光纖通信習(xí)題解答光纖

Chap.2No.1光纖產(chǎn)生衰減的原因是什么？衰減對通信有什么影響？……則該光纖的衰減系數(shù)α為多少？光纖產(chǎn)生衰減的原因包括吸收、散射和輻射。衰減會導(dǎo)致信號功率損失，造成接收困難。α

(1550nm)＝10lg(Pin/Pout)/L=10lg(4/3)/5≈0.25dB/km1第一頁，共三十六頁。Chap.2No.2光脈沖在光纖中傳輸時(shí)，為什么會產(chǎn)生瑞利散射？瑞利散射損耗的大小與什么有關(guān)？

瑞利散射是由于光纖內(nèi)部的密度不均勻引起的，從而使折射率沿縱向產(chǎn)生不均勻，其不均勻點(diǎn)的尺寸比光波波長還要小。光在光纖中傳輸時(shí)，遇到這些比波長小，帶有隨機(jī)起伏的不均勻物質(zhì)時(shí)，改變了傳輸方向，產(chǎn)生了散射。瑞利散射損耗的大小與成正比。2第二頁，共三十六頁。Chap.2No.7何謂模式截止？光纖單模傳輸?shù)臈l件是什么？單模光纖中傳輸?shù)氖鞘裁茨Ｊ?？其截止波長為多大？階躍折射率光纖中線性極化模LP11模對應(yīng)的是什么矢量模？對每一個(gè)傳播模來說，在包層中它應(yīng)該是衰減很大，不能傳輸。如果一個(gè)傳播模，在包層中不衰減，也就是表明該模是傳過包層而變成了輻射模，則就認(rèn)為該傳播模被截止了。所以一個(gè)傳播模在包層中的衰減常數(shù)W=0時(shí)，表示導(dǎo)模截止。單模光纖傳輸條件：歸一化頻率V≤2.4048單模光纖中傳輸?shù)氖荓P01模，對應(yīng)的矢量模是HE11模。截止波長由下式計(jì)算LP11模對應(yīng)的矢量模是TE01，TM01，HE21。3第三頁，共三十六頁。Chap.2No.10某階躍折射率光纖的參數(shù)為……試問該入射光線在光纖中是成為傳導(dǎo)模還是輻射模？為什么？此題包括光在空氣與纖芯分界面以及纖芯與包層分界面兩次反射，可以先由纖芯/包層分界面全反射條件求出臨界角，再利用三角關(guān)系計(jì)算入射角，或直接利用教材上公式，將n1＝1.5，n2＝1.485代入可知，最大接收角為12.22°，而入射角大于臨界角，所以入射光纖不滿足全反射條件，不能傳輸，是輻射模。4第四頁，共三十六頁。Chap.3No.1比較半導(dǎo)體激光器和發(fā)光二極管的異同。半導(dǎo)體激光器（LD）有哪些特性？半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）有那些特性？解答題LD和LED都可以用作通信光源。LD原理是受激輻射，而LED是自發(fā)輻射。LD是閾值器件，需要較完善的驅(qū)動(dòng)和外圍電路，發(fā)散角較小,其發(fā)出的光譜線窄，適宜于高速率系統(tǒng)；LED沒有閾值，結(jié)構(gòu)簡單，但其發(fā)散角較大,譜線較寬，適用于要求較低的場合。5第五頁，共三十六頁。LED:優(yōu)點(diǎn)-線性度好,無閾值;溫度特性好;結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低、壽命長、使用簡單。

缺點(diǎn)-自發(fā)輻射熒光，譜線寬；與光纖耦合效率低。

應(yīng)用范圍-短距離小容量低速光通信。LD:優(yōu)點(diǎn)-有諧振腔的受激發(fā)光，譜線窄；與光纖耦合效率高；有閾值條件，需加偏置（加偏置可提高LD的調(diào)制速率）。

缺點(diǎn)-溫度特性差；線性度較差；壽命較短。應(yīng)用范圍-長距離大容量高速光通信。6第六頁，共三十六頁。Chap.3No.2為什么LD要工作在正向偏置狀態(tài)？何謂激光器的閾值電流？激光器的閾值電流與激光器的使用溫度、使用時(shí)間有什么關(guān)系？LD加正向偏置電壓用以克服PN結(jié)中自建場的影響，從而降低勢壘，以形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。激光器閾值電流指滿足克服諧振腔內(nèi)損耗而產(chǎn)生激光的最小的外加激勵(lì)電流。激光器的閾值電流與溫度和使用時(shí)間成正比關(guān)系。7第七頁，共三十六頁。Chap.3No.6在光纖通信系統(tǒng)中對LD驅(qū)動(dòng)電路和偏置電路有什么要求？在LD驅(qū)動(dòng)電路中為什么一定要加偏置電流？偏置電流應(yīng)加多大才合適？若偏置電流加得過大或過小對LD的調(diào)制特性會產(chǎn)生什么影響？對LD驅(qū)動(dòng)電路和偏置電路的要求是輸出的光脈沖峰值保持恒定光脈沖的通斷比應(yīng)＞＞10

激光發(fā)射的時(shí)間必須遠(yuǎn)短于碼元時(shí)間采用阻尼電路以避免張馳振蕩因?yàn)長D是閾值器件，只有外加驅(qū)動(dòng)電流超過閾值后才能發(fā)出激光，為使得較小的數(shù)據(jù)電流ID亦可產(chǎn)生足夠的光輸出，因此需要加偏置電流IB，IB的選取原則是略小于Ith。太小的IB需要較大的ID才能滿足閾值條件；太大的IB會引起消光比性能下降，同時(shí)較高的電流也會產(chǎn)生較大的熱量，以及壽命的縮短。8第八頁，共三十六頁。Chap.4No.1光纖通信系統(tǒng)對光檢測器有什么要求？比較PIN和APD各自的特點(diǎn)。參見4.1，光纖通信系統(tǒng)對光檢測器的基本要求是：波長段內(nèi)響應(yīng)度或靈敏度要高具有足夠的帶寬和響應(yīng)速度由檢測器引入的附加噪聲必須最低，暗電流、漏電流和并聯(lián)電導(dǎo)必須最小較低的偏壓或偏流，具有高可靠性和長壽命較小的幾何尺寸，便于與光纖及其他電路組裝APD具有雪崩效應(yīng)，倍增電流較大，但是噪聲也較大。9第九頁，共三十六頁。Chap.4No.4何謂暗電流？暗電流是怎么產(chǎn)生的？暗電流的存在對信號的接收會產(chǎn)生什么影響？

處于反向偏壓下的半導(dǎo)體光電二極管，在無光照時(shí)仍有電流流過，這部分電流稱為暗電流。光電檢測器中的暗電流對光接收機(jī)靈敏度的影響與消光比的影響相似。暗電流與光源無信號時(shí)的殘留光一樣，在接收機(jī)中產(chǎn)生噪聲，降低接收機(jī)的靈敏度。10第十頁，共三十六頁。Chap.4No.7何謂動(dòng)態(tài)范圍？何謂接收機(jī)靈敏度？靈敏度怎么表示？在保證誤碼率為10-9的條件下，測得：Pmax=0.2uW，Pmin=13.6nW，求該接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍值和靈敏度值。動(dòng)態(tài)范圍是：接收機(jī)適應(yīng)輸入信號變化的能力，

也即光接收機(jī)接收信號靈敏度和過載功率之間的差值。

光接收機(jī)靈敏度是表征光接收機(jī)調(diào)整到最佳狀態(tài)時(shí)，接收微弱光信號的能力。它可用以下三種物理量表示（在保證誤碼率條件下）：

輸入的最小平均光功率PR。每個(gè)光脈沖的最低平均光子數(shù)n0。

每個(gè)光脈沖的最低平均能量Ed。

10lg(0.2μw/1mw)=10lg(2×10-4)=-36.99dBm10lg(13.6nw/1mw)=10lg(1.36×10-4)=-48.67dBm-36.99-(-48.67)≈11.68dB所以，靈敏度為-48.67dBm，動(dòng)態(tài)范圍為11.68dB。11第十一頁，共三十六頁。Chap.5No.1光纖連接器應(yīng)用在什么地方？影響光纖連接器損耗的因素有哪些？

光纖連接器是使一根光纖與另一根光纖之間完成活動(dòng)連接的器件，主要用于光源器件尾纖輸出或光電檢測器尾纖輸入與傳輸光纖之間的連接。光纖連接時(shí)引起的損耗與多種因素有關(guān)，諸如光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)（如纖芯直徑、數(shù)值孔徑等）、光纖的相對位置（如橫向位移、縱向間隙等）以及端面狀態(tài)（如形狀、平行度）等。12第十二頁，共三十六頁。Chap.6No.3計(jì)算STM-1幀結(jié)構(gòu)中RSOH、MSOH和AUPTR的速率。對于STM-1，每幀為9×270=2430字節(jié)，其中RSOH：3行×9列×8比特/字節(jié)×8000幀/秒＝1.728Mb/sMSOH：5行×9列×8比特/字節(jié)×8000幀/秒＝2.88Mb/sAUPTR：1行×9列×8比特/字節(jié)×8000幀/秒＝0.576Mb/s注：段開銷SOH區(qū)域中，第1～3行又被成為再生段開銷RSOH。第5～9行被稱為復(fù)用段開銷MSOH。13第十三頁，共三十六頁。STM-N幀結(jié)構(gòu)9N261N270N列13459SOHSOHAU

PTRSTM－N凈負(fù)荷（含POH）傳輸方向9270N字節(jié)（教材p.12）14第十四頁，共三十六頁。PPT內(nèi)容概述Chap.2No.1光纖產(chǎn)生衰減的原因是什么。試問該入射光線在光纖中是成為傳導(dǎo)模還是輻射模。有閾值條件，需加偏置（加偏置可提高LD的調(diào)制速率）。對LD驅(qū)動(dòng)電路和偏置電路的要求是。激光發(fā)射的時(shí)間必須遠(yuǎn)短于碼元時(shí)間。由檢測器引入的附加噪聲必須最低，暗電流、漏電流和并聯(lián)電導(dǎo)必須最小。注：段開銷SOH區(qū)域中，第1～3行又被成為再生段開銷RSOH。其中C4路徑映射效率較高，而C12路徑最為靈活。圖6-35偽同步和主從同步原理圖。當(dāng)FWM產(chǎn)生的新頻率落入信道帶寬范圍內(nèi)時(shí)，會引起信道強(qiáng)度起伏和信道間串?dāng)_。Ac＝1.0×2＝2dB。ASR=PS－PR－Me。用戶側(cè)經(jīng)用戶網(wǎng)絡(luò)接口(UNI)與用戶相連。用戶側(cè)經(jīng)用戶網(wǎng)絡(luò)接口（UNI）與用戶相連。參見9.1.2，光纖接入網(wǎng)主要由光線路終端OLT、光分配網(wǎng)絡(luò)ODN和光網(wǎng)絡(luò)單元ONU等組成。光分配網(wǎng)絡(luò)（ODN）位于ONU和OLT之間，其主要功能是完成光信號的管理分配任務(wù)。35第十五頁，共三十六頁。Chap.6No.4將2Mbit/s映射復(fù)用進(jìn)SDH，為什么會有三種結(jié)果容量。哪種映射的效率最高？哪種映射的效率最低？哪種映射方式最為靈活？根據(jù)復(fù)用路徑不同，可以有C4、C3和C12三條路徑，對應(yīng)的最終等效業(yè)務(wù)容量分別是64、48和63個(gè)2Mbit/s。其中C4路徑映射效率較高，而C12路徑最為靈活。16第十六頁，共三十六頁。STM-NVC-3TUG-2VC-12TU-12

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AU-4×N×1×7×1×3×3指針處理復(fù)用定位校準(zhǔn)映射圖6-4我國的SDH基本復(fù)用映射結(jié)構(gòu)17第十七頁，共三十六頁。Chap.6No.8說明SDH網(wǎng)同步的工作模式。

SDH網(wǎng)同步的工作模式有主從同步和偽同步兩種工作模式。偽同步是指數(shù)子網(wǎng)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)都具有獨(dú)立的基準(zhǔn)時(shí)鐘，時(shí)鐘精度高，各節(jié)點(diǎn)之間誤差值小，接近同步。主從同步是指網(wǎng)內(nèi)設(shè)一主局，配有較高精度的時(shí)鐘（主時(shí)鐘），網(wǎng)內(nèi)其他節(jié)點(diǎn)均受控于主局，并逐局下控，直至最末端的節(jié)點(diǎn)。18第十八頁，共三十六頁。圖6-35偽同步和主從同步原理圖19第十九頁，共三十六頁。Chap.7No.3什么是“四波混頻”效應(yīng)？“四波混頻”對于WDM系統(tǒng)有何影響？為什么G.653光纖不適宜使用在WDM系統(tǒng)中？四波混頻是指當(dāng)多個(gè)頻率的光波以很大的功率在光纖中同時(shí)傳輸時(shí)，由于非線性效應(yīng)引發(fā)多個(gè)光波之間出現(xiàn)能量交換的一種物理過程，這種能量轉(zhuǎn)移不僅導(dǎo)致信道中光功率的衰減，而且引起各信道之間的彼此干擾。

G.653光纖在1550nm波長附近是零色散，易產(chǎn)生四波混頻效應(yīng)，所以G.653光纖不適于用于WDM系統(tǒng)。20第二十頁，共三十六頁。信道間相互作用產(chǎn)生新的頻率，F(xiàn)WM是影響系統(tǒng)性能的主要非線性效應(yīng)：當(dāng)FWM產(chǎn)生的新頻率落入信道帶寬范圍內(nèi)時(shí)，會引起信道強(qiáng)度起伏和信道間串?dāng)_。（5）四波混頻（FWM）光纖f1ff3f2f1ff3f2fFWM21第二十一頁，共三十六頁。Chap.7No.4敘述WDM系統(tǒng)的工作原理。p177

WDM系統(tǒng)有哪幾種基本結(jié)構(gòu)形式？p178WDM系統(tǒng)的工作原理:波分復(fù)用(WDM)技術(shù)是在一根光纖中同時(shí)傳輸多波長光信號的一項(xiàng)技術(shù)。其基本原理是在發(fā)送端將不同波長的光信號組合起來(復(fù)用)，并耦合到光纜線路上的同一根光纖中進(jìn)行傳輸。在接收端又將組合波長的光信號分開(解復(fù)用)，并作進(jìn)一步處理，恢復(fù)出原信號后送入不同的終端。WDM系統(tǒng)的基本構(gòu)成主要有以下三種形式：

1)雙纖單向傳輸2）單纖雙向傳輸

3）光分路插入傳輸22第二十二頁，共三十六頁。Chap.8No.2在光纖通信系統(tǒng)中產(chǎn)生誤碼的原因有哪些？為能正確的反應(yīng)誤碼的分布信息，應(yīng)采用什么方法來評定誤碼性能？為什么？各種噪聲源，色散引起的碼間干擾，定位抖動(dòng)產(chǎn)生的誤碼，復(fù)位器，交叉連接設(shè)備和交換機(jī)的誤碼（見8.2.2）。為了能正確地反映誤碼的分布信息，ITU-TG.821建議采用時(shí)間率的概念來代替平均誤碼率的評定方法。23第二十三頁，共三十六頁。圖8-6誤碼率隨時(shí)間的變化只要T0和TL選擇恰當(dāng)，就可以用來評價(jià)各種數(shù)字信息在單位時(shí)間內(nèi)誤碼的程度以及誤碼超過某一規(guī)定值的時(shí)間占總測量時(shí)間的百分?jǐn)?shù)。因此，是比較適用和便于測量的評定方法。T0為取定的適合于評定各種業(yè)務(wù)的單位時(shí)間，TL為測量誤碼率總時(shí)間。24第二十四頁，共三十六頁。光纖通信系統(tǒng)的可用性是指光纖通信系統(tǒng)在給定的時(shí)間間隔內(nèi)處于良好工作狀態(tài)的能力。

參見例題的解法，見輔助文檔。Chap.8No.5何謂光纖通信系統(tǒng)的可用性？

有一數(shù)字段長420km，有6個(gè)中繼站，采用不間斷電源供電……（題目略）25第二十五頁，共三十六頁。Chap.8No.6某單模光纖傳輸系統(tǒng)的參數(shù)如下，……

求：系統(tǒng)最大的中繼距離能達(dá)多少公里？解：由條件可知

Ac＝1.0×2＝2dB；

As＝0.1dB／Km；Af＝0.5dB／Km；

Mc＝0.3dB／Km

ASR=PS－PR－Me

PS＝-3dBm；PR＝-40dBm；Me＝4dBL＝34.44km。26第二十六頁，共三十六頁。Chap.9No.1在電信網(wǎng)中，接入網(wǎng)是怎樣定義的？接入網(wǎng)的范圍由什么來界定？參見9.1.1，接入網(wǎng)的定義由建議G.902給出。接入網(wǎng)的范圍界定見9.1.1中第2點(diǎn)。

定義：接入網(wǎng)是由業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)接口(SNI)和用戶網(wǎng)絡(luò)接口（UNI）之間的一系列傳送實(shí)體（如線路設(shè)施和傳輸設(shè)施）組成的、為傳送電信業(yè)務(wù)提供所需要傳送承載能力的實(shí)施系統(tǒng)。范圍界定：由3個(gè)接口來定界，即網(wǎng)絡(luò)側(cè)經(jīng)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)接口（SNI）與業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)(SN)相連；用戶側(cè)經(jīng)用戶網(wǎng)絡(luò)接口(UNI)與用戶相連；管理側(cè)經(jīng)Q接口與電信管理網(wǎng)(TMN)相連，無Q接口時(shí)由協(xié)調(diào)設(shè)備(MD)與TMN相連。27第二十七頁，共三十六頁。2.接入網(wǎng)的定界28第二十八頁，共三十六頁。Chap.9No.2

接入網(wǎng)包含哪些接口？敘述各接口的功能。參見9.1.1，接入網(wǎng)所覆蓋的范圍是由三個(gè)接口來定界，即網(wǎng)絡(luò)側(cè)經(jīng)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)接口（SNI）與業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)（SN）相連；用戶側(cè)經(jīng)用戶網(wǎng)絡(luò)接口（UNI）與用戶相連；管理側(cè)經(jīng)Q3接口與電信管理網(wǎng)（TMN）相連，不具備Q3接口時(shí)通常需經(jīng)由協(xié)調(diào)設(shè)備（MD）與TMN相連。

SNI是AN與SN之間的接口，可以通過協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)指配功能來實(shí)現(xiàn)AN與SN的聯(lián)系，以及對SN分配的承載能力。G.902體系中最重要的SNI接口是V5系列接口和VB5系列接口。29第二十九頁，共三十六頁。Chap.9No.4闡述光纖接入網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)組成及各功能模塊的功能。參見9.1.2，光纖接入網(wǎng)主要由光線路終端OLT、光分配網(wǎng)絡(luò)ODN和光網(wǎng)絡(luò)單元ONU等組成。光線路終端（OLT）的作用是提供網(wǎng)絡(luò)與光分配網(wǎng)（ODN）之間的光接口，并提供必要的手段來傳送不同的業(yè)務(wù)。光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）位于ODN和用戶之間。ONU的網(wǎng)絡(luò)具有光接口，而用戶則為電接口，因此需要具有光/電變換功能，并能實(shí)現(xiàn)對各種電信號的處理與維護(hù)功能。光分配網(wǎng)絡(luò)（ODN）位于ONU和OLT之間，其主要功能是完成光信號的管理分配任務(wù)。30第三十頁，共三十六頁。Chap.9No.5光纖接入網(wǎng)主要有哪些類型？無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）目前采用什么樣的傳輸技術(shù)？根據(jù)不同的分類方法可以將光纖接入網(wǎng)分成不同類型，如根據(jù)ONU的位置可以分成