海底光纜通信：關(guān)鍵技術(shù)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及OA&M

第 1章　海底光纜通信系統(tǒng)概述 001
1．1　海底光纜通信系統(tǒng)在世界通信網(wǎng)絡(luò)中的地位和作用 001
1．1．1　國(guó)內(nèi)網(wǎng)絡(luò) 002
1．1．2　地區(qū)網(wǎng)絡(luò) 002
1．1．3　洲際網(wǎng)絡(luò) 003
1．1．4　專(zhuān)用網(wǎng) 004
1．1．5　海底光纜通信系統(tǒng)組成和分類(lèi) 004
1．2　海底光纜通信系統(tǒng)發(fā)展歷程 006
1．2．1　海底光纜通信系統(tǒng)發(fā)展過(guò)程 006
1．2．2　第四代海底光纜通信系統(tǒng)技術(shù)介紹 009
1．2．3　連接中國(guó)的海底光纜通信系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)況 014
1．3　海底光纜通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介 016
1．3．1　光纖通信系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化組織及其有關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 016
1．3．2　ITU-T規(guī)范的光傳輸網(wǎng)（OTN） 017
1．3．3　ITU-T海底光纜通信系統(tǒng)及其有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介 020
1．3．4　中國(guó)海底光纜通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)概況 024

第 2章　海底光纜通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) 027
2．1　全光放大中繼技術(shù) 027
2．1．1　摻鉺光纖放大器 027
2．1．2　L波段EDFA及C+L波段應(yīng)用 031
2．1．3　光纖拉曼放大技術(shù) 033
2．1．4　分布式拉曼放大器等效開(kāi)關(guān)增益和有效噪聲指數(shù) 038
2．1．5　混合使用拉曼放大和C+L波段EDFA 041
2．2　光調(diào)制技術(shù) 042
2．2．1　光調(diào)制技術(shù)原理 042
2．2．2　光調(diào)制技術(shù)分類(lèi) 044
2．2．3　光雙二進(jìn)制濾波調(diào)制 046
2．2．4　差分相移鍵控（DPSK） 047
2．2．5　差分正交相移鍵控（DQPSK） 049
2．2．6　數(shù)模轉(zhuǎn)換（DAC）正交幅度調(diào)制（QAM） 053
2．2．7　光數(shù)模轉(zhuǎn)換（ODAC）正交幅度調(diào)制（QAM） 055
2．2．8　多維調(diào)制及幾種調(diào)制格式比較 059
2．2．9　高符號(hào)率系統(tǒng)使用的快速DAC 060
2．3　前向糾錯(cuò)技術(shù) 062
2．3．1　前向糾錯(cuò)技術(shù)概述 062
2．3．2　ITU-T前向糾錯(cuò)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)現(xiàn)方法 062
2．4　光纖技術(shù) 066
2．4．1　超低損耗光纖對(duì)海底光纜通信系統(tǒng)的重要性 066
2．4．2　超低損耗純硅芯光纖設(shè)計(jì)制造性能 067
2．5　光纖色散補(bǔ)償和管理技術(shù) 068
2．5．1　光纖色散補(bǔ)償和管理技術(shù)原理 068
2．5．2　光纖色散補(bǔ)償技術(shù) 069
2．5．3　光纖色散管理技術(shù) 071
2．6　波分復(fù)用技術(shù) 074
2．6．1　波分復(fù)用概念 074
2．6．2　AWG復(fù)用/解復(fù)用器 075
2．6．3　光線路終端（OLT） 076
2．7　偏振復(fù)用/相干接收技術(shù) 077
2．7．1　偏振復(fù)用/相干接收技術(shù)在100 Gbit/s海底光纜通信系統(tǒng)中的應(yīng)用 077
2．7．2　光偏振及其復(fù)用 078
2．7．3　相干檢測(cè)接收 079
2．7．4　偏振復(fù)用/相干接收系統(tǒng) 081
2．8　數(shù)字信號(hào)處理（DSP）技術(shù) 083
2．8．1　DSP在高比特率光纖通信系統(tǒng)中的作用 083
2．8．2　數(shù)字信號(hào)處理（DSP）技術(shù)的實(shí)現(xiàn) 086
2．8．3　100G系統(tǒng)數(shù)字信號(hào)處理器（DSP） 088
2．8．4　400G系統(tǒng)數(shù)字信號(hào)處理器（DSP） 089
2．8．5　高速DAC適配數(shù)字預(yù)均衡 092
2．9　奈奎斯特脈沖整形及其系統(tǒng) 093
2．9．1　奈奎斯特脈沖整形概念 093
2．9．2　連續(xù)三個(gè)辛格形狀奈奎斯特脈沖的時(shí)域圖和頻譜圖 095
2．9．3　奈奎斯特發(fā)射機(jī)/接收機(jī)及其系統(tǒng) 095
2．10　100G超長(zhǎng)距離DWDM系統(tǒng)技術(shù) 097
2．10．1　100G 超長(zhǎng)距離DWDM系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) 097
2．10．2　100G 超長(zhǎng)距離DWDM系統(tǒng)傳輸實(shí)驗(yàn) 099
2．10．3　100G超長(zhǎng)距離DWDM系統(tǒng)光收發(fā)模塊 103
2．11　400G光傳輸系統(tǒng)技術(shù) 105
2．11．1　400G光傳輸系統(tǒng)技術(shù)概述 105
2．11．2　400G光傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 107
2．11．3　單載波400G傳輸系統(tǒng)技術(shù) 113
2．11．4　雙載波400G傳輸系統(tǒng)技術(shù) 117
2．11．5　4載波400G傳輸系統(tǒng)技術(shù) 120
2．11．6　400G 系統(tǒng)傳輸技術(shù)比較 122
2．11．7　長(zhǎng)/超長(zhǎng)距離傳輸對(duì)400G系統(tǒng)的要求 126

第3章　光中繼海底光纜通信系統(tǒng) 129
3．1　光中繼海底光纜通信系統(tǒng)概述 129
3．1．1　光中繼海底光纜通信系統(tǒng)構(gòu)成 129
3．1．2　光中繼海底光纜系統(tǒng)進(jìn)展過(guò)程 132
3．1．3　高速光中繼海底光纜通信系統(tǒng)進(jìn)展 134
3．2　海底光中繼器 136
3．2．1　雙向傳輸光中繼器 137
3．2．2　實(shí)用光中繼器 139
3．2．3　光中繼器EDFA驅(qū)動(dòng)監(jiān)控 142
3．3　線路監(jiān)視和故障定位 143
3．3．1　單信道光中繼傳輸系統(tǒng)在線監(jiān)視 143
3．3．2　多信道光中繼傳輸系統(tǒng)在線監(jiān)視 145
3．3．3　相干光時(shí)域反射儀（C-OTDR） 146
3．3．4　故障定位 149
3．4　供電設(shè)備 152
3．4．1　海底光纜系統(tǒng)供電方式 152
3．4．2　點(diǎn)—點(diǎn)遠(yuǎn)供電源系統(tǒng)設(shè)計(jì) 152
3．4．3　電壓預(yù)算及接地考慮 156
3．4．4　干線—分支遠(yuǎn)供電源系統(tǒng)設(shè)計(jì) 157
3．4．5　終端傳輸設(shè)備恒流高壓產(chǎn)生 159
3．4．6　供電設(shè)備組成 160
3．4．7　PFE在發(fā)生光纜斷裂時(shí)的反應(yīng) 161
3．4．8　中繼器取電設(shè)計(jì) 162
3．5　光分支單元 163
3．5．1　光分支單元概述 163
3．5．2　無(wú)源/有源分支單元 165
3．5．3　波長(zhǎng)分插分支單元 166
3．6　增益均衡 166
3．6．1　增益均衡概述 166
3．6．2　無(wú)源均衡器 169
3．6．3　有源斜率均衡器 170
3．7　終端傳輸設(shè)備 171
3．7．1　終端傳輸設(shè)備概述 171
3．7．2　2．5 Gbit/s WDM系統(tǒng)終端傳輸設(shè)備 172
3．7．3　5 Gbit/s WDM系統(tǒng)終端傳輸設(shè)備 175
3．7．4　10 Gbit/s WDM系統(tǒng)終端傳輸設(shè)備 178
3．8　SEA-ME-WE海底光纜通信系統(tǒng) 187
3．8．1　SEA-ME-WE概述 187
3．8．2　SEA-ME-WE系統(tǒng)構(gòu)成 188
3．8．3　SEA-ME-WE-3系統(tǒng)升級(jí)及其性能 190

第4章　無(wú)中繼海底光纜通信系統(tǒng) 193
4．1　無(wú)中繼海底光纜通信系統(tǒng)發(fā)展歷程 193
4．1．1　無(wú)中繼海底光纜通信系統(tǒng)概述 193
4．1．2　無(wú)中繼海底光纜通信系統(tǒng)進(jìn)展 195
4．2　單波長(zhǎng)無(wú)中繼海底光纜通信系統(tǒng) 199
4．2．1　無(wú)中繼海底光纜通信系統(tǒng)構(gòu)成 199
4．2．2　10 Gbit/s無(wú)中繼601 km單載波傳輸實(shí)驗(yàn) 200
4．3　無(wú)中繼WDM海底光纜通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 202
4．3．1　100×10 Gbit/s 無(wú)中繼350 km傳輸實(shí)驗(yàn) 203
4．3．2　4×43 Gbit/s 無(wú)中繼485 km傳輸實(shí)驗(yàn) 204
4．3．3　64×43 Gbit/s PM-BPSK 相干檢測(cè)無(wú)中繼440 km傳輸實(shí)驗(yàn) 206
4．3．4　8×112 Gbit/s PM-QPSK相干檢測(cè)無(wú)中繼300 km傳輸實(shí)驗(yàn) 208
4．3．5　16×400 Gbit/s WDM 偏振復(fù)用16QAM無(wú)中繼傳輸系統(tǒng) 210
4．4　無(wú)中繼海底光纜通信系統(tǒng)傳輸終端 211
4．4．1　光功率增強(qiáng)放大器 212
4．4．2　前置光放大器 213
4．4．3　遠(yuǎn)端泵浦技術(shù) 214
4．4．4　光發(fā)射機(jī) 219
4．4．5　光接收機(jī) 219
4．5　無(wú)中繼系統(tǒng)維護(hù) 219

第5章　海底光纜通信系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì) 221
5．1　海底光纜通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)總則 221
5．1．1　海底光纜通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述 221
5．1．2　海底光纜通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)事項(xiàng) 222
5．2　海底光纜通信系統(tǒng)OSNR和Q參數(shù) 226
5．2．1　Q參數(shù)和BER相關(guān) 226
5．2．2　光信噪比（OSNR） 228
5．2．3　OSNR和理論線性Q參數(shù)相關(guān) 229
5．2．4　光中繼系統(tǒng)OSNR計(jì)算 231
5．2．5　無(wú)中繼系統(tǒng)OSNR計(jì)算 235
5．2．6　接收端混合使用EDFA和分布式拉曼放大OSNR計(jì)算 237
5．3　海底光纜通信系統(tǒng)光功率預(yù)算 240
5．3．1　WDM海底光纜通信系統(tǒng)光功率預(yù)算 240
5．3．2　相干檢測(cè)WDM海底光纜通信系統(tǒng)光功率預(yù)算 243
5．4　海底光纜通信系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)例 245
5．4．1　無(wú)中繼放大系統(tǒng)功率預(yù)算 245
5．4．2　數(shù)字線路段（DLS）Q參數(shù)預(yù)算 246
5．4．3　光中繼系統(tǒng)OSNR計(jì)算 247
5．5　海底光纜通信系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì) 249
5．5．1　光中繼海底光纜通信系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)考慮 249
5．5．2　光中繼間距設(shè)計(jì) 251
5．5．3　無(wú)中繼海底光纜通信系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)考慮 253
5．6　海底光纜通信系統(tǒng)升級(jí) 254
5．6．1　在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上升級(jí) 255
5．6．2　利用先進(jìn)終端設(shè)備技術(shù)升級(jí) 255

第6章　海底光纜通信系統(tǒng)工程設(shè)計(jì) 257
6．1　海底光纜通信系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)概述 257
6．1．1　海底光纜路由預(yù)選 257
6．1．2　海底光纜路由勘察 258
6．2　系統(tǒng)路由/登陸點(diǎn)選擇原則 258
6．2．1　系統(tǒng)路由選擇原則 258
6．2．2　系統(tǒng)登陸點(diǎn)選擇原則 259
6．3　海底光纜系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 259
6．3．1　點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng) 259
6．3．2　星形 260
6．3．3　分支星形 260
6．3．4　花邊形 261
6．3．5　干線分支形 261
6．3．6　環(huán)形及其保護(hù) 263
6．3．7　分支環(huán)形 264
6．4　海底光纜選擇 265
6．4．1　海底光纜分類(lèi)及應(yīng)用 265
6．4．2　海底光纜電氣及機(jī)械性能 268
6．4．3　海底光纜用光纖 269
6．4．4　海底光纜選擇注意事項(xiàng) 271
6．5　海底光纜通信系統(tǒng)的設(shè)備選購(gòu) 273
6．5．1　無(wú)中繼設(shè)備選購(gòu)及兼容性考慮 273
6．5．2　光中繼設(shè)備選購(gòu)及兼容性考慮 274

第7章　海底光纜通信系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)及安全性考慮 277
7．1　海底光纜通信系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì) 277
7．1．1　可靠性參數(shù)及可靠性要求 277
7．1．2　故障率分析 279
7．1．3　質(zhì)量控制和可靠性保證措施 281
7．2　海底光纜通信系統(tǒng)可靠性預(yù)算 283
7．2．1　光中繼器故障率/故障概率預(yù)算 283
7．2．2　插件板故障率/MTBF預(yù)算 285
7．2．3　系統(tǒng)MTBF/維修次數(shù)預(yù)算 286
7．3　海底光纜通信系統(tǒng)安全考慮 287

第8章　海底光纜通信系統(tǒng)測(cè)試技術(shù)及儀器 289
8．1　光纖通信測(cè)量?jī)x器 289
8．1．1　光功率計(jì) 289
8．1．2　光纖熔接機(jī) 290
8．1．3　光時(shí)域反射儀（OTDR） 291
8．1．4　相干光時(shí)域反射儀（C-OTDR） 293
8．1．5　誤碼測(cè)試儀 295
8．1．6　光譜分析儀 296
8．1．7　多波長(zhǎng)光源 297
8．1．8　光衰減器 297
8．1．9　綜合測(cè)試儀 298
8．1．10　電脈沖反射測(cè)試儀（電時(shí)域反射儀） 299
8．2　光纖傳輸特性測(cè)量 300
8．2．1　衰減測(cè)量 300
8．2．2　帶寬測(cè)量 301
8．2．3　色散測(cè)量 302
8．2．4　偏振模色散測(cè)量 303
8．3　光器件參數(shù)測(cè)量 304
8．3．1　拉曼開(kāi)關(guān)增益和增益系數(shù)測(cè)量 304
8．3．2　光源參數(shù)測(cè)量 309
8．3．3　無(wú)源光器件參數(shù)測(cè)量 309
8．4　光纖通信系統(tǒng)指標(biāo)測(cè)試 311
8．4．1　系統(tǒng)Q參數(shù)測(cè)量 311
8．4．2　平均發(fā)射光功率和消光比測(cè)試 312
8．4．3　光纖通信系統(tǒng)誤碼性能測(cè)試 313

第9章　海底光纜通信系統(tǒng)運(yùn)行管理和維護(hù)（OA&M） 315
9．1　海底光纜通信系統(tǒng)運(yùn)行和管理 315
9．1．1　對(duì)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的要求 315
9．1．2　電信管理網(wǎng)（TMN）和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)（NMS）概述 316
9．1．3　海底光纜通信系統(tǒng)的監(jiān)視系統(tǒng) 318
9．1．4　線路終端設(shè)備（LTE）和 OA&M 監(jiān)控功能 319
9．1．5　海底光纜通信系統(tǒng)運(yùn)行管理和維護(hù)（OA&M）功能 321
9．1．6　海底光纜通信網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)（NMS） 323
9．1．7　亞太2號(hào)海底光纜通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)簡(jiǎn)介 326
9．1．8　通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理接口技術(shù) 328
9．2　海底光纜通信系統(tǒng)線路維護(hù) 330
9．2．1　海底光纜保護(hù)組織及其作用 330
9．2．2　海底光纜通信系統(tǒng)線路維護(hù) 330
9．2．3　海底光纜線路施工維護(hù)措施 331
9．2．4　海底光纜線路故障種類(lèi) 332
9．3　海底光纜線路故障監(jiān)測(cè)定位 333
9．3．1　線路故障定位概述 333
9．3．2　海底光纜光纖故障定位 333
9．3．3　海底光纜絕緣體故障定位 334
9．3．4　海底光纜電極法定位 335
9．3．5　海底光纜開(kāi)路故障測(cè)試 336
9．3．6　中繼器或分支單元故障定位 336
9．4　海底光纜線路故障修復(fù) 337
9．4．1　海底光纜線路故障修復(fù)程序 337
9．4．2　海底光纜線路故障修復(fù)過(guò)程 339
9．5　海底光纜通信系統(tǒng)設(shè)備管理和維護(hù)技術(shù) 341
9．5．1　海底光纜通信系統(tǒng)海底設(shè)備維護(hù) 341
9．5．2　海底光纜通信系統(tǒng)岸上設(shè)備維護(hù) 342
附錄　名詞術(shù)語(yǔ)索引 345
參考文獻(xiàn) 357