光网络：系统、器件与联网技术

第1章　概论　1
1.1　电信网的总体架构　1
1.2　发展下一代电信网的驱动力　3
1.3　传送网和光传送网的基本概念　6
1.4　光网络的透明性　9
1.5　OTN与ASON的标准概貌　13
参考文献　16
第2章　光纤光缆　17
2.1　光纤的种类　17
2.2　光纤光缆的主要参数　21
2.2.1　光纤的属性　22
2.2.2　光缆的属性　30
2.2.3　链路的属性　31
2.3　主要参数的规范　32
2.3.1　光纤光缆主要参数的规范　33
2.3.2　ITU-T有关光纤光缆主要参数的规范　37
2.3.3　用于系统设计的光缆链路参数　43
2.4　新型光纤和特殊光纤　44
2.4.1　非零色散光纤　45
2.4.2　低水峰光纤　53
2.4.3　色散补偿光纤　55
参考文献　59
第3章　有源光器件　61
3.1　光源　61
3.1.1　半导体激光器　61
3.1.2　发光二极管　75
3.2　光检测器　79
3.2.1　光检测器的主要特性　79
3.2.2　PIN管　82
3.2.3　APD管　84
3.3　光集成与光电集成器件　87
3.3.1　光集成器件　87
3.3.2　光电集成电路　89
3.4　光放大器　93
3.4.1　光放大器的特点和分类　93
3.4.2　掺铒光纤放大器　95
3.4.3　掺镨氟基光纤放大器　107
3.4.4　光纤喇曼放大器　108
3.4.5　半导体光放大器　117
3.4.6　掺铒波导放大器　120
3.5　全光波长变换器　122
3.5.1　概述[11]～[14]　122
3.5.2　AOWC的类型和机理　123
参考文献　128
第4章　无源光器件　130
4.1　光纤耦合器　130
4.2　星形耦合器　136
4.3　波分复用器件　138
4.3.1　基本工作原理　138
4.3.2　衍射栅型WDM器件　141
4.3.3　介质膜滤波器型WDM器件　144
4.3.4　熔锥型WDM器件　147
4.3.5　集成光波导型WDM器件　148
4.3.6　光纤光栅型WDM器件　151
4.3.7　光间插器　152
4.4　光开关器件　154
4.4.1　光开关的分类　155
4.4.2　机械光开关[8]　156
4.4.3　固体波导光开关　157
4.4.4　其他开关　161
4.4.5　微电子机械开关[14]～[17]　164
4.4.6　各类光开关的比较　173
4.5　光调制器　174
4.5.1　电光调制器　174
4.5.2　电吸收调制器　178
4.6　光纤光栅器件　180
4.6.1　光纤光栅的工作原理和特性　180
4.6.2　光纤光栅的制作和应用　183
参考文献　187
第5章　光放大系统的传输损伤　189
5.1　光放大系统传输损伤的分类　189
5.2　光纤非线性损伤　190
5.2.1　克尔效应　191
5.2.2　受激散射　202
5.3　极化特性　206
5.4　色度色散特性　217
5.5　其他与光放大器相关的损伤　222
参考文献　227
第6章　SDH传送网　229
6.1　SDH的基本概念和特点　229
6.2　SDH的速率和帧结构　231
6.3　SDH复用和映射方法　234
6.4　SDH光接口分类与规范　237
6.5　SDH组网应用　251
6.6　高速光纤传输系统的硬件技术和光接口　255
6.6.1　高速光纤传输系统的硬件技术　255
6.6.2　40Gbit/s系统的特殊问题　257
6.6.3　使用光纤放大器的系统光接口　261
6.7　下一代SDH标准和城域网多业务平台　273
6.7.1　下一代SDH标准　273
6.7.2　城域网多业务平台　278
参考文献　291
第7章　波分复用传输系统　293
7.1　波分复用传输　293
7.1.1　波分复用传输原理　293
7.1.2　两种传输方式的特点　296
7.1.3　波分复用系统的容量演进和极限　298
7.2　波分复用系统　302
7.3　波分复用系统器件和光纤的选择　304
7.4　波分复用系统的光接口和光路设计　308
7.4.1　光接口分类　309
7.4.2　光接口参数定义和规范　312
7.4.3　光放大器的增益箝制技术　317
参考文献　321
第8章　光传送网结构　322
8.1　传送网功能结构　322
8.1.1　传送网的基本概念　322
8.1.2　网络构件[1]　323
8.1.3　网络的分层和分割[1]　333
8.2　从电联网向光联网的演进　347
8.2.1　传送网面临的挑战　347
8.2.2　从SDH向WDM演进　347
8.2.3　从WDM向ASON和全光网的演进　348
8.3　光传送网功能结构　354
8.3.1　光网络的传送功能结构　354
8.3.2　光传送网的分割　366
8.3.3　光传送网管理　370
8.3.4　光传送网生存性　378
8.3.5　不同管理域的互连和互通　381
8.4　下一代传送网的可选网络结构　385
8.4.1　IP业务对传送网结构的影响　385
8.4.2　各种可选传送网结构的特点　386
参考文献　388
第9章　网络保护和恢复　389
9.1　网络的生存性　389
9.2　网络保护和恢复　393
9.2.1　保护和恢复概念　393
9.2.2　保护和恢复分类　396
9.3　SDH保护和恢复　400
9.3.1　保护方式与机理　400
9.3.2　恢复方式与机理　414
9.3.3　各种保护和恢复方法的比较和协调　427
9.4　OTN的保护和恢复　429
9.4.1　光层保护恢复概述　429
9.4.2　基本保护恢复方法分类　433
9.5　网络的多层生存性　442
参考文献　449
第10章　光传送网节点接口　452
10.1　概述　452
10.2　光通路开销　454
10.3　光网络接口与基本信号结构　457
10.3.1　基本信号结构　459
10.3.2　ONNI信息结构定义　460
10.4　复用原理　463
10.4.1　OTM-n复用和映射结构　463
10.4.2　比特率与容量　467
10.4.3　光传送模块　469
10.4.4　OTM-n域内接口　470
10.5　光通路信息结构　472
10.5.1　OTUk帧结构　472
10.5.2　ODUk帧结构　473
10.5.3　OPUk帧结构　473
10.5.4　API接入点标识　474
10.5.5　OTUk开销功能　477
10.5.6　ODUk开销功能　481
10.5.7　OPUk OH描述　491
10.5.8　OTUk、ODUk、OPUk之间的关系　496
10.6　OTM开销与维护信号　497
10.6.1　OTM层开销　498
10.6.2　管理维护信号　500
10.7　光接口的传输控制和前向纠错　501
10.8　客户信号的映射　503
10.8.1　CBR2G5、CBR10G、CBR40G信号映射进OPUk　503
10.8.2　ATM信元映射进OPUk　506
10.8.3　GFP帧信号映射进OPUk　507
10.8.4　测试信号映射进OPUk　508
10.8.5　非特定客户比特流映射进OPUk　510
10.9　OPUk虚级联　511
10.9.1　OPUk虚级联　512
10.9.2　OPUk-Xv开销描述　513
10.10　向OTN光传送网演进的方案和策略　522
参考文献　526
第11章　光传送网功能　527
11.1　概述　527
11.2　监控过程和管理信息流　537
11.3　OTN通用进程　545
11.4　OTN层功能描述　554
11.4.1　光传输层功能　554
11.4.2　光复用段层功能　564
11.4.3　光通路层功能　568
11.4.4　OTUk层功能　572
11.4.5　ODUk层功能　575
参考文献　589
第12章　光传送网物理层接口　590
12.1　Pre-OTN光接口　590
12.1.1　OTN与Pre-OTN　590
12.1.2　OTN单通路接口　591
12.1.3　OTN多通路接口　592
12.2　术语和参数的定义　592
12.3　光接口分类　593
12.3.1　参考点　593
12.3.2　系统代码　597
12.3.3　多通路域间接口　598
12.3.4　单通路域间接口　599
12.3.5　IaDI应增加的接口及其参数　605
12.4　IrDI光接口参数要求　606
12.4.1　IrDI多通路域间接口物理层参数要求　606
12.4.2　IrDI单通路域间接口要求　608
12.4.3　CWDM 系统光接口　610
12.5　OTN系统的横向兼容性设计考虑　612
12.6　光安全进程　615
12.6.1　光功率安全性　615
12.6.2　APR功能和要求　616
12.6.3　采用OSC实现重启动进程的系统　617
参考文献　618
第13章　光分插复用和光交叉连接　620
13.1　OADM和OXC在网络中的位置　620
13.2　OADM节点结构　621
13.3　ROADM结构与OADM应用分析　624
13.4　OADM实现方案　629
13.5　全光交叉连接的特点与结构　634
13.6　全光交叉连接节点分类　637
13.6.1　基于空间交换的全光OXC结构　638
13.6.2　基于波长交换的全光OXC结构　645
13.6.3　全光OXC的挑战　648
13.7　光电光OXC与全光OXC　648
13.8　光电光混合交叉连接OXC　654
参考文献　658
第14章　光传送网网络性能　659
14.1　误码特性　659
14.1.1　误码的概念和影响　659
14.1.2　误码的产生和分布[1]～[5]　660
14.1.3　误码性能的规范　662
14.1.4　OTN误码性能监控　664
14.1.5　OTN多运营商国际通道的误码性能参数　670
14.1.6　OTN多运营商国际通道维护与投入服务指标　675
14.2　抖动特性　678
14.2.1　抖动的概念和影响　678
14.2.2　抖动的产生　679
14.2.3　OTUk接口网络输出抖动和漂移　681
14.2.4　OTN网络接口抖动和漂移容限　683
14.2.5　ODUk时钟要求　687
14.2.6　抖动积累模型和分析　696
14.2.7　STM-n客户信号在OTN中传送同步的要求　700
14.2.8　CBRx和ODUj[i]负载抖动积累特性分析　702
14.3　光信号的监视　703
14.3.1　光监测参数劣化和光损伤之间的关系　704
14.3.2　监测方法的分类　706
14.3.3　光监视参数　708
14.3.4　光性能的监视方法　712
参考文献　713
第15章　光传送网管理　715
15.1　TMN基础　715
15.1.1　TMN的结构[1]、[2]　716
15.1.2　TMN的功能[4]　730
15.2　光传送网网元管理要求　732
15.2.1　OTN管理结构　733
15.2.2　OTN管理功能　740
15.3　WDM系统网络管理功能　744
15.4　ASON管理平面总体结构　755
15.5　ASON管理平面与传统网管系统的关系　766
15.6　DCN网络　770
15.7　网管分层结构与多厂商网管互操作性　772
参考文献　774
第16章　光因特网　776
16.1　概述　776
16.2　IP业务量的特点　778
16.3　网络互联与路由器[1]、[2]　781
16.3.1　网络互联　781
16.3.2　路由选择原理和协议　783
16.3.3　路由器　791
16.4　MPLS技术和应用　800
16.5　IP传送技术　806
16.6　光因特网基本结构和参考模型　812
参考文献　817
第17章　自动交换光网络　818
17.1　自动交换光网络的基本概念和标准化　818
17.2　控制面功能要求　823
17.2.1　控制面基本功能　823
17.2.2　支持连接管理的控制面功能　830
17.2.3　信令进程——连接管理过程　837
17.2.4　信令网　839
17.2.5　网络拓扑的隐藏性和资源管理　842
17.3　传送资源及其组织　843
17.4　控制面结构　845
17.4.1　概述　845
17.4.2　策略和联邦　847
17.4.3　结构元件　849
17.4.4　用于连接建立的元件间交互　858
17.5　网管能力和网络性能要求　863
17.6　网络的演进结构　865
17.6.1　IP层与光传送层的融合　865
17.6.2　网络的演进结构[14]～[17]　868
17.6.3　将MPLS应用于光层后的特点和适配[18]～[23]　875
参考文献　883
第18章　高速光系统设计和工程考虑　885
18.1　光系统工作频带的规定　885
18.2　线路码的考虑　888
18.3　光网络拓扑　891
18.4　高速光纤系统的传输限制　895
18.5　光传输设计和系统升级考虑　905
18.6　最坏值法系统设计　912
18.7　统计法系统设计　917
18.8　误比特率和光信噪比　921
18.8.1　误比特率、Q值和光信噪比的关系　921
18.8.2　光信噪比的要求和余度　925
18.8.3　噪声积累　927
18.8.4　光串音　931
18.9　前向纠错　937
18.10　物理层横向和纵向兼容性　946
参考文献　950
第19章　光网络测试　953
19.1　WDM线路系统测试　953
19.1.1　通路中心频率和中心频率偏移　954
19.1.2　光信噪比　955
19.1.3　光放大器　959
19.1.4　波分复用器件　961
19.1.5　光监控通路　963
19.1.6　WDM系统传输性能和OTU级联能力　963
19.1.7　OTU抖动转移函数和B1/J0字节非介入监视　965
19.1.8　自动功率均衡　968
19.1.9　光通道代价　969
19.1.10　自动光功率减少　972
19.1.11　WDM系统的在线监视和维护　973
19.1.12　WDM系统富余度　974
19.2　FEC增益测试　977
19.3　TMUX测量　980
19.4　WDM系统测试仪表　983
19.5　SDH超长复用段保护环APS测试　985
19.5.1　APS保护倒换时间计算　986
19.5.2　APS测试原理　988
19.5.3　SDH环的测试方法　993
19.6　光网络测试　995
19.6.1　OADM环网的倒换时间　995
19.6.2　OXC隔离度　996
19.6.3　G.709 接口光传送网　997
19.7　ASON网络性能指标　997
19.7.1　控制面功能和性能测试　998
19.7.2　管理面测试　1001
参考文献　1001
附录　术语　1003