光纖通信復(fù)習(xí)

1、名詞解釋:.什么是光纖通信？利用激光作為信息的載波信號(hào)，并通過(guò)光纖來(lái)傳送信息的通信系統(tǒng)。光纖通信是工作在近紅外區(qū)，其波長(zhǎng)是0.81.8刈，對(duì)應(yīng)的頻率為167375THz.光通信的三要素：光源；傳輸介質(zhì)；光檢測(cè)；.光纖怎么分類(lèi)？答：（1）根據(jù)折射率的分布：階躍型光纖（纖芯和包層的折射率是 均勻分布的，也叫反射型光纖）和 漸變型光纖（纖芯的折射率在軸線上最大，然后沿 著橫截面的徑向逐漸變小，也叫梯度光纖或折射型光纖。）階躍| n（r） 剖面漸變n（r） 剖w纖芯1 打（2）按照傳輸模式來(lái)區(qū)分：多模光纖（多模光纖里允許多個(gè)模式（幾十甚至幾百個(gè)）在光纖中傳播，其纖芯一般可達(dá)50100 Nm。）和單模光

2、纖（單模光纖由于只允許一個(gè)模式存在，其纖芯較小，一般為510Mm。）.每種模式指什么，如何評(píng)價(jià)（截止頻率）？模式：在傳播過(guò)程中只有相位變化，沒(méi)有形狀的變化，且始終滿(mǎn)足邊界條件（傳播常數(shù)？必須滿(mǎn)足條件：n2k ? Ez ）HE模。電場(chǎng)貢獻(xiàn)為主（Ez Hz） EH模。在弱導(dǎo)光纖中，沿著傳播方面，E、H分量都近似零。存在的模式為線性偏振（ Linearly Polarized ）模LP。某個(gè)模式成為導(dǎo)波模的條件是，它的傳播常數(shù)b滿(mǎn)足下列條件：n2k b n1k 。導(dǎo)波模和輻射模的分界點(diǎn)（截止條件）為：b = n2k。與截止條件相對(duì)應(yīng)的重要參數(shù)是歸一化V= q J野:一東 =NA頻率V：人人它決定了光

3、纖可支持的模式總數(shù)。當(dāng)V 2.405時(shí)，光纖 可以支持多個(gè)傳輸模式，即多模光纖。.色散指什么？如何評(píng)價(jià)？單位是什么?色散指信號(hào)能量中的各種分量由于在光纖中傳輸速度不同，而引起的信號(hào)畸變，將引起光脈沖展寬和碼間串?dāng)_，最終影響通信距離和容量的現(xiàn)象。色散包括模式色散（模間色散），模內(nèi)色散（波長(zhǎng)色散）（又包括波導(dǎo)色散和材料色散），偏振模色散。 光纖色散描述：最大時(shí)延差光纖3dB帶寬Bo最大時(shí)延差：光纖中速度最快和速度最慢的光波成分傳輸同樣距離的時(shí)延之差。時(shí)延差與色散有關(guān)， 時(shí)延差越大，色散就越嚴(yán)重。時(shí)延差 力可以表示光纖的色散程度：AT = DL 尢D為 色散系數(shù)，單位為ps/（nm km）,單位波長(zhǎng)

4、間隔內(nèi)光波長(zhǎng)信號(hào)通過(guò)單位長(zhǎng)度光纖所產(chǎn) 生的時(shí)延差。的光源譜寬，即光功率下降到峰值光功率一半時(shí)所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)范圍。L 為傳輸?shù)木嚯x。.損耗指什么？如何評(píng)價(jià)？單位是什么？光纖損耗成為限制光纖傳輸容量（BL積）的因素之一，它是通信距離 L的固有限制。 給定發(fā)送功率和接收機(jī)靈敏度條件下，損耗決定了從光發(fā)送機(jī)到光接收機(jī)之間的最大 距離。損耗過(guò)大會(huì)影響通信系統(tǒng)的性能。評(píng)價(jià)光纖損耗特性可以通過(guò)損耗系數(shù)來(lái)衡量。光纖的損耗系數(shù)定義為：0f =12log|fLl （dB/Km）L :k其中L為光纖長(zhǎng)度，Pin和Pout分別為，俞入和輸出光功率。即便是在理想的光纖中都存在損耗一一本征損耗。光纖的損耗限制了光信號(hào)的傳播

5、距離。這些損耗主要包括：1.吸收損耗2.散射損耗3.彎曲損耗。損耗主要機(jī)理：吸收、散射和彎曲損耗。.數(shù)值孔徑如何定義？答：數(shù)值孔徑NA = sin，中是光線在纖芯與包層界面剛好產(chǎn)生全反射時(shí)，對(duì)應(yīng)的端面 最大入射角。任何入射角小于 中的光線入射到光纖后，都能在光纖與包層界面產(chǎn)生全 反射，從而實(shí)現(xiàn)光在光纖的傳播。NA表示光纖接收和傳輸光的能力。NA越大，光纖接收光的能力越強(qiáng)，纖芯對(duì)能量的束縛越強(qiáng)，光纖抗彎曲性能越好。.光電二極管有哪些？工作原理是什么？（暗電流及工作效率如何?）常用的半導(dǎo)體光電檢測(cè)器:PIN光電二極管和雪崩光電二極管pn結(jié)。當(dāng)PN結(jié)加光電二極管的物理原理：光電二極管實(shí)際上是一個(gè)加了

6、反向偏壓的反向偏壓時(shí)，外加電場(chǎng)方向與 PN結(jié)的內(nèi)建電場(chǎng)方向一致，勢(shì)壘加強(qiáng)，在PN結(jié)界面附近載流子基本上耗盡形成耗盡區(qū)。當(dāng)光照射到光電二極管的光敏面上時(shí)，會(huì)在整個(gè)耗 盡區(qū)（高場(chǎng)區(qū)）及耗盡區(qū)附近引起受激躍遷現(xiàn)象，從而產(chǎn)生電子空穴對(duì)。產(chǎn)生的電子空 穴對(duì)在外部電場(chǎng)作用下定向移動(dòng)，被電極收集產(chǎn)生電流。當(dāng)入射光變化時(shí)，光生電流 隨之作線性變化，從而把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。形成的光電流與入射光功率成比例。在PN結(jié)間插入一層非摻雜或輕摻雜半導(dǎo)體材料，以增大耗盡區(qū)寬度w,達(dá)到減小擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的影響，提高響應(yīng)度的要求。由于PN結(jié)中間插入的半導(dǎo)體材料近似為本征半導(dǎo)體（Intrinsic）,因此這種結(jié)構(gòu)稱(chēng)為 PIN光電二極

7、管。由于是輕摻雜，電子濃度很低，經(jīng)擴(kuò) 散后形成一個(gè)很寬的耗盡層。雪崩二極管（APD）:在光生電流尚未遇到后續(xù)電路的熱噪聲時(shí)已經(jīng)在高電場(chǎng)的雪崩區(qū) 中得到放大，因此有助于顯著提高接收機(jī)靈敏度。PIN: 1個(gè)光子最多產(chǎn)生一對(duì)電子-空穴對(duì)，無(wú)增益APD:電離碰撞，1個(gè)光子產(chǎn)生多對(duì) 電子-空穴對(duì)，有增益。暗電流是指，沒(méi)有光入射時(shí)流過(guò)檢測(cè)器偏置電路的電流，它是體暗電流iDB和表面暗電流iDS之和。暗電流噪聲是當(dāng)沒(méi)有入射光時(shí)流過(guò)器件偏置電路的電流，它是由于PN結(jié)內(nèi)熱效應(yīng)產(chǎn)生的電子一空穴對(duì)形成的，是 PIN的主要噪聲源。當(dāng)偏置電壓增大時(shí)， 暗電流增大。暗電流還隨著器件溫度的升高而增加。暗電流的大小與光電二極管

8、的結(jié) 面積成正比，故常用單位面積上的暗電流即暗電流密度來(lái)衡量。表面暗電流由表面結(jié)構(gòu)（缺陷、清潔程度、面積大?。┖推秒妷簺Q定：Ds） =dDs =2qIiB 表面暗電流（漏電流）和體暗電流一樣，都只能通過(guò)合理設(shè)計(jì)、良好的結(jié)構(gòu)及嚴(yán)格的 工藝來(lái)降低。對(duì)于pin ,主要噪聲來(lái)自檢測(cè)器電路中的電阻和有源器件。對(duì)于 APD,電路噪聲不占重要地位，主要噪聲來(lái)源于檢測(cè)器被雪崩區(qū)放大的量子噪聲和體暗電流。PIN二極管特點(diǎn)2口結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高。電壓 低，使用方便.口量子效率高?？谠肼曅口帶寬較高口ATD二極管特點(diǎn):口靈敏度高口高增益R口高電壓，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。口噪聲大.光電二極管的響應(yīng)時(shí)間是指它的光電轉(zhuǎn)換速度。影

9、響響應(yīng)時(shí)間的主要因素：1 .耗盡區(qū)的光載流子的渡越時(shí)間 2.耗盡區(qū)外產(chǎn)生的光載流子的擴(kuò)散時(shí)間 3.光電二極管以及與其w、吸收系數(shù)as、相關(guān)的電路的 RC時(shí)間常數(shù)。影響這三個(gè)因素的參數(shù)有：耗盡區(qū)寬度 等效電容、等效電阻等。9.SDH,PDH 是什么？ 光纖大容量數(shù)字傳輸目前都采用同步時(shí)分復(fù)用技術(shù)。復(fù)用又分為若干等級(jí)，先后有兩 種傳輸體制：準(zhǔn)同步數(shù)字系列（PDH）,同步數(shù)字系列（SDH）.PDH規(guī)定標(biāo)稱(chēng)速率和允許偏差范圍。PDH主要適用于中、低速率點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸。它將每路模擬話(huà)音信號(hào)進(jìn)行抽樣、量化、編碼，變成一種64Kbit/s數(shù)字信號(hào)。PCM技術(shù)在復(fù)接成一次群時(shí)，采用同步復(fù)接，但在復(fù)接成二、三、四

10、次群里采用異步復(fù)接。SDH:是一套可進(jìn)行同步信息傳輸、復(fù)用、分插和交叉連接的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字信號(hào)的結(jié)構(gòu)等級(jí)。SDH網(wǎng)絡(luò)具有統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口（ NNI）,簡(jiǎn)化了信號(hào)的互通以及信號(hào)的傳 輸、復(fù)用、交叉連接和交換過(guò)程；有一套標(biāo)準(zhǔn)化的信息結(jié)構(gòu)等級(jí)，稱(chēng)為同步傳送模塊 STM-N （N=1, 4, 16, 64）。10.如何表示幀結(jié)構(gòu)？（第 4章34頁(yè)）souMOliALIFTR整個(gè)幀結(jié)構(gòu)分為三個(gè)區(qū)域：段開(kāi)銷(xiāo) SOH;管理單元指針AU-PTR;信息凈負(fù)荷Payload. 行：在SDH幀結(jié)構(gòu)中，指沿幀結(jié)構(gòu)橫方向，從上方數(shù)到下方的行數(shù)。一幀中共有 9行, 列：在SDH幀結(jié)構(gòu)中，指沿幀結(jié)構(gòu)縱方向，從左數(shù)到右的列數(shù)。

11、隨著不同STM-N等級(jí)：一幀中共有：270 XN歹U.幀長(zhǎng)：指SDH一幀中有多少個(gè)字節(jié) 例：STM-1的字節(jié)=270 X9=2430個(gè)字節(jié)；STM-N的字節(jié)=（270 XN） X9個(gè)字節(jié)。一 幀比特?cái)?shù)：STM-1 一幀比特?cái)?shù) =270 X9X8bit=19440bit ; STM-N一幀比特?cái)?shù) =19440 XNbit。一幀傳輸時(shí)間 在SDH網(wǎng)中任何等級(jí)的STM傳輸一幀所用的時(shí)間均為 125匹。 碼速率：以STM-1為例，碼速率=1幀比特?cái)?shù)/傳1幀的時(shí)間=270 X9X8/125 X10e- 6=155.520Mbit/s。傳送順序 從左右；從上下。簡(jiǎn)答:1.半導(dǎo)體激光器如何工作？ 半導(dǎo)體激光

12、放大器（SOA）在通過(guò)外加正向偏壓的泵浦能量作用下，實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)， 然后通過(guò)外部光照導(dǎo)致受激輻射實(shí)現(xiàn)對(duì)入射光信號(hào)的放大。結(jié)構(gòu)大體上與激光二極管 相同，半導(dǎo)體激光器芯片兩端鍍上增透膜。優(yōu)點(diǎn)：尺寸小，易制作成集成電路與集成光電路結(jié)合使用；結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單、功耗低、 壽命長(zhǎng)、成本低；增益響應(yīng)相當(dāng)快速，適用于交換及信號(hào)處理等光網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中；同時(shí) 具有光放大及信號(hào)處理的能力，如開(kāi)關(guān)功能等。應(yīng)用在全光波長(zhǎng)變換、光交換中。缺點(diǎn)：與光纖的耦合損耗太大 ；易受偏振態(tài)影響（0.5-2 dB）;噪聲指數(shù)高（-8 dB）; 易造成串音；易受環(huán)境溫度影響，穩(wěn)定性較差光電檢測(cè)器（兩個(gè)）如何工作？2.SDH的工作特點(diǎn)？隨著光纖

13、通信的發(fā)展，這種基于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸?shù)腜DH暴露出一些固有的缺點(diǎn)：1.北美、歐洲和日本三種數(shù)字體系彼此互不兼容，造成國(guó)際互通的困難。2.沒(méi)有世界性的標(biāo)準(zhǔn)光接口規(guī)范。3.二次群以上復(fù)用結(jié)構(gòu)采用異步復(fù)用。4. PDH系列的幀結(jié)構(gòu)中,用于網(wǎng)絡(luò)操作、管理和維護(hù)（OAM）的比特在幀結(jié)構(gòu)中占用較少的空間，無(wú)法適應(yīng)不 斷演變的現(xiàn)代通信網(wǎng)對(duì)監(jiān)控和網(wǎng)管的要求。5.點(diǎn)到點(diǎn)通信體制無(wú)法提供最佳的路由選擇。PDH所存在的上述這些固有弱點(diǎn)，制約了電信網(wǎng)的“網(wǎng)絡(luò)化、智能化、綜合化” 的發(fā)展，而要想完美地在原在的技術(shù)體制和技術(shù)框架上來(lái)修改完善，解決這些問(wèn)題已 無(wú)濟(jì)于事，于是一個(gè)更為先進(jìn)白體制一一同步數(shù)字體系（SDH）應(yīng)運(yùn)而生。S

14、DH特點(diǎn)：1.把速率為1.55 Mbit/s , 2 Mbit/s的基本模塊作為同步傳輸模塊的第一級(jí)， 記作STM-1。使得北美、歐洲、日本三個(gè)地區(qū)的PDH傳輸系列在STM-1上獲得了統(tǒng)一,形成了全球傳輸體制方面的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。2.在SDH的幀結(jié)構(gòu)中安排了足夠的開(kāi)銷(xiāo)比特，大大增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)維護(hù)管理能力，可實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)，有利于將來(lái) B-ISDN綜合業(yè)務(wù)的運(yùn)行。3. SDH采用同步復(fù)用方式和靈活的利用映射結(jié)構(gòu)，利用設(shè)置指針的方法，可以在任意 時(shí)刻，在總的復(fù)接碼流中確定任意支路字節(jié)的位置，從而可以從高速信號(hào)一次直接插 入或取出低速支路信號(hào)，使上下業(yè)務(wù)十分容易。4. SDH確定了統(tǒng)一新型的網(wǎng)絡(luò)部件，這些部件是

15、終端復(fù)接器（TM）、分插復(fù)接器（ADM）、數(shù)字交叉連接設(shè)備（DXC）以 及網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備（NMS）。用一個(gè)光接口代替大量的電接口，可以直接經(jīng)光接口通過(guò) 中間節(jié)點(diǎn)，省去大量電路單元。5. SDH對(duì)網(wǎng)管設(shè)備的接口進(jìn)行了規(guī)范，使不同廠家的網(wǎng)管系統(tǒng)互聯(lián)成為可能。這種網(wǎng)管簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)，降低了網(wǎng)管費(fèi)用，提高了網(wǎng)絡(luò)的效率、靈活和可靠性。6. SDH與現(xiàn)有PDH完全兼容，體現(xiàn)了后向兼容性。同時(shí) SDH還 能容納各種新業(yè)務(wù)信號(hào)，體現(xiàn)了完全的前向兼容性。7.強(qiáng)大的自愈能力主要優(yōu)點(diǎn)總結(jié)：同步復(fù)用；標(biāo)準(zhǔn)的光接口；強(qiáng)大的網(wǎng)管能力。缺點(diǎn)： 1.頻帶利用率不如PDH系統(tǒng)。2. 在復(fù)接中采用了指針調(diào)整技術(shù)，因此技術(shù)和設(shè)備相對(duì)復(fù)雜

16、；3.大規(guī)律采用軟件控制，人為錯(cuò)誤、軟件病毒可導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)故障。3.光無(wú)源器件的功能?對(duì)光無(wú)源器件的普渡要求3插入喇,回波損耗大.工作噩范圍比性第穩(wěn)冠壽命長(zhǎng)。體積人價(jià)格便口便于集就激光器光放大器探測(cè)涔洸調(diào)制器球長(zhǎng)趣器洸隔離器光耦合器光瀛f器 洸開(kāi)關(guān) .光衰減器色卜偏信3偏振博卜償器光衰減器(optical attenuator )是對(duì)光功率進(jìn)行預(yù)定量衰減的器件，它可分為可變光 衰減器和固定光衰減器。前者主要用于調(diào)節(jié)光功率電平，后者主要用于電平過(guò)高的光 纖通信線路。對(duì)光衰減器主要要求是：插入損耗低、回波損耗高、分辨率線性度和重復(fù)性好、衰減量可調(diào)范圍大、衰減精度高、器件體積小，環(huán)境性能好。光耦合器 功

17、能:光信號(hào)的分配、合成、提取、監(jiān)控等 。光開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)光通道的通斷和轉(zhuǎn)換的器件。光纖光柵(Fiber Grating)是一種非常有吸引力的全光纖器件，其用途非常廣泛，可用作光濾波器、光分插復(fù)用器和色散補(bǔ)償器。光隔離器作用：只允許光波往一個(gè)方向上傳輸，阻止光波往其他方向特別是反方向傳輸。隔離器主要用在激光器或光放大器的后面，以避免反射光返回到該器件，致使器件性能變壞。光隔離器原理：由起偏器、檢偏器 和旋光器組成，只允許光線單向傳輸。光環(huán)行器除了有多個(gè)端口外，其工作原理與光隔離器類(lèi)似，也是一種單向傳輸器件；主要用于單纖雙向傳輸系統(tǒng)和光分插復(fù)用器中。摻鋰光纖放大器的基木結(jié)構(gòu)裒浦輸入信號(hào)匚接銀光纖波分復(fù)用

18、器輸出信號(hào)光隔離器.光放大器(摻餌光纖放大器 EDFA)的工作原理？組成？每部分的功能?EDFA采用摻餌離子單模光纖為增益介質(zhì)，在泵浦光作用下產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，在信號(hào)光誘導(dǎo)下實(shí)現(xiàn)受激輻射放大。摻餌光纖：當(dāng)一定的泵浦光注入到摻餌光纖中時(shí)，Er3+從低能級(jí)被激發(fā)到高能級(jí)上，由于在高能級(jí)上的壽命很短，很快以非輻射躍遷形式到較低能級(jí)上，并在該能級(jí)和低能級(jí)間形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。半導(dǎo)體泵浦二極管：為信號(hào)放大提供足夠的能量，使物質(zhì)達(dá)到粒子數(shù)反轉(zhuǎn)波分復(fù)用耦合器：將信號(hào)光和泵浦光合路進(jìn)入摻餌光纖中。 光隔離器：使光傳輸具有單向性，保證穩(wěn)定工作.光接收機(jī)有幾部分組成？每部分功能？光接收機(jī)是光纖通信系統(tǒng)的重要組成部分

19、，作用是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換回電信號(hào)，恢復(fù)光載 波所攜帶的原信號(hào)。主要包括光檢測(cè)器、前置放大器、主放大器、均衡器、自動(dòng)增益控制(AGC)電路、時(shí)鐘提取電路及取樣判決器線性通道時(shí)鐘提目數(shù)據(jù)再生前端：由光電二極管和前置放大器組成，光接收機(jī)的核心部分。作用：將耦合入光電檢測(cè)器的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)變光生電流，然后進(jìn)行預(yù)放大(電流信號(hào)到電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換 ),以便后級(jí)作進(jìn)一步處理。要求：低噪聲、高靈敏度、足夠的帶寬。光檢測(cè)器：能檢測(cè)出入射在其上面的光功率，并完成光 /電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。前置放大器：主要作用是保持探 測(cè)的電信號(hào)不失真地放大和保證噪聲最小，一般采用場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET) o線性通道:1.提供高的增益，放大到適合

20、于判決電路的電平；2.對(duì)主放輸出的失真數(shù)字脈沖進(jìn)行整形和補(bǔ)償，使之成為有利于判決的碼間干擾最小的升余弦波形；3.根據(jù)輸入信號(hào)大小自動(dòng)調(diào)整放大器增益，使輸出信號(hào)保持恒定，以擴(kuò)大接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍。高速系統(tǒng)中通 常用限幅放大器(LA)替代AGC。主放大器作用：將前置放大器輸出的信號(hào)放大到 判決電路所需要的信號(hào)電平。 它還是一個(gè)增益可調(diào)節(jié)的放大器，當(dāng)光電檢測(cè)器輸出 的信號(hào)出現(xiàn)起伏時(shí)，通過(guò)光接收機(jī)的自動(dòng)增益控制電路對(duì)主放大器的增益進(jìn)行調(diào)整， 以使主放大器的輸出信號(hào)幅度在一定范圍不受輸入信號(hào)的影響，一般主放大器的峰-峰值輸出是幾伏數(shù)量級(jí)。對(duì)于 APD的光接收機(jī)還通過(guò)控制 APD的偏壓來(lái)控制雪崩倍增管 的增益。均衡濾波器作用：均衡波形有利判決。均衡濾波器是必不可少的。沒(méi)有均衡濾波器將出現(xiàn)這些現(xiàn)象：將會(huì)使前、后碼元的波形重疊，產(chǎn)生碼間干擾，嚴(yán)重時(shí)造 成判決電路誤判，產(chǎn)生誤碼。 有均衡濾波器的波形。均衡濾波器是使經(jīng)過(guò)均衡器以 后的波形成為有利于判決的波形。例