光纤通信复习要求剖析

1、复习要求第一章知识点：1) 发明光电话的时间和人1880年，美国人贝尔2) 发明第一台红宝石激光器1960 年，美国人梅曼3) 首先提出用光纤进行信息传输的人和时间1966 年，高锟和霍克哈姆4) 1970 年光纤研制取得什么重大突破？后来突破性进展如何？ 康宁公司研制成功损耗 20dB/km 的石英光纤 , 使光纤通信可以和同轴电缆通 信竞争 ,展现了光纤美好前景 , 促进世界各国相继投入大量人力物力 , 把光纤 通的研究开发推向一个新阶段 .后来突破性进展 : 光纤的损耗接近了光纤最低损耗的理论极限5) 当年光源的突破性进展是何？ 半导体激光器的技术进步6) 光纤通信的发展分为哪三个阶段？

2、标志是何 ？第一阶段 (19661976 年) ，这是从基础研究到商业应用的开发时期。第二阶段 (19761986 年) ，这是以提高传输速率和增加传输距离为研究目标 和大力推广应用的大发展时期。第三阶段(19861996 年) ，这是以超大容量超长距离为目标、全面深入开展 新技术研究的时期。7) 光纤通信用的波长何频带宽度？ 光纤通信的近红外光：近红外光(波长约1um频率约：300THZ(波长为 0.7-1.7um )频带宽度： 200THZ在常用的1.31um和1.55um两个常用的波长窗口频带宽度也在 20THZ以上 微波：0.1-1mm频带宽度：3-300GHZ8) 光纤通信的优点和应

3、用？优点 ： 容许频带很宽 , 传输容量很大 损耗很小 , 中继距离很长且误码率很小 重量轻 ,体积小 抗电磁干扰性能好 泄漏小 ,保密性能好 节约金属材料 , 有利于资源合理使用应用： 通信网 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9）光纤通信系统由哪几部分组成，简述各部分作用，画出系统框图 光纤通信系统由发射机、 接收机和光纤线路三个部分组成 （参看图 1 . 4 ）。发射机又分 为电发射机和光发射机。 相应地， 接收机也分为光接收机和电接收机。 电发射机的作又分为 电发射机和光发射机。 电发射机的作用是将信 （息） 源输出的基带电信号变换为适合于信道 传输的电信

4、号， 包括多路复接、 码型变换等， 光发射机的作用是把输入电信号转换为光信号， 并用藕合技术把光信号最大限度地注人光纤线路光发射机由光源、驱动器、调制器组成， 光源是光发射机的核心。 光发射机的性能基本取决于光源的特性； 光源的输出是光的载波信 号，调制器让携带信息的电信号去改变光载波的某一参数（如光的强度） 光纤线路把来自 于光发射机的光信，能小的畸变（失真）和衰减传输到光接收机光纤线路由光纤、光纤接 头和光纤连接器组成。光纤是光纤线路的主体， 接失和连接器是不可缺少的器件光接收 机把从光线路输出的产生畸变和衰减的微弱光信号还原为电信号 光接收机的功能主要由光 检测器完成， 光检测器是光接收

5、机的核心。 电接收机的作用一是放大， 二是完成与电发射机 换，包括码型反变换和多路分接等10）基本光传输系统的三个组成部分，它们各自的功能、组成？ 光发射机 : 光发射机的功能是把输入电信号转为光信号 ,并用耦合技术把 光信号最大限度地注入光纤线路 . 光发射机由光源 ,驱动器和调制器组成 光纤线路 : 功能是把来自光发射机的光信号以尽可能小的畸变和衰减传输 到光接收机 .它由光纤 , 光纤接头和光纤连接器组成光接收机 : 功能是把从光纤线路输出 , 产生畸变和衰减的微弱光信号转换 为电信号 , 并经其后的电接收机放大和处理后恢复成基带电信号 . 它由光检 测器, 放大器和相关电路组成11）三

6、种常用的光源器件是什么？（ LED，LD，DFB）12）什么是HFC系统 第一章习题（第二版）：P13 1-3P13 1-3在5GHz微波载波上能传输的64kb/s的话路数K=（5*10A9*1%）/（64*10A 3）781（路）在1.55um的光载波上能传输的64kb/s的话路数f=3*10A8/（1.55*10A-6）K=f*1%/（64*10A3）=3.0242*10A7 （路）第二、三章知识点1）光纤是由什么构成的？是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝2）光能量限制在光纤中传输的必要条件是什么？条件是：纤芯的折射率 包层的折射率3）光纤的哪三种基本 类型？各自相应的折射率分

7、布如何？GIF与SIF的区另S? 突变型多模光纤：纤芯折射率为n1保持不变，到包层突然变为n2 渐变型多模光纤：纤芯中心折射率最大为n1,延径向r向外围逐渐变小直到包层变为n2 单模光纤:折射率分布和突变型多模光纤相似区别:光纤截面上折射率分布不同4）NA的概念、定义式、物理意义？定义零界角的正弦为数值孔径，即NA.NA=NA表示光纤接收和传输光的能力,NA越大，光纤接受光的能力越强，从 光源到光纤的耦合效率越高5）时间延迟的概念、定义式？时间延迟差的物理意义？时间延迟：入射角为B的光线在那长度为L（Ox）的光纤中传输，所奖励的 路程为l（Oy），在B不大的条件下，其传播时间即时间延迟：定义式

8、：t=nil/c=（niL/c）sec 佃niL/c（1+/2）式中c为真空的光速。当（=ec和最小入射角（=0的光线之间的时间延迟差近似为：2 2 t（L* （c）/2n 1C=L*NA/2ng= nd* A/c6）对渐变型多模光纤，射线方程一般形式？各符号意义？射线方程的解的 表达式？各符号意义P187）自聚焦效应说明什么？ P19不同入射角相应的光线，虽然历经的路程不同，单最终都会聚在点P上渐变型多模光纤具有自聚焦效应8）什么叫横磁模、横电模、混合模 P23V=0 HZ=H=0,E?=0,这类在传输方向无磁场的模式称为横磁模V=0,E=E=0,H?=0,这类在传输方向无电场的模式称为横磁

9、模当V不等于0时，电磁场六个分量都存在，这些模式称为混合 模9）单模光纤传输条件是什么？条件是：皆器亦S 405A10）什么是横向传输常数？定义式？11）纵向？定义式?12）归一化频率V的定义式13）色散一般包含哪三种模式色散,材料色散和波导色散14）光纤色散可以用哪2种表示法用3dB光带宽f3db或脉冲宽度 t表示15）什么叫3DB带宽？定义式？将归一化频率响应下降一半或减小 3dB的频率定义为光纤3dB光宽带f3db由此可得到16）简略的说，色散对光纤传输系统的影响是什么从频域上看，色散色散限制了传输信号的带宽；从时域上看，色散引起信 号脉冲的展宽17）简略的说，损耗对光纤传输系统的影响光

10、纤上的损耗在很大程度上决定了系统的传输距离18）光纤特性分哪三类？传输特性主要是什么？主要分为：几何特征,光学特征和传输特性.传输特性主要有损耗，色散和 带宽19）损耗测量常用什么方法，原理？方法剪断法：是根据损耗系数的定义直接测量传输光功率实现的后向散射法：瑞利散射光功率与传输光功率成比例，利用传输光相反方 向的瑞利散射光功率来确定光纤损耗系数20）带宽测量的时域法如何测量带宽？时域法是测量通过光纤的光脉冲产生的脉冲展宽21）色散测量的相移法的原理关键是什么？22）什么叫粒子数反转分布？果N2N1即受激辐射大于受激吸收，当光通过这种物质时，会产生放大作 用，这种物质称为激活物质.N2N1的分

11、布和正常状态的分布相反，所以 称为粒子数反转分布23）耦合器的主要特性参数是什么？耦合比CR,附加损耗Le,插入损耗Lt,方向性DIR, 致性U24）LED与LD工作原理有什么不同？工作原理不同丄D发射是受激辐射光丄ED发射是自发辐射光丄ED不需要光学谐 振腔，而LD需要.和LD相比LED输出光功率小，光谱较宽，调制频率较低但发光 二极管性能稳定，寿命长,输出功率线性范围宽，而且制造工艺简单，价格低廉.所 以丄ED的主要应用场合是小容量短距离通信系统；而LD主要应用于长距离大容 量通信系统第二章习题：p46-47 2-5,2-6； 2-7 ；2-12,2-14, ； 2-17 ； 2-242-

12、5 一根数值孔径为0.20的阶跃折射率多模光纤在850nm波长上可以支持1000 个左右的传播模式。试问:（1）其纤芯直径为多少？（2） 在1310 nm波长上可以支持多少个模？（ 3）在1550nm波长上可以支持多 少个模？.1)由= adtty - nJ = aNA ,得到纤芯直径为 AAQ 85 V2000NA 2兀 0.20空 30.27：2）当入=L3艸NA得到模的个数为：他=牛 Mx = ( 85) X1000 = 421 Az (1 31)（3）当心甲得到模的个数为第三章习题：P76 3-19 ； 3-20 ； 3-21 ； 3-3 ； 3-4第四章知识点:1）光发射机的功能？基

13、本组成，框图？光发射机：光发射机的功能是把输入电信号转为光信号，并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路光发射机由光源，驱动器和调制器组成；2）光发射机的调制特性包括哪三个？电光延迟、张弛振荡、自脉动现象3）光接收机的功能？基本组成，框图？数字光接收机的功能：把经光纤传输后幅度被衰减、波形被展宽的微弱光信号转换为电 信号，并放大处理，恢复为原发射的数字序列。组成：光检测器、前置放大器、主放大器、均衡器、时钟提取电路、取样判决器自动增益控4）光接收机的噪声特性哪两个部分？ 外部电磁干扰产生的、内部产生的5）耦合器的主要特性参数是哪些6）光接收机 的灵敏度定义？如何计算？灵敏度Pr的定义是，在保

14、证通信质量（限定误码率或信噪比）的条件下，光 接收机所需的最小平均接收光功率Pmin,并以dBm为单位习题：P101 4-10 （计算）；4-13 ； 4-14第五章知识点：1) SDH帧哪三个部分组成段开销SOH信息载荷Payload、管理单元指针AU PTR2) 抖动的定义？ 抖动是数字信号传输过程中产生的一种瞬时不稳定现象。抖动的定义是：数 字信号在各有效瞬时对标准时间位置的偏差。3) 故障率的单位 菲特4) EDFA勺工作窗口？1550nm5) SDH中将低速的支路信号复接为高速信号需要哪 3个步骤？ 映射, 定位, 复用6) 概念：标准容器，虚容器、指针 ？7) SDH传输网的网络单

15、元？它的基本网元有终端复用器(TM、分插复用器(ADM、同步数字交叉连接 设备(SDXC和再生中继器(REG)第五章习题： P121 5-4 ； 第七章知识点1) 光放大器有哪两种类型？ 2 者的主要区别？ 有两种类型：半导体光放大器、光纤放大器 光纤放大器的性能与光偏振方向无关，器件与光纤的耦合损耗小2) EDFA的关键器件？ 掺饵光纤和高功率泵浦光源3) 实现EDFA勺关键技术是什么？ 设计高增益掺饵光纤4) EDFA的4个优点？1 、工作波长正好落在光纤通信最佳波段(1500nm1600nm、 ; 其主要是一段光纤(EDA,与传输光纤的耦合损耗很小，可达 0.1dB. 增益高，约为304

16、0dB;饱和输出光功率打，约为1015dBm增益特性与 光偏振状态无关。(3) 噪声系数小，一般为47dB;用于多信道传输时，隔离度大，串扰小，适 用于波分复用系统。 频带宽，在1550nm窗口，频带宽度为2040nm，可进行多信道传输，有 利于增加传输容量。5) WD啲概念？ 光波分复用技术是在一根光纤中同时传输多个波长光信号的一项技术。 其基 本原理是在发送端将不同波长的光信号组合起来， 并耦合到光缆线路上的同 一根光纤中进行传输，在接受端又将组合波长的光信号分开，并作进一步处 理，恢复出原信号后送入不同的终端， 因此将此项技术称为光波长分割复用， 简称光波长复用技术。6) 什么叫双纤单向

17、传输？单纤双向传输？答：双纤单向传输：单向 WD传输是指所有光通路同时在一根光纤上沿同一方向传送。单纤双向传输：双向WD传输是指光通路在一根光纤上同时向两个不同的方 向传输。7) WD系统主要有哪5个部分组成？光发射机、光中继放大、光接收机、光监控信道、网络管理系统8) 什么是光弧子？光弧子通信？ 光孤子是经光纤长距离传输后，其幅度和宽度都不变的超短光脉冲。 利用 光孤子作为载体的通信方式称为光孤子通信。9) 光弧子通信系统的构成？光孤子源产生一系列脉冲宽度很窄的脉冲 ,即光孤子流 , 作为信息的载体进 入光调制器 , 使信息对光孤子流进行调制 . 被调制的光孤子流经掺铒光纤放 大器和光隔离器

18、后 , 进入光纤进行传输 .10) 对光纤线路直接实验系统，传输速率是 10G时，传输距离：1000 km11) 传输速率是20G时，传输距离：350 km12) 传输速率是 2.4 时，传输距离： 12000 km13) 改进实验系统，传输速率是10G时，传输距离：106 km习题： P182-7-3 (计算)； 7-4 ；7-5 第八章知识点1) SDH专送网，从上到下，分为哪3层，各层作用？ 分为电路层、通道层、传输媒质层。每一层网络为其相邻的高一层网络提供 传送网络，同时又使相邻的第一层网络所提供的传送服务2) 什么是自愈网？所谓自愈网就是无需人为干预， 网络就能在极短时间内从失效故障

19、中自动恢 复，使用户感觉不到网络已出了故障。3) 有哪 4 种典型的自愈环结构？ 二纤单向通道倒换坏、二纤单向复用段倒换坏、四纤双向复用段倒换坏、二 纤复用段倒换坏。4) 接入网的定义？和作用？ITU-T 的 G.902 建议对接入网给出如下定义：接入网由业务节点接口 SNI 和 用户网络接口 UNI之间的一系列传送实体组成，为供给电信业务而提供所需 的传送承载能力，可经由网络管理接口配置和管理。5) 光接入网OAN从系统配置上分为无源光网络 PON和有源光网络AON6）用户网光纤化的途径主要哪 2个？一是在现有电话铜缆用户网的基础上，引入光纤传输技术改造成光接入网； 二是在现有有线电视同轴电

20、缆网的基础上，引入光纤传输技术使之成为光纤/同轴混合网HFC.7）PON勺一个重要应用是来传送什么业务？ 宽带图像业务。8）PON中常用的三种多址技术是什么？ 频分多址、时分多址、波分多址9）什么是HFC网?HFC网的基本原理是在双向光纤 CATV网的基础上，根据光纤的宽频带特性，用 空余的频带来传输话音业务、数据业务或个人信息，以充分利用光线的频谱资源。复习自我测试参考题一、填空1. 光纤是由中心的 纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝；为实现光能量在光纤中的传输，要求中心的纤芯的折射率 稍高于外围的 包层的折射率。2. 渐变型光纤的自聚焦效应 说明不同入射角的光线，虽然经历的路程不同，但最

21、终都会聚在一点上。V= J心忒 ABA) 材料色散 B )波导色散 C) 模式色散 D) 色度 色散4. 下列哪项不属于光无源器件 DA)连接器B )光耦合器 C)光隔离器 D)光检测器5. 下列不属于数字光发射机调制特性的是 DA)电光延迟 B )张弛振荡 C)自脉动现象 D)暗电流 噪声6. 平均故障间隔时间常用下列哪项表示 BA)MTTRB )MTBF C)MFRB D)MRTT7. EDFAT作的窗口是BA) 1310 nm B )1550nm C)980nm D)1480nm8. 下列哪项不属于我国在传输参考模型中提出的参考数字 DA)420 km B )5000km C)280km

22、 D)6400km9. 二纤单向复用段倒换环利用下列甚磨协议实现倒换环功能 AA)APS B )AIS C)AC D)SOA10.STM-1是SDH勺同步传输模块，传输速率是 AA) 155.520 Mb/s B) 2.048 Mb/s C)1.544 Mb/s D)622.080 Mb/s三、判断正确与错误1. 1960 年，美国人梅曼发明了第一台红宝石激光器(T )2. NA越大，则光纤中的信息传输量越大。(F )3. 高能级的粒子数多，低能级的粒子数少称为粒子数反转分布。(T )4. 耦合器的主要特性参数如下：耦合比、附加损耗、方向性DIR、 一致性。(F)还有插入损耗5. SDh传输系

23、统中使用的线路编码是扰码。()6. SDH勺帧结构是块形，有9行，每帧有9*270*N个字节；字节发送顺序是由下往上逐行发送，每行先右后左。(F )7. 抖动的定义是：数字信号在各有效瞬时对标准时间位置的偏差。(T )8. 当光载波波长间隔小于0.8nm时的复用技术，称为密集波分复用(DWDM ( F )9. 故障率的单位，1等于在1010h内发生一次故障的概率。(F )10. 光弧子通信可实现超长距离的通信，目前还处于试验阶段。(T )四、计算与应用1、写出下列波长对应的频率：(a) 850 nmV/F- =3*10b/850*109=3. 53* IO14(b) 1300 nm2. 31*

24、10ur(c) 1550 nm1. 94* 10142、考虑10km长，NA=0.30的多模阶跃折射率光纤。如果纤芯折射率为1.450，计算光纤带宽=1034川= 441/ A t MHz=O. 426MHz3、设140 Mb/s数字光纤通信系统发射光功率为-3dBm接收机 灵敏度为-38 dBm,系统余量为4 dB,连接器损耗为0.5 dB/对,平均接头损耗为0.05 dB/km,光纤衰减系数为0.04dB/km，光纤损耗余量为0.5 dB/km，计算中继距离L。解 L W (Pi-Pr-2Ac-Me)/(Af+As+Am)由 题可知 Pt=-3dBm ,Pr-38dBm,Me=4dB, A

25、c=O, 5dB/对*As=O. 05Db km, Af=O. 4dB k叫05dB/km 固 得 L 冬(Pt-Pr-2Ac-Me)/(Af+As+Am)=(-3+38-2*0,5-4)/(O. 05+0, 4+0. 05)=60km所以受损耗限制的中继距离等于60km.4、具有光功率x(t)的一个非常窄的脉冲(理想情况下一个单位 脉冲函数)，被输入光纤并产生一个输出波形。输出脉冲y(t)相应于光纤的脉冲响应。假设输出脉冲是高斯型：y(t)= -exp(-t 2/2赛)2 二其中匚是脉冲宽度的均方根值。证明FWHM半峰值宽度)带宽为:BW= ln 2答：因为y （t）为冲击响应，故H （f）

26、 =f y（f）exp（-j2yltJ+u即为频率响应，设f=f 3db时为半峰值宽度，则（厶亦）=1H（o）因为h(o)=(m = iJ+R11H(f?J = l/(tr*V2)exp()*exp(-J2f3)di=exp (-2托务丁爲)所以上式=1/2y/lnZy/2?ra即得FWH带宽五、简答题1.光纤通信系统由哪几部分组成？简述各部分作用，试画出系 统框图。答：光纤通信系统由发射机、接收机和光纤线路三个部分组 成。发射机又分为电发射机和光发射机。相应地，接 收机也分为光接收机和电接收机。电发射机的作用是将信 （息）源输出的基带电信号变换为适合于信道传输的电信号， 包括多路复接、码型变

27、换等，光发射机的作用是把输入电信 号转换为光信号，并用藕合技术把光信号最大限度地注人光 纤线路光发射机由光源、驱动器、调制器组成，光源是光 发射机的核心。光发射机的性能基本取决于光源的特性；光 源的输出是光的载波信号，调制器让携带信息的电信号去改 变光载波的某一参数 （如光的强度）光纤线路把来自于光发 射机的光信， 能小的畸变 （失真）和衰减传输到光接收机 光 纤线路由光纤、光纤接头和光纤连接器组成。光纤是光纤线 路的主体， 接失和连接器是不可缺少的器件 光接收机把从 光线路输出的产生畸变和衰减的微弱光信号还原为电信 号光接收机的功能主要由光检测器完成，光检测器是光接 收机的核心。电接收机的作用一是放大，二是完成与电发射 机换，包括码型反变换和多路分接等2.说明把2Mb/s的支路信号复接到STM-1的复接过程？首先， 2Mb/s 信号映射到容器 VC-12 中， 加上通路 开销VC-12 POH之后，得到VC-12 ;然后在VC-12信号上加上 指针 TU-PTR， 得到支路单元 TU-12； 将 3 个 TU-12 按字 节间插同步复接成一个 TUG-2； 7 个 TUG-2 又按字节同步复 接， 并在前面加上两列固定填 充字节， 构成 TUG-3； 然 后3个TUG-3按字节间插同 步复接，同时在前面加上两列 装入 VC-4， 再加上管 理单元指针 AU-PTR，