光纤通信习题解答

1Chap.2No.1光纤产生衰减的原因是什么？衰减对通信有什么影响？……则该光纤的衰减系数α为多少？光纤产生衰减的原因包括吸收、散射和辐射。衰减会导致信号功率损失，造成接收困难。α(1550nm)＝10lg(Pin/Pout)/L=10lg(4/3)/5≈0.25dB/km2Chap.2No.2光脉冲在光纤中传输时，为什么会产生瑞利散射？瑞利散射损耗的大小与什么有关？瑞利散射是由于光纤内部的密度不均匀引起的，从而使折射率沿纵向产生不均匀，其不均匀点的尺寸比光波波长还要小。光在光纤中传输时，遇到这些比波长小，带有随机起伏的不均匀物质时，改变了传输方向，产生了散射。瑞利散射损耗的大小与成正比。4/13Chap.2No.7何谓模式截止？光纤单模传输的条件是什么？单模光纤中传输的是什么模式？其截止波长为多大？阶跃折射率光纤中线性极化模LP11模对应的是什么矢量模？对每一个传播模来说，在包层中它应该是衰减很大，不能传输。如果一个传播模，在包层中不衰减，也就是表明该模是传过包层而变成了辐射模，则就认为该传播模被截止了。所以一个传播模在包层中的衰减常数W=0时，表示导模截止。单模光纤传输条件：归一化频率V≤2.4048单模光纤中传输的是LP01模，对应的矢量模是HE11模。截止波长由下式计算LP11模对应的矢量模是TE01，TM01，HE21。4048.222221nnac4Chap.2No.10某阶跃折射率光纤的参数为……试问该入射光线在光纤中是成为传导模还是辐射模？为什么？22210sinnnna此题包括光在空气与纤芯分界面以及纤芯与包层分界面两次反射，可以先由纤芯/包层分界面全反射条件求出临界角，再利用三角关系计算入射角，或直接利用教材上公式，将n1＝1.5，n2＝1.485代入可知，最大接收角为12.22°，而入射角大于临界角，所以入射光纤不满足全反射条件，不能传输，是辐射模。5Chap.3No.1比较半导体激光器和发光二极管的异同。半导体激光器（LD）有哪些特性？半导体发光二极管（LED）有那些特性？解答题LD和LED都可以用作通信光源。LD原理是受激辐射，而LED是自发辐射。LD是阈值器件，需要较完善的驱动和外围电路，发散角较小,其发出的光谱线窄，适宜于高速率系统；LED没有阈值，结构简单，但其发散角较大,谱线较宽，适用于要求较低的场合。LED:优点-线性度好,无阈值;温度特性好;结构简单、价格低、寿命长、使用简单。缺点-自发辐射荧光，谱线宽；与光纤耦合效率低。应用范围-短距离小容量低速光通信。LD:优点-有谐振腔的受激发光，谱线窄；与光纤耦合效率高；有阈值条件，需加偏置（加偏置可提高LD的调制速率）。缺点-温度特性差；线性度较差；寿命较短。应用范围-长距离大容量高速光通信。7Chap.3No.2为什么LD要工作在正向偏置状态？何谓激光器的阈值电流？激光器的阈值电流与激光器的使用温度、使用时间有什么关系？LD加正向偏置电压用以克服PN结中自建场的影响，从而降低势垒，以形成粒子数反转分布。激光器阈值电流指满足克服谐振腔内损耗而产生激光的最小的外加激励电流。激光器的阈值电流与温度和使用时间成正比关系。8Chap.3No.6在光纤通信系统中对LD驱动电路和偏置电路有什么要求？在LD驱动电路中为什么一定要加偏置电流？偏置电流应加多大才合适？若偏置电流加得过大或过小对LD的调制特性会产生什么影响？对LD驱动电路和偏置电路的要求是输出的光脉冲峰值保持恒定光脉冲的通断比应＞＞10激光发射的时间必须远短于码元时间采用阻尼电路以避免张驰振荡因为LD是阈值器件，只有外加驱动电流超过阈值后才能发出激光，为使得较小的数据电流ID亦可产生足够的光输出，因此需要加偏置电流IB，IB的选取原则是略小于Ith。太小的IB需要较大的ID才能满足阈值条件；太大的IB会引起消光比性能下降，同时较高的电流也会产生较大的热量，以及寿命的缩短。9Chap.4No.1光纤通信系统对光检测器有什么要求？比较PIN和APD各自的特点。参见4.1，光纤通信系统对光检测器的基本要求是：波长段内响应度或灵敏度要高具有足够的带宽和响应速度由检测器引入的附加噪声必须最低，暗电流、漏电流和并联电导必须最小较低的偏压或偏流，具有高可靠性和长寿命较小的几何尺寸，便于与光纤及其他电路组装APD具有雪崩效应，倍增电流较大，但是噪声也较大。10Chap.4No.4何谓暗电流？暗电流是怎么产生的？暗电流的存在对信号的接收会产生什么影响？处于反向偏压下的半导体光电二极管，在无光照时仍有电流流过，这部分电流称为暗电流。光电检测器中的暗电流对光接收机灵敏度的影响与消光比的影响相似。暗电流与光源无信号时的残留光一样，在接收机中产生噪声，降低接收机的灵敏度。11Chap.4No.7何谓动态范围？何谓接收机灵敏度？灵敏度怎么表示？在保证误码率为10-9的条件下，测得：Pmax=0.2uW，Pmin=13.6nW，求该接收机的动态范围值和灵敏度值。动态范围是：接收机适应输入信号变化的能力，也即光接收机接收信号灵敏度和过载功率之间的差值。光接收机灵敏度是表征光接收机调整到最佳状态时，接收微弱光信号的能力。它可用以下三种物理量表示（在保证误码率条件下）：输入的最小平均光功率PR。每个光脉冲的最低平均光子数n0。每个光脉冲的最低平均能量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，灵敏度为-48.67dBm，动态范围为11.68dB。12Chap.5No.1光纤连接器应用在什么地方？影响光纤连接器损耗的因素有哪些？光纤连接器是使一根光纤与另一根光纤之间完成活动连接的器件，主要用于光源器件尾纤输出或光电检测器尾纤输入与传输光纤之间的连接。光纤连接时引起的损耗与多种因素有关，诸如光纤的结构参数（如纤芯直径、数值孔径等）、光纤的相对位置（如横向位移、纵向间隙等）以及端面状态（如形状、平行度）等。13Chap.6No.3计算STM-1帧结构中RSOH、MSOH和AUPTR的速率。对于STM-1，每帧为9×270=2430字节，其中RSOH：3行×9列×8比特/字节×8000帧/秒＝1.728Mb/sMSOH：5行×9列×8比特/字节×8000帧/秒＝2.88Mb/sAUPTR：1行×9列×8比特/字节×8000帧/秒＝0.576Mb/s注：段开销SOH区域中，第1～3行又被成为再生段开销RSOH。第5～9行被称为复用段开销MSOH。14STM-N帧结构9N261N270N列13459SOHSOHAUPTRSTM－N净负荷（含POH）传输方向9270N字节（教材p.12）15Chap.6No.4将2Mbit/s映射复用进SDH，为什么会有三种结果容量。哪种映射的效率最高？哪种映射的效率最低？哪种映射方式最为灵活？根据复用路径不同，可以有C4、C3和C12三条路径，对应的最终等效业务容量分别是64、48和63个2Mbit/s。其中C4路径映射效率较高，而C12路径最为灵活。16STM-NVC-3TUG-2VC-12TU-12TU-3TUG-3139264kb/s34368kb/s2048kb/sC-12C-3C-4AUGVC-4AU-4×N×1×7×1×3×3指针处理复用定位校准映射图6-4我国的SDH基本复用映射结构17Chap.6No.8说明SDH网同步的工作模式。SDH网同步的工作模式有主从同步和伪同步两种工作模式。伪同步是指数子网内各节点都具有独立的基准时钟，时钟精度高，各节点之间误差值小，接近同步。主从同步是指网内设一主局，配有较高精度的时钟（主时钟），网内其他节点均受控于主局，并逐局下控，直至最末端的节点。18图6-35伪同步和主从同步原理图至国外国际局伪同步MS：主从同步MSMSMSMSMSMSMSMSMSMSMSMSMSMS国际局国际局端局端局国内局国内局国内局国内局汇接局汇接局汇接局汇接局端局端局端局端局……19Chap.7No.3什么是“四波混频”效应？“四波混频”对于WDM系统有何影响？为什么G.653光纤不适宜使用在WDM系统中？四波混频是指当多个频率的光波以很大的功率在光纤中同时传输时，由于非线性效应引发多个光波之间出现能量交换的一种物理过程，这种能量转移不仅导致信道中光功率的衰减，而且引起各信道之间的彼此干扰。G.653光纤在1550nm波长附近是零色散，易产生四波混频效应，所以G.653光纤不适于用于WDM系统。20信道间相互作用产生新的频率，FWM是影响系统性能的主要非线性效应：当FWM产生的新频率落入信道带宽范围内时，会引起信道强度起伏和信道间串扰。（5）四波混频（FWM）光纤f1ff3f2f1ff3f2fFWM21Chap.7No.4叙述WDM系统的工作原理。p177WDM系统有哪几种基本结构形式？p178WDM系统的工作原理:波分复用(WDM)技术是在一根光纤中同时传输多波长光信号的一项技术。其基本原理是在发送端将不同波长的光信号组合起来(复用)，并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输。在接收端又将组合波长的光信号分开(解复用)，并作进一步处理，恢复出原信号后送入不同的终端。WDM系统的基本构成主要有以下三种形式：1)双纤单向传输2）单纤双向传输3）光分路插入传输22Chap.8No.2在光纤通信系统中产生误码的原因有哪些？为能正确的反应误码的分布信息，应采用什么方法来评定误码性能？为什么？各种噪声源，色散引起的码间干扰，定位抖动产生的误码，复位器，交叉连接设备和交换机的误码（见8.2.2）。为了能正确地反映误码的分布信息，ITU-TG.821建议采用时间率的概念来代替平均误码率的评定方法。23图8-6误码率随时间的变化只要T0和TL选择恰当，就可以用来评价各种数字信息在单位时间内误码的程度以及误码超过某一规定值的时间占总测量时间的百分数。因此，是比较适用和便于测量的评定方法。T0为取定的适合于评定各种业务的单位时间，TL为测量误码率总时间。24光纤通信系统的可用性是指光纤通信系统在给定的时间间隔内处于良好工作状态的能力。参见例题的解法，见辅助文档。Chap.8No.5何谓光纤通信系统的可用性？有一数字段长420km，有6个中继站，采用不间断电源供电……（题目略）25Chap.8No.6某单模光纤传输系统的参数如下，……求：系统最大的中继距离能达多少公里？解：由条件可知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。26Chap.9No.1在电信网中，接入网是怎样定义的？接入网的范围由什么来界定？参见9.1.1，接入网的定义由建议G.902给出。接入网的范围界定见9.1.1中第2点。定义：接入网是由业务节点接口(SNI)和用户网络接口（UNI）之间的一系列传送实体（如线路设施和传输设施）组成的、为传送电信业务提供所需要传送承载能力的实施系统。范围界定：由3个接口来定界，即网络侧经业务节点接口（SNI）与业务节点(SN)相连；用户侧经用户网络接口(UNI)与用户相连；管理侧经Q接口与电信管理网(TMN)相连，无Q接口时由协调设备(MD)与TMN相连。272.接入网的定界电信管理网TMN业务节点SN接入网ANUNIQQSNI28Chap.9No.2接入网包含哪些接口？叙述各接口的功能。参见9.1.1，接入网所覆盖的范围是由三个接口来定界，即网络侧经业务节点接口（SNI）与业务节点（SN）相连；用户侧经用户网络接口（UNI）与用户相连；管理侧经Q3接口与电信管理网（TMN）相连，不具备Q3接口时通常需经由协调设备（MD）与TMN相连。SNI是AN与SN之间的接口，可以通过协调实现指配功能来实现AN与SN的联系，以及对SN分配的承