光纖通信

前言

　　光纖通信是通信領(lǐng)域的重大技術(shù)革命，光纖通信以其獨(dú)特的優(yōu)越性，已成為現(xiàn)代通信發(fā)展的主流方向。沒(méi)有光纖通信，就沒(méi)有今天國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)的巨大規(guī)模，現(xiàn)代信息社會(huì)的發(fā)展也就不可能這樣快速?！　‖F(xiàn)在，我國(guó)絕大部分傳統(tǒng)的電纜通信已經(jīng)被光纖通信所取代，光纖通信在公用通信網(wǎng)和專用通信網(wǎng)上獲得了廣泛的應(yīng)用，社會(huì)上急切需要掌握光纖通信技術(shù)的人才。因此，編寫出合適的光纖通信教材是符合當(dāng)前社會(huì)需求的。　　到目前為止，國(guó)內(nèi)外的光纖通信書籍已有上百種之多。這些書本的編寫風(fēng)格大體上可以分為三類：第一類是光纖原理側(cè)重型，對(duì)光纖通信設(shè)備介紹不多；第二類是學(xué)說(shuō)研究為主型，對(duì)光纖通信正在研究之中的新技術(shù)探討較多，而對(duì)光纖通信的實(shí)用知識(shí)和技術(shù)介紹則少；第三類是光纖特性和通信設(shè)備兼顧型?！　”緯窃谧髡邽槲錆h大學(xué)電子信息學(xué)院開設(shè)的光纖通信課程使用的講稿的基礎(chǔ)上，進(jìn)行再加工而編寫完成的。本書作為教材采用了上述第三種類型，取材力求符合以下三個(gè)原則：　　1．突出實(shí)用性　　光纖通信是一門技術(shù)性很強(qiáng)的學(xué)科，實(shí)用性是光纖通信教材所應(yīng)達(dá)到的首要目標(biāo)，應(yīng)當(dāng)使讀者通過(guò)學(xué)習(xí)，不僅掌握光纖波導(dǎo)的原理，也能掌握光纖通信的原理，還能掌握典型的光纖通信設(shè)備。顯然，為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，光纖通信教材不能只介紹原理而不介紹設(shè)備。在介紹設(shè)備時(shí)，應(yīng)系統(tǒng)地介紹設(shè)備中的關(guān)鍵部分，即實(shí)際的電路組成，而不能只介紹一些非實(shí)際的電路，這樣容易誤導(dǎo)讀者。為此，本書將原理與設(shè)備合寫在一本書內(nèi)，設(shè)備中的典型電路是以國(guó)內(nèi)光端機(jī)的主流產(chǎn)品為主選用的。同時(shí)，本書在相關(guān)內(nèi)容中還較多介紹了ITU—T（CcITT）等標(biāo)準(zhǔn)，以增加讀者的實(shí)際知識(shí)。　　2．注重知識(shí)的系統(tǒng)性與必要性相結(jié)合　　光纖通信涉及多種學(xué)科，覆蓋知識(shí)面廣。其中既有基礎(chǔ)知識(shí)，也有現(xiàn)代知識(shí)；既有理論問(wèn)題，也有技術(shù)問(wèn)題，包含光與電以及路、場(chǎng)、網(wǎng)等內(nèi)容。由于知識(shí)內(nèi)容很多，如果單純看重每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的系統(tǒng)性而編寫教材，就會(huì)使教材篇幅過(guò)于龐大，容易造成重點(diǎn)不突出，并且龐大的篇幅也為有限的學(xué)時(shí)所不允許。所以，本書在選材時(shí)，是以光纖通信的基本組成為主線選取內(nèi)容，這樣就可以保證總體的系統(tǒng)性。而主線上各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)容分量，則盡可能減少與先行課程的重復(fù)，同時(shí)注重選用那些最具必要性（即前面不介紹則后面難以學(xué)習(xí)）的知識(shí)內(nèi)容?！　?．注重新穎性與近期可行性相結(jié)合　　光纖通信是一門發(fā)展十分迅速的新興技術(shù)科學(xué)，所提出的新原理、新方法和新技術(shù)很多，有些_已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，有些可望在近期實(shí)現(xiàn)，有些可能需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)問(wèn)才能實(shí)現(xiàn)，也有的可能最終不能實(shí)現(xiàn)商用化。所以，我們?cè)诰帉懡滩臅r(shí)不能為了增加新穎性而不加選擇地介紹過(guò)　　多的尚未實(shí)現(xiàn)的東西，本教材只對(duì)已實(shí)現(xiàn)和近期可以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)給予較詳細(xì)的介紹，這樣給　　讀者一個(gè)可望也可及的實(shí)在感覺(jué)。　　鑒于光纖通信技術(shù)的飛速發(fā)展，加之作者水平有限，本書內(nèi)容會(huì)有不妥之處，敬請(qǐng)讀者　　指正，以便再版時(shí)更正?！　。ㄗⅲ号c本書配套的習(xí)題集與解答，將單獨(dú)出版）　　作　者　　2004年2月　　于武昌珞珈山

內(nèi)容概要

　　《光纖通信：原理、設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用》共分五章。第一章闡述光纖通信的基本概念；第二章介紹光纖的基本結(jié)構(gòu)、傳光原理和特性參數(shù)；第三章介紹光纖通信收發(fā)設(shè)備的基本構(gòu)成和各個(gè)單元電路的功能實(shí)現(xiàn)；第四章介紹光纖數(shù)字通信系統(tǒng)的傳輸體制、基本質(zhì)量指標(biāo)、總體設(shè)計(jì)、性能測(cè)量，以及新一代光纖數(shù)字通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)；第五章介紹光纖通信技術(shù)在現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用?！　”緯鴥?nèi)容具有實(shí)用性、系統(tǒng)性、新穎性三大特點(diǎn)，既注重光纖通信基本原理與基本方法的闡述，又注重實(shí)際知識(shí)和實(shí)際技術(shù)的介紹，還注重電子設(shè)備和光學(xué)設(shè)備內(nèi)容的均衡合理。力求使讀者通過(guò)閱讀本書，不僅能掌握光纖波導(dǎo)和光纖通信的基本原理，還能掌握典型的光纖通信設(shè)備，了解光纖通信在現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用與發(fā)展?！　”緯梢宰鳛楦叩仍盒Ｍㄐ殴こ獭㈦娮有畔⒐こ?、電子信息科學(xué)與技術(shù)、光信息科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)的本科生和研究生光纖通信課程教材使用，也適合其它相關(guān)專業(yè)的大學(xué)生和工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)或參考。

書籍目錄

第一章 概述1.1 光纖通信的基本概念1.2 光纖通信系統(tǒng)的構(gòu)成及分類1.3 數(shù)字話路基礎(chǔ)知識(shí)第二章 光纖2.1 光纖的基本概念2.2 光纖傳光原理2.3 光纖特性參數(shù)2.4 光纖在通信領(lǐng)域中的應(yīng)用第三章 光收發(fā)設(shè)備3.1 光端機(jī)的基本概念3.2 光發(fā)送電路3.3 光接收電路3.4 輸入電路3.5 輸出電路3.6 光中繼器第四章 光纖數(shù)字通信系統(tǒng)4.1 光纖數(shù)字通信系統(tǒng)的兩種主要傳輸體制4.2 光纖數(shù)字通信系統(tǒng)的基本質(zhì)量指標(biāo)4.3 光纖數(shù)字通信系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)4.4 光纖數(shù)字通信系統(tǒng)的測(cè)量4.5 新一代光纖數(shù)字通信系統(tǒng)第五章 光纖通信在現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用5.1 光纖通信在現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)中的重要地位5.2 光纖接入網(wǎng)5.3 光纖局域網(wǎng)5.4 光纖城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)5.5 未來(lái)的全光網(wǎng)絡(luò)附錄 英漢對(duì)照名詞索引參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　光纖通信系統(tǒng)分為光纖數(shù)字通信系統(tǒng)和光纖模擬通信系統(tǒng)兩大類型。本書只討論光纖數(shù)字通信系統(tǒng)，對(duì)于這類系統(tǒng)．目前普遍使用的是脈沖編碼-強(qiáng)度調(diào)制（PCM-IM）型光纖數(shù)字通信系統(tǒng)。其中電端機(jī)是采用脈沖編碼調(diào)制（PCM）方式的數(shù)字復(fù)用設(shè)備（即包括A／D、D／A變換和復(fù)接、分接設(shè)備）。光端機(jī)是采用強(qiáng)度調(diào)制（IM）方式的光／電和電／光轉(zhuǎn)換設(shè)備?！　?．1．2　光端機(jī)基本框圖　　圖3-2給出了光端機(jī)的基本組成框圖。可以看出，光端機(jī)是由輸入電路、輸出電路、光發(fā)送電路、光接收電路以及其它一些輔助電路（包括監(jiān)控、告警。以及圖中沒(méi)有畫出的公務(wù)電話、區(qū)間通信、自動(dòng)倒換、電源等電路）所組成。其中輸入電路包含輸入接口和碼型變換兩個(gè)部分，輸出電路包含輸出接口和碼型反變換兩個(gè)部分。　　輸入電路和光發(fā)送電路一起構(gòu)成光端機(jī)的發(fā)送單元，輸出電路和光接收電路一起則構(gòu)成光端機(jī)的接收單元。　　下面分別討論光端機(jī)各個(gè)組成部分的功能：　　一、輸入電路　　輸入電路包括輸入接口、碼型變換兩個(gè)部分，其功能分別為：　　1．輸入接口　　其作用有兩個(gè)，即：　　（1）用阻抗特性合適的同軸電纜將光端機(jī)與電端機(jī)連接起來(lái)?！　。?）將電端機(jī)（即數(shù)字復(fù)接設(shè)備）輸出的PCM電脈沖信號(hào)（基群、二次群、三次群為HDB3碼，四次群為CMI碼）變換成為單極性的不歸零二進(jìn)制電脈沖信號(hào)（稱為NRZ碼）。　　2．碼型變換　　其作用是將輸入接口送來(lái)的NRZ碼電脈沖信號(hào)變換成為光纖碼型電脈沖信號(hào)。所謂光纖碼型，是適合在光纖中傳輸?shù)拇a型?！　《⒐獍l(fā)送電路　　其作用是將碼型變換電路輸出的光纖碼型電脈沖信號(hào)進(jìn)行E／O轉(zhuǎn)換，使之變換成為光纖碼型光脈沖信號(hào)，送入光纖傳輸?！　∪⒐饨邮针娐贰　∑渥饔檬菍⒐饫w傳送過(guò)來(lái)的光纖碼型光脈沖信號(hào)（有失真）進(jìn)行O／E轉(zhuǎn)換、放大及均衡處理，使之變換成與發(fā)送端波形相同的光纖碼型電脈沖信號(hào)?！　∷?、輸出電路　　輸出電路包括輸出接口、碼型反變換兩個(gè)部分，其功能分別為：　　1．碼型反變換　　其作用是將光接收電路輸出的光纖碼型電脈沖信號(hào)還原成為NRZ碼電脈沖信號(hào)?！　?．輸出接口　　其作用是將碼型反變換電路輸出的NRZ碼電脈沖信號(hào)還原成合適碼型（HDB3碼或CMI碼）的PCM電脈沖信號(hào)，并經(jīng)同軸電纜輸送給電端機(jī)?！　∥?、監(jiān)控　　其作用是對(duì)光端機(jī)各個(gè)部分進(jìn)行不中斷業(yè)務(wù)的監(jiān)測(cè)。監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控中心及監(jiān)控站組成，各個(gè)監(jiān)控站的監(jiān)控參量由該站的微處理器進(jìn)行處理及顯示，并傳送到監(jiān)控中心?！　×?、告警　　其作用是根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)結(jié)果，當(dāng)通信質(zhì)量受到影響時(shí)，及時(shí)發(fā)出聲、光告警?！　∑?、其它電路　　倒換系統(tǒng)：其作用是當(dāng)光端機(jī)性能惡化影響通信時(shí)，可自動(dòng)或手動(dòng)倒換到備用系統(tǒng)上工作?！　^(qū)間通信：其作用是為傳輸線路上的中間站點(diǎn)提供上、下線路的通信功能?！　」珓?wù)電話：其作用是為值機(jī)維護(hù)人員提供公務(wù)使用的聯(lián)絡(luò)電話，用于端站與端站、端站與中繼站之間系統(tǒng)的維護(hù)與管理?！　^(qū)間通信和公務(wù)電話通常是在碼型變換時(shí)，采用TDM復(fù)用方式，插入填充碼元構(gòu)成輔助信道來(lái)實(shí)現(xiàn)的?！　“恕⒐╇娤到y(tǒng)　　其作用是將機(jī)房供給的-60V、-48V、-24V直流電壓變換成光端機(jī)各個(gè)部分所需要的±12V、±8V、±5V等工作電壓?！　　?．2光發(fā)送電路　　3．2．1基本組成和主要性能指標(biāo)　　一、光發(fā)送電路的基本組成　　光發(fā)送電路主要是由驅(qū)動(dòng)電路、發(fā)光器件、自動(dòng)功率控制（APC）電路、自動(dòng)溫度控制（ATC）電路組成，其中心功能是將輸入電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為輸出光脈沖信號(hào)，即進(jìn)行電／光轉(zhuǎn)換。圖3—3給出了光發(fā)送電路基本組成框圖。其中發(fā)光器件使用激光二極管或發(fā)光二極管。驅(qū)動(dòng)電路起調(diào)制作用，調(diào)制分為內(nèi)調(diào)制（即直接調(diào)制）和外調(diào)制（即間接調(diào)制）。內(nèi)調(diào)制是直接在光源上調(diào)制，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，廣泛用于光纖通信系統(tǒng)中；外調(diào)制是在光輸出通路上加調(diào)制器，對(duì)光源性能影響小，但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，目前未能廣泛應(yīng)用。圖中給出的驅(qū)動(dòng)電路，是用輸入電信號(hào)的大小來(lái)直接調(diào)制發(fā)光器件的發(fā)光強(qiáng)度，所以屬于內(nèi)調(diào)制。驅(qū)動(dòng)電路的輸入電脈沖信號(hào)和發(fā)光器件的輸出光脈沖信號(hào)都要求是光纖碼型信號(hào)。APC電路用來(lái)使輸出光信號(hào)的功率穩(wěn)定而不隨外界條件變化，ATC電路用來(lái)使發(fā)光器件工作溫度恒定。發(fā)光器件與光纖的耦合通常采用微透鏡將發(fā)光器件輸出的光信號(hào)聚焦在光纖的入射端面上，再進(jìn)入光纖內(nèi)。　　3．2．2　發(fā)光器件（LD和LED）　　一、激光：極管（LD：Laser Diode）　　1．基本結(jié)構(gòu)　　圖3-4給出了激光二極管的基本結(jié)構(gòu)框圖。可以看出。激光二極管是由p-n結(jié)半導(dǎo)體　　材料、前鏡面、盾鏡面、電激勵(lì)等構(gòu)成的。其中前鏡面具有部分反射功能（其透射發(fā)出光稱為前向光）。后鏡面具有全部反射或部分反射功能（從具有部分反射功能的后鏡面透射發(fā)出的光稱為背向光）。前、后鏡面之間夾有p-n結(jié)半導(dǎo)體材料，一起構(gòu)成光學(xué)諧振腔．電激勵(lì)用來(lái)使半導(dǎo)體材料處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)。激光從前鏡面輸出?！　?．LD的工作原理　　……

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