光纖通信復(fù)習題

1、光纖通信自測題第一章一、 填空題通信是 _ 為傳輸媒質(zhì)。以 _為載波的通信方式。目前光纖通信所用光波的波長有三個，它們是_、_ 和_ 。光纖通信所使用的波段位于電磁波譜中的 _ 區(qū)，波長范圍為_ 。二、選擇題（有一個或者多個答案）1.目前光纖通信常用的窗口有（）。A、 0.85（imB、 2（imC、1.31（imD、1.55（im2.目前纖光通信常用的光源有（）。A、 LED B、 LD C、PCM D、PDH3.光纖通信是以光波為載波，以（）為傳播介質(zhì)的通信方式。A、電纜B、無線電磁波C、光纖 D、紅外線三、 簡答題1.光纖通信有哪些優(yōu)點？2.為什么說光纖通信比電纜通信的容量大？3.纖通信

2、系統(tǒng)由哪幾部分組成？簡述各部分作用。答案：一、光纖 光波 0.85ym1.31m1.55m近紅外區(qū)0.71.7m二、 1、ACD 2、AB 3、C三、1、通信容量大，中繼距離長，保密性能好，抗電磁干擾，體積小、重量輕、便于施工和維護，價格 低廉。2、光纖通信的載波是光波，電纜通信的載波是電波。雖然光波和電波都是電磁波，但頻率差別很大。光 纖通信用的近紅外光 （波長約 1ym 的頻率（約 300THZ）比電波（波長為 0.1m1mm 的頻率（3300GHz） 高三個數(shù)量級以上。載波頻率越高，頻帶寬度越寬，因此信息傳輸容量越大。第 2 章一、 填空題：1 .光纖中的纖芯折射率必須 _ 包層折射率，

3、單模光纖和多模光纖中中兩者的相對折射率差一般分別為_ 和_。2 .單模光纖纖芯直徑一般為 _，多模光纖纖芯直徑為 _ ，光纖包層直徑一般為_。3、光纖通信的最低損耗波長是（），零色散波長是（）。4、單模光纖中不存在（ ）色散，僅存在（）色散，具體來講，可分為（）和（）。5、 光纜大體上都是由（）、（）和（）三部分組成的。6、 允許單模傳輸?shù)淖钚〔ㄩL稱為（）。7、 數(shù)值孔徑（NA ）越大，光纖接收光線的能力就越（），光纖與光源之間的耦合效率就越（）。二、 選擇題（多選）1、 從橫截面上看，光纖基本上由3部分組成：（）、（）、（）。A、折射率較高的芯區(qū)B、折射率較低的包層C、折射率較低的涂層D、外

4、面的涂層E、外面的包層2、 單模光纖只能傳輸一個模式，即（），稱為光纖的基模。A、HE00 模B、HE11 模C、HE10 模D、HE01 模3、限制光纖傳輸容量（BL 積）的兩個基本因素是（）和（）。A、光纖色散B、光纖折射C、光纖衰減D、光纖損耗三、 簡述題1、 典型光纖由幾部分組成？各部分的作用是什么？2、為什么包層的折射率必須小于纖芯的折射率？3、光纖損耗主要有幾種原因？其對光纖通信系統(tǒng)有何影響？4、光纖色散主要有幾種類型？其對光纖通信系統(tǒng)有何影響？5、分別說明 G.652、G.653、G.654、G.655 光纖的性能及應(yīng)用。四、 計算1、 一段 30km 長的光纖線路，其損耗為 0

5、.5dB / km=（1）如果在接收端保持 0.3 卩 W 的接收光功率，則發(fā)送端的功率至少為多少?（2）如果光纖的損耗變?yōu)?0.25dB / km 則所需的輸入光功率又為多少？2、均勻光纖，若 nl= 1.5，入0= 1.3 卩 m 試計算：（1）若厶=0.25，為了保證單模傳輸，其纖芯半徑應(yīng)取多大？（2）若取 a = 5 卩 m 為了保證單模傳輸，應(yīng)取多大？答案：一、填空題1、大于、0.3% 0.6%、1%2%2、8 1050 80um125um3、1.55(im1.31um4、模間模內(nèi)材料色散波導(dǎo)色散5、纜芯加強兀件護層6、截止波長7、強高、選擇題1、ABD 2、B 3、AD 4、BC四

6、、計算1、（ 1） Pmin= 9.49 卩 W （2） Pmin= 1.69 卩 W2、（1）aw0.47 卩 m（2）A0.0022第 3 章1常用光源 LD 是以_ 為基礎(chǔ)發(fā) _光。LED 以_為基礎(chǔ)發(fā) _ 光。2. 光與物質(zhì)作用時有_ 、_ 和_ 三個物理過程。3. 對于半導(dǎo)體激光器的溫度特性，溫度升高閾值電流 _ 若此時注入電流不變，輸出光功率.增加、減少4. 半導(dǎo)體光檢測器主要有和 _兩種，基本原理是通過 _過程實現(xiàn) _。PIN、APD 受激吸收、光電轉(zhuǎn)換5. 在光纖通信系統(tǒng)中，對光源的調(diào)制可分 _ 和_兩類。直接調(diào)制、外調(diào)制1、LD 具有輸出功率（）、輸出光發(fā)散角（）、與單模光纖

7、耦合效率（）、輻射光譜線（）等優(yōu)點。2、LED 的主要特性參數(shù)為（）、（）、（）。3、PIN 二極管的特點包括（）、（）及（）。4、對光檢測器的基本要求是高的（），低的（）和快的（）。5、影響光源與光纖耦合效率的主要因素是（）和（）。6、光纖和光纖連接的方法有兩大類（）和（）。7、在一根光纖中同時傳播多個不同波長的光載波信號稱為（）。8、影響光纖耦合性能的主要因素有（）、（）、（）和（）。答案1、高窄高窄2、 輸出功率與效率輸出光譜特性響應(yīng)速率與帶寬3、 耗盡層很寬偏置電壓很小附加噪聲小4、響應(yīng)度 噪聲響應(yīng)速度5、光源的發(fā)散角光纖的數(shù)值孔徑6、活動連接固定連接7、光波分復(fù)用8、插入損耗 附加損

8、耗 分光比(耦合比)隔離度 作業(yè)：3-4LED 的 P-I 特性呈線性，而 LD 的 P-I 特性呈非線性。2LED 產(chǎn)生是非相干光，功率低，方向性差；而LD 發(fā)出的是相干光，功率高，方向性好。3LED 的波譜寬度比 LD 的寬。4LED 基本不受溫度影響，而LD 對溫度變化敏感。5LED 使用壽命比 LD 長。3-9 入 0.87 m( GaAs),入 1.29 卩 m(l nGaAsP)第 4 章1、 光發(fā)送機指標主要有 _ 和 _ 。平均發(fā)送光功率、消光比2、 光接收機指標主要有 _ 、 _ 和_。誤碼率、靈敏度、動態(tài)范圍3、為增大光接收機的接收動態(tài)范圍，應(yīng)采用 _ 電路。AGC4、畫出

9、數(shù)字光發(fā)射機組成方框圖，并簡述個部分功能。輸入碼型變換電路均衡放大一一補償經(jīng)電纜傳輸后產(chǎn)生的數(shù)字電信號失真。碼型變換 將電端機送入的信號碼型從HDB3 或 CMI 碼變?yōu)?NRZ 碼。擾碼一一將信號中的長連 0”或 T 有規(guī)律地進行消除。線路編碼時鐘提取一一提取與網(wǎng)絡(luò)同步的時鐘供給擾碼與線路編碼等電路。光發(fā)送電路調(diào)制電路一用經(jīng)過編碼的數(shù)字信號對光源進行直接光強度調(diào)制，完成電/光轉(zhuǎn)換。自動溫度控制電路 ATC 保持光源的溫度恒定在室溫左右，以穩(wěn)定 LD 的閾值電流，從而穩(wěn)定發(fā)送光功率。自動功率控制電路 APC 檢測發(fā)送光功率變化，動態(tài)調(diào)節(jié)光源的偏置電流，以穩(wěn)定發(fā)送光功率。其余保護及告警檢測電路一

10、一實現(xiàn)LD 過流保護、LD 無光告警及壽命告警。5.畫出數(shù)字光接收機組成方框圖，并簡述個部分功能。(見教材)6.按照轉(zhuǎn)換步驟，試將二進制信號 1010000000001 ”轉(zhuǎn)換成為 HDB3 碼。10 畫出半導(dǎo)體激光器（LD ）數(shù)字信號的直接調(diào)制原理圖（見教材）迸制1010000 0 000 01”第二步代1010DVB00r01.i.a 1Ilifl11 JE+oiiliB+I ” 10jl5VDli0VIl0hiiB+JE+”0AE_”i00IIIV+ft0h0v_I -0B+KEB3HV7 按照轉(zhuǎn)換步驟，試將二進制信號 1000011000001轉(zhuǎn)換成為 CMI 碼。I10 0 0 01

11、1ll1 1bih0 0 0 0 0I.ibj1解:f誤碼 應(yīng)為INRZ礙0011 Q0 08.將以下 HDB3 碼還原為二進制 NRZ 碼（寫出數(shù)字序列并畫出波形），指出其中是否有誤碼。解：該 HDB3 碼中無誤碼9.將以下 CMI 碼還原為二進制 NRZ 碼（寫出數(shù)字序列并畫出波形），指出其中是否有誤碼。11.畫出光接收機自動增益控制的工作原理框圖(見教材)o o第 5 章1.SDH 的常用設(shè)備有_ 、_ 、_ 和_。TM 終端復(fù)用器、ADM 分/插復(fù)用設(shè)備、DXC 數(shù)字交叉連接設(shè)備 DXC 再生中繼器2. STM-1 中我國允許采用的支路接口有2.048Mb/s、34.368 Mb/s

12、和 139.264Mb/s 三種 PDH 接口。一個STM-1 可傳 63 個 2Mb/s 信號。相當于傳 1890 個 話路。思考題3什么是 SDH ? SDH 的特點？ SDH 幀結(jié)構(gòu)？4 簡述 SDH 的復(fù)用過程？STM_N 的復(fù)用過程有如下 6 個步驟：(1)首先，異步信號被放入相應(yīng)尺寸的容器C。容器的主要作用就是進行速率調(diào)整。(2).由標準尺寸容器 C 加上通道附加字節(jié) POH 便形成虛容器 VC ,即 C+POHTVCo(3) .VC 加 TUPTR 指針便形成支路單元 TU。低階 VC+ TUPTRTTU多個支路單元 TU 復(fù)用后形成支路單元組 TUG，即 NXTUTTUG。(5

13、) 高階 VC , VC_3 或 VC_4 加上管理單元指針便形成管理單元AU，即VC_4+ AUPTRTAU_4AUPTR 用來指明高階 VC 在 STM_N 幀的位置。一個或多個在 STM_N 幀內(nèi)占有固定位置的 AU 組成管理單元組 AUG，即 NXAUTAUGN=1 或 3(6) .最后在 N 個 AUG 基礎(chǔ)上加上段開銷(SOH )便形成 STM_N 幀結(jié)構(gòu)，即NXAUG+SOHTSTM_N從以上的復(fù)接過程來看，SDH 的形成包含三個過程：映射(CTVC)將 PDH 信號經(jīng)打包成 C,再加上相應(yīng)的通道開銷而成VC 這種信息結(jié)構(gòu)，這個過程就叫映射定位校準(VCTTU 及VCTAU )定

14、位是指通過指針調(diào)整，使指針的值時刻指向低階VC 幀的起點在TU 凈負荷中或高階 VC 幀的起點在 AU 凈負荷中的具體位置，使收端能據(jù)此正確地分離相應(yīng)的VC同步復(fù)用 NXAITAUG)復(fù)用是一種使多個低階通道層的信號適配進高階通道層(例如TU12(X3)TTUG2(X7)TTUG3(X3)TVC4 或把多個高階通道層信號適配進復(fù)用層的過程(例如 AU-4(X1)TAUG(X N)TSTM-N)。復(fù)用也就是通過字節(jié)間插方式把 TU 組織進高階 VC 或把 AU 組織進 STM-N 的過程。由于經(jīng)過 TU 和 AU指針處理后的各 VC 支路信號已相位同步，因此該復(fù)用過程是同步復(fù)用5. 140Mbi

15、t/s 復(fù)用進 STM-N 信號的過程(1)首先將 140Mbit/s 的 PDH 信號經(jīng)過碼速調(diào)整(比特塞入法)適配進 C4 , C4 是用來裝載 140Mbit/s 的 PDH 信號的標準信息結(jié)構(gòu)。容器的主要作用就是進行速率調(diào)整。這個過程也就相當于C4 裝入異步140Mbit/s 的信號。C4 的幀結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。2608000幀/秒圖 1 C4 的幀結(jié)構(gòu)圖C4 信號的幀有 260 列X9 行(PDH 信號在復(fù)用進 STM-N 中時，其塊狀幀一直保持是9 行)，那么 E4 信號139.264Mb/sC4149.76Mb/s11.畫出光接收機自動增益控制的工作原理框圖(見教材)o o適配

16、速率后的信號速率(也就是C4 信號的速率)為：8000 幀/秒X9 行X260 列X8bit=149.760Mbit/s。(2)為了能夠?qū)?140Mbit/s 的通道信號進行監(jiān)控，在復(fù)用過程中要在C4 的塊狀幀前加上一列通道開銷字節(jié)(高階通道開銷 VC4-P0H )，此時信號成為 VC4 信息結(jié)構(gòu)，見圖 2 所示。261VC4 是與 140Mbit/sPDH 信號相對應(yīng)的標準虛容器，此過程相當于對C4 信號再打一個包封，將對通道進行監(jiān)控管理的開銷(POH)打入包封中去，以實現(xiàn)對通道信號的實時監(jiān)控。在將 C4 打包成 VC4 時，要加入 9 個開銷字節(jié)，位于 VC4 幀的第一列，這時 VC4 的

17、幀結(jié)構(gòu)，就成了 9 行X261列。從中發(fā)現(xiàn)了什么沒有？STM-N 的幀結(jié)構(gòu)中，信息凈負荷為9 行X261XN 列，當為 STM-1時，即為 9 行X261 列，(3) SDH 采用在 VC4 前附加一個管理單元指針(AU-PTR )來，以進行定位。此時信號由VC4 變成了管理單元 AU-4 這種信息結(jié)構(gòu)，見圖 3 所示。一個或多個在 STM 幀中占用固定位置的 AU 組成 AUG 管理單元組。將 AUG 加上相應(yīng)的 SOH 合成 STM-1 信號，N 個 STM-1 信號通過字節(jié)間插復(fù)用成STM-N 信號。6. 論述光纖損耗和色散對系統(tǒng)設(shè)計的限制。答：由于損耗的存在，在光纖的傳輸?shù)墓庑盘?，不?/p>

18、是模擬信號還是數(shù)字脈沖，其幅度都要減小，它在很大程度上決定了系統(tǒng)的傳輸距離。 所以系統(tǒng)在設(shè)計的時候要考慮用光信號的放大中繼。 色散是光纖的 傳輸特性之一。由于不同波長光脈沖在光纖中具有不同的傳播速度，因此，色散反應(yīng)了光脈沖沿光纖傳播 時的展寬。光纖的色散現(xiàn)象對光纖通信極為不利。光纖數(shù)字通信傳輸?shù)氖且幌盗忻}沖碼，光纖在傳輸中的 脈沖展寬，導(dǎo)致了脈沖與脈沖相重疊現(xiàn)象，即產(chǎn)生了碼間干擾，從而形成傳輸碼的失誤，造成差錯。為避 免誤碼出現(xiàn)，就要拉長脈沖間距，導(dǎo)致傳輸速率降低，從而減少了通信容量。另一方面，光纖脈沖的展寬 程度隨著傳輸距離的增長而越來越嚴重。因此，為了避免誤碼，光纖的傳輸距離也要縮短。7.

19、設(shè) 140Mb/s 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)發(fā)射功率為3dBm，接收機的靈敏度為38dBm，系統(tǒng)余量為 4dB，連接器損耗為 0.5dB/對，平均接頭損耗為 0.05dB/km，光纖衰減系數(shù)為 0.4dB/km，光纖損耗余量 0.05dB/km。 計算中繼距離 L。(作業(yè) 5-4)(L=3(38)40.5X/(0.05+0.4+0.05)=60km)&已知某光纖通信系統(tǒng)的光發(fā)送機光源的入纖功率為2mW ,光纖損耗為 0.5dB/km ,光纖平均接頭損耗為0.1dB/km，光接收機最大允許輸入光功率為32 卩 W,光接收機的動態(tài)范圍可達19dB，系統(tǒng)富余度 7dB。試核算在無中繼傳輸距離分別為15km、40km、60km 情況下，該系統(tǒng)能否正常工作？解:根據(jù)題意可得：pmax=101g(32X103)=15 dBmC4149.76Mbit/sPOVC4H150.336MbitQ圖 2 VC4 結(jié)構(gòu)圖19圖 3 AU-4 結(jié)構(gòu)圖PT=101g2=3 dBm已知 D=19 dBa=0.5 dB/KMa1=0.1 dB/KMM=7 dB根據(jù)動態(tài)范圍的定義：D=Pmax Pmin得 Pmin=Pmax D= 15 19= 34 dBm