光纤通信习题解答

1、1 Chap.2 No.1 光纤产生衰减的原因是什么？衰减对通信有什 么影响？则该光纤的衰减系数为多少？ 光纤产生衰减的原因包括吸收、散射和辐射。衰 减会导致信号功率损失，造成接收困难。 (1550nm)10lg(Pin/Pout)/L=10lg(4/3)/50.25dB/km 2 Chap.2 No.2 光脉冲在光纤中传输时，为什么会产 生瑞利散射？瑞利散射损耗的大小与什么有关？ 瑞利散射是由于光纤内部的密度不均匀引起的， 从而使折射率沿纵向产生不均匀，其不均匀点的尺寸 比光波波长还要小。光在光纤中传输时，遇到这些比 波长小，带有随机起伏的不均匀物质时，改变了传输 方向，产生了散射。瑞利散射

2、损耗的大小与 成正 比。 4 /1 3 Chap.2 No.7 何谓模式截止？光纤单模传输的条件是什么？ 单模光纤中传输的是什么模式？其截止波长为多大？阶跃折射 率光纤中线性极化模LP11模对应的是什么矢量模？ 对每一个传播模来说，在包层中它应该是衰减很大，不 能传输。如果一个传播模，在包层中不衰减，也就是表明该 模是传过包层而变成了辐射模，则就认为该传播模被截止了。 所以一个传播模在包层中的衰减常数W=0时，表示导模截止。 单模光纤传输条件：归一化频率V2.4048 单模光纤中传输的是LP01模，对应的矢量模是HE11模。 截止波长由下式计算 LP11模对应的矢量模是TE01，TM01，HE

3、21。 4048. 2 2 2 2 2 1 nna c 4 Chap.2 No.10 某阶跃折射率光纤的参数为试问该入 射光线在光纤中是成为传导模还是辐射模？为什么？ 2 2 2 10 sinnnn a 此题包括光在空气与纤芯分界面以及纤芯与包层 分界面两次反射，可以先由纤芯/包层分界面全反射条 件求出临界角，再利用三角关系计算入射角，或直接 利用教材上公式 ，将n11.5，n21.485代 入 可知，最大接收角为12.22，而入射角大于临界角， 所以入射光纤不满足全反射条件，不能传输，是辐射 模。 5 Chap.3 No.1 比较半导体激光器和发光二极管的异同。半 导体激光器（LD）有哪些特

4、性？半导体发光二极管（LED） 有那些特性？ 解答题 LD和LED都可以用作通信光源。 LD原理是受激辐射，而LED是自发辐射。 LD是阈值器件，需要较完善的驱动和外围电路， 发散角较小,其发出的光谱线窄，适宜于高速率系统； LED没有阈值，结构简单，但其发散角较大,谱线 较宽，适用于要求较低的场合。 6 LED:优点-线性度好,无阈值;温度特性好;结构简单、 价格低、寿命长、使用简单。 缺点-自发辐射荧光，谱线宽；与光纤耦合效率低。 应用范围-短距离小容量低速光通信。 LD:优点-有谐振腔的受激发光，谱线窄；与光纤耦合 效率高；有阈值条件，需加偏置（加偏置可提高LD的 调制速率）。 缺点-温

5、度特性差；线性度较差；寿命较短。 应用范围-长距离大容量高速光通信。 7 Chap.3 No.2 为什么LD要工作在正向偏置状态？何谓激 光器的阈值电流？激光器的阈值电流与激光器的使用温度、 使用时间有什么关系？ LD加正向偏置电压用以克服PN结中自建场的影 响，从而降低势垒，以形成粒子数反转分布。 激光器阈值电流指满足克服谐振腔内损耗而产生 激光的最小的外加激励电流。 激光器的阈值电流与温度和使用时间成正比关系。 8 Chap.3 No.6 在光纤通信系统中对LD驱动电路和偏置电路有什么要 求？在LD驱动电路中为什么一定要加偏置电流？偏置电流应加多大才合 适？若偏置电流加得过大或过小对LD的

6、调制特性会产生什么影响？ 对LD驱动电路和偏置电路的要求是 o 输出的光脉冲峰值保持恒定 o 光脉冲的通断比应10 o 激光发射的时间必须远短于码元时间 o 采用阻尼电路以避免张驰振荡 因为LD是阈值器件，只有外加驱动电流超过阈值后才能发 出激光，为使得较小的数据电流ID亦可产生足够的光输出，因此 需要加偏置电流IB，IB的选取原则是略小于Ith。 太小的IB需要较大的ID才能满足阈值条件； 太大的IB会引起消光比性能下降，同时较高的电流也会产生较大 的热量，以及寿命的缩短。 9 Chap.4 No.1 光纤通信系统对光检测器有什么要 求？比较PIN和APD各自的特点。 参见4.1，光纤通信系

7、统对光检测器的基本要求是： o 波长段内响应度或灵敏度要高 o 具有足够的带宽和响应速度 o 由检测器引入的附加噪声必须最低，暗电流、漏电流和并 联电导必须最小 o 较低的偏压或偏流，具有高可靠性和长寿命 o 较小的几何尺寸，便于与光纤及其他电路组装 APD具有雪崩效应，倍增电流较大，但是噪声也较大。 10 Chap.4 No.4 何谓暗电流？暗电流是怎么产生的？ 暗电流的存在对信号的接收会产生什么影响？ 处于反向偏压下的半导体光电二极管，在无光照 时仍有电流流过，这部分电流称为暗电流。 光电检测器中的暗电流对光接收机灵敏度的影响 与消光比的影响相似。暗电流与光源无信号时的残留 光一样，在接收

8、机中产生噪声，降低接收机的灵敏度。 11 Chap.4 No.7 何谓动态范围？何谓接收机灵敏度？灵敏度 怎么表示？在保证误码率为10-9的条件下，测得： Pmax=0.2uW，Pmin=13.6nW，求该接收机的动态范围值 和灵敏度值。 动态范围是：接收机适应输入信号变化的能力， 也即光接收机接收 信号灵敏度和过载功率之间的差值。 光接收机灵敏度是表征光接收机调整到最佳状态时，接收微弱光信 号的能力。它可用以下三种物理量表示（在保证误码率条件下）： 输入的最小平均光功率PR。 每个光脉冲的最低平均光子数n0。 每个光脉冲的最低平均能量Ed。 10lg(0.2w/1mw)=10lg(210-4

9、)=-36.99dBm 10lg(13.6nw/1mw)=10lg(1.3610-4)=-48.67dBm -36.99-(-48.67)11.68dB 所以，灵敏度为-48.67dBm，动态范围为11.68dB。 12 Chap.5 No.1 光纤连接器应用在什么地方？影响 光纤连接器损耗的因素有哪些？ 光纤连接器是使一根光纤与另一根光纤之间完成 活动连接的器件，主要用于光源器件尾纤输出或光电 检测器尾纤输入与传输光纤之间的连接。 光纤连接时引起的损耗与多种因素有关，诸如光 纤的结构参数（如纤芯直径、数值孔径等）、光纤的 相对位置（如横向位移、纵向间隙等）以及端面状态 （如形状、平行度）等。

10、 13 Chap.6 No.3 计算STM-1帧结构中RSOH、 MSOH和AU PTR的速率。 对于STM-1，每帧为9270=2430字节，其中 RSOH：3行9列8比特/字节8000帧/秒1.728Mb/s MSOH： 5行9列8比特/字节8000帧/秒2.88Mb/s AU PTR：1行9列8比特/字节8000帧/秒0.576Mb/s 注：段开销SOH区域中，第13行又被成为再生段开销RSOH。 第59行被称为复用段开销MSOH。 14 STM-N 帧结构 9 N261 N 270 N 列列 SOH SOH AUPTRSTMN 净负荷净负荷 （含（含POH） （教材（教材p.12） 1

11、5 Chap.6 No.4 将2Mbit/s映射复用进SDH，为什么会有 三种结果容量。哪种映射的效率最高？哪种映射的效率最 低？哪种映射方式最为灵活？ 根据复用路径不同，可以有C4、C3和C12三条 路径，对应的最终等效业务容量分别是64、48和63 个2Mbit/s。 其中C4路径映射效率较高，而C12路径最为灵活。 16 STM-N VC-3 TUG-2 VC-12TU-12 TU-3 TUG-3 139264kb /s 34368kb /s 2048kb/ s C-12 C-3 C-4AUGVC-4 AU-4 N1 7 1 3 3 指针处理指针处理 复用复用 定位校准定位校准 映射映射

12、 图6-4 我国的SDH基本复用映射结构 17 Chap.6 No.8 说明SDH网同步的工作模式。 SDH网同步的工作模式有主从同步和伪同步两种 工作模式。伪同步是指数子网内各节点都具有独立的 基准时钟，时钟精度高，各节点之间误差值小，接近 同步。主从同步是指网内设一主局，配有较高精度的 时钟（主时钟），网内其他节点均受控于主局，并逐 局下控，直至最末端的节点。 18 图6-35 伪同步和主从同步原理图 至国外国际局 伪同步 MS：主从同步 MS MS MSMS MSMS MSMSMSMS MSMSMSMS 国际局国际局 端局 端局国内局国内局国内局国内局 汇接局汇接局汇接局汇接局 端局端局

13、端局端局 19 Chap.7 No.3 什么是“四波混频”效应？“四波混频”对于WDM 系统有何影响？为什么G.653光纤不适宜使用在WDM系统中？ 四波混频是指当多个频率的光波以很大的功率在 光纤中同时传输时，由于非线性效应引发多个光波之 间出现能量交换的一种物理过程，这种能量转移不仅 导致信道中光功率的衰减，而且引起各信道之间的彼 此干扰。 G.653光纤在1550nm波长附近是零色散，易产 生四波混频效应，所以G.653光纤不适于用于WDM系 统。 20 信道间相互作用产生新的频率，信道间相互作用产生新的频率， FWM是影响系统性能的主要非线性效应：是影响系统性能的主要非线性效应： 当当

14、FWM产生的新频率落入信道带宽范围内时，会引起信道产生的新频率落入信道带宽范围内时，会引起信道 强度起伏和信道间串扰。强度起伏和信道间串扰。 （5 5）四波混频（）四波混频（FWMFWM） 光纤光纤 f1 f f3f2 f1 f f3f2fFWM 21 Chap.7 No.4 叙述WDM系统的工作原理。 p177 WDM系统有哪几种基本结构形式？p178 WDM系统的工作原理:波分复用(WDM)技术是在一根光纤中同 时传输多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(复用)，并耦合到光缆线路上的同一根 光纤中进行传输。在接收端又将组合波长的光信号分开(解复用)， 并

15、作进一步处理，恢复出原信号后送入不同的终端。 WDM系统的基本构成主要有以下三种形式： 1)双纤单向传输 2）单纤双向传输 3）光分路插入传输 22 Chap.8 No.2 在光纤通信系统中产生误码的原因有哪些？ 为能正确的反应误码的分布信息，应采用什么方法来评定 误码性能？为什么？ 各种噪声源，色散引起的码间干扰，定位抖动产 生的误码，复位器，交叉连接设备和交换机的误码 （见8.2.2）。 为了能正确地反映误码的分布信息，ITU-T G.821 建议采用时间率的概念来代替平均误码率的评定方法。 23 图8-6 误码率随时间的变化 只要只要T0和和TL选择恰当，选择恰当， 就可以用来评价各种数

16、字就可以用来评价各种数字 信息在单位时间内误码的信息在单位时间内误码的 程度以及误码超过某一规程度以及误码超过某一规 定值的时间占总测量时间定值的时间占总测量时间 的百分数。因此，是比较的百分数。因此，是比较 适用和便于测量的评定方适用和便于测量的评定方 法。法。 T0为取定的适合于评定各种业务的为取定的适合于评定各种业务的 单位时间，单位时间，TL为测量误码率总时间。为测量误码率总时间。 24 光纤通信系统的可用性是指光纤通信系统在给定的时 间间隔内处于良好工作状态的能力。 参见例题的解法，见辅助文档。 Chap.8 No.5 何谓光纤通信系统的可用性？ 有一数字段长420km，有6个中继站

17、，采用不间断电源供 电（题目略） 25 Chap.8 No.6 某单模光纤传输系统的参数如下， 求：系统最大的中继距离能达多少公里？ 解：由条件可知 Ac1.022dB； As0.1 dBKm； Af0.5 dBKm； Mc0.3 dBKm ASR=PSPRMe PS-3 dBm；PR-40 dBm；Me4 dB L34.44 km。 26 Chap.9 No.1 在电信网中，接入网是怎样定义的？ 接入网的范围由什么来界定？ 参见9.1.1，接入网的定义由建议G.902给出。 接入网的范围界定见9.1.1中第2点。 定义：接入网是由业务节点接口(SNI)和用户网络接口（UNI） 之间的一系列传

18、送实体（如线路设施和传输设施）组成的、为 传送电信业务提供所需要传送承载能力的实施系统。 范围界定：由3个接口来定界，即网络侧经业务节点接口（SNI） 与业务节点(SN)相连；用户侧经用户网络接口(UNI)与用户相 连；管理侧经Q接口与电信管理网(TMN)相连，无Q接口时由协 调设备(MD)与TMN相连。 27 2. 接入网的定界 电 信 管 理 网T M N 业 务 节 点S N接 入 网A N U N I QQ S N I 28 Chap.9 No.2 接入网包含哪些接口？叙述各接口的功能。 参见9.1.1，接入网所覆盖的范围是由三个接口 来定界，即网络侧经业务节点接口（SNI）与业务节

19、点（SN）相连；用户侧经用户网络接口（UNI）与用 户相连；管理侧经Q3接口与电信管理网（TMN）相连， 不具备Q3接口时通常需经由协调设备（MD）与TMN 相连。 SNI是AN与SN之间的接口，可以通过协调实现 指配功能来实现AN与SN的联系，以及对SN分配的承 载能力。G.902体系中最重要的SNI接口是V5系列接 口和VB5系列接口。 29 Chap.9 No.4 阐述光纤接入网的基本结构组成及 各功能模块的功能。 参见9.1.2，光纤接入网主要由光线路终端OLT、光分配网 络ODN和光网络单元ONU等组成。 光线路终端（OLT）的作用是提供网络与光分配网（ODN） 之间的光接口，并提供

20、必要的手段来传送不同的业务。 光网络单元（ONU）位于ODN和用户之间。ONU的网络具 有光接口，而用户则为电接口，因此需要具有光/电变换功能， 并能实现对各种电信号的处理与维护功能。 光分配网络（ODN）位于ONU和OLT之间，其主要功能是 完成光信号的管理分配任务。 30 Chap.9 No.5 光纤接入网主要有哪些类型？无源 光网络（PON）目前采用什么样的传输技术？ 根据不同的分类方法可以将光纤接入网分成不同 类型，如根据ONU的位置可以分成FTTx，根据ODN 的类型可以分为AON和PON，根据拓扑结构可以分为 点到点和点到多点等。 PON主要采用的传输技术是单纤双向，下行一般 为广播方式，上行采