(電子行業(yè))企業(yè)管理光纖通信習(xí)題與講解電子版

(電子行業(yè))企業(yè)管理光纖答與傳統(tǒng)的金屬電纜通信、磁波無(wú)線電通信相比，光纖通信具有如下有點(diǎn)：波波段的通信、雷達(dá)等設(shè)備產(chǎn)生干擾。這使光纖通信系統(tǒng)具有良好的電磁兼容性。此外，光纖通信系統(tǒng)還具有適應(yīng)能力強(qiáng)、保密性好以及使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。(1)有些光器件(如激光器、光纖放大器)比較昂貴。(2)光纖的機(jī)械強(qiáng)度差。為了提高強(qiáng)度，實(shí)際使用時(shí)要構(gòu)成包含多條光纖的光纜，在光纜中要有加強(qiáng)件和保護(hù)套。勝任。為了傳送電能，在光纜系統(tǒng)中還必須額外使用金屬導(dǎo)線。(4)光纖斷裂后的維修比較困難，需要專用工具。用是將信(息)源輸出的基帶電信號(hào)變換為適合于信道傳輸?shù)碾娦盘?hào)，可能小的畸變(失真)和衰減傳輸?shù)焦饨邮諜C(jī)。光纖線路由光纖、光纖出的產(chǎn)生畸變和衰減的微弱光信號(hào)還原為電信號(hào)。光接收機(jī)的功能主要由光檢測(cè)器完成，包括碼型反變換和多路分接等。答光網(wǎng)絡(luò)具有如下的主要優(yōu)點(diǎn)：(1)可以極大地提高光纖的傳輸容量和結(jié)點(diǎn)的吞吐量，以適應(yīng)未來(lái)寬帶(高速)通信網(wǎng)個(gè)支持多種業(yè)務(wù)和多種通信模式的、透明的光傳送平臺(tái)。(3)以波分復(fù)用和波長(zhǎng)選路為基礎(chǔ)，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)重構(gòu)和故障的自動(dòng)恢復(fù)，構(gòu)成具有高度靈活性和生存性的光傳送網(wǎng)。前光纖通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和前沿。(1)光纖芯與包層的相對(duì)折射率差△為多少?(3)在1米長(zhǎng)的光纖上，由子午線的光程差所引起的解(1)由公式(2.29)可得：(2)解(1)由單模傳輸條件解得。答長(zhǎng)波長(zhǎng)、單模光纖比短波長(zhǎng)、多模光纖具有更好的傳輸特性。答光纖色散是由光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)的不同成分光的傳播時(shí)間不同而產(chǎn)生的。答光纖損耗包括吸收損耗和散射損耗。光纖損耗使系統(tǒng)的傳輸距離受到限制，大損耗不利于長(zhǎng)距離光纖通信。故得導(dǎo)模數(shù)量：并產(chǎn)生一個(gè)輸出波形。輸出脈沖相應(yīng)于光纖的沖擊響應(yīng)。假設(shè)即算光纖帶寬。則2-15光波從空氣中以角度投射到平板玻璃表面上，這里的是人射光線與玻璃表光束和反射光束之間的夾角正好為，請(qǐng)問(wèn)玻璃的折射率等于多少?這種玻璃的臨界角又為多纖的歸一化頻率及其中傳播的模數(shù)量。左右的傳播模式。試問(wèn)：得得則即帶寬距離積為：。？（解由波爾茲曼條件得，其中。多個(gè)波長(zhǎng)上滿足激光振蕩的相位條件，表現(xiàn)為光譜包含多條譜線。而且隨著調(diào)制電流的增大，光譜變寬，譜特性變壞。線性失真。通信系統(tǒng)。子數(shù)是多少。(個(gè))(1)API)具有雪崩增益，靈敏度高，有利于延長(zhǎng)系統(tǒng)傳輸距離。答三端口光環(huán)形器的結(jié)構(gòu)圖如下圖所示。器中。3-9半導(dǎo)體激光器的發(fā)射光子的能量近似等于材料的禁帶寬度，已知GaAs材料的(1)諧振腔允許的縱模模數(shù)；解(1)將題中相應(yīng)參數(shù)代人式有(2)20.64μm≤λ≤0.87μmr(1)計(jì)算光纖輸出功率；(2)LED在頻率f下被幅度調(diào)制，計(jì)算能在這個(gè)通信鏈路運(yùn)用的最高頻率。解(1)Pi即光纖輸出功率為3.8μw。(2)因?yàn)镮(θ)=Bcos(θ)。求出下列表達(dá)式：(2)耦合到光纖的功率：解(1)(2)(3))。求耦合功率和耦合效率。耦合功率和耦合效率分別為：子都被收集。(1)計(jì)算該器件的量子效率；(3)計(jì)算這個(gè)光電二極管的長(zhǎng)波長(zhǎng)截止點(diǎn)λc。(超過(guò)此波長(zhǎng)光電二極管將不工作)。解(1)由量子效率的定義得(2)由公式，得所以λc=0.87μm。(2)如果接收到的光功率是0.1μm，計(jì)算輸出光電流；解(1)L=1kΩ,不計(jì)電放大器的噪聲，即F=1。級(jí)躍遷到低能級(jí)的粒子數(shù)。答光與物質(zhì)之間的三種相互作用包括受激吸收、自發(fā)輻射和受激輻射。(2)自發(fā)輻射。在高能級(jí)E2的電子是不穩(wěn)定的，即使沒(méi)有外界的作用，也會(huì)自動(dòng)地躍遷到低釋放的能量產(chǎn)生光輻射，這種躍遷稱為受激輻射。子數(shù)反而多于低能級(jí)上的粒子數(shù)，這就是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。答對(duì)于給定的器件，產(chǎn)生激光輸出的條件就是閾值條件。在是放大器，而是一個(gè)振蕩器或激光器。長(zhǎng)和平均帶隙分別為和，短波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的中心波長(zhǎng)和平均帶隙分別為和。已知，則，如圖示，高能量的電子或空穴在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與價(jià)帶中的束縛電子新的電子空穴對(duì)。新的電子空穴對(duì)受到同樣加速運(yùn)動(dòng)，對(duì)，稱為二次電子空穴對(duì)。如此重復(fù)，使載流子和反向稱為雪崩倍增效應(yīng)。光電二極管比較靈敏。量子效率η部分被吸收，并在外電路中產(chǎn)生光電流，則有響應(yīng)度答光檢測(cè)器的噪聲主要包括由光生信號(hào)電流和暗電流產(chǎn)生的散粒噪聲以及負(fù)載電阻產(chǎn)生的熱噪聲。熱噪聲來(lái)源于電阻內(nèi)部載流子生載流子的產(chǎn)生，具有隨機(jī)起伏的特性。光種噪聲的功率與信號(hào)電流成正比，因此不可入射光的作用下，光檢測(cè)器中仍然存在少量載流子的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，從而形成很弱的散粒噪聲，稱為暗電流噪聲。所以在有信號(hào)光作用的時(shí)號(hào)光的期間，主要考慮暗電流噪聲和熱噪聲。4-1激光器(LD)產(chǎn)生弛張振蕩和自脈動(dòng)現(xiàn)象的機(jī)理是什么？它的危害是什么？應(yīng)如何消除這答當(dāng)電流脈沖注人激光器后，輸出光脈沖出現(xiàn)幅度收機(jī)在抽樣判決時(shí)增加誤碼率，因此實(shí)際中最高調(diào)制頻率應(yīng)低于馳張振蕩頻率。制特性。明顯變小而且連“0”碼數(shù)目越多，調(diào)制速率越高，這種效應(yīng)越明顯。碼型效應(yīng)的消除方法是用適當(dāng)?shù)摹斑^(guò)調(diào)制”補(bǔ)償方法。答在LD的驅(qū)動(dòng)電路里，設(shè)置自動(dòng)溫度控制電路是因?yàn)榘雽?dǎo)體光源的輸出大，特別是長(zhǎng)波長(zhǎng)半導(dǎo)體激光器對(duì)溫度更加敏度控制是十分必要的。致冷量，使激光器輸出特性保持恒定。控制電路實(shí)際控制的是：換能電橋的輸出、三極管的基極電流和致冷器的電流。必須是低噪聲放大器。FET主要特點(diǎn)是輸入阻抗高、噪聲小、但高頻特性擾小，適用于高速率傳輸系統(tǒng)。答在光接收機(jī)的前置放大器采用跨組型，是因?yàn)榭绱鹪跀?shù)字光接收機(jī)中，設(shè)置均衡濾波網(wǎng)絡(luò)的目的是對(duì)經(jīng)光纖傳輸、光/電轉(zhuǎn)換和放大后產(chǎn)生升余弦譜的碼元脈沖波形）適合于判決，減小誤碼率。答自動(dòng)增益控制(AGC)使光接收機(jī)具有較寬的動(dòng)態(tài)范圍，以保證在入射光強(qiáng)度變化時(shí)輸出電答光接收機(jī)可能達(dá)到的最高靈敏度，這個(gè)極限值是由量子噪子極限。答數(shù)字光纖通信系統(tǒng)對(duì)線路碼型的主要要求如下：(1)能限制信號(hào)帶寬，減小功率譜中的高低頻分量。(2)能給光接收機(jī)提供足夠的定時(shí)信息。(3)能提供一定的冗余度，用于平衡碼流、誤碼檢測(cè)和公務(wù)通信。但對(duì)高速光纖通信答光接收機(jī)中主要有兩種噪聲：恒定時(shí)也存在。于絕對(duì)零度以上的器件都是存在的，在光接收機(jī)中主要輸入電阻的熱噪聲。前置放大器的噪聲，嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，也載流子的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)引起的，可以通過(guò)噪聲系數(shù)或噪聲等在本書(shū)中就將前置放大器的噪聲和電阻熱噪聲合稱為前置放大器的噪聲。問(wèn)題。現(xiàn)。其主要優(yōu)點(diǎn)是占據(jù)的頻帶寬度窄，只是RZ碼的一半，缺點(diǎn)是當(dāng)出現(xiàn)長(zhǎng)連“1”或“0”取是不利的。來(lái)了輸出光脈沖的相位抖動(dòng)(即啁啾效應(yīng))，使光纖的色散增加，限制了容量的提高。調(diào)制方案；缺點(diǎn)是成本高，不易實(shí)現(xiàn)。答目前光纖大容量數(shù)字傳輸都采用同步時(shí)分復(fù)用(TDM)技比較完善的傳輸體制，現(xiàn)已得到大量應(yīng)用。波和衛(wèi)星干線傳輸。(1)SDH采用世界上統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)傳輸速率等級(jí)。最低的等級(jí)也就是最基本的模塊稱為鏈路幀、IP分組等，有利于不同通信系統(tǒng)的互聯(lián)。何網(wǎng)絡(luò)單元在光纖線路上可以互聯(lián)，不同廠家的產(chǎn)品可以信網(wǎng)絡(luò)。另一方面，標(biāo)準(zhǔn)的光接口綜合進(jìn)各種不同的網(wǎng)絡(luò)本。測(cè)、故障檢測(cè)和定位、故障報(bào)告等管理功能。(4)采用數(shù)字同步復(fù)用技術(shù)，其最小的復(fù)用單位為字節(jié)，不必進(jìn)行碼速調(diào)整，簡(jiǎn)化了復(fù)接分接的實(shí)現(xiàn)設(shè)備，由低速信號(hào)復(fù)接成高速信號(hào)行。(5)采用數(shù)字交叉連接設(shè)備DXC可以對(duì)各種提高到一個(gè)嶄新的水平。合虛容器的概念，解決了低速信號(hào)復(fù)接成高速位置漂移的問(wèn)題。-6。解rfα)；(2)光纖線路上的線路碼型是5B6B，光纖的色散系數(shù)為2ps/(km·nm)，光源光譜寬度為解(1)式中和分別是接頭總損耗和色散代價(jià)，其余符號(hào)的定義與式(5.8)相同。將已知數(shù)據(jù)代入上(2)因?yàn)樗?3)對(duì)這個(gè)特殊系統(tǒng)，用圖表示最大傳輸距離與數(shù)據(jù)速率的關(guān)系，包括損耗和色散兩種限制。(2)根據(jù)(圖示與圖5.20相似，這里略去。)務(wù)。這種情況下，功能模型重點(diǎn)描述的是具體設(shè)備的功能行設(shè)備或軟件結(jié)構(gòu)。規(guī)范的功能模型允許有不同的實(shí)施方備中，也可以集中在一個(gè)設(shè)備中。答誤碼性能參數(shù)有以下四種：百分?jǐn)?shù)表示。時(shí)間百分?jǐn)?shù)表示。（4）誤碼秒(ES)：是指特定的觀測(cè)時(shí)間內(nèi)(如一個(gè)月)出現(xiàn)誤碼的秒數(shù)，用平均時(shí)間百分?jǐn)?shù)表示。答模擬光接收機(jī)量子極限的含義是假設(shè)系統(tǒng)除量子噪聲外，敏度由平均信號(hào)電流決定，這樣確定的靈敏度稱為極限靈敏度，也叫量子極限。答為了增加中繼距離，采用擴(kuò)展信號(hào)帶寬的調(diào)制方調(diào)制。調(diào)的正弦信號(hào)，其頻率隨輸入的模擬基帶信號(hào)的瞬寬的頻率受調(diào)的脈沖信號(hào)，其脈沖頻率隨輸入的答在模擬光纖通信中，存在噪聲積累效應(yīng)，信噪比隨中繼器數(shù)目的增加而下降。因此，在輸出信噪比指標(biāo)一定的條件下，中繼器數(shù)目受到限制帶寬的調(diào)制方式，如調(diào)頻，存在制度增益，可以提高輸件下，就可以增大傳輸距離。進(jìn)行調(diào)制，然后把這N個(gè)已調(diào)信號(hào)組合成一路信號(hào)，再用這個(gè)復(fù)合電信號(hào)對(duì)光載波(主載波)基帶信號(hào)。載噪比的影響。接收機(jī)的特性。例如，低阻抗放大器中接收機(jī)的所有實(shí)際可能的鏈路長(zhǎng)度都成立。而成為起決定作用的噪聲因素。;(2)在平均接收光功率較大的條件下，系統(tǒng)噪聲主要是光檢測(cè)器的量子噪聲，此時(shí)(3)在平均接收光功率很大時(shí)，激光器相對(duì)強(qiáng)度噪聲將超過(guò)其它噪聲項(xiàng)，成為起主導(dǎo)作用的證明:前置放大器的噪聲近似表示為顯然，前置放大器的噪聲超過(guò)量子噪聲而成為起決定作用i=3%,％，0.5％，解(1)由可得。因?yàn)榉糯?。由此可?jiàn)，這種放大是由于泵浦光的能量轉(zhuǎn)換益，應(yīng)提高對(duì)泵浦光的吸收，使基態(tài)鉺離子盡可能躍遷到激發(fā)態(tài)。(1)中繼放大器。在光纖線路上每隔一定距離設(shè)置一個(gè)光纖放大器，以延長(zhǎng)傳輸距離。(2)前置放大器。此放大器置于光接收機(jī)前面，放大非常微弱的光信號(hào)，以改善接收靈敏度。作為前置放大器，要求噪聲系數(shù)盡(3)后置放大器。此放大器置于光發(fā)射機(jī)后面，以提高發(fā)射光功率。對(duì)后置放大器的噪聲要求不高，而飽和輸出光功率是主要參數(shù)。答光交換主要有三種方式：空分光交換、時(shí)分光交換和波分光交換。是光開(kāi)關(guān)。光開(kāi)關(guān)有電光型、聲光型和磁光型度快、串?dāng)_小和結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，有很好的應(yīng)用前景。上。為了實(shí)現(xiàn)