具体描述
基本信息
书名：现代光纤通信与网络教程
定价：36.00元
作者：张宝富,刘忠英,万谦等
出版社：人民邮电出版社
出版日期：2002-07-01
ISBN：9787115102096
字数：543000
页码：347
版次：1
装帧：平装
开本：
商品重量：0.4kg
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内容提要
本书全面而系统地论述了现代光纤通信与网络的主流应用技术及发展方向。全书共分四个部分。部分：基础篇，简要介绍了现代光纤通信与网络的特点、光波在光纤中的复用与放大原理、半导体光器件的工作原理，重点介绍了各种新型的常用光器件和各类单模光纤。第二部分：系统篇，介绍了光纤通信系统的基本组成以及各类典型系统，重点介绍了传输系统的设计，包括光发送机、光接收机、光放大器、中继距离的设计以及光纤的选型等和系统性能评估方法，对两种主要系统即强度调制直接检测（IM-DD）与波分复用系统（WDM）的性能进行了评估。第三部分：网络篇，从总体上介绍了各类光纤网络，详细分析了SDH光同步传送网及其同步复用的原理、网络同步、自愈环网的构成及保护恢复、节点设备等，并重点介绍了波长选路光网络WRN的光通道与波长路由、波长选路与光交换、网管等。第四部分：应用篇，介绍了多业务光纤接入网、高速光纤以太网等。
本书取材广泛，内容新颖实用，力求让读者从整体上把握现代光纤通信与网络的基本原理、相关技术以及应用全貌；行文通俗易懂、深入浅出，并配有丰富的图表，各部分独立成篇。本书适合不同层面的读者选用，可以作为高等院校各类通信、广播电视、计算机网络、光信息技术、光电子技术、信息管理等专业的教材及各类光纤通信技术培训班用书 ，也适合广大科研和工程技术人员阅读和参考。
目录
作者介绍
文摘
序言
《光通信系统与网络原理》 内容简介： 本书深入探讨了现代光通信系统与网络的核心原理，旨在为读者构建一个扎实的理论基础，并理解当前及未来光通信技术的发展脉络。内容涵盖了光通信的各个关键环节，从基础的光学原理到复杂的网络架构，层层递进，力求全面而系统。 第一章 光信号的产生、传输与接收 本章首先介绍了光通信的基本概念及其重要性，为后续章节的学习奠定基础。随后，详细阐述了光信号的产生机制，重点关注半导体激光器（LD）和发光二极管（LED）的工作原理、特性以及在光通信中的应用。读者将了解到不同类型光源的优缺点，以及如何根据实际需求进行选择。 接着，本章深入分析了光信号在光纤中的传输过程。首先，从几何光学角度阐述了全内反射的原理，解释了光纤如何引导光信号进行长距离传输。随后，引入波动光学概念，探讨了光纤的模理论，理解单模光纤和多模光纤的区别及其对传输性能的影响。光信号在传输过程中会受到多种损伤，本章对主要的损伤因素进行了详细介绍，包括： 色散（Dispersion）： 这是影响光信号传输速率和距离的关键因素。本书将详细解析引起色散的几种主要机制： 材料色散（Material Dispersion）： 由于不同波长的光在介质中的传播速度不同而引起的色散。 波导色散（Waveguide Dispersion）： 由于光纤波导结构对不同模式的光具有不同的传播特性而引起的色散。 模式色散（Modal Dispersion）： 仅存在于多模光纤中，不同模式的光走过的光程不同导致传播速度差异。 高阶模色散（Higher-Order Mode Dispersion）： 在某些特殊设计的光纤中可能出现。 读者将了解色散对信号展宽、眼图闭合以及接收灵敏度下降的影响，并初步接触到补偿色散的方法。 衰减（Attenuation）： 光信号在传输过程中能量损失的现象。本章将解释衰减的主要来源： 吸收（Absorption）： 光能量被光纤材料吸收转化为热能。 散射（Scattering）： 光信号受到光纤内部微小不均匀结构的影响而发生散射，其中瑞利散射（Rayleigh Scattering）是主要的内在散射机制，其与波长的四次方成反比。 弯曲损耗（Bending Loss）： 光纤受到宏观或微观弯曲时，部分光信号会辐射到光纤外部。 我们将分析衰减对传输距离的限制，并介绍低损耗光纤技术。 非线性效应（Nonlinear Effects）： 在高光功率密度下，光纤材料的折射率会随光场强度而变化，从而引发一系列非线性效应，如： 自相位调制（Self-Phase Modulation, SPM）： 光信号自身的强度变化导致其相位变化。 交叉相位调制（Cross-Phase Modulation, XPM）： 不同波长信道之间的信号相互影响相位。 受激布里渊散射（Stimulated Brillouin Scattering, SBS）： 光信号与声波相互作用，能量传递给低频声波。 受激拉曼散射（Stimulated Raman Scattering, SRS）： 光信号与声波相互作用，能量传递给低频声波，与SBS相比，SRS的频移更大，对更宽的波长范围产生影响。 四波混频（Four-Wave Mixing, FWM）： 多个波长信号相互作用产生新的波长信号。 读者将理解这些非线性效应如何影响信号质量，以及在高速率、长距离传输中的重要性。 最后，本章详细阐述了光信号的接收过程，重点介绍了光电探测器的类型、工作原理、性能指标（如灵敏度、响应速度、量子效率）以及在光通信系统中的作用。读者将了解PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD）等主要探测器的特性差异。 第二章 光调制与解调技术 本章聚焦于光信号的调制与解调技术，这是将电域信息转换为光域信息，并再将其恢复的关键环节。 首先，将介绍不同类型的光调制方式，包括： 强度调制（Intensity Modulation, IM）： 最简单直接的调制方式，通过改变光源的输出光强度来编码信息。本书将详细分析其特点、应用场景以及限制。 相位调制（Phase Modulation, PM）： 通过改变光载波的相位来编码信息。 频率调制（Frequency Modulation, FM）： 通过改变光载波的频率来编码信息。 随后，重点介绍当前主流的光调制格式，并深入解析其背后的原理： 二进制相移键控（Binary Phase Shift Keying, BPSK）： 最基础的相移键控方式，用两个不同的相位状态表示二进制码元。 四相相移键控（Quadrature Phase Shift Keying, QPSK）： 一种更高效的相移键控方式，可以用四个不同的相位状态表示两个二进制码元，从而提高频谱利用率。 正交幅度调制（Quadrature Amplitude Modulation, QAM）： 结合了幅度和相位调制，能够传输更多比特/符号，是当前高速光通信系统（如100Gb/s、400Gb/s及更高速率）中普遍采用的调制格式。本书将详细介绍QAM的原理、星座图以及其对硬件的要求。 相干检测（Coherent Detection）： 传统的强度调制系统通常采用直接检测，而相干检测能够利用光载波的幅度和相位信息，显著提高接收灵敏度，并且能够实现更高级的调制格式（如QPSK、QAM）。本书将详细阐述相干接收机的结构和工作原理，以及其在现代光通信中的核心地位。 在解调方面，本章将介绍各种解调器的基本原理和性能，包括直接检测解调器和相干解调器，并分析不同调制格式对应的解调策略。 第三章 光纤通信的复用技术 本章深入探讨光纤通信中用于提高传输容量的关键技术——复用技术。 首先，介绍波分复用（Wavelength Division Multiplexing, WDM），这是现代光纤通信系统的核心技术之一。 基本原理： 利用一根光纤传输多个不同波长的光信号，每个波长承载一路独立的信息。 类型： 区分粗波分复用（Coarse WDM, CWDM）和密集波分复用（Dense WDM, DWDM），分析它们在波长间隔、信道数量、成本和应用上的差异。 关键器件： 详细介绍波分复用系统中使用的关键器件，如阵列波导光栅（Arrayed Waveguide Grating, AWG）、薄膜滤波器（Thin-Film Filter）、光耦合器（Optical Coupler）以及光分插复用器（Optical Add-Drop Multiplexer, OADM）的工作原理和设计。 DWDM系统设计考虑： 探讨DWDM系统在信道规划、激光器稳定性、色散补偿、增益平坦化等方面的设计挑战与解决方案。 其次，介绍时分复用（Time Division Multiplexing, TDM），这是另一种重要的复用技术。 基本原理： 将一条高速数据流分割成多个较低速率的数据流，并在不同的时间片（Time Slot）内传输，然后在接收端将这些数据流重新组合。 数字时分复用（Digital TDM）： 在数字信号处理层面实现时分复用。 在光网络中的应用： 分析TDM在不同网络层级的应用，例如在SDH/SONET网络中的作用。 最后，简要介绍码分复用（Code Division Multiplexing, CDM），虽然在传统光纤通信中不如WDM和TDM普遍，但在某些特定应用场景（如某些无源光网络）中也有应用。 第四章 光纤放大器与再生器 本章重点介绍光纤放大器和光再生器，它们是克服光信号衰减、延长传输距离的关键设备。 光纤放大器（Optical Amplifier）： 掺铒光纤放大器（Erbium-Doped Fiber Amplifier, EDFA）： 这是目前最主流的光纤放大器。本书将详细阐述EDFA的工作原理，包括泵浦机制、能级跃迁、增益过程以及工作波段（E波段，1530nm-1565nm）。同时，分析EDFA的性能指标，如小信号增益、增益平坦度、噪声系数、输出功率等，并探讨其在各种光通信系统中的应用。 其他类型光纤放大器： 简要介绍拉曼放大器（Raman Amplifier）等其他类型的光纤放大器，分析其工作原理和特点。 光再生器（Optical Regenerator）： 作用： 光再生器不仅能够放大光信号，还能够对信号进行整形、时钟提取和数据判决，从而完全恢复信号的完整性，克服累积的噪声和失真。 组成与原理： 详细介绍光再生器的组成部分，包括光电转换、电子信号处理（时钟提取、再生、编码/解码）和电光转换等。 与光放大器的区别： 强调光再生器与光放大器在功能上的根本区别，以及其在长距离、超长距离传输系统中的重要性。 第五章 光网络架构与协议 本章将视角从器件和单通道传输提升到整个光网络层面，介绍光网络的设计、架构以及相关的通信协议。 光网络拓扑结构： 点对点（Point-to-Point）网络： 最简单的网络结构。 总线（Bus）网络： 星型（Star）网络： 环形（Ring）网络： 分析其在保护倒换机制中的优势。 网格（Mesh）网络： 探讨其高可靠性和可扩展性。 混合拓扑： 主要光网络类型： 同步光纤网络（Synchronous Optical Networking, SONET）/同步数字体系（Synchronous Digital Hierarchy, SDH）： 详细介绍SONET/SDH的网络架构、帧结构、复用等级、管理和保护机制，以及它们在传统的长途骨干网中的应用。 无源光网络（Passive Optical Network, PON）： 重点介绍PON的基本原理、网络结构（OLT、ONU/ONT、分光器）、上下行传输机制、多址技术（如TDMA）以及不同类型的PON（如EPON、GPON）。分析PON在接入网中的优势，如降低成本、简化维护。 数据通信网络（Data Communication Networks）中的光互连： 讨论光纤在局域网（LAN）、城域网（MAN）和广域网（WAN）中的应用，以及其与其他网络的互联方式。 光网络协议与标准： GMPLS（Generalized Multi-Protocol Label Switching）： 介绍GMPLS如何在光层实现多协议标签交换，以及它在构建可编程、动态、自动化的光网络中的作用。 IP/MPLS与光网络的协同： 探讨IP over WDM、MPLS over WDM等技术，以及如何实现IP层和光层之间的有效协同和管理。 SDN（Software-Defined Networking）在光网络中的应用： 介绍SDN的思想如何应用于光网络，以及如何通过集中式的控制器实现对光网络的智能化管理和资源调度。 第六章 光网络性能评估与优化 本章关注如何评估光网络系统的性能，并介绍一些优化技术。 性能指标： 误码率（Bit Error Rate, BER）： 描述数据传输的可靠性。 信噪比（Signal-to-Noise Ratio, SNR）/信光比（Optical Signal-to-Noise Ratio, OSNR）： 评估信号的质量。 抖动（Jitter）与漂移（Wander）： 影响时钟恢复和信号同步。 眼图（Eye Diagram）： 直观地评估信号的完整性和误码特性。 网络延迟（Latency）与时延抖动（Jitter）： 影响实时通信和应用性能。 链路容量（Link Capacity）与网络吞吐量（Network Throughput）： 衡量网络的承载能力。 性能评估方法： 仿真分析（Simulation）： 使用专业的仿真软件对光通信系统进行建模和分析。 实际链路测试： 通过测试仪器进行现场测量。 优化技术： 色散补偿技术（Dispersion Compensation）： 详细介绍色散补偿光纤（DCF）、光栅补偿、电子色散补偿（EDC）等技术。 码型设计与编码： 如前向纠错（Forward Error Correction, FEC）的原理和应用，以及其如何提高系统容错能力。 功率预算（Power Budget）与链路增益预算（Gain Budget）： 分析如何设计合理的功率分配以保证信号质量。 网络流量工程（Traffic Engineering）： 如何通过优化路径选择和资源分配来提高网络整体性能。 第七章 未来光通信技术展望 本章将展望光通信领域的未来发展方向，包括但不限于： 超高速率光通信： 探讨1Tb/s、2Tb/s及更高速率的调制格式与技术挑战。 空分复用（Space Division Multiplexing, SDM）： 利用多芯光纤或多芯带状光纤来进一步提高传输容量。 相干光通信的进一步演进： 如相干探测技术的创新以及与人工智能的结合。 下一代PON技术： 如25G PON、50G PON等，以满足日益增长的宽带接入需求。 光计算与光通信的融合： 探索光信号在信息处理中的应用。 量子通信与光通信的结合： 讨论量子密钥分发（QKD）等技术的潜力。 人工智能（AI）在光网络中的应用： 如AI辅助的网络监控、故障预测、资源调度和性能优化。 本书旨在提供一个全面而深入的光通信系统与网络知识体系，帮助读者理解其复杂性，并为进一步的研究和实际应用打下坚实基础。通过对各个章节的学习，读者将能够掌握光信号如何在现代通信网络中高效、可靠地传输，并对未来的发展趋势有清晰的认识。
