光纤通信测验复习重点.docx
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光纤通信测验复习重点
光纤通信测验复习重点
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简答题
一、光纤通信的特点?
优点:
1、速率高,传输容量大;2、损耗低,传输距离远;3、抗干扰能力强,保密性好;4、质量轻,敷设方便;5、耐腐蚀,寿命长;缺点:
线路施工过程中连接较复杂,造价高。
2、光纤通信系统的基本组成,各个单元的作用?
主要组成部分包括光纤、光发送器、光接收机、光中继器和适当的接口设备。
光发送机:
把输入电信号转换为光信号,最大限度地耦合到光纤线路。
光纤线路:
把来自光发射机的光信号以尽可能小的畸变和衰减传输到光接收机。
光接收机:
把光纤线路输出的微弱光信号转换为电信号,并经放大处理后恢复成原始信号。
3、半导体激光器的结构原理?
4、新型半导体激光器
1、分布反馈DFB激光器优点:
①单纵模激光器;②谱线窄,波长稳定性好;③动态谱线好;④线性好。
2、分布布拉格反射DBR激光器优点:
增益区和它的波长选择是分开的,因此可以对它们分别进行控制。
3、量子阱QW激光器优点:
①阈值电流低,输出功率大。
②单纵模,谱线窄,利于调制。
③温度要求低。
无需温度控制,无需制冷器。
④外微分量子效率大。
⑤频率啁啾小,动态单纵模特性好。
4、垂直腔面发射激光器VCSEL优点:
①实现极低阈值工作;②平行光互连和光信息处理;③圆形光斑,发散角小,方向性好;④动态单纵模工作;⑤高密度集成;⑥适合光电集成电路OEIC结构。
5、数字光发送机基本组成,各单元模块功能?
采用直接调制(IM)的光发送机主要包括:
输入电路(输入盘)和电/光转换电路(发送盘)。
(1)均衡器的作用是对由PCM电端机送来的HDB3码或CMI码流进行均衡,用以补偿由电缆传输所产生的衰减和畸变,保证电、光端机间信号的幅度、阻抗适配,以便正确译码。
(2)码型变换的作用是将适合在电缆中传输的双极性码,通过码型变换转换为适合于光纤线路传输的单极性码。
(3)扰码电路的作用就是当线路码流出现长连“0”或长连“1”的情况,有规律地破坏长连“0”和长连“1”的码流,从而使“0”、“1”等概率出现,便于接收端提取时钟信号。
(4)线路编码的作用是限制信号带宽,减小功率谱中的高低频分量;给光接收机提供足够的定时信息;提供一定的冗余码,用于平衡码流、误码监测和公务通信。
(5)时钟提取的作用是在传输码流中提取出时钟信号(位同步信号),供给码型变换、扰码电路和线路编码使用。
(6)单管驱动电路的工作原理:
晶体管T工作在开关状态,当调制信号加于Si端时,T通过其集电极向LD提供调制电流Im,再通过另一路的直流偏置电流Ib的调整就实现对LD的有效调制。
(7)自动功率控制电路APC:
由光检测器来感应激光器后端面辐射光功率的变化,并与参考功率相比较,然后根据比较结果自动调整直流偏置电流,最终使光功率峰值保持为一个稳定值。
(8)自动温度控制电路ATC:
ATC一般由半导体致冷器TEC、热敏电阻和控制电路组成。
半导体致冷器TEC的冷端和激光器的热沉接触,热敏电阻作为温度传感器,探测激光器结区的温度,并把它传递给控制电路,通过控制电路改变致冷量,使激光器输出特性保持恒定。
(9)保护电路等辅助电路:
1、电路保护:
限流、慢启动、电源滤波、电路退耦、接地与屏蔽。
2、无光告警电路:
光发射机电路出现故障,或输入信号中断,或激光器失效,都将使激光器长时间不发光。
3、LD寿命告警:
LD管随使用时间增长,阈值电流逐步增大,LD的不能使用。
六、各调制的特点和应用场合?
1)直接调制是利用调制信号直接改变LD的注入电流,来获得与电信号相对应的光强信号,也称为内调制。
直接调制的特点:
简单,但调制速率受到载流子寿命及频率啁啾等影响,调制速率一般限制在1Gb/s左右。
2)间接调制是指激光形成之后,在激光器的输出光路上放置光调制器,用调制信号改变光调制器的物理特性,当激光通过调制器时,就会使光波的某参量(如强度等)受到调制,也称为外调制。
间接调制的特点:
调制频率展宽很小,甚至没有,光源谱线宽度能维持很小,应用于高速率、长距离传输。
但间接调制比较复杂,损耗大,且造价高。
七、PIN、APD如何满足对光检测器的要求?
1、PIN光电二极管1)I层很厚,入射光容易进入耗尽区被充分吸收而产生电子-空穴对,大幅提高转换效率。
2)零电场区(扩散运动)减薄,电场区(漂移运动)增厚,提高响应速度。
2、APD光电二极管在PIN光电二极管的基础上,对P区和N区都进行了重掺杂,在邻近P区或N区引进n型或p型倍增区,从而实现对一次光电流的放大作用。
响应速度快,转换效率高。
八、光检测器性能参数,描述对象,反应什么问题?
1、响应度与量子效率。
响应度:
在一定波长的光照射下,光电探测器的平均输出电流与入射的平均光功率之比称为响应度。
(反应宏观灵敏特性)量子效率:
光电检测器输出的光生电子-空穴对数与入射的光子数之比称为量子效率。
(反应微观灵敏特性)提高量子效率措施:
减少入射表面的反射率,使入射光子尽可能多地进入PN结;减少光子在表面层被吸收的可能性,增加耗尽区的宽度,使光子在耗尽区内被充分吸收。
2、响应光谱或波长响应范围。
上限波长(红限):
产生光生载流子,必须有hv>Eg,不同半导体材料存在着上限波长即截止波长波长=hv/Eg.下限波长(蓝限):
当波长很短时,材料的吸收很大(半导体材料的吸收作用随波长减小而迅速增强),这样,光在半导体材料表层即被吸收殆尽。
在表层产生的光生载流子要扩散到耗尽层才能产生光生电流,而在表层为零电场扩散区,扩散速度很慢,还没有到达耗尽层时就大量被复合掉了,使光电转换效率在波长很短时大大下降。
3、响应时间或响应速度。
响应速度指光电检测器的光电转换速度,一般用响应时间(从器件接收到光子时起到有光生电流输出的时间)来描述。
响应时间通常用光检测器输出脉冲的上升时间来表示。
响应时间的主要影响因素:
(1)耗尽区的光生载流子的渡越时间;
(2)零电场产生的光生载流子的扩散时间;(3)结电容和负载电阻的电路时间常数RC;(4)雪崩倍增的建立时间(只对APD)。
措施:
光电探测器要具有快速响应的特性,在结构上首先要减薄零电场区;其次减少结电容。
4、暗电流。
理想条件下,当光电检测器无光照时,应无光电流。
但由于PN结热效应产生的电子-空穴对在反向偏置电压的作用下流动形成的电流称为暗电流ID。
当偏置电压增大时,暗电流增大。
暗电流还随着器件温度升高而增加。
暗电流决定了能被检测到的最小光功率。
九、光接收机组成框图,各单元模块的作用?
通常将光接收机分为三部分:
光检测与前置放大;主放大、均衡滤波和自动增益控制;判决与再生。
光检测器与前置放大器合起来称为接收机前端。
前端:
由光电二极管和前置放大器组成。
作用:
将耦合入光电检测器的光信号转换为时变电流,然后进行预放大(电流-电压转换),以便后级作进一步处理。
是光接收机的核心。
要求:
低噪声、高灵敏度、足够的带宽。
主放大器:
提供高的增益,放大到适合于判决电路的电平。
均衡滤波:
对主放输出的失真数字脉冲进行整形,使之成为有利于判决码间干扰最小的升余弦波形。
自动增益控制(AGC):
可根据输入信号(平均值)大小自动调整放大器增益,使输出信号保持恒定。
用以扩大接收机的动态范围。
判决器、译码器和时钟恢复组成光接收机的判决、再生部分。
判决器:
为确定是“1”或是“0”,需要对某时隙的码元作出判决。
若判决结果为“1”,则由再生电路产生一个矩形“1”脉冲;若判决结果为“0”,则由再生电路重新输入一个“0”。
时钟恢复:
为了精确地确定“判决时刻”,需要从信号码流中提取准确的时钟信息作为标定,以保证与发送端一致。
10、前置放大器类型,各自特点?
前置放大器的类型目前有3种:
低阻抗前置放大器(输入阻抗低,电路时间常数RC小于信号脉冲宽度T,因而码间干扰小,适用于高速率传输系统)、高阻抗前置放大器(输入阻抗高,噪声小,高频特性较差,适用于低速率传输系统。
)和跨阻抗前置放大器(具有宽频带、低噪声的优点,并改善了带宽特性和动态范围,并具有良好的噪声特性)。
十一、掺铒光纤放大器EDFA的结构,工作原理?
同向泵浦(前向泵浦)型:
好的噪声性能;反向泵浦(后向泵浦)型:
输出信号功率高;双向泵浦型:
输出信号功率比单泵浦源高3dB,且放大特性与信号传输方向无关。
EDFA采用掺铒离子单模光纤为增益介质,在泵浦光作用下产生粒子数反转,在信号光诱导下实现受激辐射放大。
工作原理描述:
信号光与波长较其为短的光波(泵浦光)同沿光纤传输,泵浦光的能量被光纤中的稀土元素离子吸收而使其跃迁至更高能级,并可通过能级间的受激发射转移为信号光的能量。
信号光沿光纤长度得到放大,泵浦光沿光纤长度不断衰减。
12、三种放大器各自的特点?
1、半导体光放大器SOA。
与半导体激光器的结构相似,但它没有反馈机制,而反馈机制对产生相干激光是必要的。
因此SOA只能放大光信号,但不能产生相干的光输出。
2、掺铒光纤放大器(EDFA)。
优点:
工作频带正处于光纤损耗最低处(1535-1565nm);频带宽,可同时对多路信号进行放大(波分复用);对数据率/格式透明,系统升级成本低;增益高(>40dB)、输出功率大(~30dBm)、噪声低(4~5dB),且对温度不敏感,稳定性好;耦合效率高。
全光纤结构,与光纤系统兼容;转换效率高,所需的泵浦功率低(数十毫瓦)。
缺点:
存在工作波段(1535~1565nm)和带宽(30nm)的局限性;增益带宽不平坦,对多信道光纤传输系统造成很大的影响(可采取增益平坦、均衡技术);自发辐射噪声的影响,系统级联时,ASE的影响会大大降低系统接收端的信噪比。
3、光纤拉曼放大器(FRA)。
特点:
(1)增益波长由泵浦光波长决定,只要泵浦源的波长适当,理论上可以得到任意波长的信号放大。
具有很宽的增益谱(1292~1660nm);
(2)利用传输光纤本身作增益介质,此特点使光纤拉曼放大器可以对光信号的放大构成分布式放大,实现长距离的无中继传输和远程泵浦;(3)调整各个泵浦功率来动态调整信号增益平坦度;(4)具有较低的等效噪声指数。
(5)喇曼放大的作用时间为飞秒(10-15s)级,可实现超短脉冲的放大。
13、SDH同步传输体系特点?
优点:
1、新型的复用映射方式:
同步复用方式和灵活的映射结构。
2、接口标准统一:
全世界统一的NNI,体现了横向兼容性。
3、网络管理能力强:
帧结构中丰富的开销比特。
4、兼容性好:
具有完全的前向兼容性和后向兼容性。
5、系列标准规范:
便于国内、国际互连互通。
注:
SDH最为核心的三个特点是同步复用、强大的网络管理能力和统一的光接口及复用标准。
缺点:
1、频带利用率低:
频带利用率不如传统的PDH系统高。
2、指针调整机理复杂:
从高速信号中直接分/插出低速支路信号,省去了多级复用/解复用过程。
3、软件的大量使用对系统安全性的影响。
须进行强的安全管理。
4、定时信息传送困难:
分插、重选路由及指针调整所致。
14、SDH设备有哪些,各自有什么作用?
SDH设备包括SDH终端复用器(TM)、分插复用设备(ADM)、数字交叉连接设备(DXC)和再生中继器(REG)。
1、TM终端复用器:
TM的作用是将准同步电信号(2Mbit/s、34Mbit/s或140Mbit/s)复接成STM-N信号,并完成电/光转换;也可将准同步支路信号和同步支路信号(电的或光的)或将若干个同步支路信号(电的或光的)复接成STM-N信号,并完成电/光转换。
在收端则完成相反的功能。
2、ADM分插复用设备:
ADM作用是从主流信号中分出一些信号并接入另外一些信号。
3、DXC数字交叉连接设备:
DXC是一种具有一个或多个准同步数字体系(G.702)或同步数字体系(G.707)信号的端口,可以在任何端口信号速率(及其子速率)间进行可控连接和再连接的设备。
4、REG再生中继器:
再生中继器的功能是对经传输衰减后的信号进行放大、整形和判决再生,以延长传输距离。
15、DWDM、CWDM性能比较?
1、DWDM。
优势:
DWDM波长间隔小,因此在光纤的低损耗窗口可传输的信道数更多,系统的传输容量更高。
劣势:
DWDM要求光源有精确的波长及很好的波长稳定性;DWDM对波分复用器和解复用器的性能也提出更高的要求(带宽更窄、稳定性更好);高性能+高价格
2、CWDM。
优势:
信道间隔较宽,由激光器的波长漂移而带来的信道串扰对系统的影响较小,一般CWDM光源可采用不带制冷器的半导体激光器。
信道间隔较宽,同时对波分复用器和解复用器的要求降低。
劣势:
CWDM系统采用了O+E+S+C+L波段,使得难以应用于长途通信,只应用于短途。
低性能+低价格
16、WDM系统的基本结构?
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