海底光缆通信：关键技术、系统设计及OA&M

第 1章　海底光缆通信系统概述 001
1．1　海底光缆通信系统在世界通信网络中的地位和作用 001
1．1．1　国内网络 002
1．1．2　地区网络 002
1．1．3　洲际网络 003
1．1．4　专用网 004
1．1．5　海底光缆通信系统组成和分类 004
1．2　海底光缆通信系统发展历程 006
1．2．1　海底光缆通信系统发展过程 006
1．2．2　第四代海底光缆通信系统技术介绍 009
1．2．3　连接中国的海底光缆通信系统发展简况 014
1．3　海底光缆通信系统标准简介 016
1．3．1　光纤通信系统技术标准化组织及其有关标准 016
1．3．2　ITU-T规范的光传输网（OTN） 017
1．3．3　ITU-T海底光缆通信系统及其有关标准简介 020
1．3．4　中国海底光缆通信系统标准概况 024

第 2章　海底光缆通信系统关键技术 027
2．1　全光放大中继技术 027
2．1．1　掺铒光纤放大器 027
2．1．2　L波段EDFA及C+L波段应用 031
2．1．3　光纤拉曼放大技术 033
2．1．4　分布式拉曼放大器等效开关增益和有效噪声指数 038
2．1．5　混合使用拉曼放大和C+L波段EDFA 041
2．2　光调制技术 042
2．2．1　光调制技术原理 042
2．2．2　光调制技术分类 044
2．2．3　光双二进制滤波调制 046
2．2．4　差分相移键控（DPSK） 047
2．2．5　差分正交相移键控（DQPSK） 049
2．2．6　数模转换（DAC）正交幅度调制（QAM） 053
2．2．7　光数模转换（ODAC）正交幅度调制（QAM） 055
2．2．8　多维调制及几种调制格式比较 059
2．2．9　高符号率系统使用的快速DAC 060
2．3　前向纠错技术 062
2．3．1　前向纠错技术概述 062
2．3．2　ITU-T前向纠错标准和实现方法 062
2．4　光纤技术 066
2．4．1　超低损耗光纤对海底光缆通信系统的重要性 066
2．4．2　超低损耗纯硅芯光纤设计制造性能 067
2．5　光纤色散补偿和管理技术 068
2．5．1　光纤色散补偿和管理技术原理 068
2．5．2　光纤色散补偿技术 069
2．5．3　光纤色散管理技术 071
2．6　波分复用技术 074
2．6．1　波分复用概念 074
2．6．2　AWG复用/解复用器 075
2．6．3　光线路终端（OLT） 076
2．7　偏振复用/相干接收技术 077
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 077
2．7．2　光偏振及其复用 078
2．7．3　相干检测接收 079
2．7．4　偏振复用/相干接收系统 081
2．8　数字信号处理（DSP）技术 083
2．8．1　DSP在高比特率光纤通信系统中的作用 083
2．8．2　数字信号处理（DSP）技术的实现 086
2．8．3　100G系统数字信号处理器（DSP） 088
2．8．4　400G系统数字信号处理器（DSP） 089
2．8．5　高速DAC适配数字预均衡 092
2．9　奈奎斯特脉冲整形及其系统 093
2．9．1　奈奎斯特脉冲整形概念 093
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 095
2．9．3　奈奎斯特发射机/接收机及其系统 095
2．10　100G超长距离DWDM系统技术 097
2．10．1　100G 超长距离DWDM系统关键技术 097
2．10．2　100G 超长距离DWDM系统传输实验 099
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 Gbit/s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