2010年中南大学光通信课程期末考试试卷及其答案

2010年上学期考试复习提纲在光路交换WDM网中，由于光逻辑器件的制作技术还不成熟，无法在光域上实现光的比特级交换，使得其控制功能还只能停留在电域上，而且还存在电子器件速率的“瓶颈”限制，因此人们提出了一种“光突发交换的交换模式”。突发是最基本交换单位。它是由具有相同出口边缘路由器地址和相同服务质量要求的IP包组成。而且突发数据（所携带的数据信息）和控制分组不在同一个物理信道上传输（中心波长不同），通常用一个控制分组来控制一个对应的突发数据，控制分组的长度要小于突发数据的长度。在光突发交换网络中存在两类节点：核心节点和边缘节点。核心节点是由核心路由器构成，负责突发数据的转发和交换。边缘节点是由边缘路由器构成，负责数据的重组与分拆，记在发送时将接入网中的用户数据封装成突发数据。而在接收时则将接收的突发数据拆封成用户分组数据。与WDM系统设计有关的几个问题(1)WDM系统中的最小和最大光功率在WDM系统中经常采用光放大器以提高其无电再生中继距离，因而在一个信道中，光功率最小值出现在光放大器的输入端。而其经功率放大后的输出功率则是系统中的最大光功率，该功率值的大小有非线性效应的阈值决定。A最小光功率信道信噪比的最坏值出现在光放大器的输入端。而其经功率放大后的输出功率则是系统中的最小光功率，该功率值的大小有光纤非线性效应的阈值决定。光放大器输出端的信噪比：OSNR=输出信号功率/输出燥声功率=Psout/PNoutGhNPFouthhNNPGNPOSNRFSinFSout最小光功率的大小)lg(10lg10)(dBOSNR)dBm(PSinhNdBNF）（若两个EDFA之间的跨距损耗为L，前一个EDFA的输出光功率)lg(10lg10)(dBOSNR(dB))dBm(PSiouthNdBNLF）（题目：在WDM系统中，激光器的谱宽为0.1nm，波导的中心波长为1552.52nm，如果光放大器输出端的信噪比OSNR=7dB(满足BER=10-12时),NF=5.5dB,若系统中使用10个（N=10）EDFA构成WDM级联系统，那么要求最小功率是多少？解答：对应中心频率为THzc10.1931052.155210398，则GHzzc45.12H10.101052.155210392982）（，dBmh5810245.1101.19310626.6lg10)lg(10101234）（，代入)lg(10lg10)(dBOSNR)dBm(PSinhNdBNF）（得出）（dBm.535PSin光网路是指以光纤为基础传输链路所组成的一种通信体系网络结构。光网络是由骨干网、城域网和光接入网构成。光纤局域网的类型有总线形结构、星形结构、环形结构。光网络协议有载波监听多路访问、冲突检测、令牌总线和令牌环网。光纤分布式数据接口FDDI是一种高速令牌环网，它采用光纤作为其传输介质。同时FDDI是一种物理层和数据链路层标准，它规定聊光纤媒体、光发送器和接收器、信号传送协议和食欲使用的拓扑结构。光城域网也采用分层结构，公分三层，即核心层、汇聚层和接入层。核心层主要完成城域网内部信息的告诉传送与交换，实现与其他网络的互联互通。汇聚层主要完成信息的汇聚和分发人物，实现用户网络管理。接入层主要是用来为用户提供具体的接入手段。光接入网是指一光纤作为传输媒体来确保带传统的双绞线接入网，具体来说就是指本地交换机活远程模块与用户之间采用光纤或部分采用光纤来实现用户接入邪恶系统。光网络分为无源光网络和有源光网络。无源光网络使用无源光分路器来完成；有源光网络使用颠覆用起来完成。IPoverSONET/SDH也陈伟POS，它是通过SONET/SDH提供的高速传输通道来直接传送IP分组，因而由此所构成的数据骨干网是高速光纤传输通道相连接的大容量高端路由器构成，实际上他是在传统IP网络概念基础上的一种扩展。全光网的概念：全光网是指网络中用户与用户之间的信号传输与交换全部采用光波技术，即端到端保持全光网，中间没有光电转换器。这样数据从源节点到目的节点的传输都在广域内完成，二在网络中个节点上使用的具有高可靠性、大容量和导读灵活的光交叉连接设备来实现各网络节点间信息的交换。全光网具有托明星、可重构性传输和可管理性的特性，它的进展完全取决于光交换技术、光中继技术的发展、全光器件的开发以及网络管理的实现等。光交换技术从交换方式来划分，光交换技术可以认为电路交换和分组交换。电路交换方式游客认为三种交换网络，即空分光交换、时分光交换和波分/频分光交换网络以及有这些光交换网络混合而成的混合型网络。一、简答题（本大题共3个小题，第1小题和第2小题每题6分，第3小题8分，共20分）1．与准同步数字系列PDH，相比同步数字系列SDH的特点有哪些？SDH帧中AUPTR表示什么？它有何作用？答：与PDH相比，SDH(1)SDH采用世界上统一的标准传输速率等级。最低的等级也就是最基本的模块称为STM-1，传输速率为155.520Mb/s；4个STM-1同步复接组成STM-4，传输速率为622.080Mb/s；16个STM-1组成STM-16,传输速率为2488.320Mb/s，以此类推。（2分）(2)SDH各网络单元的光接口有严格的标准规范。因此，光接口成为开放型接口，这有利于建立世界统一的通信网络。标准的光接口综合进各种不同的网络单元，简化了硬件，降低了网络成本。（1分）(3)在SDH帧结构中，丰富的开销比特用于网络的运行、维护和管理，便于实现性能监测、故障检测和定位、故障报告等管理功能。（1分）管理单元指针(AUPTR)是一种指示符，主要用于指示信息载荷Payload第一个字节在帧内的准确位置(相对于指针位置的偏移量)。采用指针技术是SDH的创新，结合虚容器(VC)的概念，解决了低速信号复接成高速信号时，由于小的频率（2分）2．什么叫波分复用技术？什么叫密集波分复用技术？波分复用技术的主要特点和优点是什么？答：波分复用(WDM)是将两种或多种不同波长的光载波信号(携带各种信息)在发送端经复用器(亦称合波器，Multiplexer)汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术；在接收端，经解复用器(亦称分波器或称去复用器，Demultiplexer)将各种波长的光载波分离，然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。这种在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术，称为波分复用技术。（2分）在同一窗口中的波长相差密集的波分复用技术叫密集波分复用技术。（1分）(1)传输容量大，可节约宝贵的光纤资源。对单波长光纤系统而言，收发一个信号需要使用一对光纤，而对于WDM系统，不管有多少个信号，整个复用系统只需要一对光纤。例如对于16个2.5Gb/s系统来说，单波长光纤系统需要32根光纤，而WDM系统仅需要2根光纤。（1分）(2)对各类业务信号“透明”，可以传输不同类型的信号，如数字信号、模拟信号等，并能对其进行合成和分解。（0.5分）(3)网络扩容时不需要敷设更多的光纤，也不需要使用高速的网络部件，只需要换端机和增加一个附加光波长就可以引入任意新业务或扩充容量，因此WDM技术是理想的扩容手段。（0.5分）(4)组建动态可重构的光网络，在网络节点使用光分插复用器（OADM）或者使用光交叉连接设备（OXC），可以组成具有高度灵活性、高可靠性、高生存性的全光网络。（1分）3．什么叫相干光？什么叫相干光通信？实现相干光通信的关键是什么？对于数字信号相干光通信系统，其调制方式有哪三种？答：相干光：两个激光器产生的光场具有空间叠加、相互干涉性质的激光。（2分）相干光通信：在发射端对光载波进行幅度、频率或相位调制，在接受端，则采用零差检测或外差检测，这种检测技术称为相干检测，采用该技术进行的光通信叫相干光通信。（2分）实现相干光通信的关键是要有频率稳定、相位和偏振方向可控制的窄线谱激光器。（2分）对于数字信号相干光通信系统，其调制方式有幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)和相移键控(PSK)。（2分）二、计算题（本大题共3个小题，每小题10分，共30分）1．考虑在禁带宽度Eg＝0.9eV，绝对温度T＝320K，τr=0.5ns，直流驱动为70mA条件下的LED，内量子效率为45％。LED的输出被耦合到n1=1.48，n2=1.47，α＝0.3dB/km和L=30km的渐变折射率光纤,耦合到光纤的效率为1%。，试计算光纤输出功率？解：已知内量子效率η=45％，Eg＝0.9eV，τr=0.5ns光子能量hν=Eg＝0.9eV(1分)η=Pe/Ihν(2分)=Pe/IEg(1分)LED的发射功率为PLED=IEgη/e(1分)=(0.45×0.9×70×10-3×1.6×10-19)/(1.6×10-19)=28.35mW(1分)P入=1%PLED=0.2835mW(1分)P入=10log10(0.0002835)dB(1分)Pout=P入=10log10(0.0002835)dB-αL(1分)=-49+10log103(dB)(1分)2．设140Mb/s数字光纤通信系统发射光功率为－3dBm，接收机灵敏度为－38dBm，系统余量为4dB，连接器损耗为0.5dB/对，平均接头损耗为0.05dB/km，光纤衰减系数为0.4dB/km，光纤损耗余量为0.05dB/km。计算中继距离L。解：已知Pt=－3dBm，Pr=－38dBm，αc＝0.5dB/对，Me＝4dB，(1分)αf＝0.4dB/km，αs＝0.05dB/km，αm＝0.05dB/km，(1分)由于系统传输速率较低，所以中继距离L主要受光纤线路损耗的限制，(1分)L＝(Pt－Pr－2αc－Me)/(αf+αs+αm)(4分)=(-3+38-2×0.5-4)/(0.4+0.05+0.05)(2分)=60km(1分)