光网络单元：光数据通信基础与应用 [Elements of Optical Networking: Basies and Practice of Optical Data Networking] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[德] 福尔克马尔·布吕克纳 著，刘继红 译

图书标签:

• 光网络
• 光通信
• 数据通信
• 光纤通信
• PON
• EPON
• GPON
• WDM
• 光网络单元
• 网络技术

出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118094787

版次：1

商品编码：11507970

包装：平装

外文名称：Elements of Optical Networking: Basies and Practice of Optical Data Networking

开本：16开

出版时间：2014-06-01

用纸：胶版纸

页数

编辑推荐

　　·内容全面、精炼
　　·文字描述深入浅出
　　·全书插图丰富，多实例分析，少繁杂推导
　　·配有辅助计算分析程序，便于读者进一步仿真分析

内容简介

　　《光网络单元：光数据通信基础与应用》系统的介绍了构成光纤通信网络的各种单元技术及其具体应用方式，以光纤通信发展历史和光波基础为引导，涵盖了光线技术、光收发机、通信用光器件、光放大器、光纤及光传输系统测量等，最后以光网络及各种光复用技术总括全书。
　　《光网络单元：光数据通信基础与应用》作者福尔克马尔·布吕克纳博士是莱比锡德国电信应用技术大学教授，在激光光学、光纤技术和光电子学领域具有超过25年的科研和教学经历，《光网络单元：光数据通信基础与应用》体现了作者的研究积累和执教理念，具有鲜明的特色。

内页插图

目录

第1章 绪论
第2章 光
2.1 什么是光？
2.2 波粒二象性
2.2.1 波动理论
2.2.2 射线模型
2.3 电磁波的功率与能量

第3章 光纤
3.1 光在波导中的传播
3.1.1 平板波导的导光机理
3.1.2 光纤中的导行波
3.2 光纤中光的传播，多模和单模光纤
3.2.1 制作光纤的玻璃
3.2.2 光在光纤中的传播，接收角和数值孔径
3.2.3 光纤中的横模，模式混合
3.2.4 光纤的单模条件和截止波长
3.2.5 模场直径
3.3 光纤的衰减
3.3.1 紫外吸收
3.3.2 瑞利散射
3.3.3 水分子的吸收
3.3.4 红外吸收
3.3.5 光纤衰减系数随波长的变化
3.4 光纤色散与色散补偿
3.4.1 色散的概念及其影响
3.4.2 色散机理
3.4.3 光纤类型

第4章 光纤连接，耦合器与光开关
4.1 光纤的连接和熔接
4.1.1 光纤熔接
4.1.2 光纤连接器
4.2 光耦合器和光开关
4.2.1 光耦合器
4.2.2 耦合器的类型
4.2.3 光开关

第5章 光发射机
5.1 半导体光发射机的基本组成
5.2 有源介质
5.2.1 半导体的能带结构，直接和间接跃迁
5.2.2 材料选择
5.2.3 半导体的辐射发光，LED
5.2.4 半导体光发射机的基本结构
5.3 谐振腔
5.3.1 FP激光器
5.3.2 动态单纵模激光器（DSM）
5.4 激光器的特性
5.4.1 P-I特性，温度稳定性和老化
5.4.2 半导体激光器的光谱
5.4.3 辐射特性
5.5 光网络中激光器的选择
5.5.1 具有DFB谐振腔的MQW激光器——边发射发光二极管
5.5.2 垂直腔面发射激光器（VCSEL）

第6章 激光的调制
6.1 激光调制的概念
6.2 光通信中的调制方法
6.2.1 幅度调制（AM），功率调制
6.2.2 脉冲幅度调制（PAM）
6.2.3 脉冲位置调制（PPM）
6.2.4 脉冲编码调制（PCM）
6.3 半导体激光器的直接调制
6.4 半导体激光器的间接调制
6.4.1 相位和频率调制
6.4.2 强度或功率调制

第7章 光接收机
7.1 光接收机的基本工作原理
7.2 PIN光电二极管
7.3 雪崩光电二极管（APD）
7.4 接收机的噪声，误码率
7.4.1 散粒噪声
7.4.2 强度噪声
7.4.3 热噪声（奈奎斯特噪声）
7.4.4 倍增噪声
7.4.5 误码率
7.4.6 光外差接收

第8章 光网络元件
8.1 光放大器
8.1.1 EDFA
8.1.2 ROA
8.1.3 SOA
8.2 复用／解复用器（MUX／DEMUX）
8.2.1 用于波长MUX／DEMUX的光学滤波器
8.2.2 OADM
8.2.3 OXC

第9章 光纤与光通信系统的测量
9.1 光纤测量
9.1.1 折射率分布的测量
9.1.2 光纤衰减的测量
9.1.3 色散测量
9.2 数据传输性能的测量
9.2.1 BER测量，接收机的灵敏度
9.2.2 眼图

第10章 光纤的非线性效应
10.1 光学非线性效应
10.2 光纤中的非线性效应
10.2.1 光纤中的非线性散射
10.2.2 光纤中的三阶非线性效应，四波混频
10.3 光纤中的啁啾
10.4 基于非线性的偏振色散管理
10.4.1 减小啁啾
10.4.2 啁啾的利用
10.5 有源色散补偿
10.6 光孤子

第11章 无源与有源光网络
11.1 通信拓扑
11.2 复用方式
11.2.1 空分复用
11.2.2 时分复用
11.2.3 波分复用
11.3 WDM系统
11.4 信号再生
练习解答
参考文献

前言/序言

　　光纤通信技术已成为现代通信的主要支柱之一，在现代电信网络中起着举足轻重的作用，尤其是近年来随着相干光通信和全光器件等技术的迅速发展，使得该领域涵盖的内容越来越丰富。
　　本书系统介绍了构成光纤通信网络的各种单元技术及其具体应用方式，以光纤通信发展历史和光波基础为导引，涵盖了光纤技术、光收发机、通信用光器件、光放大器、光纤及光传输系统测量等，最后以光网络及各种光复用技术总括全书。
　　作者Volkmar Brtickner博士是莱比锡德国电信应用技术大学教授，在激光光学、光纤技术和光电子学领域具有超过25年的科研和教学经历。本书体现了作者的研究积累和执教理念，具有鲜明的特色：内容全面、精炼，文字描述深入浅出；全书插图丰富，多实例分析，少繁杂推导；配有辅助计算分析程序，便于读者进一步仿真分析。
　　本书的翻译工作得到了多位专家、朋友的帮助和支持，在此特别感谢北京邮电大学博士生导师张晓光教授、西安邮电大学阴亚芳教授，感谢Volkmar．B，ackner．教授在本书翻译和出版过程中给予的帮助，感谢西安邮电大学梁猛、陆蓉等同志在翻译和审校过程中给予的大力支持和帮助。
　　原书附带光盘内容已经整理，如需要可与译者或出版社联系。
　　由于译者水平有限，不妥和疏误之处敬请广大读者批评指正。
　　刘继红
　　2014年2月

现代信息高速公路的基石：探索光网络单元的奥秘 我们正身处一个信息爆炸的时代。从高清视频流、实况游戏到海量数据的实时分析，我们对通信带宽的需求正以前所未有的速度增长。支撑这一切高速、海量信息传输的，正是我们日常生活中可能并不十分熟悉的“光网络单元”。它们是构成现代信息高速公路的核心构件，确保着数据的安全、高效和即时传递。本书旨在深入剖析光网络单元（Optical Network Unit，简称ONU）这一关键技术，全面揭示其背后的基本原理，以及在蓬勃发展的光数据通信领域中的广泛实践应用。 第一章：光通信的宏伟蓝图与ONU的定位 要理解ONU，我们首先需要将其置于整个光通信的大图景中。本章将带您领略光通信技术如何从最初的设想发展至今，成为支撑全球互联互通的生命线。我们将回顾光纤通信的历史沿革，探讨为何光信号能够成为承载海量信息的理想载体。在这里，您将了解到光信号的优势，如极高的传输速率、极低的信号衰减以及出色的抗电磁干扰能力，这些都是传统铜缆通信无法比拟的。 在构建了宏伟的光通信图景之后，我们将精准地定位ONU的角色。ONU并非独立存在，而是光网络体系结构中至关重要的一环。本章将详细阐述PON（Passive Optical Network，无源光网络）的架构，这是ONU最常见的部署环境。我们将解析PON网络的整体拓扑结构，明确OLT（Optical Line Terminal，光线路终端）、ODN（Optical Distribution Network，光配线网）以及ONU之间的协作关系。您将明白，ONU是连接用户终端与PON网络的“最后一公里”的关键节点，它负责将来自光纤的光信号转换为用户终端（如电脑、路由器、电视等）能够理解的电信号，并将用户终端产生的电信号转换成光信号，再通过光纤传输出去。 第二章：ONU的内部构造与核心技术解析 要深入理解ONU的功能，就必须探究其内部的“心脏”与“大脑”。本章将为您揭示ONU的典型内部构造，并逐一剖析其中的核心技术组件。 光电转换模块： 这是ONU最核心的功能之一。我们将深入探讨其工作原理，包括光接收单元（Photodiode）如何将接收到的光信号转化为电流，以及光发射单元（Laser Diode）如何将电信号转化为光信号。我们将介绍不同类型的光电二极管（如PIN二极管、APD）及其特性，以及激光二极管在光信号产生中的关键作用。 信号处理与调制解调： ONU不仅仅是一个简单的“翻译器”。它还需要对接收到的光信号进行进一步的处理，包括放大、滤波，以及将传输过来的各种数据进行解调。对于上传信号，ONU则需要将用户终端的电信号进行调制，以便高效地传输到光纤中。本章将详细介绍这些信号处理的过程，以及涉及到的关键技术，如不同类型的调制方式（如FSK、ASK、PSK等）及其在PON系统中的应用。 网络接口与协议支持： ONU需要与用户终端进行通信，因此其网络接口的设计至关重要。我们将探讨ONU支持的常见用户接口，如Ethernet接口（RJ45）、Wi-Fi接口、POS接口（Phone over Service）等。同时，本章也将深入讲解ONU所支持的网络协议，包括点对点协议（PPP）、IP协议、DHCP（动态主机配置协议）等，这些协议确保了ONU能够与上层网络设备进行顺畅的通信，并为用户提供稳定的网络接入服务。 电源管理与散热： 任何电子设备都需要稳定的电源供应和有效的散热。本章将简要介绍ONU的电源管理方案，以及如何确保设备在长时间运行中的稳定性和可靠性。 第三章：PON技术中的ONU：GPON与EPON的深度比较 PON技术是当前部署ONU最主流的方式，其中GPON（Gigabit Passive Optical Network，千兆无源光网络）和EPON（Ethernet Passive Optical Network，以太网无源光网络）是两种最常见的标准。本章将对这两种技术进行深入的比较分析，帮助您理解它们各自的优劣势以及在不同场景下的适用性。 GPON技术详解： 我们将详细解析GPON的技术特点，包括其采用的TDMA（Time Division Multiple Access，时分多址）和TDM（Time Division Multiplexing，时分复用）技术，以及GEM（GPON Encapsulation Method）帧格式。您将了解到GPON在传输速率、分光比、上下行带宽不对称性等方面的优势，以及其在数据、语音和视频传输方面表现出的强大能力。 EPON技术详解： 接着，我们将深入剖析EPON的技术原理，特别是其基于以太网的帧格式和TDMA的传输方式。本章将重点讲解EPON在成本效益、组网灵活性以及与现有以太网基础设施的兼容性方面的优点。 GPON与EPON的横向对比： 在详细介绍完各自的技术细节后，本章将进入核心的对比环节。我们将从多个维度对GPON和EPON进行系统性的比较，包括： 传输速率与带宽： 比较两者在上下行速率上的差异，以及实际可用带宽的表现。 分光比与覆盖范围： 分析两者在连接用户数量和最大传输距离上的限制。 协议与帧格式： 探讨GPON的GEM帧与EPON的Ethernet帧在数据封装与传输效率上的区别。 设备成本与部署复杂度： 评估在同等条件下，两种技术的设备成本和网络部署的难易程度。 市场占有率与发展趋势： 结合当前的市场情况，分析GPON和EPON各自的发展前景和应用领域。 通过本章的学习，您将能够清晰地认识到GPON和EPON之间的关键区别，并为理解不同场景下ONU的选择提供科学依据。 第四章：ONU在现代通信中的多元化应用 ONU不仅仅是运营商部署光纤到户（FTTH）的终端设备，它的应用已经延伸到更广泛的通信领域。本章将为您展示ONU在不同场景下的多元化应用，揭示其在构建现代化通信网络中的重要价值。 光纤到户（FTTH）与家庭网络： 这是ONU最普遍的应用场景。本章将详细阐述ONU如何将运营商的核心网络连接到千家万户，为家庭用户提供高速稳定的互联网、IPTV（网络电视）、VoIP（网络电话）等服务。我们将探讨不同类型的FTTH ONU，例如单端口ONU、多端口ONU，以及集成了Wi-Fi功能的ONU，它们如何满足现代家庭日益增长的多媒体娱乐和工作需求。 光纤到商业（FTTB）与企业网络： 对于企业用户而言，稳定、高速的网络连接是业务运行的生命线。本章将介绍ONU在FTTB场景下的应用，它们如何为企业提供高带宽的互联网接入、VPN（虚拟专用网络）接入以及企业内部网连接。我们将探讨适合企业用户需求的ONU特性，例如更高的安全性、更强的管理功能以及对复杂网络拓扑的支持。 工业物联网（IIoT）与智能制造： 随着物联网技术的飞速发展，工业生产正朝着智能化、自动化方向迈进。ONU在工业物联网领域扮演着越来越重要的角色，它们能够为各种工业传感器、控制器和设备提供可靠的网络连接，实现数据的实时采集、传输和分析。本章将探讨ONU在智能工厂、智慧农业、智慧物流等场景下的应用，以及它们如何赋能工业4.0。 智慧城市与公共服务： 智慧城市的建设离不开强大的通信基础设施。ONU在智慧城市中的应用包括为智能交通系统、公共安全监控、智慧照明、环境监测等提供网络支持。本章将展示ONU如何构建起城市的信息传输通道，助力提升城市管理效率和居民生活品质。 5G前传与回传网络： 随着5G网络的部署，对基站的连接要求也日益提高。PON技术，尤其是GPON和EPON，正在被广泛应用于5G网络的前传和回传部分，为基站提供高带宽、低时延的光纤连接。本章将简要介绍ONU在5G网络架构中的作用，以及它们如何为5G服务的普及提供坚实的基础。 第五章：ONU的性能优化与未来发展趋势 技术的发展永无止境，ONU也正朝着更高性能、更智能化的方向不断演进。本章将探讨ONU的性能优化策略，并展望其未来的发展趋势。 提高传输速率与带宽： 随着用户对带宽需求的不断提升，下一代PON技术（如10G PON、40G PON）正在逐步商用。本章将介绍这些新技术在提高ONU传输速率和带宽方面的突破，以及它们如何满足未来高清视频、VR/AR、云计算等应用的需求。 增强网络安全性： 在数据安全日益受到重视的今天，ONU的网络安全性能也成为关注的焦点。本章将探讨ONU在身份认证、数据加密、抗DDoS攻击等方面的安全增强措施，以保障用户数据的安全和隐私。 提升设备智能化与管理能力： 未来的ONU将更加智能化，能够实现更精细化的网络管理和故障诊断。本章将介绍ONU在远程配置、性能监控、自动故障定位等方面的智能化发展，以及它们如何为运营商提供更高效的网络运维服务。 融合通信与多业务支持： 随着通信技术的融合，ONU将支持更多样化的通信业务，包括高清语音、视频会议、远程医疗等。本章将展望ONU在融合通信领域的发展潜力。 绿色节能设计： 在全球倡导绿色环保的背景下，ONU的能耗问题也受到关注。本章将探讨ONU在低功耗设计、智能电源管理等方面的进步，以实现更环保、可持续的网络部署。 结语 光网络单元，作为现代通信网络的关键节点，其重要性不言而喻。本书从光通信的基础概念出发，深入剖析了ONU的内部构造、工作原理，以及在PON技术中的关键作用。我们详细对比了GPON和EPON两种主流技术，并广泛介绍了ONU在FTTH、FTTB、IIoT、智慧城市以及5G网络等领域的多元化应用。最后，我们展望了ONU在未来技术发展中的优化方向和趋势。 希望通过本书的学习，读者能够对光网络单元有一个全面、深入的认识，理解其在构建信息社会中扮演的基石角色，并为理解和参与未来的通信技术发展奠定坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书的深度和广度都令人称赞，尤其是在探讨光网络的前沿技术和未来发展趋势方面，让我看到了这个领域的无限可能。书中关于下一代光网络架构的讨论，例如软件定义网络（SDN）在光网络中的应用，以及如何实现网络资源的灵活调度和自动化管理，这些内容让我对未来的通信技术充满了期待。作者还涉及了光子集成电路（PIC）的发展，以及如何将更多的光网络功能集成到芯片上，这无疑将是未来光网络小型化、低功耗和高效率的关键。此外，书中还探讨了光网络在5G、物联网、云计算等新兴技术中的作用和挑战，比如如何构建支持超高带宽和超低延迟的光网络来满足这些应用的需求。我特别喜欢关于光网络安全性的章节，它深入分析了光网络可能面临的各种安全威胁，以及相应的防护策略，这对于确保通信数据的安全至关重要。这本书不仅传授了基础知识，更让我看到了光网络技术发展的宏伟蓝图。

评分☆☆☆☆☆

这本书带给我的惊喜在于，它不仅仅停留在理论层面，更是紧密结合了实际应用。我尤其对书中关于光网络设备部署和维护的章节印象深刻。它详细介绍了各种光网络设备，例如光放大器（EDFA）、光开关、波分复用器（WDM）等，它们在网络中的作用和工作原理，以及如何将它们集成到实际的网络架构中。书中提供的案例分析非常贴切，比如在构建长距离骨干网时，如何合理选择光放大器的类型和数量来补偿传输损耗，确保信号质量；在建设城域网时，如何利用波分复用技术，在同一根光纤上承载多路信号，大大提高传输效率。更让我受益匪浅的是，它还探讨了光网络的故障诊断和排除方法，列举了一些常见的故障场景，并提供了系统性的解决方案，比如如何通过OTDR（光时域反射仪）来定位光缆故障点，如何分析光信号的误码率来判断网络健康状况。这种将理论知识与实践操作相结合的方式，让我觉得这本书不仅是学习的教材，更是一本实用的工具书，能够帮助我在实际工作中少走弯路，提高解决问题的能力。

评分☆☆☆☆☆

老实说，在翻开《光网络单元》之前，我对光通信这个领域一直有点望而却步，觉得它是一个非常高深的专业技术。但这本书的语言风格却意外地亲切，很多概念的解释都用到了我们日常生活中能够理解的类比，比如在讲到光信号的调制解调时，作者就形象地将它比作给“信使”（光子）加上不同的“表情”或“旗语”来传递信息，不同的“表情”代表不同的数据。这种方式极大地降低了学习门槛，让原本枯燥的物理过程变得生动有趣。而且，书中对于不同数据编码方式的阐述也让我大开眼界，比如NRZ和RZ编码，以及更先进的PAM4等，它们各自的优缺点，在不同速率和距离下的适用性，作者都做了非常细致的比较分析，并配上了清晰的波形图。我之前一直不明白为什么需要这么多不同的编码方式，读完这本书才恍然大悟，原来这背后涉及到信号的抗干扰能力、频谱利用率以及传输速率的权衡。总的来说，这本书的科普性做得非常出色，即使没有相关背景知识的读者，也能从中获得宝贵的知识。

评分☆☆☆☆☆

当我看完《光网络单元：光数据通信基础与应用》时，我最深的体会是，这本书的逻辑结构安排得非常合理，层层递进，让读者能够循序渐进地掌握知识。它从最基础的光的物理性质开始，逐步深入到光纤通信的原理，再到具体的网络设备和系统架构，最后落脚到应用和发展趋势，整个过程非常流畅，没有跳跃感。我很欣赏书中关于光信号传输的章节，它详细介绍了光信号在光纤中传播的各种模式，以及如何通过控制光源的发射特性和光纤的结构来优化传输性能。对于初学者来说，理解这些物理过程可能有些困难，但本书通过大量的图表和实例，将复杂的概念可视化，比如通过瑞利散射模型来解释光在光纤中的衰减，通过马赫-曾德尔干涉仪来解释光开关的工作原理。这种严谨的学术态度和细致的讲解方式，让我对光网络技术有了更全面、更深刻的认识。这本书的价值在于，它不仅是一本技术手册，更是一次知识的旅程，带领读者探索光通信的奥秘。

评分☆☆☆☆☆

读了《光网络单元：光数据通信基础与应用》之后，我最大的感受是，这本书真的把那些原本晦涩难懂的光通信原理讲得深入浅出。比如，在介绍光信号的产生和传输部分，作者并没有堆砌一堆复杂的公式，而是用非常形象的比喻，像是把光比作“信息的小精灵”，在光纤这个“高速公路”上奔跑。我特别喜欢其中关于光源特性的章节，它不仅仅是告诉你激光器和LED有什么区别，更深入地分析了它们的发光机制、光谱特性以及在不同应用场景下的优劣势，甚至还提到了如何通过调整注入电流来控制激光器的输出功率和波长稳定性。这对于我这种初学者来说，简直是福音。再者，书中对于光纤的分类和损耗机制的阐述也极其到位，不同类型光纤（单模、多模）的结构特点、纤芯和包层折射率的精妙设计，以及光信号在传输过程中会遇到的散射、吸收等损耗，都有详细的图示和数据说明，让我能够直观地理解为什么光信号会衰减，以及如何通过技术手段来克服这些挑战。这本书的优点在于，它能够让你在理解“是什么”的同时，也明白“为什么”和“怎么做”，为后续深入学习打下了坚实的基础。