光纤通信

信息传输是信息社会发展的重要支柱，而光纤传输技术的发展决定着整个通信网络的发展。光纤通信经过短短几十年的发展，在扩大网络传输容量方面起到了其他方式不可替代的作用。在当今信息高速网络的发展中，光纤通信又一次进入了现代光纤传输网络的建设高潮。展望未来，光纤通信仍将一如既往地向前发展，把通信网从电到光推向更高的台阶；不仅在传输，而且在网络核心、网络边缘，都将引入光纤通信，终把光纤送到千家万户。

为了适应光纤通信技术发展的快速性、知识更新强烈的需求性，作者融合了光纤通信系统、光纤通信传输技术和光传送网技术的精华内容，特别结合了发展，加强了光纤通信系统应用、分组传送网（PTN）技术和光传送网（OTN）技术等内容，力求给读者一个全面、系统，从理论到实际应用的光纤通信的完整框架。

本书共分7章，前3章为光纤通信系统的基本原理，第4章则从系统角度解读光纤通信的应用，后3章侧重光传输技术及光网络技术，紧跟光纤通信成果，使读者感知光纤通信的飞速发展。其中，第1章介绍光纤通信的基本概念、特点，光纤通信系统的基本组成和发展趋势等；第2章论述光纤结构、光纤导光原理等；第3章论述光无源器件和光放大器等器件；第4章从典型光纤通信系统及系统的性能指标与设计出发，重点介绍光波分复用系统、ROF系统等应用实例；第5章详细介绍同步数字传输体系（SDH）的基本构成、帧结构、复用和映射、指针等技术，并介绍多业务传送平台（MSTP）技术；第6章主要介绍分组传送网（PTN）的基本概念、结构及技术应用等；第7章系统介绍光传送网(OTN)的概念。

本书由李云霞和蒙文策划、主编并统稿，康巧燕、徐志燕、马丽华、石磊、李凡参与了全书内容的编写工作，蒙雨茜和李慧敏对本书的编写做了大量的工作。在此，对同事们的大力支持和帮助表示衷心的感谢。本书参考了相关专业现已出版的部分教材和著作（详见参考文献），在此对相关作者一并表示诚挚的谢意。

由于作者水平所限，书中难免存在疏漏、错误和不足之处，恳请读者批评指正。

作者

2016年4月

光纤通信

本书涵盖了光纤通信专业的相关内容，包括光纤通信系统、光纤通信传输技术、分组传送网（PTN）技术和光传送网（OTN）技术。作者在编写过程中结合了光纤通信的zui新发展及实际应用情况，精选了部分思考与练习题，为学生自主学习提供了方便。

本书内容系统全面，材料充实丰富，可供通信工程专业本科生及相关专业的高年级学生使用，也可作为通信专业的技术人员和通信管理干部的参考书。

第1章概论1

1.1光纤通信的基本概念1

1.2光纤通信系统的基本组成2

1.3光纤通信的特点与应用4

1.3.1光纤通信的特点4

1.3.2光纤通信的应用5

1.4光纤通信的发展和演变6

1.4.1光纤、光缆6

1.4.2光纤通信系统7

1.4.3光纤通信网络7

思考与练习题9

第2章光纤传输原理及传输特性10

2.1光纤的结构与分类10

2.1.1光纤的结构10

2.1.2光纤的分类11

2.1.3光纤的制造工艺12

2.2光纤的传输原理13

2.2.1用射线理论分析光纤的传输原理13

2.2.2用波动理论分析光纤的传输原理16

2.3光纤的传输特性24

2.3.1光纤的损耗特性24

2.3.2光纤的色散特性27

2.3.3光纤的非线性效应28

2.4单模光纤的性能参数及种类31

2.4.1光纤的主要性能参数31

2.4.2单模光纤的种类31

2.5光纤接续32

2.6光缆34

2.6.1光缆的基本结构34

2.6.2光缆的分类34

思考与练习题36

第3章光纤通信系统的基本器件37

3.1光纤通信用光源37

3.1.1半导体光源的发光机理37

3.1.2发光二极管LED39

3.1.3半导体激光器LD40

3.2光检测器43

3.2.1PIN光电二极管43

3.2.2雪崩光电二极管APD44

3.3光放大器45

3.3.1光放大器的作用与分类45

3.3.2掺铒光纤放大器47

3.3.3拉曼光纤放大器51

3.4光纤连接器54

3.4.1光纤连接损耗55

3.4.2光纤连接器的性能参数55

3.4.3光纤连接器的外形56

3.4.4光纤连接器的插针端面57

3.5光耦合器57

3.5.1光耦合器的性能参数58

3.5.2各种光耦合器59

3.6光开关61

3.6.1光开关的作用61

3.6.2光开关的种类61

思考与练习题66

第4章光纤通信系统及设计67

4.1光发送机67

4.1.1光发送机的组成67

4.1.2调制方式68

4.1.3光发送机的主要技术要求69

4.1.4光源与光纤的耦合69

4.2光接收机70

4.2.1光接收机的组成70

4.2.2集成光接收机72

4.2.3光接收机的主要技术指标72

4.3光中继器与分插复用器73

4.3.1光中继器73

4.3.2分插复用器73

4.4光波分复用系统74

4.4.1光波分复用技术的定义74

4.4.2光波分复用系统的基本形式77

4.4.3光波分复用技术的特点78

4.4.4光波长区的分配79

4.4.5光波分复用器80

4.5ROF系统概述86

4.5.1ROF系统的构成86

4.5.2ROF技术的应用现状87

4.5.3ROF系统的基本原理87

4.5.4ROF系统的特点88

4.6系统的性能指标89

4.6.1误码性能89

4.6.2抖动性能90

4.7系统结构91

4.7.1点到点连接91

4.7.2广播和分配网92

4.7.3局域网92

4.8光纤损耗和色散对系统性能的影响93

4.8.1损耗限制系统93

4.8.2色散限制系统94

4.9光纤通信系统的设计95

4.9.1功率预算95

4.9.2上升时间预算96

4.9.3色散预算97

4.9.4系统功率代价98

思考与练习题101

第5章同步数字传输体系102

5.1SDH的引入102

5.1.1准同步数字系列PDH102

5.1.2PDH的复用102

5.1.3PDH的缺点103

5.1.4SDH的特点104

5.1.5SDH的基本组成105

5.1.6我国SDH的网络结构107

5.1.7SDH的发展109

5.2分层模型与帧结构109

5.2.1SDH传送网分层模型109

5.2.2SDH的帧结构110

5.2.3段开销112

5.3复用和映射115

5.3.1复用的基本原理115

5.3.2复用的结构116

5.3.3映射的基本原理120

5.3.42048 kb/s到STM1的映射和复用122

5.3.534.368 Mb/s到STM1的映射和复用129

5.3.6139.264 Mb/s到STM1的映射和复用131

5.3.74个AUGN复用进AUG4N131

5.3.8ATM信元的映射132

5.3.9IP数据包的映射134

5.4指针134

5.4.1指针的作用134

5.4.2指针的位置134

5.4.3指针的调整135

5.4.4支路单元指针调整技术139

5.5SDH网同步140

5.5.1网同步的基本原理140

5.5.2数字网中的同步方式141

5.5.3从时钟的工作方式143

5.5.4我国SDH同步网的结构143

5.5.5定时基准的分配144

5.5.6同步网定时信号传输链146

5.5.7SDH网元设备定时147

5.6网络保护技术148

5.6.1基本的网络拓扑结构148

5.6.2链形网149

5.6.3环形网——自愈环152

5.6.4复杂网络的拓扑结构及特点159

5.7基于SDH的多业务传送平台（MSTP）161

5.7.1MSTP的功能结构162

5.7.2MSTP承载以太网业务的核心技术162

5.7.3MSTP的主要特点163

思考与练习题164

第6章分组传送网（PTN）166

6.1PTN概述166

6.2PTN的体系结构168

6.2.1PTN的分层结构168

6.2.2PTN的功能平面169

6.3PTN的关键技术170

6.4PTN的技术特点及应用176

6.4.1PTN的技术特点176

6.4.2PTN的应用177

思考与练习题181

第7章光传送网（OTN）182

7.1OTN的基本概念182

7.1.1OTN技术的背景182

7.1.2OTN概念的特点182

7.1.3OTN标准的进展185

7.2OTN体系架构186

7.2.1OTN分层及接口186

7.2.2OTN光传送模块189

7.2.3OTN帧结构和开销193

7.2.4OTN复用/映射结构197

7.3OTN保护与恢复199

7.3.1线性保护技术200

7.3.2环网保护技术203

7.3.3网状网恢复技术205

7.4OTN交叉连接技术206

7.4.1OTN电交叉连接技术207

7.4.2OTN光交叉连接技术209

7.4.3OTN通用交叉连接技术214

7.5可重构光分插复用器（ROADM）215

7.5.1ROADM节点的结构215

7.5.2ROADM技术的实现217

7.5.3ROADM组网的应用220

思考与练习题222

参考文献223