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深入理解现代通信网络的基石：《光纤通信系统原理与应用》 本书简介： 在全球信息化的浪潮中，高速、大容量的数据传输已成为社会发展的核心驱动力。本书《光纤通信系统原理与应用》旨在为读者提供一套全面、深入且兼具工程实践性的光纤通信理论与技术知识体系。它聚焦于现代通信网络最关键的物理层技术——光纤通信，从最基础的光波导理论讲起，逐步深入到光纤器件的性能分析、系统设计、噪声控制乃至前沿的超高速光传输技术。 本书结构严谨，内容覆盖面广，特别注重理论与实际工程应用的结合，力求帮助读者建立起扎实的理论基础，并掌握光纤通信系统从方案设计到实际部署的全过程关键技术。 --- 第一部分：光纤通信基础理论与光波导特性（基础与原理的奠定） 本部分是理解整个光纤通信系统的基石。我们首先从电磁波理论出发，阐述光在介质中传播的基本规律，为后续光纤的建模打下理论基础。 第一章：电磁波与光学基础 详细回顾了麦克斯韦方程组在光频段的应用，重点讲解了光的偏振态、夫琅禾费衍射和菲涅耳衍射等基本光学现象。引入了光在介质中传播时的波动特性，为理解光纤内的光传输模式奠定基础。 第二章：光纤的结构与导光原理 深入剖析了光导纤维的物理结构，包括纤芯、包层和涂覆层。本书详尽阐述了全内反射这一核心导光机制，并通过求解波动方程，推导出模式理论。重点区分了单模光纤（SMF）和多模光纤（MMF）的特性，特别是对截止波长、有效模场面积（EMA）和V参数的精确计算方法进行了详细推导和实例分析。 第三章：光纤的损耗与色散 光纤传输性能的两个主要限制因素——损耗和色散，在本章得到了深入探讨。 损耗分析： 细致分析了光纤中的主要衰减机制，包括瑞利散射（Rayleigh Scattering）、吸收损耗（如OH-离子吸收峰）、弯曲损耗（宏观和微观弯曲）以及截止波长附近的截止效应。本书提供了工程中常用的损耗预算计算模型。 色散分析： 详细阐述了色散对高速传输的制约。内容涵盖了模间色散（主要针对多模光纤）、材料色散（Material Dispersion）和波导色散（Waveguide Dispersion）。关键在于对色散补偿点（Zero-Dispersion Wavelength）的理解，以及如何通过改变光纤结构（如引入色散位移光纤DSF、非零色散位移光纤NZ-DSF）来优化系统性能。 --- 第二部分：光电器件与光信号处理（核心组件的解析） 本部分聚焦于光纤通信系统中实现“光-电-光”转换以及信号调制的关键有源和无源器件。 第四章：光发射器件：半导体激光器 系统介绍了实现光信号发射的半导体激光器（LD）。重点讲解了LED和LD的工作原理差异，深入分析了光子晶格结构、增益特性、阈值电流和光谱特性。对不同类型的激光器（如FP、DFB、DBR）的结构、调谐能力和调制带宽进行了对比和详细的工程应用分析。 第五章：光接收器件与光电探测器 讲解了如何将接收到的微弱光信号转换为电信号。详细分析了PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD）的工作原理、响应速度、量子效率和噪声特性。同时，引入了噪声等效功率（NEP）的概念，指导读者如何评估接收端的灵敏度。 第六章：光调制技术与光开关 本章探讨如何高效地将电域信息加载到光载波上。内容包括直接调制（强度、频率）和外部调制（马赫-曾德尔调制器MZM、铌酸锂调制器）。着重分析了电光转换效率、调制带宽和插入损耗等关键参数。此外，也对光纤耦合器、环形器、光分路器等无源器件的性能指标进行了详述。 --- 第三部分：光纤通信系统的设计与性能评估（系统集成与优化） 本部分将前两部分的理论知识融会贯通，指导读者进行实际系统的设计、仿真与优化。 第七章：光放大技术：光纤放大器 这是实现超长距离传输的关键技术。本书深入探讨了掺铒光纤放大器（EDFA）的工作机理，包括泵浦机制、增益带宽、噪声特性（ASE噪声）和饱和效应。对于跨洋或超长距离系统，还引入了拉曼放大器（RA）的原理和应用，并讨论了EDFA/RA混合放大器的优势。 第八章：光纤通信系统预算与链路设计 本章提供了完整的系统设计流程。讲解了如何进行光功率预算（Power Budget）计算，确定发射功率、接收灵敏度、光缆衰耗和器件裕量。重点分析了信噪比（SNR）和误码率（BER）的相互关系，以及如何根据系统速率和传输距离，合理选择光纤类型和放大器间距。 第九章：非线性效应与高阶补偿技术 在超高速（100G及以上）和长距离传输中，光纤内的非线性效应成为主要瓶颈。本书详细分析了四波混频（FWM）、自相位调制（SPM）和交叉相位调制（XPM）的机理及其对系统性能的影响。针对这些问题，系统介绍了相位相干检测技术、数字信号处理（DSP）在色散和非线性补偿中的应用，以及相干接收机的工作原理。 --- 第四部分：现代通信网络架构与前沿技术（网络化与未来趋势） 本部分将视野从点对点链路扩展到网络层面，并展望了未来的发展方向。 第十章：无源光网络（PON）技术 详细介绍FTTx（光纤到户）的实现技术，重点解析无源光网络（PON）的架构，包括APON、BPON、EPON及当前主流的GPON和XG-PON标准。分析了PON中的光功率分配、TDMA/TDMA-PON接入控制和分光器（Splitter）的设计要求。 第十一章：光分组交换与波长选择交换（WSS） 面向未来全光网络的构建，本书探讨了如何实现光信号的“光-光”处理。深入解析了光交叉连接（OXC）的原理，以及基于波长选择开关（WSS）技术的动态波长路由和保护倒换机制。 第十二章：光网络中的性能监测与故障诊断 强调光通信系统运维的重要性。讲解了如何利用光时域反射仪（OTDR）进行光缆的故障定位和损耗测量，以及通过监测光信号的OSNR（光信噪比）指标实现系统健康状况的在线监测。 --- 适用对象： 本书适合于通信工程、电子工程、信息工程等相关专业的高年级本科生、研究生，以及在光通信设备制造、电信运营商网络规划与维护领域工作的工程技术人员。 本书特点： 深度与广度兼顾： 从量子力学基础到400G/800G相干系统，覆盖光纤通信的全部核心领域。 工程导向： 每章后附有详尽的工程计算实例，并讨论了实际工程中常见的设计权衡与挑战。 数学推导严谨： 对核心公式的推导过程清晰完整，保证了理论的可靠性。

　　着者序

　　　　电信系资讯流通之高速公路，其带动社会经济活力之先导功能，是国家发展不可或缺之基磐建设。我国电信工程建设，系以扩大电信服务，提升电信科技水准，带动相关产业之发达为要务。

　　　　台湾电信工程建设自民国四十二年起，即分别订定实施各期计画，先以加速网路分佈与电话普及为重点，致力开发乡村自动交换机，促进山地离岛等偏远地区之电话服务，于民国七十年顺利达成电话之全面自动化，成果丰硕。近十年来，由于经济发展已具相当规模，电脑运用日渐普及，电信工程之主要建设，是将各项网路设备自类比式，积极推进为数位式，以提高电路品质，扩大服务领域。数位式电信网路可供语音、数据、文件、影像等资讯之传送与交换服务，进而发展为「整体服务数位网路」(ISDN)，亦为迈向二十一世纪资讯化社会而奠定电信基磐。

　　　　中国电机工程学会「电机工程手册」编辑委员会，于民国七十七年八月讨论有关67-68年版电机工程手册之修订事宜，函请电信总局配合增修订该手册之「电信工程」一书。电信总局乃召集同仁进行研讨，咸认为十年来电倍科技进步迅速，尤其数位交换网路、数位微波传输、光纤通信、电脑与通信结合、影像通信及整体服务数位网路等，已成为今日电信科技与工程建设的趋向，所以原版本内容额已过时，应予以重新整编增订。

　　　　重新编整的「电信工程」共分十一章，每章皆为完整而独立之文献，技术理论与工程实务并重。第一章为电信网路之发展与构成，并介绍ISDN网路与规范。第二章为电信交换之基本概念及系统功能，增订数位交换及宽频交换技术等数节。第三章为电信线路工程，强调光缆科技发展与应用。有线及无线传输工程技术，则分别在第四及第五章详细介绍。

　　　　电脑与通信是在第六章讨论，这是近代电信非常突出的一环，包含网路架构与协定、数据传输与交换、电传化服务及其发展。第七章介绍影像通信工程，包括数位电视编码技术及有线电视系统。第八章绍电波传播现象，及各种天线特性。第十章说明ISDN之网路架构功能、界面协定、及信号方式。最后在第十一章介绍电信专用之特殊电力设备，包括交直流变换、紧急发电、备用电池、不中断电源、空调及机房接地等重要设施。

　　　　电信工程建设是一件长期、且需各方配合的工作。为使关心人士了解现代电信工程技术，特以各章为单元，聘请专家负责执笔，陆续出版各章系列小册，以供参考，希望借此使国人了解电信技术的发展与应用，同时激起加入电信建设的行列。

　　　　本系列小册承蒙各执笔人、编审及编订小组同仁，在百忙中撰稿校审，借此致谢，并请各界高明不吝指正。

李炳耀

中华民国八十年十月

评分☆☆☆☆☆

《电信工程(上)》这本书，我真的得好好说几句。当初会买这本书，纯粹是因为我在念大学时，电信工程系那门课实在让我头昏脑胀，感觉很多概念都飘在天上，抓不住重点。市面上找了好几本教材，不是太理论，就是太浅显，总觉得缺了点什么。后来在书店翻到这本《电信工程(上)》，封面设计就挺有吸引力，而且翻了几页，发现它的叙述方式还蛮实在的，不是那种高高在上的学术腔调。 我印象最深刻的是它对于信号的讲解。我们以前学的时候，感觉就是一堆数学公式，什么傅里叶变换、拉普拉斯变换，听得我云里雾里。这本书把它拆解开来，用比较生活化的例子去解释，比如把信号想象成声音的波形，或者光线的闪烁，再结合图示，那些抽象的概念就变得具体多了。它没有回避核心的数学原理，但会先让你理解“为什么”需要这些公式，而不是直接丢给你公式让你硬背。而且，它对不同类型的信号，像模拟信号和数字信号的区别，以及它们各自的特点和应用场景，都解释得很清楚。我记得有个地方讲到调幅调频，就用收音机来类比，一下子就懂了。

评分☆☆☆☆☆

我当初买《电信工程(上)》这本书，是因为我认识的一个工程师朋友推荐的。他说这本书虽然是“上册”，但内容已经相当丰富，而且讲解得非常透彻。我当时正打算转行进入通信行业，所以想从基础打起。读了这本书之后，我最大的感受就是，它真的能帮你建立起一个扎实的知识体系。 我尤其赞赏它对于“信息论”的引入。很多其他的教材，可能会把信息论作为一门独立的课程来讲解，或者只是简单提及。但这本书很巧妙地将信息论的一些核心概念，比如熵、信源编码、信道编码等，融入到通信系统的整体框架中进行讲解。这样一来，读者就能更直观地理解，为什么我们需要对信息进行编码，以及编码的效率和可靠性是如何衡量的。我记得在讲解“香农定理”的时候，这本书没有直接丢出公式，而是先从信息传输的本质出发，解释了信息量的概念，然后才引出定理的结论。这种循序渐进的讲解方式，让我这种初学者更容易理解其深层含义，而不是仅仅停留在表面。

评分☆☆☆☆☆

当初选择《电信工程(上)》这本书，很大程度上是因为在网络上看到不少推荐，说它的内容非常扎实，而且对于初学者来说比较友好。我当时也确实是想深入了解一下电信工程的基础。读完之后，我不得不说，这本书确实是名副其实。它在知识的深度和广度上都做得相当不错，能够覆盖到电信工程一些最基础但又至关重要的部分。 我记得书中对“噪声”的讨论，让我印象特别深刻。在很多其他地方，噪声可能只是被简单提及，但这本书对噪声的来源、类型，以及它对通信系统造成的影响，都做了非常细致的分析。并且，它还介绍了各种抑制噪声的方法，比如滤波、差错控制编码等等。这些内容，对于理解整个通信系统的鲁棒性（Robustness）非常关键。我以前对通信系统的稳定性总有些模糊的概念，读完这部分之后，才真正明白，原来要让信息准确无误地传输，需要克服那么多“干扰”。

评分☆☆☆☆☆

我记得我当初买《电信工程(上)》的时候，是为了准备一个重要的考试。当时时间紧迫，需要快速掌握核心知识点。市面上很多相关的书籍，要么太厚重，像百科全书一样，要么内容太零散，读起来效率不高。这本《电信工程(上)》给我的感觉是，它在内容的组织上做得相当到位。章节的划分很清晰，每一章都有明确的主题，而且各个章节之间的衔接也很自然。我尤其喜欢它在引入一个新概念的时候，总是会先交代其背景，然后给出定义，再逐步深入分析。这种循序渐进的学习方式，对于我这种需要快速理解和吸收知识的读者来说，简直是福音。 而且，书中的图表运用也是一大亮点。很多复杂的原理，通过一个清晰的流程图或者示意图，就能一目了然。不像有些书，纯文字描述，读半天也搞不清楚到底是怎么一回事。这本书在这方面做得很好，它会用各种颜色、线条来区分不同的部分，让读者很容易就能抓住重点。我记得有一次，在理解某个滤波器的工作原理时，书中那个动态的图示，一下子就让我明白了信号是如何被筛选和放大的。这种可视化教学，真的是大大提升了学习的效率和乐趣。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我买《电信工程(上)》的时候，心情其实挺矛盾的。一方面，我知道电信工程是未来发展的一个重要领域，有必要了解一下；另一方面，又觉得这类专业书籍通常都比较枯燥，充满艰涩的术语，读起来会很费劲。但这本书，确实给了我不少惊喜。它在学术的严谨性和可读性之间，找到了一个很不错的平衡点。 我特别欣赏它在解释一些基本原理时，会穿插一些实际应用的例子。比如，它讲到通信系统中的编码和解码，不会仅仅停留在理论层面，而是会提到我们日常生活中用到的手机通信、互联网数据传输，是如何利用这些原理实现的。这种联系实际的做法，让我感觉学习的知识不再是孤立的，而是有实际意义的。我记得有一次，在读到关于“信道容量”的部分时，书里就举了网速的概念，解释了为什么有时候网络会卡顿，跟信道容量有关。这种接地气的讲解，真的能让读者更容易产生共鸣。