[原创]每周一期好书推荐——2010年10月第一期《宽带光接入技术》

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[原创]每周一期好书推荐——2010年10月第一期《宽带光接入技术》
书名：《宽带光接入技术》
编辑：原荣  
国际书号：ISBN 978-7-121-11786-2
版权字数：460千字
出版日期：2010-9
定价：49

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内容概况：本书是宽带光接入技术，特别是宽带光接入的重要发展方向——PON接入技术的专著。本书选取了宽带光接入技术的最新素材，反映了当前宽带光接入技术的发展水平，采用了国际最新标准。其特点是概念说明清楚，文字叙述通俗易懂，简明扼要，图文并茂，注重实用，前后连贯，适合不同层次读者的需要。为使读者从关键词尽快找到书中的有关内容，本书还给出名词术语索引。为了教师和工程技术人员电子教学和培训的需要，本书将免费提供各章的电子教学课件（包括书中所有的插图）。
读者对象：本书是对编辑编著的《光纤通信》（第3版）的补充，可供本科生和研究生使用，也可作为培训教材使用，对从事光纤通信系统和网络研究的教学、规划设计、管理和维护的有关人员也有一定的参考价值。
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目    录
第1章  概述 （1）
1.1  接入网在网络建设中的作用及发展趋势 （1）
1.1.1  接入网在网络建设中的作用 （1）
1.1.2  光接入网技术演进 （1）
1.1.3  三网融合——接入网的发展趋势 （3）
1.2  网络结构 （4）
1.2.1  网络结构 （4）
1.2.2  网络接口 （6）
1.2.3  光线路终端（OLT） （6）
1.2.4  光网络单元（ONU） （8）
1.2.5  光分配网络（ODN） （9）
1.3  无源光网络（PON） （10）
1.3.1  分光比 （11）
1.3.2  结构和要求 （11）
1.3.3  下行复用技术 （12）
1.3.4  故障定位技术 （12）
1.3.5  安全性和私密性 （13）
1.3.6  保护方式 （14）
1.3.7  超级PON （15）
1.4  上行接入方法 （15）
1.4.1  TDMA （16）
1.4.2  WDMA （17）
1.4.3  SCMA （17）
1.4.4  CDMA （19）
1.5  接入网常使用的调制方法 （21）
1.5.1  QAM调制 （21）
1.5.2  CAP调制 （24）
1.5.3  DMT调制 （25）
1.5.4  QPSK调制 （26）
1.6  双向传输技术 （27）
1.6.1  空分复用（SDM） （27）
1.6.2  全双工 （27）
1.6.3  时间压缩复用（TCM） （27）
1.6.4  副载波复用（SCM） （28）
1.6.5  同向双工或波分复用 （28）
1.6.6  码分复用（CDM） （29）
1.6.7  双向传输技术比较 （29）
复习思考题 （30）
参考文献 （30）
第2章  光接入网用光纤和器件 （31）
2.1  光纤和光缆 （31）
2.1.1  G.652光纤 （31）
2.1.2  G.657光纤 （31）
2.1.3  光缆 （33）
2.2  光无源器件 （34）
2.2.1  光连接器 （34）
2.2.2  光分路器 （36）
2.2.3  阵列波导光栅（AWG）路由器（WGR） （37）
2.2.4  光耦合器 （38）
2.3    光收发器件 （39）
2.3.1  垂直腔表面发射激光器（VCSEL） （39）
2.3.2  LED 频谱分割多波长光源 （40）
2.3.3  波导探测器（WG-PD） （41）
2.4  光收发模块 （41）
2.4.1  双纤以太网点到点收发机 （41）
2.4.2  单纤以太网点到点收发机 （43）
2.4.3  单纤双向收发模块 （43）
2.4.4  10 Gb/s TDMA PON 突发模式收发机 （44）
复习思考题 （44）
参考文献 （45）
第3章  光纤传输有线/无线接入 （46）
3.1  以太网接入 （46）
3.1.1  以太网分类 （46）
3.1.2  OSI参考模型及以太网的分层结构 （48）
3.1.3  以太网使用的线路编码 （51）
3.1.4  以太网帧格式 （53）
3.1.5  以太网工作原理 （53）
3.1.6  10 Gb/s以太网及其应用 （56）
3.1.7  中继交换与路由 （57）
3.1.8  以太网接入因特网和骨干网及其需解决的问题 （59）
3.2  xDSL接入 （60）
3.2.1  ADSL （61）
3.2.2  VDSL （63）
3.3  SDH接入 （64）
3.4  有线电视光纤同轴混合（HFC）接入 （64）
3.4.1  CATV从电缆向光纤/同轴电缆混合（HFC）接入过渡 （65）
3.4.2  HFC的优点 （66）
3.4.3  HFC的结构 （66）
3.4.4  HFC用射频技术和预失真补偿技术 （67）
3.4.5  HFC用光波技术 （69）
3.4.6  Cable Modem构成及其工作原理 （73）
3.4.7  HFC的发展方向——从模拟电视到数字化综合业务 （77）
3.5  无线接入 （79）
3.5.1  CDMA系统技术基础——直接序列扩频系统（DSSS） （79）
3.5.2  第3代（3G）移动通信系统 （82）
3.5.3  CDMA光纤传输通信系统 （88）
3.5.4  第4代（4G）移动通信系统概况 （89）
3.5.5  大气光通信接入系统 （92）
复习思考题 （93）
参考文献 （94）
第4章  APON接入技术 （95）
4.1  APON接入网的分层结构 （95）
4.2  传输媒质层 （96）
4.2.1  线路比特速率 （96）
4.2.2  物理媒质与波长分配 （96）
4.2.3  光端机 （97）
4.2.4  光分配网 （102）
4.3  传输会聚层（TC） （103）
4.3.1  对传输会聚层（TC）的要求 （103）
4.3.2  帧结构 （103）
4.3.3  下行PLOAM信元结构 （106）
4.3.4  上行PLOAM信元结构 （110）
4.3.5    下行信元搅动加密 （112）
4.3.6  验证功能 （113）
4.4  运行、管理和维护（OAM）功能 （114）
4.4.1  ONU管理和控制接口（OMCI）参考模型 （114）
4.4.2  ONU和OLT检测到的OAM项目 （115）
4.4.3  PON的管理功能 （117）
4.4.4  ONU管理信息库（MIB） （121）
4.4.5  ONU管理和控制信道（OMCC） （122）
4.4.6  ONU管理和控制协议 （122）
4.5  APON接入系统先容 （124）
4.5.1  系统构成 （124）
4.5.2  APON线路接口 （126）
4.5.3  ATM交叉连接 （129）
4.5.4  业务接口 （129）
4.5.5  HFC双向光纤传输系统 （130）
4.5.6  系统业务演示 （131）
复习思考题 （131）
参考文献 （131）
第5章  EPON接入技术 （133）
5.1  EPON概述 （133）
5.1.1  EPON的工作原理 （133）
5.1.2  EPON的关键技术 （134）
5.1.3  标准化进展 （135）
5.1.4  EPON系统协议分层模型 （136）
5.2  EPON的物理媒质相关（PMD）层 （137）
5.2.1  EPON对PMD的基本要求 （137）
5.2.2  EPON光收发机规范 （139）
5.2.3  EPON接口 （140）
5.2.4  EPON光路设计 （140）
5.3  EPON传输帧结构 （141）
5.4  EPON多点控制协议（MPCP）和动态带宽分配（DBR） （142）
5.4.1  EPON的上行多址接入 （142）
5.4.2  EPON系统的同步和测距 （144）
5.4.3  EPON系统的动态带宽分配 （146）
5.5  EPON的运行维护和管理（OAM） （147）
5.6    EPON承载TDM业务 （148）
5.7  10 G EPON产业化进程 （149）
复习思考题 （151）
参考文献 （151）
第6章  GPON接入技术 （152）
6.1  GPON概述 （152）
6.1.1  GPON标准进展和参考结构 （152）
6.1.2  GPON系统协议分层模型和各层功能 （154）
6.1.3  GPON与EPON的比较及其优势 （156）
6.2  GPON物理媒质相关层（PMD） （158）
6.2.1  线路比特速率 （158）
6.2.2  物理媒质与波长分配 （158）
6.2.3  传输距离和分支比 （159）
6.2.4  光端机 （159）
6.2.5  通过前向纠错（FEC）获得光增益 （160）
6.2.6  ONU功率电平调整机制 （161）
6.3  GPON帧结构与封装 （161）
6.3.1  GEM帧结构 （161）
6.3.2  GEM帧同步 （162）
6.3.3  GEM帧的分段机制 （162）
6.3.4  GEM对TDM数据的封装 （163）
6.3.5  GEM 对以太网数据的封装 （163）
6.3.6  GPON上/下行帧结构 （164）
6.4  GPON媒质接入控制和动态带宽分配 （165）
6.4.1  GPON媒质接入控制（MAC） （165）
6.4.2  动态带宽分配（DBR） （165）
6.4.3  GPON测距和延时补偿 （167）
6.4.4  ONU与OLT的同步过程 （168）
6.4.5  GPON ONT管理控制接口（OMCI） （169）
6.4.6  用户信息保护与安全 （169）
6.5  GPON的产业化进程 （170）
复习思考题 （171）
参考文献 （171）
第7章  WDM-PON接入技术 （173）
7.1  ONU波长固定WDM-PON （173）
7.1.1  波长固定WDM-PON系统结构 （173）
7.1.2  WGR温度漂移的解决办法 （175）
7.2  ONU波长可调WDM-PON （175）
7.3  ONU无色WDM-PON （176）
7.3.1  ONU采用宽谱光源WDM-PON （176）
7.3.2  ONU无光源WDM-PON （177）
7.4  WDM/TDM混合无源光网络 （178）
7.5  WDM-PON与PS-PON的技术比较 （180）
复习思考题 （181）
参考文献 （181）
第8章  TDMA无源光网络接入技术 （182）
8.1  上行同步技术 （182）
8.1.1  前言 （182）
8.1.2  相关同步技术 （183）
8.1.3  门控振荡法 （188）
8.1.4  数字环路振荡法 （190）
8.2  突发模式发射 （192）
8.2.1  光发射基础 （192）
8.2.2  突发模式发射 （193）
8.2.3  发射延迟补偿 （194）
8.2.4  突发模式发射光输出功率控制 （195）
8.2.5  外调制突发模式发射 （196）
8.2.6  10.3 Gb/s突发模式发射机 （197）
8.3  突发模式接收 （198）
8.3.1  直流耦合突发模式光接收机 （199）
8.3.2   10 Gb/s 直流耦合突发模式光接收机 （203）
8.3.3  交流耦合突发模式光接收机 （207）
8.3.4  1.25 Gb/s交流耦合突发模式EPON接收机 （209）
8.3.5  2.5 Gb/s 边检测突发模式GPON光接收机 （211）
8.3.6  光差分检测突发接收 （213）
8.4  测    距 （215）
8.4.1  概述 （215）
8.4.2  现有的测距方法 （217）
8.4.3  测距过程 （218）
8.4.4  带外测距和带内测距比较 （219）
8.5  G.983.1规定的测距法 （220）
8.5.1  测距法应用范围 （220）
8.5.2  传输延时和相位关系 （221）
8.5.3  测距窗口 （223）
8.5.4  测距过程 （226）
复习思考题 （233）
参考文献 （233）
第9章  动态带宽分配 （236）
9.1  概述 （236）
9.1.1  静态带宽分配 （237）
9.1.2  动态带宽分配 （238）
9.2  MAC协议 （240）
9.2.1  动态带宽分配（DBA）协议 （241）
9.2.2  传输容器（T-CONT） （242）
9.2.3  信元传输延迟及其变化 （248）
9.2.4  DBA和OLT/ONU的不同组合 （249）
9.2.5  等待/过渡时间 （249）
9.3    交接过程 （250）
9.4  T-CONT的建立和拆除 （252）
9.4.1  对T-CONT状态改变的要求 （252）
9.4.2  T-CONT的建立和拆除 （252）
9.4.3  ONU可分割时隙的合并和整理 （253）
9.5  流量控制和调度 （254）
9.5.1  流量管理和拥塞控制 （254）
9.5.2  接入过程 （256）
9.5.3  上行接入模型和ONU模型 （257）
9.5.4  带宽分配规则 （258）
9.5.5  业务流量调度 （259）
复习思考题 （263）
参考文献 （264）
附录  名词术语索引 （265）
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前    言
接入网是用户驻地网进入城域网/骨干网的桥梁，但随着社会信息化进程的加快，接入网已成为制约网络向宽带化发展的瓶颈。目前，接入网市场容量很大，商家为了追求利润和满足用户的需求，加大了研究经费的投入，新技术不断涌现。网络接入技术已成为电信研究部门、各大电信企业和运营部门关注的焦点和投资的热点。
光纤接入有无源与有源之分，基于SDH或PDH的接入是有源接入，基于无源光网络（PON）的接入是无源接入。因为PON本身是一种多用户共享系统，即多个用户共享同一套设备、同一条光缆和同一个光分路器，所以成本低；与有源光网络相比，它的安装、开通和维护运营成本大为降低，使系统更可靠、更稳定；加之PON能够提供透明宽带的传送能力，因此PON接入网具有广阔的应用前景。
ATM技术支撑可变速率业务, 支撑时延要求较小的业务，具有支撑多业务多比特率的能力，因此ATM接入系统能够完成不同速率的多种业务接入，它既能提供窄带业务，又能提供宽带业务。为了使用户接入网部分的PON和核心网的ATM化相兼容，ITU-T从1998年开始，制订了一整套标准，这种ATM化的PON称为APON。
随着因特网的快速发展，以太网被大量使用，由于市场的推动，以太网技术也在飞速发展。由于PON具有优良的特性，所以2000年12月，以太网设备供应商提出了将PON用于以太网接入的标准研究计划，这种使用PON的以太网称为EPON。IEEE在2006年成立了一个TaskForce工作组，进行10Gb/s EPON标准IEEE 802.3av的研究和制订工作。10Gb/s EPON标准的制订进程较快，已于 2009年9月正式发布。
鉴于APON标准复杂，成本高，在传输以太网和IP数据业务时效率低，以及在ATM层上适配和提供业务复杂。而EPON存在两大致命的缺陷，即带宽利用率低和难以支撑以太网之外的实时业务。因此，全业务接入网（FSAN）组织已制定了一种融合APON和EPON的优点，克服其缺点的新的PON，那就是千兆无源光网络（GPON）。GPON具有吉比特高速率、92%的带宽利用率和支撑多业务透明传输的能力，同时能够保证服务质量和级别，提供电信级的网络监测和业务管理。因此，GPON标准是最新一代宽带PON接入标准，具有宽带高效，覆盖范围广，用户接口丰富等众多优点，可以为用户提供优质、可靠和安全的语音、数据和视频三网合一业务接入。
APON、EPON和GPON都是TDM-PON。但是TDM-PON上/下行均工作在单一波长，各用户通过时分方式进行数据传输。这种在单一波长上为每个用户分配时隙的机制，既限制了每个用户的可用带宽，又浪费了光纤本身的可用带宽，不能满足不断出现的宽带网络业务应用的需求。在这种背景下，人们又提出了能克服TDM-PON缺点的WDM-PON。近年来，由于WDM器件价格的不断下降，WDM-PON技术本身的不断完善，WDM-PON接入网应用到通信网络中已成为可能。相信，随着时间的推移，把WDM技术引入接入网将是下一代接入网发展的必然趋势，也是PON的最终形态，但在近期还很难大规模地应用。主要原因是缺乏国际标准，设备商投入较少，各种器件（如芯片、光模块）还不够成熟，成本也偏高，世界范围内能提供商用WDM-PON系统的设备制造商也屈指可数。如果WDM-PON在近几年商用的话，下行采用WDM-PON，上行采用功率分配PON（PS-PON）的混合PON（CPON）看起来更加现实。
本书是在编辑编著的《宽带光接入网》的基础上，根据光纤通信和宽带接入技术的最新进展，为满足广大读者的需求重新编写的。本书共分9章，第1章首先概述了接入网在网络建设中的作用及发展趋势、网络结构和常用的调制技术，接着先容了接入网的上行接入方法、双向传输技术以及无源光网络（PON）的有关技术。第2章对接入网用到的光纤光缆、无源有源器件和光收发模块进行了简述。第3章首先先容了以太网、xDSL、SDH接入，接着阐明了有线电视光纤同轴混合（HFC）接入技术和三网融合概念，最后对目前运营商主推消费者关注的第3代（3G）移动通信接入技术和发展趋势进行了先容。第4～7章分别阐述了APON、EPON、GPON和WDM-PON这几种无源光网络接入技术，如物理媒质层、帧结构和封装、媒质接入控制和动态带宽分配、运行维护和管理（OAM）及产业化进程等。第8章对PON特别是10 Gb/s PON的同步和时钟提取、上行突发接收和发射，以及测距技术进行了重点阐述。第9章对动态带宽分配、业务流量管理和控制技术进行了先容。
本书先容的宽带光接入技术，特别是宽带光接入的重要发展方向——PON接入技术，是支撑三网融合的基础技术和关键技术。本书选取了宽带接入技术的最新成果，反映了当前宽带接入技术的发展水平，采用了国际电联的最新标准。其特点是概念说明清楚，文字叙述通俗易懂，简明扼要，图文并茂，注重实用，前后连贯，适合不同层次读者的需要。
为使读者从关键词尽快找到书中的有关内容，本书还给出名词术语索引。为方便教学，本书将为任课教师免费提供各章的电子教学课件（包括书中所有的插图），可登录华信教育资源网（www.hxedu.com.cn）免费注册后下载使用，欢迎任课教师及时反馈授课心得和建议。
因为编辑在编著《光纤通信（第3版）》时，由于篇幅所限，没有把最近出现的宽带接入技术放进去，所以本书也是对编辑编著的《光纤通信（第3版）》的补充。本书可供本科生和研究生使用，也可作为培训教材使用，对从事光纤通信系统和网络研究教学、规划设计、管理和维护的有关人员也有一定的参考价值。
在本书的编写过程中，电子工业出版社通信出版分社王春宁博士在提纲的制订、结构的安排和内容的取舍等方面提出了许多具体的引导意见，使本书的内容更加丰富，重点更加突出，实用性更强。在本书的出版过程中，王春宁博士也出主意、想办法，从而才能使之尽快奉献给读者。在此，编辑向王春宁博士表示诚挚的谢意。
虽然编辑多年来从事光纤通信技术和接入网络技术的研究，但由于光接入网技术发展十分迅速，加之水平所限，书中不足及错误之处，敬请读者指正。

原  荣
于桂林中国电子科技集团企业第34研究所


[ 本帖最后由 03022324 于 2010-10-20 13:52 编辑 ]