ３ 全业务网接入传输系统构成 \r\n\r\n ５. ８. ４ 用户业务接口 \r\n\r\n ５. ８. ５ 传输帧结构 \r\n\r\n ５. ８. ６ HFC双向光纤传输系统 \r\n\r\n ５. ８. ７ ATMPON关键技术 \r\n\r\n ５. ８. ８ ATMPON接入网网元管理 \r\n\r\n ５. ９ Ethernet PON（EPON） \r\n\r\n ５. ９. １ 概况 \r\n\r\n ５. ９. ２ EPON的拓扑结构. 组成与功能 \r\n\r\n ５. ９. ３ EPON的传输原理 \r\n\r\n ５. ９. ４ EPON的关键技术 \r\n\r\n 参考文献 \r\n
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光通信是一种古老的信息传递方式, 也是一种普遍使用的信息交流方法. 中国古代边防报警的烽火台的烟火. 古埃及的烽烟塔. 美洲印第安人利用烟火传递信息等都是原始的一种光通信方式. 当时由烽火台或山顶放出的断断续续的青烟, 可以认为是一种数字信号. 这种信号是以青烟的出现与消失为编码, 犹如现在的二进制. 光是信息的载体, 空气是传输媒介, 人的眼睛就是光检测器. 信号由一个烽火台传向另一个烽火台, 其作用就是信号再生, 像中继器一样将信号传到远方. 随着人类文明社会的进步和不断发展, 这种传递信息的方式得到了广泛的普及和应用, 如交通信号灯. 船只上的“旗语”. 战场上的信号弹与红白旗. 体育运动中的各种手势等都具有类似的意义. 

显然, 上述的信息传递方法虽然有的至今还在使用, 但是就人类现代文明来说, 即使非常发达的电信也难以满足信息化社会的需求, 何况那些带有浓厚原始性的通信方式. 人们早就有所设想, 既然金属导线可以传输电信号, 那么玻璃是否可以传输光信号呢？人们的设想和追求, 只有当三个主要技术问题得到解决后, 才可能变成现实. 这三个技术问题是：便于应用且性能优良的光源, 能长距离传输光信号的细长的玻璃丝, 以及灵敏地把光信号变成电信号的检测器. 科学的发展. 技术的进步总是以人们的需要为动力的. 

１９６０年, 红宝石激光器诞生, 同年秋, 氦氖气体激光器问世. 这给光源的解决带来了极大希望, 因为激光器发出的激光能量很集中, 颜色纯. 带宽大. 更为有意义的是, １９６２年半导体激光器研制成功, 并于１９７０年实现了连续波工作, 而且工作寿命日益提高. 至１９７７年, 半导体激光器的工作寿命达百万小时, 再加上其体积小, 重量轻, 功率转换效率高,以及可以直接调制等优点, 使第一个问题得到了圆满解决. 

关于能长距离传输光信号的细长玻璃丝（即光导纤维）是这样得到解决的. １９６６年, 被称为“光通信之父”的英籍华人高锟（Ｋａｏ　ＣＫ）博士发表了具有开创性和奠基性的论文——光频率的介质纤维表面波导（Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ－ｆｉｂｒｅ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ　ｆｏｒ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ）, 指出实现长距离. 大容量传输, 介质纤维所必需的结构和材料特性. 此后, 人们对石英玻璃纤维以及其他玻璃纤维进行了广泛的研究, 于１９７０年实现了掺杂石英光纤２０ｄＢ／ｋｍ的低衰耗. 在此后的两三年间, 研制出的光纤不仅具有优良的传输特性, 而且具有良好的机械性能, 达到了实用化程度. 事情发展也巧, 也就是在20世纪70年代前期研制成功了低噪声的光检测器, 于是三个技术难题全部得到了解决, 从此光通信技术得到了蓬勃的发展. 今天, 光纤通信已是通信网的主要传输方式, 不同层次的光纤通信网几乎遍布全球.

光纤通信技术之所以发展得这样迅速, 除了人们传递和交换的信息日益增长外, 主要是由光纤通信本身所具有的优点所决定的. 这些优点可以概括为以下几个方面. 

●光纤带宽极大, 可利用的带宽为５００００ＧＨｚ. 理论上, 一对单模光纤可传２. ５亿条话路. 

●中继距离长. 一般可达５０km～８０ｋｍ, 甚至上百千米. 

●传输损耗低. １. ３μｍ单模光纤的损耗为０. ４ｄＢ／ｋｍ, １. ５５μｍ单模光纤的损耗为０. ２ｄＢ／ｋｍ, 波长更长时, 损耗还要低. 

●光纤重量轻, 可以弯曲, 容易铺设. 

●抗电磁干扰, 传输质量好. 

●不用或少用金属, 能节省大量贵重金属(如铜. 铅等), 同时还具有抗腐蚀性能. 

●可以采用多种复用技术, 特别是光的波分复用（ＷＤＭ）. 频分复用（ＦＤＭ）. 时分复用（ＴＤＭ）等, 能达到资源共享. 节省投资和充分利用光纤带宽的目的. 

●传输信号不向外辐射, 保密性能好. 

●原材料（ＳｉＯ２）丰富, 整个通信系统成本低. 

●不受气候变化影响. 这是与大气激光通信显著不同的地方.

本书是多年来教学. 科研. 生产实践的总结. 概括起来, 具有以下特点：

●实用性强, 基础理论围绕实际应用. 

●系统性. 完整性和逻辑性是本书的写作特色. 

●深入浅出, 通俗易懂, 没有高深的数学推导和深奥理论. 

●本书尽可能地收集国内外最新成果, 集思广益. 

●对光纤通信领域中主要的高新技术作了系统的较完整的介绍. 

本书在撰写过程中得到了许多同志的热情支持和帮助. 刘阳春执笔撰写了“46 光缆有线电视（ＣＡＴＶ）传输系统”, 许广俊和黄水清也参与了部分编写工作. 此外, 高级工程师黄章勇. 陈跃武, 以及工程技术人员余德惠. 守建媛. 杨琳等也给予了大力支持. 对以上诸位同志的合作和帮助在此表示衷心的感谢. 

光纤通信技术是一个蓬勃发展的高科技领域, 许多方面还处于发展之中, 由于我们的水平和写作时间的限制, 书中错误和不妥之处实为难免, 敬请读者批评指正.

编著者

2002年6月