《光纤通信》复习题刘增基第二版docWord文档格式.docx
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1)容许频带很宽,传输容量很大
2)损耗很小,中继距离很长且误码率很小
3)重量轻、体积小
4)抗电磁干扰性能好
5)泄漏小,保密性能好
6)节约金属材料,有利于资源合理使用
7.
8.
光纤通信系统的容许频带(带宽)取决于:
光源的调制特性、调制方式和光纤的色散特性。
简述光纤通信的应用:
9.
1)通信网
2)构成因特网的计算机局域网和广域网
3)有线电视网的干线和分配网
4)综合业务光纤接入网
光纤通信系统可以传输:
1)数字信号
2)模拟信号
10e
单向传输光纤通信系统的基本组成:
发射<一基本光纤传输系统
电发射机
光纤线路
射机
光
接
收
机
信息?
s
收t接I
电接收机
电信号,输入'
光信f
输出
光信号:
输入
电信f
11.光发射机的功能:
把输入电信号转换为光信号,并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路
12.光发射机的组成
光源、驱动器和调制器。
13.光发射机的性能基本上取决于光源的特性。
14.光纤线路的功能:
把来自光发射机的光信号,以尽可能小的畸变(失真)和衰减传输到光接收机。
15.光接收机的功能
把从光纤线路输出、产生畸变和衰减的微弱光信号转换为电信号,并经放大和处理后恢复成发射前的电信号。
16.光接收机:
由光检测器、放大器和相关电路组成光检测器是光接收机的核心。
17.对光检测器的要求是:
响应度髙、噪声低和响应速度快。
18.数字通信系统:
用参数取值离散的信号(如脉冲的有和无、电平的高和低等)代表信息,强调的是信号和信息之间的对应关系。
19.模拟通信系统:
用参数取值连续的信号代表信息,强调的是变换过程中信号和信息之间的线性关系。
20.简述数字通信系统的优点
1)抗干扰能力强,传输质量好
2)可以用再生中继,传输距离长
3)适用各种业务的传输,灵活性大
4)容易实现髙强度的保密通信
5)数字通信系统大量采用数字电路,易于集成,从而实现小型化、微型化,增强设备可靠性,有利于降低成本
21.P13:
1-1
22.
22.P13:
1-4
24.
32(6)题
1.光纤(OpticalFiber)是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝
2.设纤芯和包层的折射率分别为m和n2,光能量在光纤中传输的必要条件是:
ni>
n2
3.纤芯和包层的相对折射率差典型值△=(nrn2)n1;
1)一般单模光纤为0.3%〜0.6%,
2)多模光纤为1%〜2%。
3)△越大,把光能量束缚在纤芯的能力越强,但信息传输容量却越小
4.实用光纤主要有三种基本类型:
1)突变型多模光纤(StepIndexFiber,SIF)
2)渐变型多模光纤(GradedIndexFiber,GIF)
3)单模光纤(SingleModeFiber,SMF)
5.突变型多模光纤,
纤芯折射率为保持不变,到包层突然变为n2。
6.突变型多模光纤"
特点:
1)光线以折线形状沿纤芯中心轴线方向传播
2)特点是信号畸变大
7.渐变型多模光纤:
在纤芯中心折射率最大为ih,沿径向r向外围逐渐变小直到包层变为ii2。
8.渐变型多模光纤特点:
1)光线以正弦形状沿纤芯中心轴线方向传播
2)特点是信号畸变小
9.单模光纤:
只能传输一个模式的光纤。
10.多模光纤:
传输多个模式的光纤。
11.突变型多模光纤的数值孔径NA:
NA=如[-=nia/2A
12.NA物理意义:
1)NA越大
光纤接收光的能力越强,从光源到光纤的耦合效率越高。
对于无损耗光纤,在临界角ec内的入射光都能在光纤中传输。
纤芯对光能量的束缚越强,光纤抗弯曲性能越好。
2)但NA越大
iv.经光纤传输后产生的信号畸变越大,因而限制了信息传输容量
13.渐变型多模光纤的数值孔径NA:
14.渐变型多模光纤自聚焦效应:
渐变型多模光纤具有自聚焦效应,不仅不同入射角相应的光线会聚在同一点上,而且这些光线的时间延迟也近似相等。
15.
15.光纤归一化频率:
16.光纤单模传输条件:
V=<
2.405
17.色散(Dispersion):
是在光纤中传输的光信号,由于不同成分的光的时间延迟不同而产生的一种物理效应
18.色散一般包括:
1)模式色散
2)材料色散
20.
21.
光纤的三类基本特性参数:
3)波导色散
理想单模光纤没有模式色散,只有材料色散和波导色散,
1)几何特性
纤芯与包层的直径、偏心度和不圆度。
2)光学特性
折射率分布、数值孔径、模场直径和截止波长。
3)传输特性
损耗、带宽和色散
22.光纤损耗测tt有两种基本方法:
1)一种是测量通过光纤的传输光功率称剪断法和插入法。
2)另一种是测量光纤的后向散射光功率称后向散射法。
23.测量光纤带宽基本方法:
1)时域法
是测量通过光纤的光脉冲产生的脉冲展宽,又称脉冲法。
2)频域法
是测量通过光纤的频率响应,又称扫频法。
24.测fl光纤色散有三种基本方法:
1)相移法
2)脉冲时延法
3)干涉法
25.实际截止波长的测量方法:
1)传输功率法
在弯曲状态下,测量损耗一波长函数的传输功率法
2)时延法
改变波长,观察LP01模和LP11模产生的两个脉冲变为一个脉冲的时延法
3)近场法
改变波长,观察近场图由环形变为髙斯形的近场法
26.P45:
2-1(计算题)
27.P45:
2-3(计算题)
28.P45:
2-4
29.P45:
2-7
30.P45:
2-9(计算题)
31.P45:
2-10(计算题)
32.P45:
2-12(计算题)
33.P45:
2-17(计算题)
第三章:
1.通信用光器件可以分为两种类型:
1)有源器件
2)无源器件
2.有源器件包括:
光源、光检测器和光放大器
3.光无源器件主要有:
连接器、耦合器、波分复用器、调制器、光开关和隔离器等。
4.光源:
是光发射机的关键器件,其功能是把电信号转换为光信号。
5.目前光纤通信广泛使用的光源主要有:
3)半导体激光二极管或称激光器(LD)
4)发光二极管或称发光管(LED)
5)有些场合也使用固体激光器
6.LD(半导体激光器):
SemiconductorLaser
7.LED(发光二极管):
LightEmittingDiode
8.半导体激光器
向半导体PN结注入电流,实现粒子数反转分布,产生受激辐射,再利用谐振腔的正反馈,实现光放大而产生激光振荡。
9.基态:
最低能级E1称为基态。
10.激发态:
能量比基态大的能级Ei(i=2,3,4…)称为激发态
11.电子在低能级E1的基态和高能级E2的激发态之间的跃迁有三种基本方式
6)受激吸收
7)自发辐射
8)受激辐射
12.受激吸收:
电子处于低能级E1,在入射光作用下,它会吸收光子的能量跃迁到高能级E2上,这种跃迁称为受激吸收。
13.自发辐射:
电子自动地从髙能级E2跃迁到低能级E1上与空穴复合,释放的能量转换为光子辐射出去,这种跃迁称为自发辐射。
14.受激辐射
电子被迫跃从高能级E2迁到低能级E1上与空穴复合,释放的能量产生光辐射,这种跃迁称为受激辐射。
相干光:
受激辐射光的频率、相位、偏振态和传播方向与入射光相非相干光:
自发辐射光是由大董不同激发态的电子自发跃迁产生的,其频率和方向分布在一定范围内,相位和偏振态是混乱的,这种光称为非相干光。
17.本征半导体:
电子和空穴是成对出现的半导体。
18.N型半导体:
在本征半导体中掺入施主杂质,称为N型半导体。
19.P型半导体:
在本征半导体中,掺入受主杂质,称为P型半导体。
20.不同半导体材料有不同的禁带宽度Eg,因而有不同的发射波长入。
21.DFB激光器与F-P激光器相比具有以下优点:
9)单纵模激光器
10)谱线窄,波长稳定性好
11)动态谱线好
12)线性好
22.发光二极管(LED)的工作原理与激光器(LD)不同:
13)LD发射的是受激辐射光
14)LED发射的是自发辐射光
23.发光二极管具有如下工作特性
15)光谱特性
16)光束的空间分布特性
17)输出光功率特性
18)频率特性
25.
26.
27.
28.
光检测器是光接收机的关键器件。
光检测器的功能是把光信号转换为电信号。
常用光检测器:
1)光电二极管(PIN)
2)雪崩光电二极管(APD)
光电二极管(PD)把光信号转换为电信号的功能是由半导体PN结的光电效应实现的连接器:
是实现光纤与光纤之间可拆卸(活动)连接的器件。
29.接头:
是实现光纤与光纤之间的永久性(固定)连接。
30.耦合器的功能:
是把一个输入的光信号分配给多个输出,或把多个输入的光信号组合成一个输出。
31.耦合器类型:
19)T形耦合器
20)星形耦合器
21)定向耦合器
22)波分复用器/解复用器
32.比较实用和有发展前途的耦合器的结构有
1)光纤型
2)微器件型
3)波导型33.隔离器:
是一种非互易器件,其主要作用是只允许光波往一个方向上传输,阻止光波往其他方向特别是反方向传输。
34.隔离器的两个主要参数
23)插入损耗:
对正向入射光的插入损耗其值越小越好;
24)隔离度:
对反向反射光的隔离度其值越大越好。
35.调制器是利用线性电光效应实现。
36.光幵关的功能:
是转换光路,实现光交换。
37.光开关可分为两大类
1)机械光开关:
利用电磁铁或步进电机驱动光纤、棱镜或反射镜等光学元件实现光路转换。
2)固体光开关:
利用磁光效应、电光效应或声光效应实现光路转换。
38.机械光开关特点:
1)优点:
是插入损耗小,串扰小,适合各种光纤,技术成熟
2)缺点:
是开关速度慢
39.固体光开关特点:
1)优点是开关速度快
2)缺点是插入损耗大,串扰大,只适合单模光纤
40.实际截止波长的测量方法:
4)传输功率法
5)时延法
6)近场法
改变波长,观察近场图由环形变为高斯形的近场法
41.P76:
3-1(计算题)
42.P76:
3-4
43.P76:
3-5(计算题)
44.P76:
3-8
45.P76:
3-19
46.P76:
3-21
47.P76:
3-26
23题
1.数字光发射机的功能:
把电端机输出的数字基带电信号转换为光信号,并用耦合技术有效注入光纤线路。
电/光转换是用承载信息的数字电信号对光源进行调制来实现的
2.线路编码必要性:
因为电端机输出的数字信号是适合电缆传输的双极性码,而光源不能发射负脉冲,所以要变换为适合于光纤传输的单极性码。
3.码型效应:
当电光延迟时间td与数字调制的码元持续时间T/2为相同数量级时,会使“0”码过后的第一个“1码的脉冲宽度变窄,幅度减小,严重时可能使单个“1”码丢失,这种现象称为“码型效应”。
4.码型效应的特点.•
在脉冲序列中较长的连“0”码后出现的“1”码,其脉冲明显变小,而且连“0”码数目越多,调制速率越高,这种效应越明显。
5.自脉动现象:
某些激光器在脉冲调制甚至直流驱动下,当注入电流达到某个范围时,输出光脉冲出现持续等幅的高频振荡,这种现象称为自脉动现象。
6.光接收机基本组成:
光检测器、前置放大器、主放大器、均衡器、时钟提取电路、取样判决器以及自动增益控制(AGC)电路。
7.目前,适合于光纤通信系统应用的光检测器有:
1)PIN光电二极管
8.前置放大器应是低噪声放大器,它的噪声对光接收机的灵敏度影响很大。
9.主放大器和AGC决定着光接收机的动态范围。
10.光接收机的噪声有两部分:
1)一部分是外部电磁干扰产生的,这部分噪声的危害可以通过屏蔽或滤波加以消除;
2)另一部分是内部产生的,这部分噪声是在信号检测和放大过程中引入的随机噪声,只能通过器件的选择和电路的设计与制造尽可能减小,一般不可能完全消除。
11.光接收机的误码率:
用较长时间间隔内,在传输的码流中,误判的码元数和接收的总码元数的比值来表示。
12.灵敏度表示光接收机调整到最佳状态时,能够接收微弱光信号的能力。
13.
14.在光纤通信系统中从电端机输出的是适合于电缆传输的双极性码。
15.光源不可能发射负光脉冲,因此必须进行码型变换,以适合于数字光纤通信系统传输的要求。
16.扰码改变了“1”码与“0”码的分布,从而改善了码流的一些特性。
17.mBnB码是把输入的二进制原始碍流进行分组,每组有m个二进制码,记为mB,称为一个码字,然后把一个码字变换为II个二进制码,记为nB,并在同一个时隙内输出。
18.插入码是把输入二进制原始码流分成每m比特(mB)-—组,然后在每组mB码末尾按一定规律插入一个码,组成m+l个码为一组的线路码流。
19.P101:
4-1
20.P101:
4-3
21.P101:
4-7
22.P1O1:
4-9
23.P1O1:
4-11
24.P1O1:
4-14
2.
3.
23
(2)题
数字光纤通信系统的两种传输体制:
1)准同步数字系列(PDH)
2)同步数字系列(SDH)
PDH主要适用于中、低速率点对点的传输。
3)
4.
电信网的建立及网络的营运、1
理和维护变得十分复杂和困难。
各种复用系列都有其相应的帧结构,没有足够的开销比特使网络设计缺乏灵活性,不能适
应电信网络不断扩大、技术不断更新的要求。
由于低速率信号插入到髙速率信号,或从高速率信号分出,都必须逐级进行,不能直接分
插,因而复接/分接设备结构复杂,上下话路价格昂贵。
SDH传输网的构成:
1)SDH终接设备(或称SDH终端复用器TM)
2)分插复用设备ADM
3)数字交叉连接设备DXC等网络单元
4)以及连接它们的(光纤)物理链路与PDH相比,SDH具有下列特点:
1)SDH釆用世界上统一的标准传输速率等级
2)SDH各网络单元的光接口有严格的标准规范
3)在SDH帧结构中,丰富的开销比特用于网络的运行、维护和管理,便于实现性能监测、故障检测和定位、故障报告等管理功能。
4)采用数字同步复用技术,其最小的复用单位为字节,不必进行码速调整,简化了复接分接的实现设备,由低速信号复接成髙速信号,或从髙速信号分出低速信号,不必逐级进行。
5)采用数字交叉连接设备DXC可以对各种端口速率进行可控的连接配置,对网络资源进行自动化的调度和管理,既提高了资源利用率,又增强了网络的抗毁性和可靠性。
SDH帧结构:
1)一个STMN帧有9行,每行由270XN个字节组成。
i.这样每帧共有9X270XN个字节,每字节为8bit。
为125ys,
即每秒传输
8000帧。
2)对于STM1而言
ii.传输速率为9X270X8X8000=155.520Mb/s。
3)字节发送顺序为
iii.由上往下逐行发送,每行先左后右。
SDH帧大体可分为三个部分:
1)段开销(SOH)
2)信息载荷(Payload)
3)管理单元指针(AUPTR)
正码速调整法:
是容许被复接的支路信号有较大的频率误差
是复接与分接相当困难
PDH的主要缺点:
1)北美、西欧和亚洲所采用的三种数字系列互不兼容,
9.固定位置映射法:
复接和分接容易实现
由于低速信号可能是属于PDH的或由于SDH网络的故障,低速信号与髙速信号的相对相位不可能对准,并会随时间而变化。
10.交叉连接设备与交换机的区别:
1)DXC的输入输出不是单个用户话路,而是由许多话路组成的群路。
2)两者都能提供动态的通道连接,但连接变动的时间尺度是不同的。
i.前者按大量用户的集合业务量的变化及网络的故障状况来改变连接,由网管系统配置;
ii.后者按照用户的呼叫请求来建立或改变连接,由信令系统实现呼叫连接控制。
11.SDH环形网的一个突出优点是具有“自愈”能力。
12.最长的标准数字HRX为27500km。
13.误码率是在一个较长时间内的传输码流中出现误码的概率。
14.严重误码秒(SES):
选择监测时间1Y为1个月,取样时间To为Is。
定义误码率劣于1X1(T3的秒钟数为严重误码秒(SES)。
15.抖动是数字信号在各有效瞬时对标准时间位置的偏差。
16.对数字光纤通信系统而言,系统设计的主要任务:
1)根据用户对传输距离和传输容量(话路数或比特率)及其分布的要求,按照国家相关的技术标准和当前设备的技术水平,经过综合考虑和反复计算,
2)选择最佳路由和局站设置、传输体制和传输速率以及光纤光缆和光端机的基本参数和性能指标。
以使系统的实施达到最佳的性能价格比。
17.中继距离的设计有三种方法:
1)最坏情况法(参数完全已知)
2)统计法(所有参数都是统计定义)
3)半统计法(只有某些参数是统计定义)
18.中继距离受光纤线路损耗和色散(带宽)的限制,明显随传输速率的增加而减小。
19.中继距离和传输速率反映着光纤通信系统的技术水平。
23.
P121:
5-1
P121:
5-4(计算题)P121:
5-6(计算题)P121:
5-8
第七章:
26题
光纤通信发展的目标是提高通信能力和通信质量,降低价格,满足社会需要。
光放大器有两种类型:
1)半导体光放大器
2)光纤放大器
半导体光放大器:
是小型化,容易与其他半导体器件集成
是性能与光偏振方向有关,器件与光纤的耦合损耗大
光纤放大器实际上是把工作物质制作成光纤形状的固体激光器,所以也称为光纤激光器。
光纤放大器性能与光偏振方向无关,器件与光纤的耦合损耗很小。
EDFA的土要优点科.•
1)工作波长正好落在光纤通信最佳波段(1500〜1600nm);
其主体是一段光纤(EDF),与传输
光纤的耦合损耗很小,可达O.ldB。
2)增益髙,约为30〜40dB;
饱和输出光功率大,约为10〜15dBm;
增益特性与光偏振状态
无7<。
3)噪声指数小,一般为4〜7dB;
用于多信道传输时,隔离度大,无串扰,适用于波分复用系统。
4)频带宽,在1550nm窗口,频带宽度为20〜40nm,可进行多信道传输,有利于增加传输容量。
光波分复用WDM技术是在一根光纤中同时传输多个波长光信号的一项技术。
WDM基本原理:
1)在发送端将不同波长的光信号组合起来(复用),并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输。
2)在接收端又将组合波长的光信号分开(解复用),并作进一步处理,恢复出原信号后送入不同的终端。
实际的WDM系统主要由五部分组成:
1)光发射机
2)光中继放大
3)光接收机
4)光监控信道
5)网络管理系统
10.WDM技术的主要特点
1)充分利用光纤的巨大带宽资源
2)同时传输多种不同类型的信号
3)节省线路投资
4)降低器件的超高速要求
5)高度的组网灵活性、经济性和可靠性11.光滤波器的三种应用:
1)单纯的滤波应用
2)波分复用/解复用器中应用
3)波长路由器中应用
对光滤波器的主要要求:
1)一个好的光滤波器应有较低的插入损耗,并且损耗应该与输入光的偏振态无关。
2)一个滤波器的通带应该对温度的变化不敏感。
温度系数是指温度每变化rc的波长漂移。
3)在一个WDM系统中,随着级联的滤波器越来越多,系统的通带就变得越来越窄。
光交换主要有三种方式:
1)空分光交换
2)时分光交换
3)波分光交换
空分光交换的功能是使光信号的传输通路在空间上发生改变。
时分光交换是以时分复用为基础,用时隙互换原理实现交换功能的。
波分光交换(或交叉连接)是以波分复用原理为基础,采用波长选择或波长变换的方法实现交换
功能的。
光孤子(Soliton)是经光纤长距离传输后,其幅度和宽度都不变的超短光脉冲(ps数量级)。
光孤子的形成是光纤的群速度色散和非线性效应相互平衡的结果。
相干光是两个激光器产生的光场具有空间叠加、相互干涉性质的激光。
要实现OTDM,需要解决的关键技术有:
1)超短光脉冲光源
2)超短光脉冲的长距离传输和色散抑制技术
3)巾贞同步及路序确定技术
4)光吋钟提取技术
5)全光解复用技术
波长变换(WC:
WavelengthConversion}是将信息从承载它的一个波长上转到另一个波长上。
波长变换的基本方法有两种:
1)光/电/光方法
2)全光方法。
在WDM光网络中使用波长变换技术的原因:
1)信息可以通过WDM网络中不适宜使用的波长进入WDM网络
2)在网络内部,可以提髙链路上现有波长的利用率
P182:
7-1
7-2
7-4
7-5
1.通信网总的发展趋势是
1)数字化
2)综合化
3)宽带化
2.数字化就是在通信网的各个部分(核心网和接入网)及各个环节(传输、交换、接入、终端等)全面
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