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第1章 海底光缆通信介绍1

1.1 引言1

1.2 海底通信系统的结构4

1.3 太比特海底光通信技术7

1.4 近期和未来的发展9

1.4.1 海底光缆的近期发展9

1.4.2 海底系统的未来发展11

参考文献14

第2章 海底通信系统的历史回顾16

2.1 引言16

2.2 海底电缆电报时代17

2.2.1 早期电报时代（1800—1850年）17

2.2.2 英国海底电缆时代（1850—1872年）18

2.2.3 全球网络（1872—1920年）21

2.2.4 电缆和无线电的竞争（1920—1960年）23

2.2.5 技术和经济因素25

2.3 海底同轴电缆电话时代28

2.3.1 早期海底电话电缆尝试28

2.3.2 第一代海底同轴电缆（1950—1961年）29

2.3.3 第二代海底同轴电缆（1960—1970年）30

2.3.4 宽带海底电缆（1970—1988年）31

2.3.5 技术和经济因素32

2.4 海底光缆时代35

2.4.1 从模拟到数字化（1976—1988年）35

2.4.2 再生海底光缆系统和联盟组织（1986—1995年）36

2.4.3 光放大和波分复用技术（1995—2000年）38

2.4.4 相干光通信技术的时代及其发展（2010至今）42

2.4.5 新市场和经济影响43

2.4.6 布缆船和敷设作业43

2.5 小结44

参考文献45

第3章 非相干和相干数字光纤通信的基本原理46

3.1 引言46

3.2 光纤信道47

3.2.1 光纤带宽47

3.2.2 光纤信道容量47

3.2.3 二进制光信道和符号概率49

3.3 调制格式51

3.3.1 待调制参数51

3.3.2 调制信号的光功率谱51

3.3.3 调制信号基带功率谱的一般表达式52

3.3.4 开关键控调制方式54

3.3.5 纯相位调制57

3.3.6 正交振幅调制58

3.4 噪声及信号与噪声的相互作用60

3.4.1 光信噪比和噪声指数60

3.4.2 光电检测器灵敏度和光电信号转换60

3.4.3 基础量子噪声61

3.4.4 光放大噪声64

3.4.5 增益和衰减分布的影响67

3.4.6 光噪累积69

3.4.7 信号和噪声相互作用70

3.4.8 附加电噪声71

3.5 直接检测（非相干）光通信72

3.5.1 定义72

3.5.2 理想散粒噪声限制接收机75

3.5.3 较小热噪限制检测的放大器77

3.5.4 前置放大光信号的检测78

3.6 相干光通信81

3.6.1 相干接收机原理81

3.6.2 单正交测量和平衡零差检测82

3.6.3 采用双平衡外差检测进行双正交测量86

参考文献90

第4章 光放大93

4.1 引言93

4.2 EDFA放大原理94

4.2.1 基本原理94

4.2.2 玻璃基质的影响94

4.2.3 EDFA的基本特性95

4.2.4 基态模型96

4.2.5 典型受限掺铒模型96

4.2.6 光纤参数99

4.2.7 动态性能100

4.2.8 噪声特性101

4.3 海缆系统的特性103

4.3.1 高噪声性能设计104

4.3.2 偏振相关的损耗105

4.3.3 掺铒光纤中的光偏振效应105

4.3.4 泵浦偏振对PDG的影响105

4.3.5 光谱烧孔106

4.3.6 光谱烧孔的建模107

4.4 长距离应用EDFA的优化108

4.4.1 暗纤运行108

4.4.2 WDM输入信号谱运行109

4.4.3 增益带宽109

4.4.4 玻璃成分110

4.4.5 增益漂移对输出OSNR的影响111

4.4.6 增益均衡112

4.5 工程特性114

4.5.1 功率消耗114

4.5.2 泵浦技术114

4.5.3 海底工程的特殊性116

4.6 L波段EDFA的应用117

4.6.1 系统性能117

4.6.2 现场实际应用问题118

4.6.3 C+L波段系统119

4.6.4 高效C+L结构119

4.7 拉曼放大的实现119

4.7.1 拉曼放大的原理120

4.7.2 EDFA预放大的实际应用122

4.7.3 全拉曼放大的海缆链路122

4.7.4 无中继系统中的拉曼应用124

4.8 未来放大技术展望125

参考文献126

第5章 超长距离海底传输131

5.1 引言131

5.2 色散效应和非线性效应131

5.2.1 传输限制、衰减、色散和偏振模色散131

5.2.2 光纤基础设施134

5.3 调制格式和相干接收机140

5.3.1 调制格式140

5.3.2 相干接收机说明145

5.4 长距离传输系统的主要特性148

5.4.1 技术挑战：高容量单位光纤148

5.4.2 光信噪比149

5.4.3 传输损伤153

5.4.4 中继器监控157

5.4.5 功率预算表和典型中继距离157

5.5 增益均衡161

5.5.1 功率预加重162

5.5.2 固定增益均衡器165

5.5.3 可调增益均衡器168

5.5.4 非最佳增益均衡的影响170

5.6 传输系统172

5.6.1 试验装置172

5.6.2 NZDSF传输试验172

5.6.3 ＋D/-D传输试验175

5.6.4 相干技术在40Gbit/s色散管理链路的首次部署（NZDSF及＋D/-D）178

5.6.5 ＋D光纤传输试验180

5.7 下一代海底系统181

5.7.1 光谱整形182

5.7.2 正交幅度调制（QAM）格式183

5.7.3 4D和N-D格式184

5.7.4 香农极限185

5.7.5 基于DSP的非线性抑制186

5.7.6 实验室记录的试验和技术187

5.7.7 空分复用技术，未来的方向？187

参考文献189

第6章 超长距离海底网络中传输损伤的补偿技术192

6.1 引言192

6.2 超长距离海底系统线性效应的补偿193

6.2.1 光域内色散效应的补偿193

6.2.2 数字相干系统中色散效应的补偿195

6.3 超长距离海底系统非线性效应的补偿198

6.3.1 补偿光纤非线性效应的光学技术198

6.3.2 补偿光纤非线性效应的数字技术：数字反向传输203

6.3.3 补偿光纤非线性效应的其他数字信号处理技术208

参考文献209

第7章 无中继传输213

7.1 引言213

7.2 历史和近期发展214

7.2.1 信道速率的增加214

7.2.2 信道数量的增加214

7.2.3 大有效面积的线路光纤215

7.2.4 扩展无中继距离215

7.3 应用218

7.4 无中继系统技术219

7.4.1 无中继传输的基础219

7.4.2 拉曼放大220

7.4.3 系统结构224

7.5 光损伤及其限制229

7.5.1 线性效应造成的限制230

7.5.2 非线性效应造成的限制230

7.6 系统实现时要考虑的问题233

7.6.1 光连接器和光纤损耗233

7.6.2 远程泵浦光放大器的位置和设计234

7.7 标准236

7.7.1 适用标准236

7.7.2 激光器安全238

7.8 主要的实验室演示系统239

7.9 商业无中继系统243

7.10 展望244

参考文献245

第8章 海底光缆的新应用248

8.1 引言248

8.2 海底光缆其他应用的历史及起源249

8.2.1 海军水听器阵列249

8.2.2 地震监测249

8.2.3 重用报废海缆250

8.2.4 沿海观测站251

8.2.5 其他科学应用251

8.2.6 油气生产平台251

8.3 缆系海洋科学观测系统252

8.3.1 科研目标252

8.3.2 设计原则252

8.3.3 沿海观测站253

8.3.4 区域观测站254

8.4 海上油气通信系统268

8.4.1 优势和商业目的268

8.4.2 系统结构268

8.4.3 电力安全269

8.4.4 平台连接269

8.4.5 海上作业271

8.4.6 操作与维护274

8.5 海上油气监控系统274

8.6 油气开采海底控制系统275

8.7 油气-通信-科研混合系统275

8.8 “绿色”系统275

8.9 军事应用276

8.10 展望未来276

参考文献276