光纤通信整理

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1、第一章1-1 什么是光纤通信? 目前使用的通信光纤大多数采用基础材料为 SiO2 的光纤,它是工作 在电磁波的哪个区?波长范围是多少?对应的频率范围是多少?光纤通信是利用光导纤维传输光波信号的通信方式。 目前使用的通信光纤大多数采用基础材料为 SiO2 的光纤。它是工作在近红外区，波长 为0.81.8“m，对应的频率为167375THz。1-2 试画出光纤通信系统组成的方框图。 一个光纤通信系统通常由电发射机、光发射机、光接收机、电接收机和由光纤构成的光 缆等组成。1-3通信系统的容量用BL积表示，B和L分别是什么含义？系统的通信容量用比特率一距离积表示，B为比特率，L为中继间距。1-4 光纤

2、通信的主要优点是什么？ 光纤通信之所以受到人们的极大重视，是因为和其他通信手段相比，具有无以伦比的优越性。(1) 通信容量大(2) 中继距离远(3) 抗电磁干扰能力强，无串话(4) 光纤细，光缆轻(5) 资源丰富，节约有色金属和能源。 光纤还具有均衡容易、抗腐蚀、不怕潮湿的优点。因而经济效益非常显著。 e.第二章2-8 构成激光器的三个基本条件是什么? 构成一个激光器需要如下三个要素如图所示1) 激光工作物质(2)激励(3)光学谐振腔第三章3-1 填空题(1) 通信用的光纤绝大多数用石英材料制成。折射率高的中心部分叫纤芯，折射率稍低的外层称为包层。(2) 表示光纤捕捉光射线能力的物理量被定义为

3、数值孔径，用_N 表示。(3) 在阶跃型光纤中，LP01模是最低工作模式，LPir是第一高阶模。阶跃型光纤的单模传输条件是0VVV2.405。渐变型光纤中不同射线具有相同轴向速度的现象称为光纤的自聚焦现象3- 2 试分析阶跃型光纤和渐变型光纤的导光原理。阶跃折射率光纤的导光原理比较简单，如图3-1-3所示。图 3-1-3 阶跃折射率光纤的导光原理按照光的全反射理论，如果光线满足e 1大于临界角由式(3-1-3)确定的e C，将会在纤芯 与包层界面上发生全反射，当全反射的光线再次入射到纤芯与包层的分界面时，又会再次发 生全反射而返回纤芯中传输形成导波。采用渐变型折射率光纤的目的是为了降低模间色散

4、，其导光原理如图3-1-4 所示。图中给出了梯度折射率光纤中三条不同路径的光线沿光纤传播的情况，与轴线夹角大的 光线经过的路径要长一些，然而它的折射率的较小，光线速度沿轴向的传播速度较大；而沿 着轴线传播的光线尽管路径最短，但传播速度却最慢。这样如果选择合适的折射率分布就有 可能使所有光线同时到达光纤输出端。这样人们很容易理解为什么采用梯度折射率光纤可以 降低模间色散。第四章4-1 填空题(1) 根据半导体的能带理论，能够被电子占据的能带为价带导带，不能被子占据的状态为禁带。(2) 在半导体材料中掺杂其他原子，如果在半导体材料中掺杂负电荷的载体以产生大量的电 子，这种半导体称为_N_型半导体；

5、掺杂的是正电荷的载体以产生大量的空穴，则称为P型半导体。(3) 对于半导体激光器，当外加正向电流达到某一值时，输出光功率将急剧增加，这时输出 的光为激光，这个电流称为阈值电流。半导体材料只有波长为入V入c的光入射时，才能使材料产生光子，所以入C称为 截止波长 由于双异质结激光器在有源区两侧，既限制了光波，又限制了载流子，故 它的光强分布基本被约束在有源区，而且阈值电流大大降低4- 2 LED 的光谱有什么特点，可以用于何种光纤系统？发光二级管又称LED,广泛应用在各类电子设备中，也是光纤通信中经常使用的光源。 它的优点在于较小的尺寸和较长的使用寿命。但它也具有发光亮度低，光谱宽等缺陷，故发 光

6、二极管(LED )通常使用在低速、短距离光通信系统。4- 3试画出LED的光输出功率P与注入电流I的关系曲线，即P-I曲线。LED 是无阈值器件，它随注入电流的增加，输出光功率近似的线性增加。通常使用使 用光输出功率P与注入电流I的关系，即P-I曲线,来描述LED的输出光功率特性，如图4-2-54-5 半导体激光器也由三个部分构成，试分别加以说明。半导体激光器由如下三个部分组成：产生激光的工作物质(激活物质) 能够产生激光的工作物质，也就是处于粒子数反 转分布状态的工作物质，它是产生激光的必要条件。能够使工作物质处于粒子数反转分布状态的激励源(泵浦源) 使工作物质产生粒子 数反转分布的外界激励

7、源，称为泵浦源。物质在泵浦源的作用下，使粒子数从低能级跃迁到 高能级，使得在这种情况下受激辐射大于受激吸收，从而有光的放大作用。这时的工作物质 已被激活，成为激活物质或增益物质。有能够完成频率选择及反馈作用的光学谐振腔。 激活物质只能使光放大，只有把激活 物置于光学谐振腔中，以提供必要的反馈及对光的频率和方向进行选择，才能获得连续的光 放大和激光振荡输出。4-9 半导体激光器的温度变化对阈值电流有什么影响? 温度对激光器阈值电流影响很大，阈值电流随温度升高而加大。所以为了使光纤通信系 统稳定、可靠地工作，一般都要采用自动温度控制电路，来稳定激光器的阈值电流和输出光 功率。4-12 对光发送机的

8、主要要求有哪些？（1）有合适的输出光功率（2）良好的消光比（3）调制特性要好4-13 直接调制的光发送机较为简单，所以目前使用的光发送机大多数是直接调制的光发送 机，试画出它的结构框图。直接调制的光发送机较为简单，所以目前使用的光发射机大多数是直接调制的光发送 机，它的原理如图4-5-1 所示。图 4-5-1 直接调制的光发送机组成框图4-14输入电路的功能是实现电端机（PCM）输入的信号转换成能在光纤线路传输码型的 信号，试说明各部分的作用。输入电路的功能是实现电端机（PCM）输入的信号转换成能在光纤线路传输码型的信 号，原理框图见图 4-5-3。图 4-5-3 输入电路原理框图输入接口 电

9、端机（PCM）输入的信号应该符合CCITT G.703建议，这个接口通常称 为电接口。均衡放大 由PCM端机送来的HDB3或CMI码流，首先要进行均衡，用以补偿由电缆 传输所产生的衰减和畸变，以便正确译码。时钟提取 由于码型变换和扰码过程都需要以时钟信号作为依据。因此，在均衡电路之 后，由时钟提取电路提取出时钟信号，供给码型变换和扰码电路使用。码型变换 由均衡器输出的HDB3码（又称三阶高密度双极性码）或CMI码（又称传号反 转码），前者是三值双极性码（即+1，0，-1），后者是归零码，在数字电路中为了处理方便， 需通过码型变换电路，将其变换为非归零码（即 NRZ 码）。复用 是指利用大容量传

10、输信道来同时传送多个低容量的用户信息及开销信息的过程。 扰码与编码 若信码流中出现长连“0”或长连“1”的情况，将会给时钟信号的提取带 来困难，为了避免出现这种情况，需加一扰码电路，它可有规律地破坏长连“0”和长连“1” 的码流。从而达到“0”、“1”等概率出现。扰码以后的信号再进行线路编码。在实际的光纤 通信系统中，除了要满足光纤通信线路码型变换的基本要求，还要实现不间断业务的误码监 测、区间通信联络、监控等功能。第五章5-1 填空题（1）光纤通信用光检测器是利用半导体材料的光电效应原理制成的。（2） PIN光电二极管，是在P型材料和N型材料之间加上一层I层（本征耗尽层）_。（3） 在光接收

11、机中，与光电检测器相连的放大器称为前置放大器，它是低 低噪声、高增益的放大器。（4）信号电平超过判决门限电平，则判为“1”_码。低于判决门限电平，则判_“0”码。（5）工程上光接收机的灵敏度常用单位dBm 。5- 4直接检测数字光接收机有哪些组成部分，试画出组成方框图。直接检测数字光纤通信接收机一般由三个部分组成，即光接收机的前端、线性通道和数 据恢复三个部分，如图 5-3-1 所示。图 5-3-1 直接检测数字光纤通信接收机框图5- 6数字光纤通信系统中，按照“1”码时码元周期T的大小可分哪两种码型?它们的占空 比分别是什么?按照“1”码时码元周期T的大小，分为归零码（RZ码）与非归零码（N

12、RZ码）两种，见图 5-4-1。显然，RZ码的占空比为0.5，而NRZ码的占空比为1。I 0 I 100 I 0接通厂|i : 厂断开一 !： 一码元周期图 5-4-1 数字光纤通信系统中的码元第六章6- 1(1)利用光纤传输监控信号有两种方式分别是频分复用传输方式_、_时分复用方式。分组码又称mBnB，它把输入信码流中每m比特码分为一组，然后变换为n比特(nm)输出_。(3) 光纤通信系统的长期平均误码率定义为误码率(BER)定义为传送错误的码元数占传送的总码元数的百分比一，反映突发性误码，用有严重误码秒(SES)_、_误码秒(ES) 两个性能指标来评价。(4) 在数字光纤通信系统中，抖动会

13、引起误码率的增加。为保证整个系统正常工作，根据ITU-T建议和我国国标，抖动的性能参数主要 有、。(5) SDH网有一套标准化的信息等级结构，根据ITU-T的建议，码速率分别为：STMT=_155.520M_Mb/s； STM-4二622.080Mb/s；STMT6二2488.320Mb/s； STM-64二9953.280Mb/s。(6) 二次群的码速率为8.448Mbit/s, 1UT的时间为。6- 4在PDH光纤通信系统和SDH光纤通信系统分别采用什么线路码型？在PDH光纤通信系统中，常用的码型有分组码和插入比特码；在SDH光纤通信系统中广 泛使用加扰NRZ码。第七章7- 1 PDH的主

14、要有哪些缺点，试画图说明PDH是如何实现从低次群信号复接成高次群信号, 又是如何实现从高次群信号到低次群信号的分接的？PDH的主要缺点有：(1) PDH有两大体系种系列，即以2.048Mb/s为基群及以1.544Mb/s为基群的体系，相 互间难以互通和兼容。(2) 由于没有统一规范的光接口，不同厂家的设备在光路上不能互通，必须转换成标准 电接口才能互通，限制了联网应用。(3) PDH 高次群信号中的低次群信号位置没有指示，因此要从中取出/插入一个低次群 信号(俗称上/下电路)很不方便，必须逐级分接、复接才能实现，需要设备多，上下业务费 用高，如图 7-1-1 所示。图 7-1-1 PDH 和

15、SDH 中分插信号流图的比较(4) PDH 各等级的帧结构中预留的插入比特(开销)很少，网络结构缺乏灵活性，同时 PDH 主要是为话音业务设计，使网络无法适应不断演变的管理要求，更难以支持新一代的网络。 为此， CCITT 根据世界各国间通信联网的需要，制定了同步数字系列SDH(SynchronousDig it al Hierarchy)的建议。使之成为不仅适合光纤通信，也适合微波和卫星通信的数字体 系。从而揭开了现代信息传输崭新的一页，得到了空前的应用和发展。7- 2试说明SDH网具有哪些主要特点？SDH 网具有同步复用、标准光接口和强大的网络管理能力。有如下主要特点：(1) 使24路制和30路制两种PDH数字系列在STM-1等级上实现了统一，使之成为数字 传输体制上的世界标准；(2) 由于采用了同步复用和映射方法，各种不同等级的码流在帧结构净负荷内的排列是 有规律的，而净负荷与网络同步。因此可以方便地从高速信号中一次分出低速支路信号，省 去 PDH 中全套背靠背的数字复用/去复用设备，及相应的多次码速调整与变