光纤通信复习题.doc

光纤通信自测题第一章一、填空题通信是 光纤 为传输媒质。以 光波 为载波的通信方式。目前光纤通信所用光波的波长有三个，它们是 0.85 m 、 1.31 m 和1.55 m 。光纤通信所使用的波段位于电磁波谱中的近红外区 区，波长范围为 0.71.7m 二. 选择题（有一个或者多个答案）1. 目前光纤通信常用的窗口有（ACD）。A、 0.85 m B、 2 m C、1.31 m D、1.55 m2. 目前纤光通信常用的光源有（AB）。A、 LED B、LD C、PCM D、PDH3. 光纤通信是以光波为载波，以（C）为传播介质的通信方式。A、电缆 B、无线电磁波 C、光纤 D、红外线三、简答题1 光纤通信有哪些优点？ 2 为什么说光纤通信比电缆通信的容量大？ 3纤通信系统由哪几部分组成？简述各部分作用。答案 1、通信容量大，中继距离长，保密性能好，抗电磁干扰，体积小、重量轻、便于施工和维护，价格低廉。 2、光纤通信的载波是光波，电缆通信的载波是电波。虽然光波和电波都是电磁波，但频率差别很大。光纤通信用的近红外光（波长约1m）的频率（约300THz）比电波（波长为0.1m1mm）的频率（3300GHz）高三个数量级以上。载波频率越高，频带宽度越宽，因此信息传输容量越大。第2章一、填空题：1光纤中的纤芯折射率必须 大于 包层折射率，单模光纤和多模光纤中中两者的相对折射率差一般分别为 0.3%0.6% 和 1%2%。 。 2单模光纤纤芯直径一般为 810m ，多模光纤纤芯直径为 5080m ，光纤包层直径一般为 125m 。3. 光纤通信的最低损耗波长是（ 1.55m ），零色散波长是（ 1.31m ）。4.单模光纤中不存在（模间）色散，仅存在（模内）色散，具体来讲，可分为（材料色散）和（波导色散）。 5、光缆大体上都是由（缆芯 ）、（加强元件）和（护层）三部分组成的。6、允许单模传输的最小波长称为（截止波长 ）。7、数值孔径（NA）越大，光纤接收光线的能力就越（强），光纤与光源之间的耦合效率就越 （高）。二、选择题（多选）1、ABD 2、B 3、AD 4、BC1、从横截面上看，光纤基本上由部分组成：（A）、（B）、（D）。A、折射率较高的芯区B、折射率较低的包层 C、折射率较低的涂层D、外面的涂层E、外面的包层2、单模光纤只能传输一个模式，即（B），称为光纤的基模。A、HE00模 B、HE11模 C、HE10模 D、HE01模3、限制光纤传输容量（BL积）的两个基本因素是（）和（）。A、光纤色散 B、光纤折射 C、光纤衰减 D、光纤损耗三、简述题1、典型光纤由几部分组成？各部分的作用是什么? 2、为什么包层的折射率必须小于纤芯的折射率？3、光纤损耗主要有几种原因？其对光纤通信系统有何影响？4、光纤色散主要有几种类型？其对光纤通信系统有何影响？5、分别说明G.652 、G.653、G.654、G.655光纤的性能及应用。四、计算 1、（1）Pmin9.49W（2）Pmin1.69W2、（1）a0.47m（2）0.0022 1、一段30km长的光纤线路，其损耗为0.5dBkm。（1）如果在接收端保持0.3W的接收光功率，则发送端的功率至少为多少？（2）如果光纤的损耗变为0.25dBkm，则所需的输入光功率又为多少？2、均匀光纤，若n1.5，1.3m，试计算：（1）若0.25，为了保证单模传输，其纤芯半径应取多大？（2）若取a5m，为了保证单模传输，应取多大？第3章1.常用光源LD是以 为基础发 光。LED以 为基础发 光。 2.光与物质作用时有 、 和 三个物理过程。3. 对于半导体激光器的温度特性,温度升高阈值电流 增加 若此时注入电流不变，输出光功率减少. 4. 半导体光检测器主要有 PIN 和 APD 两种，基本原理是通过 受激吸收 过程实现 光电转换 。 5.在光纤通信系统中，对光源的调制可分 直接调制 和 外调制 两类。 1.LD具有输出功率（高）、输出光发散角（窄）、与单模光纤耦合效率（高）、辐射光谱线（窄）等优点。2、LED的主要特性参数为（输出功率与效率）、（输出光谱特性）、（响应速率与带宽）。3、PIN二极管的特点包括（耗尽层很宽）、（偏置电压很小）及响应速度（附加噪声小）。4、对光检测器的基本要求是高的（、响应度），低的（噪声）和快的（响应速度）。5、影响光源与光纤耦合效率的主要因素是（光源的发散角）和（光纤的数值孔径）。6、光纤和光纤连接的方法有两大类（活动连接）和（固定连接）。7、在一根光纤中同时传播多个不同波长的光载波信号称为（光波分复用）。8、影响光纤耦合性能的主要因素（插入损耗）、（附加损耗）、（分光比(耦合比) ）和（隔离度）。作业：3-4 LED的P-I特性呈线性，而LD的P-I特性呈非线性。LED产生是非相干光，功率低，方向性差；而LD发出的是相干光，功率高，方向性好。LED的波谱宽度比LD的宽。LED基本不受温度影响，而LD对温度变化敏感。LED使用寿命比LD长。3-9 0.87m（GaAs），1.29m（InGaAsP）第4章1、光发送机指标主要有 平均发送光功率 和 消光比 。 2、光接收机指标主要有 误码率、 、 灵敏度 和 动态范围 。 扰码线路编码调制电路光源背向光监测码型变换均衡放大输入码型变换电路APCATC光发送电路时钟提取告警检测3、为增大光接收机的接收动态范围，应采用 AGC 电路。 4画出数字光发射机组成方框图，并简述个部分功能。输入码型变换电路均衡放大补偿经电缆传输后产生的数字电信号失真。码型变换将电端机送入的信号码型从HDB3或CMI码变为NRZ码。扰码将信号中的长连“0”或“1”有规律地进行消除。线路编码-时钟提取提取与网络同步的时钟供给扰码与线路编码等电路。光发送电路调制电路用经过编码的数字信号对光源进行直接光强度调制，完成电/光转换。自动温度控制电路ATC保持光源的温度恒定在室温左右，以稳定LD的阈值电流，从而稳定发送光功率。自动功率控制电路APC检测发送光功率变化，动态调节光源的偏置电流，以稳定发送光功率。其余保护及告警检测电路实现LD过流保护、LD无光告警及寿命告警。5画出数字光接收机组成方框图，并简述个部分功能。(见教材)6. 按照转换步骤，试将二进制信号“1010000000001”转换成为HDB3码。 7 按照转换步骤，试将二进制信号“1000011000001”转换成为CMI码。8. 将以下HDB3码还原为二进制NRZ码（写出数字序列并画出波形），指出其中是否有误码。解：该HDB3码中无误码9. 将以下CMI码还原为二进制NRZ码（写出数字序列并画出波形），指出其中是否有误码。解：10画出半导体激光器（LD）数字信号的直接调制原理图（见教材）。11.画出光接收机自动增益控制的工作原理框图（见教材）。第5章1. SDH的常用设备有 、 、 和 。 TM 终端复用器、ADM 分/插复用设备、DXC数字交叉连接设备DXC 再生中继器2. STM-1中我国允许采用的支路接口有2.048Mb/s、 34.368 Mb/s和139.264Mb/s 三种PDH接口。一个STM-1可传 63个 2Mb/s信号。相当于传 1890个 话路。思考题 3.什么是SDH ? SDH的特点？SDH帧结构？ 4简述SDH的复用过程？STM_N的复用过程有如下6个步骤：（1）首先，异步信号被放入相应尺寸的容器C。容器的主要作用就是进行速率调整 。（2).由标准尺寸容器C加上通道附加字节POH便形成虚容器VC，即C+POH VC。 (3).VC加TUPTR指针便形成支路单元TU。 低阶VC+ TUPTR TU(4)多个支路单元TU复用后形成支路单元组TUG，即NTUTUG。(5)高阶VC， VC_3或 VC_4加上管理单元指针便形成管理单元AU，即VC_4+ AUPTR AU_4AUPTR 用来指明高阶VC在STM_N帧的位置。一个或多个在STM_N帧内占有固定位置的AU组成管理单元组AUG，即N AUAUG N=1或3(6).最后在N个AUG基础上加上段开销（SOH）便形成STM_N帧结构，即N AUG+SOH STM_N从以上的复接过程来看，SDH的形成包含三个过程:映射（ C VC）将PDH信号经打包成C，再加上相应的通道开销而成VC这种信息结构，这个过程叫映射定位校准（ VC TU及 VC AU ）定位是指通过指针调整，使指针的值时刻指向低阶VC帧的起点在TU净负荷中或高阶VC帧的起点在AU净负荷中的具体位置，使收端能据此正确地分离相应的VC。 同步复用N AU AUG）复用是一种使多个低阶通道层的信号适配进高阶通道层（例如TU12(3)TUG2(7)TUG3(3)VC4）或把多个高阶通道层信号适配进复用层的过程（例如AU-4(1)AUG(N)STM-N）。复用也就是通过字节间插方式把TU组织进高阶VC或把AU组织进STM-N的过程。由于经过TU和AU指针处理后的各VC支路信号已相位同步，因此该复用过程是同步复用 5. 140Mbit/s复用进STM-N信号的过程(1)首先将140Mbit/s的PDH信号经过码速调整（比特塞入法）适配进C4，C4是用来装载140Mbit/s的PDH信号的标准信息结构。容器的主要作用就是进行速率调整。这个过程也就相当于C4装入异步140Mbit/s的信号。C4的帧结构如图1所示。图 1 C4的帧结构图C4信号的帧有260列9行（PDH信号在复用进STM-N中时，其块状帧一直保持是9行），那么E4信号适配速率后的信号速率（也就是C4信号的速率）为：8000帧/秒9行260列8bit=149.760Mbit/s。（2）为了能够对140Mbit/s的通道信号进行监控，在复用过程中要在C4的块状帧前加上一列通道开销字节（高阶通道开销VC4-POH），此时信号成为VC4信息结构，见图2所示。图2 VC4结构图VC4是与140Mbit/sPDH信号相对应的标准虚容器，此过程相当于对C4信号再打一个包封，将对通道进行监控管理的开销（POH）打入包封中去，以实现对通道信号的实时监控。在将C4打包成VC4时，要加入9个开销字节，位于VC4帧的第一列，这时VC4的帧结构，就成了9行261列。从中发现了什么没有？STM-N的帧结构中，信息净负荷为9行261N列，当为STM-1时，即为9行261列，（3）SDH采用在VC4前附加一个管理单元指针（AU-PTR）来，以进行定位。此时信号由VC4变成了管理单元AU-4这种信息结构，见图3所示。 图3 AU-4结构图 一个或多个在STM帧中占用固定位置的AU组成AUG管理单元组。(4)将AUG加上相应的SOH合成STM-1信号，N个STM-1信号通过字节间插复用成STM-N信号。6.论述光纤损耗和色散对系统设计的限制。 答: 由于损耗的存在，在光纤的传输的光信号，不管是模拟信号还是数字脉冲，其幅度都要减小，它在很大程度上决定了系统的传输距离。所以系统在设计的时候要考虑用光信号的放大中继。色散是光纤的传输特性之一。由于不同波长光脉冲在光纤中具有不同的传播速度，因此，色散反应了光脉冲沿光纤传播时的展宽。光纤的色散现象对光纤通信极为不利。光纤数字通信传输的是一系列脉冲码，光纤在传输中的脉冲展宽，导致了脉冲与脉冲相重叠现象，即产生了码间干扰，从而形成传输码的失误，造成差错。为避免误码出现，就要拉长脉冲间距，导致传输速率降低，从而减少了通信容量。另一方面，光纤脉冲的展宽程度随着传输距离的增长而越来越严重。因此，为了避免误码，光纤的传输距离也要缩短。7.设140Mb/s数字光纤通信系统发射功率为3dBm，接收机的灵敏度为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0.05dB/km。计算中继距离L。（作业5-4） (L3（38）40.52/(0.050.40.05)60km)8已知某光纤通信系统的光发送机光源的入纤功率为2mW，光纤损耗为0.5dB/km，光纤平均接头损耗为0.1dB/km，光接收机最大允许输入光功率为32W,光接收机的动态范围可达19dB，系统富余度7dB。试核算在无中继传输距离分别为15km、40km、60km情况下，该系统能否正常工作?解：根据题意可得： pmax=101g(32103)=15 dBm PT=101g2=3 dBm 已知 D=19 dB =0.5 dB/KM 1=0.1 dB/KM M=7 dB 根据动态范围的定义： D=PmaxPmin 得 Pmin=PmaxD=1519=34 dBm 由 PT=Pmin+Lmax(+1)+M 得 Lmax=(PTPminM)/(+1)=(3+347)/0.6=50 Km Lmin=(PTPmaxM)/(+1)=(3+157)/0.6=18.3 Km 18.3L50显然在无中继传输距离为40Km的情况下，系统能正常工作；在15Km、60Km的情况下系统不能正常工作。9、作业5、6、7题10、SDH帧中的传送顺序是什么？答：SDH的帧结构由横向270N列（N=1、4、16、64、256）和纵向9行字节（一字节为8比特）的矩形块状结构组成。字节的传输从左向右，按行进行。首先由矩形块左上角第一个字节开始，从左向右，由上而下按顺序传送，直至整个9270N个字节都传送完毕，再转入下一帧。11、试计算STM-1段开销的比特数STM-1段开销共有：9行8列=72（字节）；由于一个字节为8比特，因此比特数为728=576bit。12、简述抖动和漂移的区别。定时抖动（简称抖动）定义为数字信号的特定时刻（例如最佳抽样时刻）相对其理想参考时间位置的短时间偏离。所谓短时间偏离是指变化频率高于10Hz的相位变化，而低于10Hz的相位变化称为漂移。漂移定义为数字信号的特定时刻（例如最佳抽样时刻）相对其理想参考时间位置的长时间偏离。所谓长时间偏离是指变化频率低于10Hz的相位变化。第7章1. 在125s内传输256个二进制码元，计算信息传输的速率是多少？若该信息在4s内有5个码元产生误码，试问误码率是多少？(2048kb/s; 6.1107)2. WDM的系统构成有 双纤单向传输 和 单纤双向传输 方式 。3. WDM系统由 光发送机、 光接收机、光中继机 、 光监控信道 、和 网络管理系统 组成。一、填空1.掺铒光纤放大器具有增益（高 ）、噪声（低 ）、频带（宽 ）、输出功率（高 ）等优点。2、掺铒放大器的关键技术是（、掺铒光纤）和（泵浦源）。3、在1.3m波段通常用掺（镨）光纤放大器，1.55m波段通常用掺（铒）光纤放大器。4、掺铒光纤放大器EDFA的基本结构主要由（掺铒光纤）（泵浦光源）（光耦合器）和（光隔合器）组成。二、简答1、简述掺铒放大器的（EDFA）的优点。2、光波分复用传输系统的双纤单向传输结构和单纤双向传输结构有什么区别？答案 1、（1）EDFA的工作波长正好落在1.531.56m范围内，与光纤最小损耗窗口一致，可在光纤通信获得应用；（2）耦合效率高，能量转换效率高；（3）增益高，增益约为3040dB，增益特性稳定；（4）输出功率大，饱和输出光功率约为1015dBm；（5）噪声指数小，一般为47dB；（6）频带宽，在1.55m窗口，频带宽度为2040nm，可进行多信道传输，有利于增加容量；（7）隔离度大，无串联，适用于波分复用系统；（8）连接损耗低，因为是光纤型放大器，所以与光纤连接比较容易，连接损耗可低于0.1dB。 2、双纤单向传输结构是指将不同波长的光载波信号结合在一起，经一根光纤沿同一方向进行传输的结构形式。反向传输可通过另一根光纤实现，传输结构与此相同。单纤双向传输结构是指在一根光纤中，光信号可以在两个方向传输，即某几个波长的光载波沿一个方向传输，而另几个波长的光载波沿相反方向传输的结构形式。由于使用的波长互不相同，从而单向双纤传输可以将不同方向的信息混合在一根光纤上，达到全双工通信的目的。第8章1.SDH传送网网络拓扑的基本结构有链形、星形、树形、环形和网孔形。2.按环上业务的方向可将自愈环分为单向环和双向环两大类；按网元节点间的光纤数可将自愈环划分为双纤环（一对收/发光纤）和四纤环（两对收发光纤）；按保护的业务级别可将自愈环划分为通道保护环和复用段保护环两大类。3. 二纤通道保护环由两根光纤组成两个环，其中一个为主环S1；一个为备环P1。两环的业务完全一样流向一定要相反。通道业务的保护实际上是11保护。优点倒换速度快，便于配置维护。缺点是网络的业务容量不大，单向通道保护环的最大业务容量是STM-N。4. 二纤单向复用段环，主环S1上传主用业务，备环P1上传备用业务；因此复用段保护环上业务的保护方式为11保护。当光缆的光纤都被切断时，在故障端点的两网元C、B产生一个环回功能。5二纤双向复用段保护环上无专门的主、备用光纤，每一条光纤的前半个时隙是主用信道，后半个时隙是备信道，两根光纤上业务流向相反。双纤双向复用段保护环的保护机理如图1，S1/P2光纤上的P2时隙用来保护S2/P1光纤上的S2业务 。 在环网BC间光缆段被切断时，网元A到网元C的主用业务沿S1/P2光纤传到网元B，在网元B处进行环回（故障端点处环回），环回是将S1/P2光纤上S1时隙的业务全部环到S2/P1光纤上的P1时隙上去然后沿S2/P1光纤经网元A、网元D穿通传到网元C，在网元C执行环回功能（故障端点站）网元C提取该时隙的业务，完成接收网元A到网元C的主用业务。见图2。 图 1 图 2新技术讲座-SDH原理部分1. STM-4 信号的帧结构有 27094 字节，其中RSOH有 934 字节。2. 接收端对所接收的解扰前 STM-1 帧进行 BIP-8 校验，所得的结果与所接收的下一个 STM-1 帧的 B1字节相异或，值为 10001100 那么这意味着 STM-1 帧出现 误码块 ，个数为 3个误码块 。3. AU-PTR 的值在 H1、H2字节的后10个bit ，调整单位为 3 个字节，TU-PTR 的值在 V1、V2的后10个bit ，调整单位 1 个字节。4. 若 VC-4 与 AU 无频差和相差，AU-PTR 的值是 522 ，TU-PTR 的值是 70 。5. 基本网络拓扑 链型 、 树型 、 星型 、 环型 、 网孔型 。6. PDH 传输体制划分为 欧洲系列 、 日本系列 、 北美系列 三个数字系列，其中基群数率为1.544Mb/s 的是日本/北美的数字系列，基群数率为 2.048Mb/s 的是欧洲的数字系列。7. STM-1可复用进 63 个2M信号， 3 个34M信号，1个140M信号。8. 目前我国SDH网络结构分四个层面，第一层面为 长途一级干线网 ，第二层面为 二级干线网 ，第三层面为 中继层 ，第四层面为 接入层 。二、选择1、仅就对信号交叉的灵活性而言，下面哪种网元交叉灵活性最大。