《光纤通信》第7章课后习题答案

光纤通信第 7章课后习题及答案 1 习题七 1 商业级宽带接收机的等效电阻 75持发送机和接收机的参数和图 例子相同，在接收机光功率范围内 0 16画出相应的曲线。类似于 出其载噪比的极限表达式。证明当 75何接收光功率电平下，热噪声都超过量子噪声而成为起决定作用的噪声因素。 解： 因为是 以 1G ， 由 )(2)()( 得到 )(2)()(再由一次光生电流P，得到 22)()(其中 P 是光检测器接收到的平均光功率。 把参数 191 0 ， R A W ， 1 4 3 /R IN d B H z ， 10 10DI 231 . 3 8 1 0 /k J K ， 290， 75， 3tF 入上式，就得出 / 变化的关系曲线方程。 当接收机的光功率较低时，系统的噪声主要是前置放大器电路的噪声，于是载噪比为 20 . 5 ( )4/t e q e qC m R PN k T F B R把 01P d B m m W代入可以求出其值。 对于设计较好的光电二极管，与中等强度的接收光信号的散弹（量子）噪声相比，体暗电流和表面暗电流产生的噪声很小。因此在中等强度接收光信号条件下，系统噪声主要是光电二极管的量子噪声，此时有： 2 2 2 20 . 5 ( ) 0 . 5 ( ) 0 . 5 ( )2 ( ) 2 2 4P D e q P e q e q e qC m R P m R P m R P m R PN e I I B e I B e R P B e B 把 01P d B m m W代入可以求出其值。 如果激光器的 射噪声将超过其他噪声项，成为起主要作用的噪声因素，于是载噪比为 220 . 5 ( )() m R P B把 01P d B m m W代入可以求出其值。 光纤通信第 7章课后习题及答案 2 当 75噪声为 4/t eq R； 量子噪声为 2把 01P d B m m W代入，得到 4 / 2t e q e q e F B R e R P B。即任何接收光功率电平下，热噪声都超过量子噪声而成为起决定作用的噪声因素。 2 假设我们想要频分 复用 60路 果其中 30 路信号的每一个信道的调制指数 3%，而另外30 路信号的每一个信道的调制指数 4%，试求出激光器的光调制指数。 解：由 1 / 221 得到 1 / 23 0 0 . 0 3 4 0 0 . 0 3m 。 3 假设一个 统有 120 个信道，每个信道的调制指数为 链路包括一根损耗为 1dB/ 12端有一个损耗为 连 接器；激光光源耦合进光纤的功率为 2源的135z； 电二极管接收机的响应度为 ， B=500 ,求本系统的载噪比。 解：由 1 / 221 得到 1 / 21 2 0 0 . 0 2 3m 。 激光耦合进光纤的功率为 2tP 用 示 ( )tP 光检测器接收到的功率为 P ，根据 2 0 . 5 P ，得到 2 0 . 5 L 其中损耗系数 1/dB ，长度 120L ， 2 为两个连接器的损耗。 由于是 以载噪比为 )(2)()(把参数 191 0 ， R A W ， 1 4 3 /R IN d B H z ， 5 10DI 231 . 3 8 1 0 /k J K ， 290， 50， 3tF 入上式，就得出 / 4 如果将题 3 中的 电二极管用一个 10M 和 0 F M M 的 崩光电二极管替代，那么系统载噪比又是多少？ 解：用 崩光电二极管作为光检测器，那么系统载噪比为 2220 . 5 ( )( ) 2 ( ) ( ) 4 /e q P D e q t e q e qC m R M I N R P B e I I M F M B k T F B R 其中雪崩增益 10M ，雪崩光电二极管过剩噪声系数 0 F M M ，其他参数不变，代入上式便得到系统的载噪比。 5 假设一个有 32 个信道的 统中每个信道的调制指数为 若 1 3 5 /R IN d B H z ， 电二极管接收机的响应度为 5B ， 10DI 50， 3tF 光纤通信第 7章课后习题及答案 3 （ 1） 若接收光功率为 10，试求这个链路的载噪比； （ 2） 若每个信道的调制指数增加到 7%，接收光功率减少到 13，试求这个链路的载噪比。 解： （ 1）由 1 / 221 得到 1 / 23 2 0 . 0 3 3m ，参数 191 0 ， R A W ，= 10P ， 1 3 5 /R IN d B H z ， 5， 10DI ， 231 . 3 8 1 0 /k J K ， 290，50， 3tF 代入上式，就得出 / )(2)()(（ 2）将上式的 1 / 23 2 0 m ， = 13P ，代入上式很容易就求出载噪比。 6 一直有一个 565Mb/系统总体要求如下： （ 1） 光纤通信系统的光纤损耗为 5 个接头，平均每个接头损耗为 源的入纤功率为 收机灵敏度为 0 （ 2） 光纤线路上的线路码型是 5纤的色散系数为 2 光源光谱宽度为 求：最大中继距离是多少？ 注：设计中选取色散 （功率） 代价为 1连接器损耗为 1送和接收端各一个），光纤富于度为 备富于度为 解： （ 1） 把 3SP ， 56RP ， 1c ， ， ， 0 f dB ，0 m dB 代入 2 5 1S R c 其中右边分子上的 1是指色散（功率）代价。于是可通过计算得到 损耗限制的 最大中继距离。 （ 2） 受色散限制的最大传输距离为 610 由于是单模光纤，所以 ， 2 / ( . )D p s km n m ， ，分子上的 610 是为了和分母的 B 的单位相匹配， B 的单位一定要用 Mb/s。代入数据就可以求出 L 的值来。其中 65 6 5 6 7 8 /5B M b s 。 求出受色散限制的最大传输距离，然后与损耗限制的最大中继距离相比，取最小值，就是最 大中继距离。 7 一个二进制传输系统具有以下特性： （ 1） 单模光纤色散为 15损耗为 （ 2） 发射机用 1551 的 射平均光功率为 5宽为 2 （ 3） 为了正常工作， 000个光子 /比特。 （ 4） 在发射机和接收机处耦合损耗共计 3 求： a 数据速率为 10和 100Mb/s 时， 找出 受损耗限制的最大传输距离。 光纤通信第 7章课后习题及答案 4 b 数据速率为 10和 100Mb/找出 受色散限制的最大传输距离。 c 对 这个特殊系统，用图表示最大传输距离与数据速率的关系，包括损耗和色散两种限制。 解： a。 由“为了正常工作， 000个光子 /比特”得到 1000R 其中 h 是普朗克常数， c 是光速， 是波长。 又已知 5SP 把发射功率和接收功率用 受损耗限制的最大传输距离为 3 其中 0 f dB b 受色散限制的最大传输距离为 610 由于是单模光纤，所以 ， 1 5 / ( . )D p s n m k m ， 2 ，分子上的 610 是为了和分母的 B 的单位相匹配， B 的单位一定要用 Mb/s。 代入数据就可以求出 L 的值来。 c对这个特殊系统，用图表示最大传输距离与数据速率的关系，包括损耗和色散两种限制。用 8 画图比较下面两个速率为 100Mb/s 的系统其损耗受限的最大传输距离。 系统 1工作在 850 （ 1） 0功率耦合进光纤； （ 2） 硅雪崩光电二极管：灵敏度为 （ 3） 渐变折射率光纤：在 850的损耗为 （ 4） 连接器损耗：每个连接器为 1 系统 2工作在 1300 （ 1） （ 2） 电二极管：灵敏度为 （ 3） 渐变折射率光纤：在 300的损耗为 （ 4） 连接器损耗：每个连接器为 1 每个系统均要求 6 解：系统 1：把 0SP 50RP ， 1c ， 6M ， 3 f dB 代入 2S R 可得到 损耗受限的最大传输距离。 系统 2：把 13SP ， 38RP ， 1c ， 6M ， 1 f dB 代入 2S R 光纤通信第 7章课后习题及答案 5 可得到损耗受限的最大传输距离。 9 简述 答： 留开销很少，不利于网络运行、管理和维护； 系列的帧结构和线路码特性不同，难以兼容，转换比较复杂；点对点传输基础上的复用结构缺乏组网的灵活性，难以组建具有自愈能力的环形网等。 与 比， 以下特点：有统一的标准传输速率等级；有国 际标准化的网络节点接口；具有一次完成同步复用的功能；具有强大的网络管理功能。 10 答： 了统一的规范。接口的规范化与否是决定不同厂家的设备能否互连的关键。规范的内容有数字信号速率等级、帧结构、复接方法、线路接口、监控管理等。于是这就使 备容易实现多厂家互连，也就是说在同一传输线路上可以安装不同厂家的设备，体现了横向兼容性。 11 如何理解误码性能参数？ 答：为了满足测量要求，在实际中，通常采用误码性能参数来表示系统的误码性能，采用 超过每个阈值的时间百分数来表征。通过测量可判断出该系统的优劣，并且可以根据误码性能指标判别出传输系统问题出现在哪个段落。具体来说有下列指标： 误码个数记录：以发送端的二进制数和接收端的二进制数逐比特比较凡属相异的即为误码，可在短时间内判断出该系统的优劣。 劣化分 (每次测量时间0 1T分钟，门限平均误码率 610，当分钟平均误码率低于这一门限值时称为劣化分钟 % 1 0 0 %劣 化 分 钟（ 可 使 用 的 总 测 量 时 间 ） 严重误码秒 (每次测量时间0 1T秒，门限平均误码率 310，当秒平均误码率低于这一门限值时称为严重误码秒 S E S % 1 0 0 %T（ 可 使 用 的 总 测 量 时 间 ） 误码秒 (每次测量时间0 1T秒，门限平均误码率 0即在每个测量周期内只要出现误码就叫误码秒 % 1 0 0