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第1章 海底光缆通信系统概述1

1.1 海底光缆通信系统在世界通信网络中的地位和作用1

1.1.1 国内网络2

1.1.2 地区网络2

1.1.3 洲际网络3

1.1.4 专用网4

1.1.5 海底光缆通信系统组成和分类4

1.2 海底光缆通信系统发展历程6

1.2.1 海底光缆通信系统发展过程6

1.2.2 第四代海底光缆通信系统技术介绍9

1.2.3 连接中国的海底光缆通信系统发展简况14

1.3 海底光缆通信系统标准简介16

1.3.1 光纤通信系统技术标准化组织及其有关标准16

1.3.2 ITU-T规范的光传输网（OTN）17

1.3.3 ITU-T海底光缆通信系统及其有关标准简介20

1.3.4 中国海底光缆通信系统标准概况24

第2章 海底光缆通信系统关键技术27

2.1 全光放大中继技术27

2.1.1 掺铒光纤放大器27

2.1.2 L波段EDFA及C＋L波段应用31

2.1.3 光纤拉曼放大技术33

2.1.4 分布式拉曼放大器等效开关增益和有效噪声指数38

2.1.5 混合使用拉曼放大和C＋L波段EDFA41

2.2 光调制技术42

2.2.1 光调制技术原理42

2.2.2 光调制技术分类44

2.2.3 光双二进制滤波调制46

2.2.4 差分相移键控（DPSK）47

2.2.5 差分正交相移键控（DQPSK）49

2.2.6 数模转换（DAC）正交幅度调制（QAM）53

2.2.7 光数模转换（ODAC）正交幅度调制（QAM）55

2.2.8 多维调制及几种调制格式比较59

2.2.9 高符号率系统使用的快速DAC60

2.3 前向纠错技术62

2.3.1 前向纠错技术概述62

2.3.2 ITU-T前向纠错标准和实现方法62

2.4 光纤技术66

2.4.1 超低损耗光纤对海底光缆通信系统的重要性66

2.4.2 超低损耗纯硅芯光纤设计制造性能67

2.5 光纤色散补偿和管理技术68

2.5.1 光纤色散补偿和管理技术原理68

2.5.2 光纤色散补偿技术69

2.5.3 光纤色散管理技术71

2.6 波分复用技术74

2.6.1 波分复用概念74

2.6.2 AWG复用／解复用器75

2.6.3 光线路终端（OLT）76

2.7 偏振复用／相干接收技术77

2.7.1 偏振复用／相干接收技术在100 Gbit／s海底光缆通信系统中的应用77

2.7.2 光偏振及其复用78

2.7.3 相干检测接收79

2.7.4 偏振复用／相干接收系统81

2.8 数字信号处理（DSP）技术83

2.8.1 DSP在高比特率光纤通信系统中的作用83

2.8.2 数字信号处理（DSP）技术的实现86

2.8.3 100G系统数字信号处理器（DSP）88

2.8.4 400G系统数字信号处理器（DSP）89

2.8.5 高速DAC适配数字预均衡92

2.9 奈奎斯特脉冲整形及其系统93

2.9.1 奈奎斯特脉冲整形概念93

2.9.2 连续三个辛格形状奈奎斯特脉冲的时域图和频谱图95

2.9.3 奈奎斯特发射机／接收机及其系统95

2.10 100G超长距离DWDM系统技术97

2.10.1 100G超长距离DWDM系统关键技术97

2.10.2 100G超长距离DWDM系统传输实验99

2.10.3 100G超长距离DWDM系统光收发模块103

2.11 400G光传输系统技术105

2.11.1 400G光传输系统技术概述105

2.11.2 400G光传输系统实验107

2.11.3 单载波400G传输系统技术113

2.11.4 双载波400G传输系统技术117

2.11.5 4载波400G传输系统技术120

2.11.6 400G系统传输技术比较122

2.11.7 长／超长距离传输对400G系统的要求126

第3章 光中继海底光缆通信系统129

3.1 光中继海底光缆通信系统概述129

3.1.1 光中继海底光缆通信系统构成129

3.1.2 光中继海底光缆系统进展过程132

3.1.3 高速光中继海底光缆通信系统进展134

3.2 海底光中继器136

3.2.1 双向传输光中继器137

3.2.2 实用光中继器139

3.2.3 光中继器EDFA驱动监控142

3.3 线路监视和故障定位143

3.3.1 单信道光中继传输系统在线监视143

3.3.2 多信道光中继传输系统在线监视145

3.3.3 相干光时域反射仪（C-OTDR）146

3.3.4 故障定位149

3.4 供电设备152

3.4.1 海底光缆系统供电方式152

3.4.2 点—点远供电源系统设计152

3.4.3 电压预算及接地考虑156

3.4.4 干线—分支远供电源系统设计157

3.4.5 终端传输设备恒流高压产生159

3.4.6 供电设备组成160

3.4.7 PFE在发生光缆断裂时的反应161

3.4.8 中继器取电设计162

3.5 光分支单元163

3.5.1 光分支单元概述163

3.5.2 无源／有源分支单元165

3.5.3 波长分插分支单元166

3.6 增益均衡166

3.6.1 增益均衡概述166

3.6.2 无源均衡器169

3.6.3 有源斜率均衡器170

3.7 终端传输设备171

3.7.1 终端传输设备概述171

3.7.2 2.5 Gbit／s WDM系统终端传输设备172

3.7.3 5 Gbit／s WDM系统终端传输设备175

3.7.4 10 Gbit／s WDM系统终端传输设备178

3.8 SEA-ME-WE海底光缆通信系统187

3.8.1 SEA-ME-WE概述187

3.8.2 SEA-ME-WE系统构成188

3.8.3 SEA-ME-WE-3系统升级及其性能190

第4章 无中继海底光缆通信系统193

4.1 无中继海底光缆通信系统发展历程193

4.1.1 无中继海底光缆通信系统概述193

4.1.2 无中继海底光缆通信系统进展195

4.2 单波长无中继海底光缆通信系统199

4.2.1 无中继海底光缆通信系统构成199

4.2.2 10 Gbits无中继601 km单载波传输实验200

4.3 无中继WDM海底光缆通信实验系统202

4.3.1 100×10 Gbit／s无中继350 km传输实验203

4.3.2 4×43 Gbit／s无中继485 km传输实验204

4.3.3 64×43 Gbit／s PM-BPSK相干检测无中继440 km传输实验206

4.3.4 8×112 Gbit／s PM-QPSK相干检测无中继300 km传输实验208

4.3.5 16×400 Gbit／s WDM偏振复用16QAM无中继传输系统210

4.4 无中继海底光缆通信系统传输终端211

4.4.1 光功率增强放大器212

4.4.2 前置光放大器213

4.4.3 远端泵浦技术214

4.4.4 光发射机219

4.4.5 光接收机219

4.5 无中继系统维护219

第5章 海底光缆通信系统技术设计221

5.1 海底光缆通信系统设计总则221

5.1.1 海底光缆通信系统设计概述221

5.1.2 海底光缆通信系统设计事项222

5.2 海底光缆通信系统OSNR和Q参数226

5.2.1 Q参数和BER相关226

5.2.2 光信噪比（OSNR）228

5.2.3 OSNR和理论线性Q参数相关229

5.2.4 光中继系统OSNR计算231

5.2.5 无中继系统OSNR计算235

5.2.6 接收端混合使用EDFA和分布式拉曼放大OSNR计算237

5.3 海底光缆通信系统光功率预算240

5.3.1 WDM海底光缆通信系统光功率预算240

5.3.2 相干检测WDM海底光缆通信系统光功率预算243

5.4 海底光缆通信系统技术设计实例245

5.4.1 无中继放大系统功率预算245

5.4.2 数字线路段（DLS）Q参数预算246

5.4.3 光中继系统OSNR计算247

5.5 海底光缆通信系统技术设计249

5.5.1 光中继海底光缆通信系统技术设计考虑249

5.5.2 光中继间距设计251

5.5.3 无中继海底光缆通信系统技术设计考虑253

5.6 海底光缆通信系统升级254

5.6.1 在现有设备基础上升级255

5.6.2 利用先进终端设备技术升级255

第6章 海底光缆通信系统工程设计257

6.1 海底光缆通信系统工程设计概述257

6.1.1 海底光缆路由预选257

6.1.2 海底光缆路由勘察258

6.2 系统路由／登陆点选择原则258

6.2.1 系统路由选择原则258

6.2.2 系统登陆点选择原则259

6.3 海底光缆系统拓扑结构259

6.3.1 点对点系统259

6.3.2 星形260

6.3.3 分支星形260

6.3.4 花边形261

6.3.5 干线分支形261

6.3.6 环形及其保护263

6.3.7 分支环形264

6.4 海底光缆选择265

6.4.1 海底光缆分类及应用265

6.4.2 海底光缆电气及机械性能268

6.4.3 海底光缆用光纤269

6.4.4 海底光缆选择注意事项271

6.5 海底光缆通信系统的设备选购273

6.5.1 无中继设备选购及兼容性考虑273

6.5.2 光中继设备选购及兼容性考虑274

第7章 海底光缆通信系统可靠性设计及安全性考虑277

7.1 海底光缆通信系统可靠性设计277

7.1.1 可靠性参数及可靠性要求277

7.1.2 故障率分析279

7.1.3 质量控制和可靠性保证措施281

7.2 海底光缆通信系统可靠性预算283

7.2.1 光中继器故障率／故障概率预算283

7.2.2 插件板故障率／MTBF预算285

7.2.3 系统MTBF／维修次数预算286

7.3 海底光缆通信系统安全考虑287

第8章 海底光缆通信系统测试技术及仪器289

8.1 光纤通信测量仪器289

8.1.1 光功率计289

8.1.2 光纤熔接机290

8.1.3 光时域反射仪（OTDR）291

8.1.4 相干光时域反射仪（C-OTDR）293

8.1.5 误码测试仪295

8.1.6 光谱分析仪296

8.1.7 多波长光源297

8.1.8 光衰减器297

8.1.9 综合测试仪298

8.1.10 电脉冲反射测试仪（电时域反射仪）299

8.2 光纤传输特性测量300

8.2.1 衰减测量300

8.2.2 带宽测量301

8.2.3 色散测量302

8.2.4 偏振模色散测量303

8.3 光器件参数测量304

8.3.1 拉曼开关增益和增益系数测量304

8.3.2 光源参数测量309

8.3.3 无源光器件参数测量309

8.4 光纤通信系统指标测试311

8.4.1 系统Q参数测量311

8.4.2 平均发射光功率和消光比测试312

8.4.3 光纤通信系统误码性能测试313

第9章 海底光缆通信系统运行管理和维护（OA＆M）315

9.1 海底光缆通信系统运行和管理315

9.1.1 对网络管理系统的要求315

9.1.2 电信管理网（TMN）和网络管理系统（NMS）概述316

9.1.3 海底光缆通信系统的监视系统318

9.1.4 线路终端设备（LTE）和OA＆M监控功能319

9.1.5 海底光缆通信系统运行管理和维护（OA＆M）功能321

9.1.6 海底光缆通信网络管理系统（NMS）323

9.1.7 亚太2号海底光缆通信系统网络管理系统简介326

9.1.8 通信系统网络管理接口技术328

9.2 海底光缆通信系统线路维护330

9.2.1 海底光缆保护组织及其作用330

9.2.2 海底光缆通信系统线路维护330

9.2.3 海底光缆线路施工维护措施331

9.2.4 海底光缆线路故障种类332

9.3 海底光缆线路故障监测定位333

9.3.1 线路故障定位概述333

9.3.2 海底光缆光纤故障定位333

9.3.3 海底光缆绝缘体故障定位334

9.3.4 海底光缆电极法定位335

9.3.5 海底光缆开路故障测试336

9.3.6 中继器或分支单元故障定位336

9.4 海底光缆线路故障修复337

9.4.1 海底光缆线路故障修复程序337

9.4.2 海底光缆线路故障修复过程339

9.5 海底光缆通信系统设备管理和维护技术341

9.5.1 海底光缆通信系统海底设备维护341

9.5.2 海底光缆通信系统岸上设备维护342

附录 名词术语索引345

参考文献357