光纤通信复习.doc

第一章 概述1、 利用光导纤维传输光波信号的通信方式称为光纤通信。2、 光波属于电磁波的范畴，紫外线、可见光、红外线。目前光纤通信的实用工作波长在近红外区，即0.81.8m的波长区，对应的频率为167375THz。3、 目前光纤通信的使用工作波长的三个低损耗窗口为0.85m,1.31m,1.55m。4、 电发射机：输出脉冲调制信号； 光发射机：将电信号转换成光信号耦合进光纤； 光中继器：接受并放大光信号； 光接收机：将光纤送过来的光信号转换成电信号，使其恢复为原来的脉码调制信号送入电接收机。5、 广信通信的优越性： 传输频带宽，通信容量大 传输损耗小，中继距离长 抗电磁干扰的能力强。光纤线径细、重量轻，并且制作光纤的资源丰富。第二章 光导纤维1、光线的结构：由外到内分别是：涂敷层、包层、纤芯。纤芯的折射率（n1）大于包层(n2)、直径(2a)小于包层(2b)。2光纤按照横截面折射率分布的不同划分为：阶跃型光纤和渐变型光纤。阶跃型光纤的纤芯和包层折射率沿半径保持一定，且闲心和包层的折射率在边界出呈阶梯性变化；渐变型光纤纤芯折射率随半径增大而逐渐减小包层中折射率均匀。3、根据光纤中传输模式数量分为：单模光纤和多模光纤。光线中只传输一种模式时叫做单模光纤；在一定的工作波长下，多模光纤是能传输多种模式的介质波导。4、斯奈尔定理：反射定律：1=1 折射定律：n1sin1=n2sin2 n=cv5、平面波的全反射：sinc=n2n1（c为临界角）全反射条件：12 c1n2.12、单模传输的条件：0V2.40483，最大时延差max=Ln1c19、光纤的非线性效应是指在强光场的作用下，光波信号和光纤介质相互作用的一种物理效应它包括由散射作用而产生的非线性效应和由光纤折射指数随光强度变化而引起的非线性效应。20、受激拉曼散射是指当光信号输入光纤后，引发介质中分子振动，这些分子振动对入射光调制后会产生新的光频，从而对入射光产生散射作用。第三章 光纤通信器件1、有源光器件包括半导体光源、收端的半导体光电检测器和光放大器。2、目前用于光纤通信的光源包括半导体激光器（LD）和半导体发光二级管（LED）.3、光是由能量为hf的光量子组成的，其中h为普朗克常数；f是光波频率。4、原子能级的概念：电子在原子钟围绕原子核按一定轨道运动，而且只能有某些允许的轨道。由于在每一个轨道内运动，就相应具有一定的电子能量，因此，电子运动的能量只能有某些允许的数值。这些所允许的能量值因轨道的不同，都是一个个地分开得，即是不连续的。我们把这些分立的能量值称为原子的不同能级。5、光和物质的相互作用分为：（1）、自发辐射。它的特点：这个过程是在没有外界作用的条件下自发产生的，是自发跃迁。辐射光子的频率不同，频率范围很宽。电子的发射方向和相位也是各不相同的，是非相干光。（2）、受激吸收，特点：这个过程必须在外来光子的激发下才会产生，是受激跃迁。原来光子的能量等于电子跃迁的能级之差。受激跃迁的过程不是放出能量，而是消耗外来光能。（3）、受激辐射，特点：外来光子的能量等于跃迁的能级之差。受激过程中发射出来的额光子与外界光子不仅频率相同，而且相位、偏振方向和传播方向都相同，因此称它们是全同光子。这个过程可以使光得到放大。6、 粒子数反转分布是指物质受激辐射作用大于受激吸收作用，也就是必须使N1N2。即处于高能级的光子数多于处于低能级的光子数。7、 激光器的基本组成必须包括下面三部分：能偶产生激光的工作物质，能够使工作物质处于粒子数处于反转分布状态的激励源，能够完成频率选择及反馈作用的光学谐振腔。8、 光学谐振腔内有损耗，镜内也有损耗 9、 增益系数G是指光通过单位长度的激活物质之后，光强增加的百分比。10、 光纤通信对半导体发光器件的基本要求是： 光源的发光波长应符合目前三个低损耗窗口，即短波长波段的0.85m、长波长波段的1.31m与1.55m。 能长时间连续工作，并能提供足够的光输出功率。 与光纤的耦合效率高。 光宇的频谱宽度窄。 寿命长，工作稳定。11、半导体激光器的阈值特性是指当外加正向电流达到某一值时，输出光功率将急剧增加，这是将产生激光振荡，这个电流称为阈值电流。12激光视如何产生的？13、目前光纤通信系统中，常用的半导体光电检测器有两种：PIN光电二极管，APD雪崩光电二极管。14、半导体的光电效应是指光照射到半导体的P-N结上，若光子能量足够大，则半导体材料中价带的电子吸收光子的能量，从价带越过禁带到达导带，在导带中出现光电子，在价带中出现光空穴，即光电子空穴对，又称光生再流子。光生载流子在外加负偏压和内建电场的作用下，在外电路中出现光电流，从而在电阻R上有信号电压产生。这样，就实现了输出电压跟随输入光信号变化的光电转化作用。15、PIN光电二极管中得I指在P型材料和N型材料之间加一层轻掺杂的N型材料。16、暗电流是指在没有光照射时，光电检测器应无光电流输出。但是实际上由于热激励、宇宙射线或放射性物质的激励，在无光情况下，光电检测器仍有电流输出。17、光放大器主要包括半导体光放大器和光纤放大器。光纤放大器又包括（1）非线性光纤放大器和（2）掺饵光纤放大器（EDFA）：它的工作波长在1.531.56m。它的工作原理：铒离子有三个工作能级E1亚态、E2亚稳态和E3激发态。铒的正三价离子在未受任何激励的情况下，处于E1能级上，当用泵浦光源的激光不断地激发掺饵光纤时，处于稳态的粒子获得能量会向高能级跃迁。由于在高能级上得粒子是不稳定的，它会迅速以无辐射过程落到亚稳态上，该能级上得粒子相对来讲有较长的寿命。由于泵浦光源不断的激发E2上得粒子数不断增加，则E1上得粒子数数减少，这样掺饵光纤中就实现了粒子数反转分布状态当输入光信号的光子能量E=hf正好等于E2和E1的能极差时，则在E2上得粒子将以受激辐射的形式跃迁到E1上，辐射出全同光子，从而增加光子数量使得输入光在掺饵光纤在键盘美国变成一个强的输出光信号，实现了光的直接放大。EDFA的泵浦方式分为同向泵浦方式、反响泵浦方式和双向泵浦方式。17、噪声系数F=放大器的输入信噪比/放大器的输出信噪比18、光纤拉曼放大器分为分立式RFA和分布式RFA两种。分布式RFA的带宽更大。19、插入损耗L等于输出光功率之和与输入光功率之比的分贝值，分光比T等于两个输出端口的光功率之比，插入损耗和分光比都属于耦合器的特性。20、波分复用技术是指在同一根光线中能同时传输多波长光信号的技术。 第四章 光纤通信系统1、光纤通信系统中得内调制：强度调制直接检波（IM-DD）。2、光发射机是将电信号转化为光信号。3、对光发射机的要求：光源的发光波长要合适合适的输出光功率较好的消光比EXT=全“0”码时的平均输出功率全“1”码的输出功率调制特性好4、随着激光器的老化输出光功率降低，随激光发光器的温度升高输出光功率下降，随环境温度的升高输出光功率降低。5、光电检测器前置放大器主放大器。6、一般通信系统的中继距离可以表示为：La=（PTPRACTPCRPPMEART）(AfAsLfMc) 即（距离=允许损耗总和每公里的损耗）。7、接收机的灵敏度是指在满足给定误码率（BER）的条件下，光接收机能够接收到的最小平均光功率。第五章 SDH WDH1、同步数字体系（SDH）是一种新的传输体制。2、SDH网的概念中包含以下几个要点： SDH网有全世界统一的网络结点接口（）简化了信号的互通和信号的传输、复用、交叉连接等过程。SDH网有一套标准化的信息结构等级，称为同步传输模块STMN（N=1,4,16,64）。STM1 155.520Mbit/s STM4 622.0800Mbit/s SDH网的基本网络单元有终端复用器（TM）、分插复用器（ADM）、再生中继器（REG）和同步数字交叉连接设备（SDXC）等。3、要规范一个统一的网络结点接口，则必须有一个统一、规范的接口速率和信号帧结构。4、段开销（SOH）是指帧结构中，为了保证信息正常传送而供网络运行、管理和维护所使用的附加字节，信息净负荷区域内存放的事有效传输信息，它是由有效传输信息加上部分用于通道监视、管理和控制的通道开销组成。管理单元指针是一组数码，用来指示净负荷中信息起始字节的位置。4、各种信号复用映射进STMN的过程，都必须经过映射、定位和复用三大关键步骤。5、SDH的复用结构是由一系列复用单元组成，常用的有容器（C）、虚容器（VC）、管理单元（AU）、支路单元（TU）。 容器（C）实际上是一种装载各种速率业务信号的信息结构，主要完成PDH信号与VC之间的适配功能。 虚容器（VC）是用来支持SDH通道层连接的信息结构，它是由标准容器（C）的信号加上用以对信号进行维护与管理的通道开销（POH）构成的。 支路单元与支路单元组是为低阶通道层和高阶通道层提供适配功能的一种信息结构它是由虚容器和一个相应的支路单元指针构成。 管理单元是一种在高阶通道层和复用层提供适配功能的信息结构，它由高阶VC和一个相应的管理单元指针构成。 同步传输模块6、由图56可知： 将139.264Mbits的支路信号送入高阶容器（C4）做适配处理，经码速调整之后输出149.760Mbits数字信号； 在C4基础上每帧加9个字节的通道开销（POH），从而构成VC4，起输出的信号速率为150.336Mbits； 在VC4内加上管理单元指针（AUPTR），构成AU4，则信号速率为150.912 Mbits； 在N=1时，由一个AUG加上段开销后，则STM1信号的速率为155.520 Mbits。7、DXC连接类型：单向、双向、广播式、环回和分离接入。8、目前国际上所使用的同步方式有主从同步方式、相互同步方式和准同步方式，但大多数国家普遍采用主从同步方式，树主从同步方式就是要在同步网中设立一个最高级别的准时钟，而其他的时钟均逐级与上一级时钟保持同步，以此来实现与主时钟同步的目的。9、时钟电路的运行模式有所不同大致可以分为正常工作状态、保持工作模式和自由运行状态三种状态模式。10、波分复用（WDM），密集波分复用（DWDM），粗波分复用（CWDM）之间区别在于它们各自通道间隔的不同。WDM的通道间隔几十纳米甚至只有0.82nm。WDM的特点：光波分复用器结构简单、体积小、可靠性高；提高光纤的频带利用率；降低对器件的速率要求；提供透明的传送通道；可更灵活地进行光纤通信组网；存在插入损耗和串光问题。11、WDM对光源：激光器的输出波长保持稳定 激光器应具有比较大的色散容纳值 采用外调制技术 WDM对光电检测器的要求：要求光电检测器具有多波长检测能力。12、WDM的光监控信道一般位于EDFA增益有效区外面，为1510nm。13、OXC和DXC的比较： OXC在光层上完成交叉连接功能，而DXC是在电层上进行的。 OXC可以对不同速率和采用任何传输格式的信号进行交叉连接操作，DXC是针对不同传输格式和不同传输速率的信号的出来方式不同。 DXC受电子速率的限制，交叉连接速率较低。 OXC中无需进行时钟信号同步与开销处理，便于网络升级。14、OXC的实现方式有三种：光纤交叉连接是指以一根光纤中传输的总量为基础进行交叉连接的方式、 波长交叉连接是指可以将光纤中的任何波长交叉连接到使用相同波长的任何光纤上得实现方式和 波长转换交叉连接是指可以将任何输入光纤上得任何波长交叉连接到任何输出光纤上得实现方式15、影响波分复用性能的因素：制作技术和成本限制 串扰影响 稳频 阻塞特性。16、WDH系统中得最小光功率出现在光放大器的输入端，而最大光功率出现在经放大后的输出功率。17、147页图5-19中为什么要用两种EDFA：因为没有一种EDFA能同时对两种不同波长的输入光进行放大。18、经常出现的网络故障包括以下几种：设备故障 链路故障 软件故障19、网络生存性性能的主要技术指标：冗余度是指网络中总得空闲量与总工作量之比恢复率是指以恢复的通道数占原来失效通道数的比例恢复时间是指在以一定恢复率为目标的情况下，恢复网络所需要的时间。一般冗余度越大，网络恢复时间越短，恢复率越高。20、自愈功能是指当网络中出现故障时，能够在无需人为干预的条件下，在极短时间内从失效状态