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出版者:西安电子

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isbn号码:9787560608419

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• CDMA
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• 数字通信
• 蜂窝网络
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• 通信工程
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图书简介：《现代光通信系统原理与实践》 聚焦未来信息高速公路的基石 在信息爆炸的时代，数据的传输速率和可靠性已成为衡量一个社会信息化水平的关键指标。《现代光通信系统原理与实践》一书，正是为深入理解和掌握支撑当今及未来信息网络的核心技术——光通信系统——而精心编撰的专业著作。本书严格聚焦于光波在光纤中的传输特性、光电子器件的工作机制、光通信系统的架构设计以及前沿的光网络技术，旨在为光电子、通信工程、电子信息等领域的工程师、研究人员及高年级学生提供一本全面、深入且具有极强工程实践指导意义的参考手册。 本书的结构设计充分体现了从基础理论到复杂系统集成的逻辑递进。我们避开了对特定移动通信制式（如CDMA、TDMA、GSM或LTE等）的深入剖析，而是将焦点完全锁定在承载这些信息流的基础物理媒介与信号处理技术上。 第一部分：光波导理论与损耗机制的精细剖析 本书的第一部分奠定了扎实的物理基础。我们从麦克斯韦方程组出发，详细推导了光在介质中传播的基本模式，重点阐述了单模光纤（SMF）和多模光纤（MMF）的结构特点、有效折射率计算以及光场分布。 核心内容包括： 1. 模式理论（Mode Theory）： 深入探讨V参数（归一化频率参数）对光纤模式特性的影响，精确计算截止波长和有效模场面积。 2. 色散效应的量化分析： 系统性地解析了材料色散、波导色散和模式色散的物理成因。我们提供了详细的色散模型，包括二阶导数（ $eta_2$ ）和三阶导数（ $eta_3$ ）对超高速传输的影响，并介绍了色散补偿技术（DCF、光纤布拉格光栅FBG）的原理和设计参数。 3. 损耗机理： 不仅复习了瑞利散射和吸收损耗，还详细分析了弯曲损耗（宏观和微观）的计算方法，这对于实际网络部署中的管道规划至关重要。 区别于传统移动通信书籍的侧重点： 本部分完全专注于“波导”本身，而非“空中接口”的接入机制。 第二部分：光电子器件——光信号的产生、调制与接收 系统的性能高度依赖于光电器件的质量。本部分将读者带入半导体光学的微观世界，详细讲解了构成光通信链路的“心脏”部件。 关键技术解析： 1. 半导体激光器（LD）： 深入探究了法布里-珀罗（FP）激光器和分布式反馈（DFB）激光器的能带结构、阈值电流分析、线宽展宽机制（如自发辐射谱线展宽）。对于高速系统，我们专门分析了可调谐激光器（如DBR激光器）的原理，这是WDM系统实现灵活信道分配的基础。 2. 光调制器： 重点讲解了电吸收调制器（EAM）和马赫-曾德尔调制器（MZM）的工作原理、线性化技术（如Push-Pull结构）以及关键指标如半波电压（$V_pi$）和消光比的优化。 3. 光电探测器（PD）： 对PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD）的响应速度、量子效率和噪声特性进行了详尽的对比分析，特别关注其在不同光功率下的性能限制。 实践导向： 这一部分提供了大量的器件参数与性能曲线分析，帮助读者理解如何从器件层面优化系统信噪比（SNR）。 第三部分：密集波分复用（DWDM）与系统性能评估 现代光网络的核心在于频谱效率的提升，即DWDM技术。《现代光通信系统原理与实践》将大量篇幅用于解析如何将多个独立的信号加载到同一根光纤上，并确保其互不干扰。 DWDM系统的核心挑战与解决方案： 1. 波长选择性器件： 详细介绍了薄膜滤波器（TFF）和光纤布拉格光栅（FBG）阵列在信道滤波和复用/解复用中的应用，包括插入损耗和串扰的建模。 2. 非线性效应的建模： 这是高速光通信中最具挑战性的部分。本书详细推导了四波混频（FWM）、交叉相位调制（XPM）和自相位调制（SPM）对系统性能的影响，并提供了基于广义非线性薛定谔方程（GNLSE）的数值解法指导。 3. 光放大技术： 全面覆盖了掺铒光纤放大器（EDFA）的工作原理、增益平坦化技术（如L-EDFA和C+L波段器件）以及拉曼放大器的优势与局限性。 4. 系统功率预算与Q值分析： 提供了基于BER（误码率）的系统级设计流程，包括对接收端噪声、散粒噪声和各种干扰因素的量化分析，最终推导出系统的有效传输距离。 第四部分：相干光通信与先进网络架构 随着速率向400G、800G乃至Tbps迈进，传统的强度调制与直接检测（IM/DD）方案已达极限。本书的最后一部分聚焦于相干光通信这一革命性技术，以及支撑下一代数据中心和骨干网的先进光网络架构。 前沿技术的深入解析： 1. 相干检测技术： 详细阐述了偏振复用（PDM）、多电平调制（QPSK, 16QAM, 64QAM）的原理，以及本振激光器在实现数字频域均衡（DFE）和极化解复用中的关键作用。 2. 数字信号处理（DSP）： 阐述了DSP芯片在相干接收端如何实时补偿色散、偏振模色散（PMD）和非线性损伤，这是超高速传输的关键使能技术。 3. 光网络管理： 超越点对点的链路传输，本书探讨了光交叉连接（OXC）、光分插复用器（OADM）的动态配置原理，以及面向未来业务的软件定义光网络（SDON）的基本架构概念。 总结： 《现代光通信系统原理与实践》是一本专注于光波物理层、光电器件层和高阶光网络层的深度技术专著。它不涉及无线电频谱分配、基站架构、信道编码（如Turbo码或LDPC码在无线中的应用）或空口协议的细节，而是为读者构建了一个坚实的光传输技术知识体系，是掌握现代光纤骨干网和数据中心互联技术的必备工具书。本书的编写力求严谨的数学推导与清晰的工程实例相结合，确保读者不仅知其“然”，更能解其“所以然”。

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