《光纤通信习题》PPT课件

第0章绪论,一、填空题1.光纤通信是以为载频，以为传输介质的通信方式。2.光通信系统使用电磁波谱中近红外区域的高频电磁波，其频率约为。3.光纤通信系统的通信窗口的波长范围是。4.光纤通信的最低损耗波长是。零色散波长是。,光波,光导纤维（光纤）,300THZ,0.71.7m,1.55m,1.31m,二、判断题1.光发送机的作用是将光形式转化为电信号。（）2.确定接收机性能的一个重要参数是接收机灵敏度。（）3.对光参数调制，目前大多数光纤通信系统都采用相位调制。（）4.光中继器的作用是为了延长通信距离。（）,三、选择题（有一个或多个答案）1.在光通信发展史上，（）和（）两个难题的解决，开创了光纤通信的时代。A宽带光纤B小型光源C省源光源D低损耗光纤2.目前光纤通信常用的窗口有（）A0.85mB2mC1.31mD1.55m,3.目前光纤通信广泛使用的光源有（）ALEDBLDCPCMDPDH4.光纤通信是以光波为载频，以（）为传输介质的通信方式。A电缆B无线电磁波C光纤D红外线,四、简答题1.光纤通信主要有哪些优点？答：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.为什么说光纤通信比电缆通信的容量大？答：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，但是频率差别很大。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3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。,3.简述五代光纤通信所工作的波段和最大通信容量。答：第一代工作于0.85m，最大通信容量约500Mb/(skm)；第二代工作于1.31m，最大通信容量约85Gb/(skm)；第三代工作于1.55m，最大通信容量约1000Gb/(skm)；第四代采用光放大器增加中继距离，采用频分和波分复用技术增加比特率，最大通信容量约为2000Gb/(skm),第五代以光孤子脉冲为通信载体，以光时分复用技术（OTDM）和波分复用技术（WDM）联合复用为通信手段，以超大容量、超高速率为特征。,4.光纤通信的主要应用是什么？答：有线、无线通信网；构成因特网的计算机局域网和广域网；有线电视的干线和分配网；综合业务光纤接入网。,第1章光纤传输理论,一、填空1.光纤的导光原理与结构特性可用理论与理论两种方法进行分析。2.光纤中，导引模的截止条件为或。3.单模光纤中不存在色散，仅存在色散，具体来讲可分为和。,射线,导波,=0,u=0,模间,模内,材料色散,波导色散,4.光纤色散参数的单位为，代表两个波长间隔为的光波传输后到达的时间的延迟。5.对纯石英光纤，在=处，材料色散参数DM=0，在=处，色散参数D=DM+DW=0,这个波长称为。6.在单模光纤中，由于光纤的双折射特性使两个正交偏振分量以不同的群速度传输，也将导致光脉冲展宽，这种现象称为。,ps/(nmkm),1nm,1km距离,1.276m,1.31m,零色散波长,偏振模色散（PMD）,7.单模传输条件是归一化参量。8.散射损耗与及有关。9.目前通信上常用的三种通信光纤为、和。10.数值孔径（NA）越大，光纤接收光线的能力越，光纤与光源之间的耦合效率就越。11.允许单模传输的最小波长称为。12.降低延时色散应NA。,V1的材料制作的APD，为减小它的过剩噪声系数，在设计其结构时应该注意哪些问题？答：为减小过剩噪声系数，对k1时，应尽量使空穴电流注入高场区，在实际的二极管中，应尽量避免k=1的情况，这样可以使倍增噪声较小，增益也比较稳定。,五、计算题1.已测得某数字光接收机的灵敏度为求它的dBm值。,解：,2.一个GaAsPIN光电二极管平均每三个入射光子产生一个电子空穴对。假设所有的电子都被收集。（1）计算该器件的量子效率（2）在0.8m波段接收功率是10-7W，计算平均输出光电流。,解：,3.已知（1）SiPIN光电二极管，量子效率，波长；（2）Ge光电二极管计算它们的响应度。,解：响应度为,4.已知放大器的噪参量z=1.05106,传输光波长为0.85m,用si光电二级管作检测器,其量子效率=0.7,计算8.448Mbit/s的二次群光接收机的灵敏度(误码率要求为10-9，Q=6)。,解：=0.7，Q=6，,第四章4.1光波系统设计,一、填空点到点连接成最简单的光波系统，称为。损耗对光波系统传输距离的限制，可用克服。在局域网中使用光纤的意义在于光纤系统能提供。高速长距离光波系统主要受的影响，而不受光纤损耗的限制。对于这种系统，光放大器不能无限制级联，可采用和级联的方案来延长系统长度。,链路,光纤放大器,宽的带宽,色散,光放大中继器,光电光中继器,二、简答题1.光波通信系统的应用可分为哪几类？答：点到点连接；广播与分配网；局域网2.什么叫光波系统的局域网（LAN）？答：光波系统的许多应用要求在网络中一个局域内的大量用户相互连接，使任何用户可以随机地进入网络，将数据传送给其他用户，这样的网络称为局域网（LAN）。,3.设计一个光纤通信系统需考虑哪些问题？答：选择路由，设置局站；确定系统的制式、速率；光纤选型；选择合适的设备，核实设备的性能指标；对中继段进行功率和色散预算。,4.给出输入抖动测试原理框图，并简述测试步骤。,三、计算题1.设系统平均发射功率；接收灵敏度；设备余量；连接器损耗对；光纤损耗系数；光纤余量；每千米光纤平均接头损耗计算中继距离？,解：,平均发射功率(dBm)；接收灵敏度(dBm)；连接器损耗(dB/对)；系统余量(dB);光纤损耗系数(dB/km)；每千米光纤平均接头损耗(dB/km)光纤余量(dB/km)L(km),2.某1.3m光波系统，速率为100Mb/s，采用InGaAsPLED光源，耦合进单模光纤的平均功率为0.1mW，光纤损耗为1dB/km，每2km处有0.2dB连接损耗，光纤链路两端各有一插入损耗为1dB的活动连接器，采用PIN接收机，灵敏度为100nW,要求保留6dB系统余量，试做功率预算，确定最大传输距离。,3.设104mb/s数字光纤通信系统发射光功率为-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，光纤损耗余量为0.05dB/km。计算中继距离。,4.根据上题的计算结果，设线路码传输速率B=168Mb/s，单模光纤色散系数C()=5ps/(nmkm)。问该系统应采用谱线宽度(rms)为多少的多纵模激光器作光源？,4.2SDH,一、填空题1.对于同源信号，由于各支路信号是，因而复接时不需要进行码速率的调整，这种信号的复接叫。2.对于异源信号，各支路信号首先要进行码速率的调整，然后再进行复接，这种复接方法叫。3.终段复用器（RM）的基本功能是把复用进SDH信号，或将复接成高阶STM-N线路信号。,同步的,同步复接,异步复接,PDH信号,低阶SDH支路信号,4.分插复用器ADM的基本功能是从线路信号中将信号分出和插入。5.段开销可分为开销和开销。,低阶信号,复用段,再生段,1.试计算STM-1段开销的比特数。答：STM-1段开销共有：9行9列=81字节；比特数为：818=648bit。,简答：1.相对于PDH而言，SDH有那些优点？答：通信容量大传输性能好接口标准组网灵活方便管理功能强大等优点。,2.什么叫网同步，简要说明SDH采用网同步方式。答：就是致使网络中所有节点的时钟频率和相位都控制在预先确定的容差范围内，以便使网的各交换节点的全部数字流实现正确、有效的交换。SDH通常采用主从同步方式。,1.光放大器分为哪几类？答：光放大器有多种类型，与光纤通信直接有关的包括半导体放大器、非线性放大器、掺杂光纤放大器等。非线性放大器包括：光纤喇曼放大器和光纤布里渊放大器；掺杂光纤放大器包括：掺铒光纤放大器、掺镨光纤放大器。,光放大器,2.简述掺铒光纤放大器的优点。答：（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；（2）耦合效率高，能量转换效率高；（3）增益高，约为3040dB，增益稳定性好；（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，无串扰，适用于波分复用系统；（8）连接损耗低，可低至0.1dB.,一、填空1.光放大器有多种类型，与光纤通信直接相关的有和。2.光放大器是基于或原理，实现入射光信号放大的一种器件，其机制与激光器完全相同。3.EDFA的基本结构主要有：4.EDFA采用作为增益介质，在泵浦激光激发下产生，在信号光诱导下实现。,半导体光放大器,光纤型光放大器,受激辐射,受激散射,掺铒光纤,泵浦光源,光耦合器,光隔离器,光滤波器,掺铒离子单模光纤,离子数反转,受激辐射放大,5.光放大器的噪声主要来自它的，充分有利于减小噪声。6.EDFA的工作波长正好落在范围。,自发辐射,提高放大信号的信噪比,1.531.56m,简答题：说明目前光纤通信系统中常使用的放大器有哪几种，其中哪一种最常用，并且说明它的工作原理。答：掺铒光纤放大器、光纤喇曼放大器和半导体光放大器三种，其中掺铒光纤放大器最常用。其工作原理为：吸收泵浦光的能量，从基态跃迁至泵浦态，再以非辐射的方式豫驰至亚稳态，使亚稳态上的粒子数积累，从而实现粒子数反转。此时当有的信号光通过已被激活的掺铒光纤时，亚稳态的粒子以受激辐射的方式跃迁到基态，从而产生一个与感应光子完全一样的光子，实现了光在传播过程中不断放大。,相干光通信,填空1.所谓相干光，就是两个激光器产生的光场具有、性质的激光。2.相干光通信是指在发射端对光载波进行、或调制；在接收端采用或进行解调。3.实现相干光通信，关键是要有频率稳定、相位和偏振方向可以控制的。4.零差检测的优点是，缺点是。5.使用相干光系统，光接收机灵敏度提高。,空间叠加,相互干涉,幅度,频率,相位,零差检测,外差检测,窄线谱激光器,检测灵敏度高,对相位敏感性高,技术复杂,1020dB,波分复用技术,1.当信道间隔和光纤色散小到足以满足相位匹配条件时，也成为非线性串音的主要来源。2.数字相干SCM光波系统的潜力已在许多试验系统中得到验证，其潜力主要表现在。3.两个低损耗窗口合在一起，总带宽超过。如果信道频率间隔为10GHz，在理想情况下，一根光纤可以容纳个信道。,四波混频,多信道广播方面,30THz,3000,4.在OTDM中，各个支路脉冲的位置由光学手段调整，并由来合路。5.FDM与WDM的主要区别是不同，而光载波间隔又与每个信道的有关。简答：多路复用的技术有哪些？答：多路