光纤通信考试内容.doc

优点：通信容量大单模OF，B=10GHzkm传输距离远;抗电磁干扰能力强;保密性好;重量轻，体积小;资源丰富，节约有色金属和能源缺点：光纤切断和接续需要一定的工具，设备和技术;质地脆，机械强度低;分路，耦合不灵活;光纤，光缆弯曲半径不能过小(20mm);需要O/E、E/O转换;光放大需要特殊设备数值孔径：NA=sinc=根n1 -n2 n1根2(n0=1); 数值孔径 (sin c )：从空气入射到光纤纤芯端面的光线被光纤捕获为束缚光线的最大入射角c的正弦值。数值孔径NA：描述光纤接收光和传输光的能力。 时间延迟：光线传输的时间分布； 子午光线：传播路径与光纤轴线相交的光线. 光波模式：是指能够独立存在的电磁场的分布结构形式单模条件：VV/VC=c/c时高阶模式截止，光纤单模传输。色散(Dispersion)：不同频率的电磁波以不同的群速度和相速度在介质中传播，而形成波形展宽的物理现象。 色散对传输的影响: 时域，脉冲展宽，前后脉冲重叠，形成数字信号码间串扰；频域，限制带宽。 种类：模式色散；材料色散；结构色散；偏振色散。损耗系数：降低信号幅度；限制传输距离光源：功能：将电信号转换为光信号。种类：半导体激光二极管(LD: Laser Diode)， 发光二极管(LED: Light Emission Diode)，固体激光器 受激辐射：辐射光频率、相位、偏振态和传播方向与入射激励光同相干光自发辐射：辐射光频率和方向有一定范围，相位偏振态混乱非相干光激光振荡的阈值条件：增益=损耗； 激光振荡的相位条件：腔长L为半波长的整数倍基本结构：双抑制结(DH)平面条形结构(三种半导体材料).有源层：窄禁带P型半导体，厚度：0.10.3m；限制层：宽禁带P型和N型半导体； 晶体前后解理面，作为FP腔。电光延迟：输出光脉冲和注入电流脉冲之间存在一个初始时间延迟，称为电光延迟时间td，ns量级。 弛张振荡：电流注入激光器后，输出光脉冲出现幅度逐渐衰减振荡现象。自脉动现象：某些LD在脉冲调制甚至直流驱动下，注入电流达到某范围时，输出脉冲出现持续等幅高频振荡的现象。 振荡频率0.22GHz。影响：限制LD的调制特性。产生原因：LD内部的非线性增益和导致双稳态现象。光电检测器：功能：将光信号转换为电信号。通信用光源种类：PD光电二极管；PIN光电二极管；雪崩光电二极管(APD)倍增因子g：输出光电流Io和一次光生电流Ip的比值。光探测器的作用是利用光电效应把光信号转变为电信号。光纤通信中最常用的光电检测器是PIN和APD。PIN和APD探测器的主要区别是APD利用雪崩倍增效应使光电流得到倍增，所以APD能够提供内部增益，而PIN却不能。EFDA：基本应用:延长中继距离;与WDM技术结合，实现扩容;与CATV等结合;与光孤子技术结合，实现超大容量、超长距离光纤通信光发射机：功能：数字基带电信号光信号 E/O实现：数字电信号调制光源；用耦合技术注入光纤线路调制方式：直接(内)调制，间接(外)调制组成：光源实现电/光转换，决定着光发射机的性能电路调制电路、控制电路、编码电路线路编码：适应光纤线路传输的编码码型调制电路：与光源一起将电信号转换为光信号控制电路：ATC,APCATC: 半导体光源输出特性受温度影响大。为了保证特性的稳定性，必须进行温度控制(ATC)温度控制装置的组成： 制冷器、热敏电阻。APC: 问题：温度变化LD输出光功率不稳；解决：改进电路进行自动功率控制。数字光发射机方框图:对通信用光源的要求： 光学特性： 波长：对应光纤低损窗口， 谱宽：窄，即要求单色性要好，降低色散对带宽限制 方向性：好，远场辐射角要小，与光纤的耦合效率高 电/光转换效率：高。低驱动电压大功率，稳定的光输出 驱动电压输出光功率，线性良好。 调制速率(响应速度)：快。以满足传输容量的要求。 温度特性：稳定、可靠、寿命长，常温下连续波工作。 实体特性：体积小，重量轻，价格低廉，使用方便 性能指标：1.平均发送光功率及其稳定性：又称平均输出光功率，指光源尾纤的平均输出光功率。表示 以绝对功率值表示，W或mW；1mw为参考电平绝对电平值表示，以dB为单位；输出光功率的稳定性：要求在环境温度变化或器件老化过程中，输出光功率要保持恒定，一般稳定度为5%10%。 2.消光比EXT：发“0”光功时率P0与发“1”时输出光功率P1之比，即： 作用：反映光发射机的调制状态，消光比值太大，表明光发射机调制不完善，电光转换效率低；影响接收机的接收灵敏度，满足指标的光发射机，要求EXT10%。 光接收机：功能：光信号转换电信号：检测 接收光信号；放大、整形、再生原始数字信号。主要性能指标：灵敏度(误码率)、动态范围。决定因素：光检测器性能，电路设计。基本组成：直接强度调制、直接检测方式的数字光接收机主要包括：光检测器、前置放大器、主放大器、均衡器、 时钟提取电路、取样判决器以及自动增益控制(AGC)电路。光检测器功能：实现光/电转换。其性能：响应度、噪声，直接影响光接收机灵敏度。对光检测器的要求 响应波长：对应光纤低损窗口， 响应度：高，在一定接收光功率下，产生尽可能大的光电流。 噪声：低；能接收微弱光信号； 性能稳定，可靠性高，寿命长，功耗小，体积小。适用光检测器：PIN光电二极管，雪崩光电二极管。前置放大器 要求：低噪声其噪声极大地影响接收灵敏度 噪声由放大器类型决定，三种类型放大器可用作前放。 前置放大器：主要作用是保持探测的电信号不失真地放大和保证噪声最小，一般采用场效应晶体管(FET)。PIN/FET和APD/FET。量子噪声：光信号入射到光检测器上时，光电子的产生和收集过程具有统计特性(泊松分布)。光电效应产生的光生载流子数是随机起伏的，这是光检测过程的基本特性，从而使当其他条件都达到最佳化时，接收机灵敏度具有一个最低极限。暗电流噪声：当没有光信号照射光检测器时，外界的一些杂散光或热运动也会产生一些电子空穴对，光检测器还会产生一些电流，这种残留电流称为暗电流。接收灵敏度Pr：保证通信质量(限定误码率或信噪比)条件下，光接收机所要求的最小平均接收光功率。单位：dBm(分贝毫)表示：能够接收到最弱光信号的能力。灵敏度越高，无中继通信距离越长，通信容量越大。光接收机的灵敏度是以一定误码率条件为基础误码率（BER）：一定时间内，传输总码流中误判码元数目与传输总码元的比值动态范围：在限定的误码率条件下，光接收机所能承受的最大平均接收光功率Pmax（单位：dBm）和所需最小平均接收光功率Pr （单位：dBm）之差（单位：dB）。受调制的光源特性参数有：功率、 幅度、频率、相位误码率（BER）： 是在一个较长时间内的传输码流中出现误码的概率，它对话音影响的程度取决于编码方法。抖动：数字信号的有效瞬间对于标准时间的位置偏差。 输入脉冲信号在平均位置的左右变化； 提取时钟信号在中心位置的左右变化； 抖动的单位：UI，表示单位时隙，二进制NRZ信号，1UI=T(一个码元周期),数值上等于传输速率fb的倒数。可靠性：描述系统的故障可能性光中继器：作用：补偿信号衰减；对波形失真信号整形； 延长光纤通信距离；中继器分类：有人站：监测、公务、远供、区间通信； 无人站：供电；中继距离：衰减限制系统：中继距离的设计方法：最坏情况法；统计法；半统计法色散限制系统：线路编码必要性：光脉冲只能传送单极性码；需要电信号双极性码的码型变换；单极性二进制码含直流分量，其随机漂移(基线漂移)造成判决困难；随机码流中存在的长连“0”或长连“1”码，可能造成位同步信息丢失，给定时提取造成困难而产生误码。简单的单极性二进制码不能进行传输的检错和纠错；不利于长途通信系统的维护；PDH:PDH：在低速率群路的信号采用同步复用，而多数高等级信号采用异步复用，即靠塞入额外比特使各路信号与复用设备同步并复用为高速信号，这样的系统称准同步数字系统：PDH。PDH各次群比特率相对于其标准值有一个规定的容差，而且是异源的，通常采用正码速调整方法实现准同步复用。 PDH的缺点： 各独立系列相互不兼容，没有统一的光接口标准； 没有足够的开销比特，用于网络运行、管理、维护和指配等管理的信息不足，不能满足电信网络不断扩大、技术不断更新的要求； 高低速率信号的不能直接分插/复用,必须逐级进行，使得复接/分接设备结构复杂，上下话路价格昂贵； PDH传输线路主要是点对点连接，缺乏网络拓扑的灵活性，使数字设备的利用效率低，网络调度性差，缺乏自愈功能。SDH:SDH网络的构成： 终端设备，即终端复用器TM； 分插复用设备ADM； 数字交叉连接设备DXC； 物理链路光纤；SDH传输网与PDH相比的特点:v SDH采用统一的标准传输速率等级： STM-1，最低等级，传输速率：155.520Mb/s; STM-4，4个STM-1复接成一组STM-4，速率：622.080Mb/s； STM-16，4个STM-4复接成一组STM-16，速率：2488.32Mb/s； STM-N，N=1、4、16、64. 标准统一，可以承载不同格式的数字信号，如PDH，ATM信元，IP分组，以太网帧等，有利于不同通信系统互连。v 具有统一标准的光接口： 有利于建立世界统一的通信网络； 简化硬件，降低了网络成本；v 帧结构中有丰富的开销比特： 可用于网络的运行、维护和管理，便于实现性能的监测、故障监测、定位故障报告等管理功能。v 采用数字同步复用技术： 以字节(8bit)为最小复用单位，不必进行码速率调整，简化复接/分接设备； 低速率信号与高速率信号间的复接/分接，不必逐级进行;v SDH与PDH网络具有完全的兼容性：SDH系统的不足:v 频带利用率低于PDH： 因为增加了大量维护管理比特； 如，PDH四次群(139.264Mb/2)与STM-1(155.520Mb/s)同时复用64个基群；v 技术和设备更复杂： 因为采用了指针技术；v 易遭受病毒入侵，发生系统故障、甚至造成系统瘫痪；帧结构是实现数字同步时分复用，保证网络可靠有效运行的关键；三部分：段开销，信息载荷，管理单元指针；块状结构，以字节为基础；STM-N帧：9行270N列，每列为1个字节，(1byte=8bit)；帧周期：T=125s, 8000帧/s ;STM-1,传输速率：927088000 = 155.52(Mb/s);发送顺序：行：由上而下；列：由左到右；段开销(SOH: Section Overhead)： 保证信息正常传输所必须的附加字节； 作用：运行、维护、管理；帧定位，误码检测、公务通信、自动保护倒换、网管信息传输等。 占用字节数(STM-1)：8行9列1=72Byte=576bit， SOH容量：5768000=4.608Mb/s; 13行,19N列，再生段开销(SOH); 59行，19N列复接段开销(LOH)；v SDH丰富的开销为其实现强大的OAM和智能化奠定了基础。信息载荷：用于承载各种业务信息的部分； STM-1，92611=2349byte=18792bit； 容量为：234988000=150.336Mb/s; 通道开销(POH):少量字节用于通道运行、管理和维护；管理单元指针(AU-PTR):用于指示信息载荷第一个字节在帧内的准确位置(相对于指针位置的偏移量) 指针容量(第四行，19列)： STM-1，988000=0.576Mb/s;采用指针技术是SDH的创新，结合虚容器(VC)的概念， 解决了低速信号复接成高速信号时，由于小的频率误差所造成的载荷相对位置漂移的问题。SDH同步的概念:同步：网同步；同步方式：主从同步网同步：网络中所有交换机节点时钟频率和相位都控制在预先确定的容差范围，使网内交换节点的全部数字流实现正确有效的交换。光同步数字传输网：若干满足同步SDH网络单元组成，在光纤上实现同步信息传输、复用、交叉连接的网络。同步方式： 伪同步：各数字交换局的时钟相互独立，毫无关联； 精度、稳定度极高的铯原子钟，误差小； 应用：国际数字网，不同国家之间。 主从同步：主局设高精度时钟，各分局受控于该主局时钟， 并逐级下控，直到末端网元终端局。 应用：一个国家、地区内部的数字网。自愈功能：无需人为干预情况下，能在极短时间内(ITU-T建议T50ms)，从失效状态自动恢复所携带的业务，使用户感觉不到网络出现了故障。基本原理：网络具有备用路由，并重新确立通信的能力。二纤单向通道保护（倒换）环：1+1保护; 二纤双向通道保护（倒换环：1+1 或 1:1保护； MSTP:概念：MSTP：Multi-Service Transfer Platform采用SDH平台，实现TDM、ATM、Ethernet业务的接入、处理和传送，提供统一网管的多业务节点接口。主要功能 具有TDM业务、ATM业