书籍详情
高速光互连和宽带光接入技术
作者：余建军 张教 李凡
出版社：人民邮电出版社
出版时间：2023-06-01
ISBN：9787115598363
定价：¥189.80
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内容简介
高速中短距离光传输与光接入系统目前正处于升级换代、速率提升的阶段，传统光纤传输技术受到了的挑战。本书主要总结了高速光互连和宽带光接入系统中一系列前沿性、开拓性和有深度的研究工作，主要包括高速短距离光纤传输系统基础及其关键问题、器件的发展、新型调制格式和编码以及高性能的数字信号处理算法。本书紧跟当前研究热点和业界标准，理论分析和实验研究并重，具有重要的理论意义和工程应用价值。本书适合通信领域从事光纤通信、无线通信等研究的工程技术人员，以及高等院校通信工程等相关专业的研究生和教师阅读。
作者简介
余建军 教授，对高速光纤通信技术进行了多年的研究，在超高速光信号产生、传输和接收方面取得了许多创新性成果和创纪录的传输实验。他先后在国内外多所大学和科研机构从事宽带光纤传输技术方面的研究工作，是 IEEE Fellow 和 OSA Fellow；发表了 1000 余篇学术论文，获得 100 余项专利授权，先后担任 OSA Journal of Optical Communications and Networking、IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology、OSA/IEEE Journal of Optical Communications and Networking 和 IEEE Photonics Journal 期刊的编委。
目录
第 1 章 绪论 .001
1.1 研究背景和意义 .001
1.2 研究现状 .004
1.2.1 高速数据中心光互连研究现状 004
1.2.2 高速接入网研究现状 . 008
1.3 本书的结构安排 .010
参考文献 015
第 2 章 高速短距离光纤传输系统基础及其关键问题 021
2.1 引言
021
2.2 高速短距离光纤传输系统的基本组成架构 021
2.2.1 光发射机 022
2.2.2 光接收机 025
2.2.3 光纤信道 027
2.2.4 光放大器 028
2.2.5 先进调制格式 . 030
2.2.6 数字信号均衡技术 032
2.3 高速短距离光纤传输系统面临的关键问题与解决方案 .034
2.3.1 系统带宽受限问题 035
2.3.2 光纤传输损伤问题 036
2.3.3 光电器件非线性损伤问题 038
2.3.4 高速短距离光纤传输系统中关键问题的解决方法 045
2.4 小结 046
参考文献 047
第 3 章 基于带宽受限器件的数据中心光互连系统 049
3.1 引言 049
3.2 数据中心光互连研究进展 050
3.2.1 数据中心光互连网络 . 050
3.2.2 以太网标准 051
3.3 基于带宽受限器件的 100Gbit/s 数据中心光互连传输实验 053
3.3.1 联合均衡算法原理 054
3.3.2 实验装置及系统参数 . 056
3.3.3 实验结果与讨论 058
3.4 基于级联 SOA 的 120km 数据中心光互连传输实验 . 064
3.4.1 级联 SOA 模型 065
3.4.2 实验装置及系统参数 . 067
3.4.3 实验结果与讨论 069
3.5 小结 072
参考文献 . 073
第 4 章 基于高阶 PAM 的数据中心光互连非线性研究 075
4.1 引言 075
4.2 基于改进查找表的高阶 PAM 非线性预失真技术 . 076
4.2.1 经典查找表的基本原理 076
4.2.2 改进查找表的基本原理 077
4.2.3 基于 M-LUT 的 PAM8 IMDD 系统传输实验 079
4.3 基于 DBSCAN 算法的高阶 PAM 非线性判决技术 . 084
4.3.1 DBSCAN 算法的基本原理 . 085
4.3.2 基于 DBSCAN 算法的高阶 PAM 判决算法基本原理 086
4.3.3 基于 DBSCAN 算法的 PAM8 IMDD 系统传输实验 089
4.4 小结 093
参考文献 . 093
第 5 章 基于概率整形的 200Gbit/s 数据中心内光互连系统 095
5.1 引言 095
5.2 概率整形技术 096
5.2.1 概率整形技术的基本原理 096
5.2.2 GMI 和 NGMI 数值模拟 099
5.2.3 基于概率整形的高阶 PAM 传输仿真 102
5.3 基于概率整形的 260Gbit/s PAM8 数据中心内光互连传输实验 103
5.3.1 基于硬限幅的概率整形时域数字预均衡技术 . 104
5.3.2 实验装置及系统参数 . 106
5.3.3 实验结果与讨论 109
5.4 SOA 使能的 280Gbit/s PS-PAM8 数据中心内光互连传输实验 112
5.4.1 超高速信号的 SOA 大信号增益模型 113
5.4.2 实验装置及系统参数 . 114
5.4.3 实验结果与讨论 115
5.5 基于概率整形的 350Gbit/s PAM16 数据中心内光互连传输实验 119
5.5.1 超高速 PAM 信号联合非线性均衡技术 . 119
5.5.2 实验装置及系统参数 . 120
5.5.3 实验结果与讨论 122
5.6 小结 124
参考文献 125
第 6 章 基于带宽受限器件的无源光网络传输系统 127
6.1 引言 127
6.2 PON 研究进展 .127
6.2.1 PON 标准化进程 127
6.2.2 PON 发展的主要趋势 130
6.3 基于带宽受限器件的 100G-PON 下行传输实验 .132
6.3.1 实验装置及系统参数 . 133
6.3.2 发射端和接收端 DSP 134
6.3.3 实验结果与讨论 138
6.3.4 色散容限及功率损耗分析 141
6.4 基于带宽受限器件的 50G-PON 对称传输实验 143
6.4.1 调制格式 DSP 流程 . 143
6.4.2 实验装置及系统参数 . 145
6.4.3 实验结果与讨论 147
6.4.4 色散容限及复杂度分析 150
6.5 基于带宽受限器件的对称 50G-PON 上行突发传输实验 152
6.5.1 基于数字滤波平方定时的 BCDR 算法原理 152
6.5.2 实验装置及系统参数 153
6.5.3 实验结果与讨论 155
6.6 小结 158
参考文献 159
第 7 章 基于强度调制相干检测的 200G-PON 传输系统 162
7.1 引言 162
7.2 基于强度调制相干检测的低复杂度 DSP 基本原理 163
7.2.1 强度调制和外差相干探测技术基本原理 163
7.2.2 PAM4 信号恢复 DSP 算法基本原理 165
7.3 基于强度调制相干检测的 200G-PON 下行传输实验 167
7.3.1 实验装置及系统参数 167
7.3.2 实验结果 169
7.3.3 激光器线宽容忍性 173
7.4 小结 174
参考文献 175
第 8 章 基于多载波强度调制直接检测通信接入网系统 . 176
8.1 引言 176
8.2 光纤通信除权预均衡技术 177
8.3 独立单边带生成技术 179
8.4 色散预补偿技术 . 179
8.5 双边带独立信号非线性串扰消除算法 . 180
8.5.1 双边带独立信号非线性串扰消除算法原理 180
8.5.2 实验系统及参数 183
8.5.3 实验结果 184
8.6 基于 OFDM 调制的高谱效率概率编码技术. 186
8.6.1 基于概率编码的 OFDM 光纤强度调制直接检测传输实验 186
8.6.2 基于升阶等熵概率编码的 OFDM 光纤强度调制直接检测传输实验 189
8.6.3 基于超高升阶等熵概率编码和除权预均衡技术的 OFDM 光纤强度调制
直接检测传输实验 192
8.7 小结 195
参考文献 196
第 9 章 基于强度调制直接检测 DMT 调制的数据中心内光互连系统 198
9.1 引言 198
9.2 DMT 调制关键技术 . 199
9.2.1 DFT-S 199
9.2.2 ABPL 200
9.3 采用高阶调制格式的 DMT 大容量数据中心内光互连系统研究 . 202
9.3.1 实验系统及参数 203
9.3.2 DFT-S 编码和预均衡联合技术 . 204
9.3.3 DD-LMS 均衡器 206
9.3.4 实验结果 207
9.4 DFT-S DMT 和 ABPL DMT 的性能比较 209
9.4.1 信道估计及 SNR 计算 210
9.4.2 实验传输系统 . 211
9.4.3 实验结果 212
9.5 小结 215
参考文献 215
第 10 章 基于城域网直接检测通信系统非线性补偿技术 219
10.1 引言 .219
10.2 基于 ANN 的信道均衡技术 220
10.2.1 基于 MLP 的均衡器原理 220
10.2.2 基于 FLANN 的均衡器原理 221
10.2.3 基于 RNN 的均衡器原理 222
10.2.4 基于 DNN 的均衡器原理 223
10.3 基于 ANN 均衡器的城域网光纤直接检测传输实验 .224
10.4 级联复数信号实虚部非线性串扰消除算法 .226
10.4.1 级联复数信号实虚部非线性串扰消除算法原理 227
10.4.2 基于级联复数信号实虚部非线性串扰消除算法的光纤直接检测传输实验 . 230
10.5 小结 .236
参考文献 237
第 11 章 接入网系统在带宽受限情况下的调制格式最佳化 . 239
11.1 引言 .239
11.2 面向低成本接入网的 100Gbit/s 光纤强度调制直接检测通信系统实验 240
11.2.1 算法流程 . 240
11.2.2 实验装置及系统参数 242
11.2.3 实验结果与讨论 . 244
11.3 小结 .247
参考文献 247
第 12 章 城域网传输系统的调制格式最佳化 . 249
12.1 引言 .249
12.2 面向中长距城域网的 100Gbit/s 强度调制直接检测通信系统实验 .250
12.2.1 算法流程 . 250
12.2.2 实验装置及系统参数 251
12.2.3 实验结果与讨论 . 252
12.3 小结 .258
参考文献 259
第 13 章 强度调制直接检测中的子载波互拍噪声抑制 260
13.1 引言 .260
13.2 SSBI 产生原理 261高速光互连和宽带光接入技术
13.3 基于发射端非线性预处理的无 SSBI 直接检测 261
13.3.1 基于 DD-MZM 的单边带调制直接检测 262
13.3.2 笛卡儿 极坐标转换 . 263
13.3.3 仿真系统及参数 . 264
13.3.4 仿真结果分析 266
13.3.5 算法计算复杂度分析 273
13.4 小结 274
参考文献 . 274
第 14 章 40Gbit/s 啁啾管理激光器在接入网和城域网中的应用 277
14.1 引言 277
14.2 CML 发射器原理 278
14.2.1 DML 的线性调频特性. 278
14.2.2 工作原理 . 279
14.2.3 光学滤波器的参数优化 . 281
14.2.4 DML 激光模型的参数优化 282
14.3 40Gbit/s 无色散补偿 20km SSMF 传输 . 284
14.4 集中式 40Gbit/s WDM-PON . 288
14.4.1 网络设计 . 288
14.4.2 WDM-PON 配置和实验结果 289
14.5 100m 渐变型塑料光纤传输验证 291
14.6 城域网络应用 293
14.7 小结 295
参考文献 . 295
第 15 章 基于空分复用实现超短距离的光互连 298
15.1 引言 298
15.2 矢量模式的传输特性 299
15.2.1 矢量模式的产生与基本特性 299
15.2.2 矢量模式在少模光纤中的传输特性 300
15.3 基于矢量模式复用的短距离光互连 302
15.3.1 DMT 调制技术 302
15.3.2 基于 240Gbit/s DMT 信号的矢量模式复用系统 . 303
15.3.3 离线 DSP 流程 . 304
15.3.4 实验结果 . 305
15.3.5 几种补偿机制对系统性能的影响 . 306
15.3.6 基于 DFT-S 技术与预均衡技术的信号性能对比 309
15.4 基于线偏振模式复用的短距离光互连 310
15.4.1 实验原理 . 312
15.4.2 离线 DSP 流程 . 313
15.4.3 单波长 MDM 传输 314
15.4.4 WDM MDM 传输 317
15.5 小结 .318
参考文献 319
1.1 研究背景和意义 .001
1.2 研究现状 .004
1.2.1 高速数据中心光互连研究现状 004
1.2.2 高速接入网研究现状 . 008
1.3 本书的结构安排 .010
参考文献 015
第 2 章 高速短距离光纤传输系统基础及其关键问题 021
2.1 引言
021
2.2 高速短距离光纤传输系统的基本组成架构 021
2.2.1 光发射机 022
2.2.2 光接收机 025
2.2.3 光纤信道 027
2.2.4 光放大器 028
2.2.5 先进调制格式 . 030
2.2.6 数字信号均衡技术 032
2.3 高速短距离光纤传输系统面临的关键问题与解决方案 .034
2.3.1 系统带宽受限问题 035
2.3.2 光纤传输损伤问题 036
2.3.3 光电器件非线性损伤问题 038
2.3.4 高速短距离光纤传输系统中关键问题的解决方法 045
2.4 小结 046
参考文献 047
第 3 章 基于带宽受限器件的数据中心光互连系统 049
3.1 引言 049
3.2 数据中心光互连研究进展 050
3.2.1 数据中心光互连网络 . 050
3.2.2 以太网标准 051
3.3 基于带宽受限器件的 100Gbit/s 数据中心光互连传输实验 053
3.3.1 联合均衡算法原理 054
3.3.2 实验装置及系统参数 . 056
3.3.3 实验结果与讨论 058
3.4 基于级联 SOA 的 120km 数据中心光互连传输实验 . 064
3.4.1 级联 SOA 模型 065
3.4.2 实验装置及系统参数 . 067
3.4.3 实验结果与讨论 069
3.5 小结 072
参考文献 . 073
第 4 章 基于高阶 PAM 的数据中心光互连非线性研究 075
4.1 引言 075
4.2 基于改进查找表的高阶 PAM 非线性预失真技术 . 076
4.2.1 经典查找表的基本原理 076
4.2.2 改进查找表的基本原理 077
4.2.3 基于 M-LUT 的 PAM8 IMDD 系统传输实验 079
4.3 基于 DBSCAN 算法的高阶 PAM 非线性判决技术 . 084
4.3.1 DBSCAN 算法的基本原理 . 085
4.3.2 基于 DBSCAN 算法的高阶 PAM 判决算法基本原理 086
4.3.3 基于 DBSCAN 算法的 PAM8 IMDD 系统传输实验 089
4.4 小结 093
参考文献 . 093
第 5 章 基于概率整形的 200Gbit/s 数据中心内光互连系统 095
5.1 引言 095
5.2 概率整形技术 096
5.2.1 概率整形技术的基本原理 096
5.2.2 GMI 和 NGMI 数值模拟 099
5.2.3 基于概率整形的高阶 PAM 传输仿真 102
5.3 基于概率整形的 260Gbit/s PAM8 数据中心内光互连传输实验 103
5.3.1 基于硬限幅的概率整形时域数字预均衡技术 . 104
5.3.2 实验装置及系统参数 . 106
5.3.3 实验结果与讨论 109
5.4 SOA 使能的 280Gbit/s PS-PAM8 数据中心内光互连传输实验 112
5.4.1 超高速信号的 SOA 大信号增益模型 113
5.4.2 实验装置及系统参数 . 114
5.4.3 实验结果与讨论 115
5.5 基于概率整形的 350Gbit/s PAM16 数据中心内光互连传输实验 119
5.5.1 超高速 PAM 信号联合非线性均衡技术 . 119
5.5.2 实验装置及系统参数 . 120
5.5.3 实验结果与讨论 122
5.6 小结 124
参考文献 125
第 6 章 基于带宽受限器件的无源光网络传输系统 127
6.1 引言 127
6.2 PON 研究进展 .127
6.2.1 PON 标准化进程 127
6.2.2 PON 发展的主要趋势 130
6.3 基于带宽受限器件的 100G-PON 下行传输实验 .132
6.3.1 实验装置及系统参数 . 133
6.3.2 发射端和接收端 DSP 134
6.3.3 实验结果与讨论 138
6.3.4 色散容限及功率损耗分析 141
6.4 基于带宽受限器件的 50G-PON 对称传输实验 143
6.4.1 调制格式 DSP 流程 . 143
6.4.2 实验装置及系统参数 . 145
6.4.3 实验结果与讨论 147
6.4.4 色散容限及复杂度分析 150
6.5 基于带宽受限器件的对称 50G-PON 上行突发传输实验 152
6.5.1 基于数字滤波平方定时的 BCDR 算法原理 152
6.5.2 实验装置及系统参数 153
6.5.3 实验结果与讨论 155
6.6 小结 158
参考文献 159
第 7 章 基于强度调制相干检测的 200G-PON 传输系统 162
7.1 引言 162
7.2 基于强度调制相干检测的低复杂度 DSP 基本原理 163
7.2.1 强度调制和外差相干探测技术基本原理 163
7.2.2 PAM4 信号恢复 DSP 算法基本原理 165
7.3 基于强度调制相干检测的 200G-PON 下行传输实验 167
7.3.1 实验装置及系统参数 167
7.3.2 实验结果 169
7.3.3 激光器线宽容忍性 173
7.4 小结 174
参考文献 175
第 8 章 基于多载波强度调制直接检测通信接入网系统 . 176
8.1 引言 176
8.2 光纤通信除权预均衡技术 177
8.3 独立单边带生成技术 179
8.4 色散预补偿技术 . 179
8.5 双边带独立信号非线性串扰消除算法 . 180
8.5.1 双边带独立信号非线性串扰消除算法原理 180
8.5.2 实验系统及参数 183
8.5.3 实验结果 184
8.6 基于 OFDM 调制的高谱效率概率编码技术. 186
8.6.1 基于概率编码的 OFDM 光纤强度调制直接检测传输实验 186
8.6.2 基于升阶等熵概率编码的 OFDM 光纤强度调制直接检测传输实验 189
8.6.3 基于超高升阶等熵概率编码和除权预均衡技术的 OFDM 光纤强度调制
直接检测传输实验 192
8.7 小结 195
参考文献 196
第 9 章 基于强度调制直接检测 DMT 调制的数据中心内光互连系统 198
9.1 引言 198
9.2 DMT 调制关键技术 . 199
9.2.1 DFT-S 199
9.2.2 ABPL 200
9.3 采用高阶调制格式的 DMT 大容量数据中心内光互连系统研究 . 202
9.3.1 实验系统及参数 203
9.3.2 DFT-S 编码和预均衡联合技术 . 204
9.3.3 DD-LMS 均衡器 206
9.3.4 实验结果 207
9.4 DFT-S DMT 和 ABPL DMT 的性能比较 209
9.4.1 信道估计及 SNR 计算 210
9.4.2 实验传输系统 . 211
9.4.3 实验结果 212
9.5 小结 215
参考文献 215
第 10 章 基于城域网直接检测通信系统非线性补偿技术 219
10.1 引言 .219
10.2 基于 ANN 的信道均衡技术 220
10.2.1 基于 MLP 的均衡器原理 220
10.2.2 基于 FLANN 的均衡器原理 221
10.2.3 基于 RNN 的均衡器原理 222
10.2.4 基于 DNN 的均衡器原理 223
10.3 基于 ANN 均衡器的城域网光纤直接检测传输实验 .224
10.4 级联复数信号实虚部非线性串扰消除算法 .226
10.4.1 级联复数信号实虚部非线性串扰消除算法原理 227
10.4.2 基于级联复数信号实虚部非线性串扰消除算法的光纤直接检测传输实验 . 230
10.5 小结 .236
参考文献 237
第 11 章 接入网系统在带宽受限情况下的调制格式最佳化 . 239
11.1 引言 .239
11.2 面向低成本接入网的 100Gbit/s 光纤强度调制直接检测通信系统实验 240
11.2.1 算法流程 . 240
11.2.2 实验装置及系统参数 242
11.2.3 实验结果与讨论 . 244
11.3 小结 .247
参考文献 247
第 12 章 城域网传输系统的调制格式最佳化 . 249
12.1 引言 .249
12.2 面向中长距城域网的 100Gbit/s 强度调制直接检测通信系统实验 .250
12.2.1 算法流程 . 250
12.2.2 实验装置及系统参数 251
12.2.3 实验结果与讨论 . 252
12.3 小结 .258
参考文献 259
第 13 章 强度调制直接检测中的子载波互拍噪声抑制 260
13.1 引言 .260
13.2 SSBI 产生原理 261高速光互连和宽带光接入技术
13.3 基于发射端非线性预处理的无 SSBI 直接检测 261
13.3.1 基于 DD-MZM 的单边带调制直接检测 262
13.3.2 笛卡儿 极坐标转换 . 263
13.3.3 仿真系统及参数 . 264
13.3.4 仿真结果分析 266
13.3.5 算法计算复杂度分析 273
13.4 小结 274
参考文献 . 274
第 14 章 40Gbit/s 啁啾管理激光器在接入网和城域网中的应用 277
14.1 引言 277
14.2 CML 发射器原理 278
14.2.1 DML 的线性调频特性. 278
14.2.2 工作原理 . 279
14.2.3 光学滤波器的参数优化 . 281
14.2.4 DML 激光模型的参数优化 282
14.3 40Gbit/s 无色散补偿 20km SSMF 传输 . 284
14.4 集中式 40Gbit/s WDM-PON . 288
14.4.1 网络设计 . 288
14.4.2 WDM-PON 配置和实验结果 289
14.5 100m 渐变型塑料光纤传输验证 291
14.6 城域网络应用 293
14.7 小结 295
参考文献 . 295
第 15 章 基于空分复用实现超短距离的光互连 298
15.1 引言 298
15.2 矢量模式的传输特性 299
15.2.1 矢量模式的产生与基本特性 299
15.2.2 矢量模式在少模光纤中的传输特性 300
15.3 基于矢量模式复用的短距离光互连 302
15.3.1 DMT 调制技术 302
15.3.2 基于 240Gbit/s DMT 信号的矢量模式复用系统 . 303
15.3.3 离线 DSP 流程 . 304
15.3.4 实验结果 . 305
15.3.5 几种补偿机制对系统性能的影响 . 306
15.3.6 基于 DFT-S 技术与预均衡技术的信号性能对比 309
15.4 基于线偏振模式复用的短距离光互连 310
15.4.1 实验原理 . 312
15.4.2 离线 DSP 流程 . 313
15.4.3 单波长 MDM 传输 314
15.4.4 WDM MDM 传输 317
15.5 小结 .318
参考文献 319
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