光纖通信系統(tǒng) 第4版 習題及答案 沈建華

第一章光纖通信有哪些特點？光纖通信的主要特點包括：（1）（2）（3）（4）（5）（6重量輕，可撓性好，敷設方便。比較五代光纖通信系統(tǒng)的主要特點與差別。第一代光纖通信系統(tǒng)多為工作波長為850nm的多模光纖通信系統(tǒng)；第二代光纖通信系統(tǒng)多為工作波長為1310nm的單模光纖通信系統(tǒng)；第三代光纖通信系統(tǒng)工作波長為1550nm的單模光纖通信系統(tǒng)；第四代光纖通信系統(tǒng)普遍采用了光放大器和波分復用技術；第五代光纖通信系統(tǒng)支持超大容量傳輸、靈活組網(wǎng)和全光交換等。850nm1310nm1550nm三種？石英系光纖的傳輸損耗-波長特性在上述三個波長窗口有最小值，因此使用石英光纖的光纖通信系統(tǒng)應選擇此三個波長窗口作為工作波長。第二章1．光纖傳輸信號產(chǎn)生能量衰減的原因是什么？光纖的損耗系數(shù)對通信有什么影響？25km25α為多少？α(1550nm)＝10lg(Pin/Pout)/L=10lg(4/3)/5≈0.25dB/km31/4成正比。4．光纖中產(chǎn)生色散的原因是什么？色散對通信有什么影響？（5．光纖中色散有幾種？單模傳輸光纖中主要是什么色散？多模傳輸光纖中主要存在什么色散？6．單模光纖的基本參數(shù)截止波長，模場直徑的含義是什么？2an2n2單模光纖的理論截止波長可以表示為1 2截止波長是判斷其是否滿足c c 2.405單模傳輸?shù)幕緱l件。模場直徑（MFD）是描述光纖端面橫截面上基模場強分布的物理量。7．目前光纖通信為什么只選用以下三個波長段：λ＝850nm，λ＝1310nm，λ＝1550nm？由光纖的損耗-波長特性中可以看出，在此三個波長段附近有最小的傳輸損耗。8．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模對應的是什么矢量模？。光纖單模傳輸條件是歸一化頻率V245。單模光纖中傳輸?shù)氖腔E11，其截止波長為0。LP11模對應的矢量模是。9λ＝1.31μma＝9μm，Δ＝0.01，n1＝1.45，光纖折射率分布為階躍型時，光纖中導模的數(shù)量為多少？計算可知V＝8.85；對于階躍型，導模數(shù)量為V22對于漸變型，導模數(shù)量為V2410． n1＝1.5，n2＝1.485，現(xiàn)有一光波在光纖端面軸線處以n2n2n21 2n0sina

，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。11． 已知光纖參數(shù)為：n1＝1.45，Δ＝0.01，λ＝1.31μm的光，估算光纖的模場直徑。NA221.31 13.14 1.4520.01d2NA221.31 13.14 1.4520.0112． 1.5nm3ps/km·nm的單模光纖傳輸后，光脈沖被展寬了多少？光脈沖的展寬為31.52090ps。13． 光纖不適合于波分復用系統(tǒng)使用？G.653光纖在工作波長1550nm出處有最小傳輸損耗和零色散，當其應用于波分復用（WDM）系統(tǒng)中時，零色散波長區(qū)域由于四波混頻（FWM）效應的影響，可能會導致寄生頻率對初始信號頻率的影響。因此，G.653光纖不適合波分復用系統(tǒng)使用。第三章1．比較半導體激光器和發(fā)光二極管的異同。半導體激光器（LD）有哪些特性？半導體發(fā)光二極管（LED）有那些特性？半導體激光器（LD）工作機理是受激輻射，發(fā)光二極管（LED）工作機理是自發(fā)輻射。LD的主要特性包括閾值、轉(zhuǎn)換效率、溫度特性、時間退化特性、光譜特性和調(diào)制響應。LED的主要特性包括P-I特性、光譜特性、調(diào)制特性和空間光場分布。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、使用時間有什么關系？LDPN結中自建場的影響，從而降低勢壘，以形成粒子數(shù)反3．半導體激光器輸出的光脈沖為什么會產(chǎn)生馳張振蕩和暫態(tài)過擊現(xiàn)象？這兩種現(xiàn)象有何危害？如何消除這兩種現(xiàn)象？來進（（特性）工作在接近閾值電流附近；然后再加調(diào)制電流脈沖（D，這樣可以獲得較好的調(diào)制響應性能。4GaAs根據(jù)hc

1.24

，可分別計算得出GaAs和InGaAsP的發(fā)射波長為0.87μm和1.29μm。

Eg Eg5．目前光纖通信中為什么普遍采用雙異質(zhì)結結構的條形半導體激光器作為光源？比較增益波導型和折射率波導型兩種條形激光器各有什么特點？6．在光纖通信系統(tǒng)中對LD驅(qū)動電路和偏置電路有什么要求？在LD驅(qū)動電路中為什么一定要加偏置電流？偏置電流應加多大才合適？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？LD10（0.，以免接收靈敏度受到損害；調(diào)制響應性能好。LD是閾值器件，只有外加驅(qū)動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IDIB，IBIthIBIDIB會引起消光比性能下降，同時較高的電流也會產(chǎn)生較大的熱量，以及壽命的縮短。7LD如溫度引起的使用ATC致冷，如因老化引起的使用APC增加偏置電流。8LD輸出光脈沖的消光比？消光比不合要求時，將會對整個系統(tǒng)產(chǎn)生什么影響？通斷比（1”脈沖和“0脈沖的比值，定義為EXT全“0”碼時平均輸出光功率全“1”碼時平均輸出光功率9（mBnB碼和插入碼（mB1H碼）mBnBmB1H碼時，線路碼速將比原來的信5B6B碼其線4B1H線路碼速又為多少？考慮線路碼型的因素包括：①應有足夠的定時含量，也即應盡量減少連“0”和連“1”數(shù)，便于時鐘提取。②應有不中斷業(yè)務進行誤碼檢測的能力。③應力求降低線路傳輸?shù)拇a率，或線路傳輸碼率的提高應盡可能的少。④應具有較好的抗干擾性能，滿足一定接收機性能所需檢測的光功率最小。⑤應具有盡可能簡單和經(jīng)濟的變換方案。⑥傳輸中發(fā)生誤碼時，誤碼擴散范圍或誤碼增值低。mBnB碼是將輸入碼流每m比特為一組，然后變換成另一種排列規(guī)則的n比特為一組的碼流，線路碼數(shù)提高到原先的m/n倍。mmB碼末尾按一定的m＋1了m1m倍。線路碼速率分別為167.1168Mbit/s和174080Mbit/s。PCM脈碼強度直接調(diào)制方式有什么特點？結構簡單，調(diào)制部分可以和激光器的驅(qū)動部分集成。光發(fā)送機中輸入接口的作用是什么？對驅(qū)動電路有什么要求？輸入接口除需要適應業(yè)務信號的幅度和阻抗特性外，還要根據(jù)光纖通信系統(tǒng)的傳輸特性對業(yè)務信號調(diào)制和編碼類型進行必要處理。對于光源驅(qū)動電路的基本要求包括：①輸出光脈沖峰值，也即輸出光功率保持穩(wěn)定。1（或消光比≤0.③調(diào)制響應性能好。APCLD的哪APC電路的工作原理。激光器的閾值電流會隨溫度升高及老化而提高。此時如果加在激光器上的總驅(qū)動電流（I＝IB+ID）ID不變，因IB自動功率控制電路的主要工作原理是通過光電二極管（PIN）監(jiān)測激光器的輸出功率，但發(fā)現(xiàn)輸出功率下降時，調(diào)整光源驅(qū)動電路中的偏置電流，使激光器的輸出功率保持穩(wěn)定。LD的哪電路的工作原理。ATC的實現(xiàn)可以采用被動和主動兩種方式，除了常見的風扇和空氣對流外，常用的是半導體制冷器方式。第四章PINAPD各自的特點。光纖通信系統(tǒng)中對于光電檢測器的主要要求包括：（1）靈敏度高。（2）響應速度快（3）噪聲小。（4）穩(wěn)定可靠。PIN和APD對比：PINAPD制造工藝簡單復雜成本低高靈敏度差比PIN高3~10dB動態(tài)范圍稍差（典型15~25dB）大（典型25~35dB）偏置電壓低高暗電流小較大溫度敏感性小大（需溫度補償）適用范圍中低速中短距離傳輸，或高速率短距離傳輸中高速中長距離傳輸光電二極管為什么必須工作在反向偏壓狀態(tài)？光電管產(chǎn)生的光電流中包括哪些分量？這些分量與哪些因素有關？光電管的響應時間與什么有關？PN光電檢測電路為什么會產(chǎn)生非線形失真？非線形失真對接收信號會產(chǎn)生什么影響？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？APD的工作原理。何謂“雪崩效應”？拉通型雪崩光電二極管有什么特點？APDG與什么有關？（第二代電子（載流子APD的G一般在40~100之間，其變化規(guī)律與外加的偏壓有關。接收機中的噪聲包括哪些？這些噪聲是怎么產(chǎn)生的？APD倍增噪聲；熱噪聲主要指負載電阻產(chǎn)生的熱噪聲，放大器噪聲（主要是前置放大器噪聲）中，既有熱噪聲，又有散粒噪聲。10-9的條件下，測得接收機所需輸入光功率的范圍為：Pmax=0.2μw，Pmin=13.6nw求該接收機的動態(tài)范圍值和靈敏度值。（或信噪比PRn0Ed。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，動態(tài)范圍為11.68dB。分析光纖通信系統(tǒng)誤碼率的大小與接收機接收光能量的大小的關系。由分析可知，Q值表示判決點門限值與噪聲電壓（電流）有效值的比值，有信噪比的概念,不同的Q值對應不同的Pe值。判決點接收的光能量越大，誤碼率越低。何謂噪聲等效功率？噪聲等效功率與什么因素有關？它的大小意味著什么？噪聲等效功率是衡量噪聲大小的一種參數(shù)，對已給定的檢測器-放大器組合，如果其值越小，則靈敏度越高，獲得規(guī)定信噪比所必須的光功率越小。FET構成最前端的互阻抗放大器？主要考慮其寬頻帶、低噪聲的優(yōu)點，以提高檢測速度和靈敏度，主要包括碼間干擾、消光比、暗電流等。第五章光纖連接器應用在什么地方？影響光纖連接器損耗的因素有哪些？9.0μm10.0μm纖輸出或光電檢測器尾纖輸入與傳輸光纖之間的連接。a2連接損耗可以表示為10lg2。a150μm3μm，這會引起多大的連接損耗？2

d d

d21210lg

arccos 2a 2a2a

1 2a 2a光纖連接器有哪些種類，敘述平面對接（FC）型光纖活動連接器的原理。光纖耦合器有哪幾種？敘述熔錐型光纖耦合器的原理。34怎么定義光纖耦合器的插入損耗、附加損耗、耦合比和串音？插入損耗（IL）即連接損耗，是指因連接器的導入而引起的鏈路有效光功率的損耗。Le（1Pi（34）Po總和的比值。（3Po（3的輸出Po總和的比值。PiPr的比值。光衰減器有幾種，各有什么作用？簡述光環(huán)行器和光隔離器的工作原理，并比較它們的異同。光環(huán)行器除了有多端口以外，其工作原理與隔離器相似。常用光調(diào)制器有哪些？敘述它們的原理。常用的外調(diào)制器有電光調(diào)制器、聲光調(diào)制器、波導調(diào)制器等。第六章光放大器有主要有幾種？各自的實現(xiàn)機理是怎樣的？（1）半導體激光放大器半導體激光放大器是一種光直接放大器，其基本原理是利用受（2）摻雜稀土元素光纖放大器。向光纖中摻雜少量稀土元素后就可成為激活介質(zhì)，進而可構成光纖放大器以放大光信號。（3）光纖布里淵放大器。受激布里淵效應導致一部分泵浦光功率轉(zhuǎn)移給信號光，使信號光得到放大。（4）光纖拉曼放大器。通過受激拉曼效應導致一部分泵浦光功率轉(zhuǎn)移給信號光，使信號光得到放大。從結構上可以分為幾種形式？按照主要結構形式（即泵浦方式，可以分為即同向泵浦、反向泵浦和雙向泵浦三種形式。在應用上有哪幾種形式，對性能參數(shù)的要求有何異同？EDFA的主要應用形式包括線路放大、功率放大和前置放大。對增益系數(shù)和噪聲系數(shù)有較高要求？高的輸出功率。DWDMDWDM系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量，DWDM應具有足夠的帶寬、DWDMDWDM系統(tǒng)的光纖放大器較單信道系統(tǒng)中的光纖放大器要求有更寬的帶寬。FRA相比優(yōu)缺點分別有哪些？FRA的主要缺點就是難以獲得合適波長的高功率泵浦源。DWDM系統(tǒng)而言，采用何種放大技術較為適宜？DWDMFRA混合使用的放大技術。使用混合拉曼放大器，可以獲得更加平坦的增益譜，從而提高系統(tǒng)的帶寬，改善光信噪比（SR。的基本思想就是將摻鉺光纖放大器和拉曼放大器級聯(lián)，組成混合放大器，獲得的總增益為兩個放大器增益的疊加。FRA中有何注意事項？第七章1．試比較PDH和SDH的特點。PDH：準同步復接，碼速調(diào)整，標準和規(guī)范不統(tǒng)一，互通困難。SDH：同步復用、標準接口、強大網(wǎng)管。2．說明SDH復用結構中C、VC和AU的主要功能。3．計算STM-1幀結構中RSOH、MSOH和AUPTR的速率。STM-1幀結構中，RSOH位于第1～3行的前9列，速率為：3×9×8×8000＝1.728Mbit/s；MSOH5～99列，速率為：5×9×8×8000＝2.88Mbit/sAUPTR49列，速率為：1×9×8×8000＝0.576Mbit/s。42Mbit/s將2Mbit/s映射進SDH，有C4、C3和C12三條映射路線，對應的容量分別為：C4路徑：等效為64個2Mbit/s；C3路徑：等效為48個2Mbit/s；C12路徑：等效為63個2Mbit/s。C4PDH路徑最靈活。5．當AUPTR指針值＝0時，進行一次負調(diào)整，其調(diào)整后的指針值可能為多少？782。6．說明ADM設備的主要種類和用途。ADM設備主要分為支持分插PDH支路和SDH支路類型。7．目前廣泛使用的DXC設備有哪幾種類型？DXC1/0的含義是什么？DXC設備包括支持高階交叉和低階交叉的，DXC1/0支持VC-12。8．說明SDH網(wǎng)同步的工作模式。偽同步和主從同步是解決SDH網(wǎng)同步的兩種辦法。在同一個網(wǎng)同步區(qū)域（如一個國家或一個運營商內(nèi)部）內(nèi)應采用主從同步方式，而不同國家間可以采用偽同步方式。9．試分析SDH設備中TM、ADM和REG各自采用的同步定時信號的提取方法。三種類型設備都可以采用外同步方式，其中TM和ADM可以采用線路定時，REG可以采用通過定時。10． SDH網(wǎng)絡管理的主要功能。故障管理、性能管理、配置管理、安全管理、計費管理。11． MSTP的主要技術區(qū)別。第一代MSTP的特點是提供以太網(wǎng)點到點透傳。第二代MSTP的特點是支持以太網(wǎng)二層交換。第三代MSTP的特點是支持以太網(wǎng)QoS。12． 分析級聯(lián)和虛級聯(lián)的異同。CH（SDHVCSDH的幀結構中是獨立的，其位置可以靈活處理，此種情況稱為虛級聯(lián)。13． OTNWDM的關系。OTN就是在光域內(nèi)實現(xiàn)業(yè)務信號的傳送、復用、路由選擇和監(jiān)控，并保證其性能指標和生存性的傳送網(wǎng)，WDM是OTN底層技術。14． SDHOTN的分層模型，并比較兩者異同。兩者都是傳送網(wǎng)模型，SDH功能模型在電域，OTN功能模型在光域。第八章C（5~16nL（50~65n，SiO2光纖損耗最低的波長窗口。根據(jù)通路間隔，可以分為信道間隔較大、復用信道數(shù)較小的稀疏波分復用（CWDM）系統(tǒng)和密集波分復用（DWDM）系統(tǒng)。通路間隔選擇原則包括系統(tǒng)總容量（復用的波長總數(shù)）外，還要考慮以下因素：（1）避開傳輸光纖的零色散區(qū)域以減小和消除四波混頻（FWM）效應的影響；（2）選取的波長應盡可能處于光放大器的增益平坦區(qū)域，以避免在實際應用時由于多個光放大器級聯(lián)造成的不同波長通路間輸出功率不同的情況。為什么要引入非零色散位移光纖（NZDSF）？WDM光纖WDM系統(tǒng)中？四波混頻是指當多個頻率的光波以很大的功率在光纖中同時傳輸時，由于非線性效應引發(fā)多個光波之間出現(xiàn)能量交換的一種物理過程，這種能量轉(zhuǎn)移不僅導致信道中光功率的衰減，而且引起各信道之間的彼此干擾。WDMWDM中的信道產(chǎn)生影響。1550nm光纖不適于用WDM系統(tǒng)。WDM系統(tǒng)的工作原理。WDM系統(tǒng)有哪幾種基本結構形式？波分復用（WDM）技術是在一根光纖上同時傳送多個不同波長光信號的技術。單纖雙向、雙纖單向、光分路插入。WDMDFBDBRQWF-P激光器？WDM系統(tǒng)中對光源的波長準確度和穩(wěn)定度有較高要求，因此不能使用一般的F-P激光器。WDM/DWDM主要有幾種類型？說明它們的工作原理。有線路光放大器系統(tǒng)和無線路光放大器系統(tǒng)。WDM系統(tǒng)的特點。（1）可以充分利用光纖巨大的帶寬資源。（2）對不同的信號具有很好的兼容性。（3）節(jié)約投資。（4）降低光電器件的要求。（5）可以靈活組網(wǎng)。OTDMOTDM的關鍵技術或難點有哪些？OTDMOTDMn關鍵技術包括超短脈沖光源、精確延遲線等。第九章1．在研究光纖通信系統(tǒng)時，為什么要確定一個傳輸模型？ITU－T提出的數(shù)字傳輸模型有哪幾種？ITU-T提出的數(shù)字傳輸模型主要包括假設參考連接、假設參考數(shù)字段等。2為了能正確地反映誤碼的分布信息，ITU-T建議采用時間率的概念來代替平均誤T0TL的程度以及誤碼超過某一規(guī)定值的時間占總測量時間的百分數(shù)。3．在用誤碼的時間百分數(shù)來評定誤碼特性的方法中，為什么取樣觀察時間T0取為1秒？這對數(shù)據(jù)通信來說有什么重要意義？包括G.821和G.826均將1s作為基本的誤碼性能評價單位。4．在光纖通信系統(tǒng)中產(chǎn)生抖動的原因有哪些？產(chǎn)生漂移的原因是什么？漂移的最普通的原因是環(huán)境溫度變化，它會導致傳輸媒質(zhì)的某些傳輸特性發(fā)生緩慢變化，從而引起傳輸信號延時的緩慢變化。5．何謂光纖通信系統(tǒng)的可用性？6420km6個中繼站，采用不間斷電源供電。已知：光端機：λ＝6000Fit/端，MTTR＝0.52端；光纜線路：λ=200Fit/km，MTTR＝3小時，L＝420km；中繼機：λ＝1900Fit/端，MTTR＝26部；自動倒換設備：λ＝300Fit/部，MTTR＝0.51部；（1）1（2）采用主：備＝4：1時，系統(tǒng)的可用性。（1）A+F=1F

m1(F)m1

(nm)!

(F)m1總Cnm0

(n1)!(m1)! 0n=1，m=0F

m1(F)m1

(F)1總Cnm0

0光端機失效率：6000×0.5×2×10-9=0.06×10-4；光纜線路失效率：200×3×420×10-9=2.52×10-4；中繼機失效率：1900×2×6×10-9=0.228×10-4；系統(tǒng)總的失效率為（0.06+2.52+0.228）×10-4=2.808×10-4；因此可用性為1-2.808×10-4≈99.972%。（2）n=4，m=1F

m1(F)m1

(5)!

(F)2=2.5(F)2；總Cnm0

(4)!(2)! 0 0而F0=2.808×10-4；因此，F(xiàn)總=1.97×10-7；自動倒換系統(tǒng)失效率：300×0.5×2×10-9=3×10-7；總的失效率為（1.97+3）×10-7=4.97×10-7；可用性：1-4.97×10-7≈99.999995%。7．某單模光纖傳輸系統(tǒng)的參數(shù)如下：光源發(fā)送光功率范圍：0～－3dBm；接收機接收功率范圍：－22～－40dBm；10d個（20dBk；0.5dB/km0.3dB/km4dB。求：系統(tǒng)最大的中繼距離能達多少公里？由條件可知Ac＝1.0×2＝2dB；As＝0.1dB／Km；Af＝0.5dB／Km；Mc＝0.3dB／KmASR=PS－PR－MePS＝-3dBm；PR＝-40dBm；Me＝4dBL＝34.44km。8A、B兩終端國，其各自的實際路由長度（PTP－IG）2000km3CDE2500km。求端－端高比特率通道的誤碼性能指標應滿足高比特率通道全程27500km總指標的百分數(shù)。由式A1L(1A)計算。L第十章在電信網(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？接入網(wǎng)是由業(yè)務節(jié)點接口（SNI）和用戶網(wǎng)絡接口（UNI）之間的一系列傳送實體（如線路設施和傳輸設施Q3接口進行配置和管理。接入網(wǎng)包含哪些接口？敘述各接口的功能。（SNI）與業(yè)務節(jié)（UNI）Q3接口與電信管理網(wǎng)（TMN）Q3接口時通常需經(jīng)由協(xié)調(diào)設備（MD）TMN相連。SNIANSNANSN的聯(lián)系，SN