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1、光通信导论 第一章 1 某甲从南开车向北 到十字路口 他看见了红灯 某乙从东到西到这个路口 她看见的 是绿灯 故甲获得 a 比特的信息 乙同样获得 a 比特的信息 于是信号灯输出的是 2a 比特 的信息 这种看法对吗 为什么 答 不对 该情况下 假定同一时刻 两个子事件 南北为红灯 东西为绿灯 不相互独立 且两个子事件反应的是的同一信息 所以不能相加 同时 由于信息的共享性 才使得甲和 乙分别能够接收到 a 比特的信息 从而知道信号灯输出信息为 a 比特 或者答 信息量是以事物所处的状态出发的 它既是客观的 又是不依赖于接收者的 在该 情况下 信号灯南北红灯 东西绿灯正是它特定的一个状态 这时
2、这个状态的信息量是客观 的 不会因为接受者的多少就有加减 至于甲和乙能同时分别获得 a 比特信息 是因为信息 的共享性 而当前状态的信息正好有 a 比特 两种答案综合答最好 当然如果有人要分同时与不同时两种情况更好 2 测不准原理和信息论之间的关系 答 测不准原理又名不确定性原理 该原理表明 一个微观粒子的某些物理量 如位置和动 量 或方位角与动量矩 还有时间和能量等 不可能同时具有确定的数值 其中一个量越 确定 另一个量的不确定程度就越大 测量一对共轭量的误差的乘积必然大于常数 h 2 h 是普朗克常数 是海森伯在 1927 年首先提出的 它反映了微观粒子运动的基本规律 是物 理学中又一条重
3、要原理 信息论中所说的信息是从事物的可能性转换为现实性的体现 也就 是说如果一个事物在事前可能发生很多的状态 而事后确定了一个状态 那么排除的确定性 就越大 所处的状态包含的信息量也就越大 所以说 信息论主要研究的是一个物体所带信 息从可能性到现实性的过程 3 请对信息的基本特征发表一点看法 什么是信息的共享性 解释并举例说明 答 信息的基本特征主要有三个 第一个是共享性 第二个特征是信息可以被传递 即信息 的可传递性 第三个特征是信息的控制作用 信息的共享性即信息可以从一个承载体传递到 另一个承载体 但传递过程不会使原有承载体信息减少 例如 一本书里面承载了大量的星 系 某人阅读之后 他获得
4、了很多信息 但原书中的信息仍然存在 另一个人再阅读 照样 可以获得大量的信息 4 信息量的单位 比特 和 波特 之间有确定关系吗 请说明 答 对于通信系统来说 信息流是以单位时间内传送的信息量的多少来描述的 称为信息速 率 它的单位是比特 秒 因此又常常称为比特率 而波特的定义是单位时间内传递的符号 数 符号速率 比特和波特并不是同一个概念 如果每个符号包含一比特的信息 那么波 特率和比特率在数值上相等 如果每个符号包含了多于 1 比特的信息 例如十进制的符号 那么波特率就会小于比特 反之 为了确保每个比特的信息都能正确传送 往往采用冗余编 码 例如 1B2B 编码 这样每个符号包含的信息量就
5、少于 1 比特 这时波特率就会高于比特 率 5 画出通信系统模型框图 广义的信道噪声包括那些 请列举出 4 种以上的噪声 答 注意 信息系统的基本模型和通信系统的基本模型不是同一概念 故图应类似 广义噪声包括干扰和狭义噪声 例 白噪声 三角噪声 热噪声 量化噪声 6 信号 sinsin2y ttt 是周期性信号 非周期性信号 它的谱是连续的还是离散的 答 非周期性连续信号 非周期连续谱 7 信号具有下面频谱特 周期性的连续谱 非周期性的连续谱 周期性的离散谱和非周期性 的离散谱 这 4 种频谱对应的时域信号是什么 含有信息的数字信号具有什么样的频谱 答 周期性的连续谱 非周期性的离散信号 非周
6、期性的连续谱 非周期的连续信号 周期性的离散谱 周期性的离散信号 非周期性的离散谱 周期性的连续信号 含有信息的数字信号既有连续谱又有离散谱 8 试述加性噪声与乘性噪声的异同 在光通信系统中 什么样的噪声属于加性噪声 什么 样的噪声属于乘性噪声 答 加性噪声 无论通信系统中的有用信号是否存在 它都存在 二者是叠加关系 加性噪 声包括 电阻的热噪声 晶体三极管或其他有源器件的散弹噪声以及光电器件的量子噪声 乘性噪声 只有信号存在时噪声才存在 当输入信号没有时 噪声也就没有了 乘性噪声包 括非线性失真噪声 量化噪声以及信号与加性噪声的差拍噪声 9 光噪声的功率谱密度函数的含义是什么 它的量纲是什么
7、 答 2 1 2 lim x T S wF w T T 噪声功率的大小是它功率谱密度的频域积分 2 11 lim 22 T TT x t dtS w dw T 或 1 2 PS w dw 其中 S w 即为功率谱密度 量纲为功率的单位除以频率的单位 第二章 1 如何理解数字通信网的同步问题 为什么现代通信要采用包通信 答 数字通信网中 同步系统确实存在收发端机之间具有一定的 相对不变 时间关系 同步系统包括载波同步 位同步 帧同步和网同步 如果同步有误差或失去同步 则数字通 信中就会出现大量的误码 甚至使整个通信中断 为了使整个通信系统或者通信网有序 准 信息源 信道 信宿 噪声 调制器 解调
8、器 确 可靠的工作 必须保证全网的同步 同步作为一种信息按照其传输方式的不同 又可分 为外同步法和自同步法两类 数字通信网中数据通信信息量很大时 会出现误码 误码率时数字通信可靠性的基本度 量 在数字通信中 把信息分为一个个的包传输 可以兼顾信息传输中的可靠性和实时性 2 什么是光源的相干时间和相干长度 它们之间有什么关系 若有一个 1550nm 的 DFB 激光器 它的频带宽度为 5MHz 则它的相干时间和相干长度是多少 答 相干时间是指在这段时间里 光有稳定的相位关系 超过这段时间 相位关系就不确定 相干长度是指在这段长度内 光有稳定的相位关系 超过这段时间 相位关系就不确定 0 2 微秒
9、 40m 依照书中的例子 默认介质中的光速为光纤中的光速 即 vg 2 108m s 若 有人分情况答题 更好 3 光纤的一个重要特点是他的噪声极小 那么光纤信道是否就是没有噪声 答 光纤信道几乎无噪声 但不可避免的存在噪声 光纤熔接和连接时都会发生模式混合 而且多段光纤中的每一段色散特性都不同 引起 噪声 多模光纤中 由于沿光纤传播的各个模式之间的干涉作用 在探测器光敏面上形成一个 光斑图 由于光斑随时间发生比那话 将会造成接收光功率变化而引起信噪比的下降 对接 收机俩说形成一种噪声 此为光纤模式噪声 单模光纤避免了模式噪声 但群速度色散导致光脉冲的展宽 限制系统的 BL 值 这种 色散导致
10、的光脉冲展宽效应还会使接收灵敏度下降 脉冲展宽 部分能量溢出到比特时间以 外而形成码间干扰 补充 有关模式噪声内容 超出本章所讲 答案能提及光纤信道中有光纤放大器引入 ASE 噪声 信号串扰 色散引起波形失真 不均匀引发反射形成干扰等即可 4 画出光纤通信系统基本组成的框图 按照一般通信系统的模型 它是一个完整的通 信系统吗 为什么 框图 光纤通信传输系统 不是 缺少信源和信宿 5 与有线 同轴电缆 双绞线 电通信方式相比较 光纤通信有哪些优缺点 尽可能 电 光 光 电 电 光 前 端 机 电 光 主机 电信号输入 主机 电信号输出 前 端 机 电 光 传输光路 的详细说明 答 优点 1 容量
11、大 理论上可以承载 20 亿话路 2 传输损耗小 适用于网径较大的 LAN 3 速率高 100Mb s 频带宽 4 保密性高 5 体积和重量上 光缆要比电缆占优势 6 光纤无电气危害 不会引起计算机部件损坏 缺点 1 光纤信道是一个相位敏感和偏振不稳定的信道 易受光路中不稳定的干扰 2 光纤通信的组网不灵活 光信号可复制性差 3 光信号的反馈 传输延迟长 4 光纤远距离传输时需要一切设备被供电 然而 电光转换效率低 光设备小型话困难 第三章 1 在 ITU T 的规定中 G 652 G 653 G 655 的光纤分别是什么光纤 简述它们的主要指标 G 653 光纤的特点是什么 它是否适合 DW
12、DM 使用 答 在 ITU T 的规定中 G 652 光纤是指在 1310nm 和 1550nm 两个窗口都有较低损耗的单 模光纤 G653 光纤是在 1550nm 窗口衰减小而且色散也小 称为色散位移光纤 G655 为非 零色散位移光纤 各光纤性能指标参数如下 G653 光纤的特点是在 1550nm 窗口的衰减小而且色散也小 采用 G653 光纤的 DWDM 系统 产生严重的四波混频效应 不适合 DWDM 系统使用 2 0dBm 的光功率是多少瓦 如果该光功率衰减了 6dB 则光强衰减到多少毫瓦 单模光纤 0 35dBm km 的损耗相当于光功率衰减公式 P P0e aL 中衰减系数 等于多
13、少 答 0dBm 的光功率是 1mw 由公式 d Pin dBm Pout dBm 6dB 则 Pout dBm 6dBm 换算成光功率为 Pout 6 0 10 mw 0 25mw a Pin dBm Pout dBm L 所以 10lg Pin Pout aL 即 P 0 p aL 10 因此 a e 35 0 10 a 0 08 km 3 正色散使光脉冲展宽 负色散使光脉冲变窄 这句话是否正确 什么是正常色散和反 常色散 单根光纤的色散包括哪几种 尽可能详细说明 答 正色散使光脉冲展宽 负色散使光脉冲变窄 这种说法是不对的 对于无啁啾的脉冲 无论是正常色散 负色散 还是反常色散 正色散
14、都会使脉冲展宽 脉冲幅度下降 正常色散是指 对光波透明的介质 其折射率 n 随波长 的增加而减小 称为正常色散 正常色散时 n 随 的增加而趋于某一极限 色散率 dn d 0 其绝对值随 的增加而减小 反常色散是指 在介质对光有强烈吸收的波段内 吸收带 折射率随波长的增加而减小 色散率 dn d 0 这与正常色散相反 故称反常色散 对同一介质 在对光透明的波段内 表现为正常色散 而在吸收带内则表现为反常色散 单模光纤的色散包括 材料色散 波导色散 剖面色散 高阶色散及偏振模色散 1 材料色散 材料色散是由材料的群折射率 N 随波长变化引起的色散特性 2 波导色散 波导色散是由波导结构引起的色散
15、 由于光波导的横向折射率的改变所 引起的色散 3 剖面色散 剖面色散是由于相对折射率差随波长变化而引起的色散 它通常比较小 可以忽略 但在追求零色散光纤时 此项也必须考虑进去 4 高阶色散 高阶色散也成为色散斜率 不仅和高阶材料色散和高阶波导色散有关 而且还和一阶材料色散和一阶波导色散有关 5 偏振模色散 理想的正圆光波导的两个偏振模的传输常数相等 因此不应该出现偏 振模色散 但是实际的圆光波导不可能是正圆的 总有些畸变 从而导致两个偏振 模将出现传输常数差 这就是偏振模色散 4 光纤中的非线性现象包括哪几种 要在光纤中形成光学孤子需要哪些条件 答 光纤中的非线性现象包括 1 非线性极化 引起
16、材料的折射率随光场的光 强发生变化 即非线性折射率 如自相位调制 SPM 和交叉相位调制 XPM 由非线性极化引起的光频的变化 称为参量过程 参量过程中最重要的是四波 混频 2 受激非弹性散射 如受激拉曼散射 SRS 受激布里渊散射 形成光孤子的条件 在自相位调制中 光纤的反常色散区会形成光孤子 5 举出 3 种以上型号的光纤连接器 说明它们在结构上的区别 答 光纤连接器按连结构形式可分为 FC SC ST LC SMA MMI 等 1 FC 型光纤连接器 其外部加强方式是采用金属套 紧固方式为螺丝扣 插针体采用外径 2 5mm 的精 密陶瓷插针 根据端面形状不同 可分为斜面接触和球面接触 2 SC 型光纤连接器 其外壳呈矩形 所采用的插针与耦合套筒的结构尺寸与 FC 型完全相同 其中插 针的端面多采用 PC 或 APC 型研磨方式 紧固方式是采用插拔销闩式 不需旋转 3 ST 型光纤连接器 ST 型连接器采用金属套 采用推拉旋转式卡口卡紧结构 ST 连接器的芯外露 SC 连接器的芯在接头里面 4 LC 型连接器 LC 型连接器 采用模块化插孔 RJ 闩锁机理制成 其所采用的插针和套筒
