光纤通信复习重点

1、光纤通信课程复习提纲1光纤通信的优点(1) .容许频带很宽，传输容量很大(2) .损耗很小，中继距离很长且误码率很小(3) .重量轻、体积小(4) .抗电磁干扰性能好(5) .泄漏小，保密性能好(6) .节约金属材料，有利于资源合理使用-基本光纤传输光发光纤线路射机光信号输出系统 -电 接 收 机充接收机信息宿2. 光纤通信系统的基本组成 发射信息源r电信发电信号源射 源机光纤通信系统的基本组成(单向传输)3. 光纤通信对光源的要求对光源的要求：输出光功率足够大，调制频率足够高，谱线宽度和光束发散角尽可能小，输出功率和波长稳定，器件寿命长。4. 直接调制和间接调制直接调制 是用电信号直接调制半

2、导体激光器或发光二极管的驱动电流，使输出光随电信号变化而实现的。这种方案技术简单，成本较低，容易实现，但调制速率受激光器的频率特性所限制。外调制是把激光的产生和调制分开，用独立的调制器调制激光器的输出光而实现的。外 调制的优点是调制速率高，缺点是技术复杂，成本较高，因此只有在大容量的波分复用和相干光通信系统中使用。5. 光接收机由光检测器、放大器和相关电路组成光接收机由光检测器、放大器和相关电路组成；光检测器是光接收机的核心。光接收机最重要的特性参数是灵敏度。灵敏度是衡量光接收机质量的综合指标，它反映接收机调整到最佳状态时，接收微弱光信号的能力。6. 检测方式有直接检测和外差检测的区别。检测方

3、式有直接检测和外差检测两种。直接检测是用检测器直接把光信号转换为电信号。这种检测方式设备简单、经济实用，是当前光纤通信系统普遍采用的方式。外差检测要设置一个本地振荡器和一个光混频器，使本地振荡光和光纤输出的信号光在混频器中产生差拍而输出中频光信号，再由光检测器把中频光信号转换为电信号。外差检测方式的难点是需要频率非常稳定，相位和偏振方向可控制， 谱线宽度很窄的单模激光源；优点是有很高的接收灵敏度。7. 灵敏度是衡量光接收机质量的综合指标，它反映接收机调整到最佳状态时，接收微弱光信号的能力。灵敏度主要取决于组成光接收机的光电二极管和放大器的噪声，并受传输速率、光发射机的参数和光纤线路的色散的影响

4、，还与系统要求的误码率或信噪比有密切关系。所 以灵敏度也是反映光纤通信系统质量的重要指标。7数字通信系统的优点 抗干扰能力强，传输质量好。 可以用再生中继，传输距离长。 适用各种业务的 传输，灵活性大。 容易实现高强度的保密通信。数字通信系统大量采用数字电路，易于集成，从而实现小型化、微型化，增强设备可靠性，有利于降低成本。8. 实用光纤的基本类型实用光纤主要有三种基本类型：突变型多模光纤、渐变型多模光纤、单模光纤。9. NANA表示光纤接收和传输光的能力，NA（或B i）越大，光纤接收光的能力越强，从光源到光纤的耦合效率越高NA越大，纤芯对光能量的束缚越强，光纤抗弯曲性能越好。NA=nosi

5、n 0 imaxNA 二 n； 一 n； : m、2 二从公式上看，越大，nA越大，光纤的收光效果越好。10. 色散的分类及原因特点色散一般包括模式色散（模间色散）、材料色散和波导色散。 其中材料色散和波导色散又 统称为模内色散（色度色散）模式色散：是由于不同模式的时间延迟不同产生的。取决于光纤折射率分布，并和光纤材料折射率的波长特性有关。材料色散：由于光纤的折射率随波长而改变，模式内部不同波长成分的光时间延迟不同产生的。取决于光纤材料折射率的波长特性和光源的谱宽。波导色散：由于波导结构参数与波长有关产生的。取决于波导尺寸，以及纤芯与包层的相对折射率差。11. 光纤中的电磁场是以离散的模式在光

6、纤中传播（会计算模式数）（见PDF格式第2章节）例：对于典型的渐变型光纤：NA = 0.275，纤芯直径50卩m,求当工作在1310 nm窗口时，光纤中可容纳的模式数。解：利用： V n'aNA （V是归一化频率）k2兀汉50/2V亍 0.275 : 32.971310 勺01 2又：M二;V （渐变光纤）一根光纤可容纳的模式数M =27212. HE11模称为光纤的基模13. 双折射现象带来的影响，解决双折射问题的方法双折射现象带来的影响：如果纤芯是理想圆柱形，这两个正交的模式将以相同的速度传播，并同时到达输出端。如果圆柱对称性出现了改变，这两个模式就会以不同的速度传播，导致脉冲展宽

7、。偏振的不确定性对相干通信系统对信号的检测、接收将产生不良影响。解决双折射问题的方法：（1）减小单模光纤的不完善性。（2）采用保偏光纤（线偏振光沿一个主轴偏振） 人为引入较高的固定双折射，压低小的双折射随机波动的影响。 典型保偏光纤，B= 10-4。14后向散射法测量光纤损耗的原理与方法（OTDR的原理）原理：由于瑞利散射光功率与传输光功率成比例，利用与传输光相反方向的瑞利散射 光功率来确定光纤损耗系数的方法，称为后向散射法。具体方法：设在光纤中正向传输光功率为P,依次经过L1和L2点时分别为P1和P2,后向散射光功率分别为Pd（ L1 ）、Pd（ L2 ），则：a 10 lg pd（Ll）（

8、dB/Km）2山-LJ Pd（L2）15光有源和无源器件分别包括哪些？光有源器件：光源：半导体激光器（LD）分布反馈（DFB 激光器发光二极管（LED）光检测器：光电二极管（PD） PIN光电二极管雪崩光电二极管（ APD光放大器：掺铒 光纤放大器（EDFA光无源器件：光纤连接器和接头、光耦合器、光隔离器与光环行器、光调制器、光波分复用器/解复用器、光开关16半导体光源和光检测器优点半导体光源和光检测器优点：体积小、效率高、可靠性高、工作波长与光纤低损耗窗口 相对应、便于光纤耦合、调制速率高17.何为粒子数反转。在单位物质中，处于低能级 E1和高能级E2的原子数分别为N俐N2,当N2>N

9、1:受激辐 射大于受激吸收，当光通过这种物质时，产生放大作用。这种分布和正常状态的分布相反， 称为粒子数反转。18丄D和LED勺优缺点LD可以发出单色、定向性好、高强度、相干性的光。优点：辐射功率高、发散角窄、与单模光纤耦合效率高、辐射光谱窄、能进行高速直接调制。LD适合于作高速长距离光纤通信系统 的光源LED适用范围：低速率、短距离光波系统LED优点：结构简单。成本低。寿命长。可靠性高。随温度变化较小。发光二极管通过自发发射过程发射非相干光。缺点：（1）输出功率低。（2）输出光束发散角较大，耦合效率低。（3）光源谱线较宽。（4）响应速度较慢。19产生激光的条件产生激光的三个先决条件：激励源是

10、能量的提供者，实现粒子数反转。激活物质 是产生激光的物质基础，提供光放大。光学谐振腔提供光反馈。要产生激光还应满足如下两方面的条件：光的增益和损耗间应满足平衡条件一一阈值条件。相位条件在谐振腔中，光波反复反射能得到加强，从而能够存在，应满足的条件一-20.LD高速调制下出现的现象： 电光延迟：输出光脉冲和注入电流脉冲之间存在一个初始延迟时间。 张弛振荡：当电流脉冲注入激光器后，输出光脉冲会出现幅度逐渐衰减的振荡。 自脉动现象：当注入电流达到某个范围时，输出光脉冲出现持续等幅的高频振荡。21.SLM激光器设计的基本思想SLM（单纵模半导体激光器）激光器设计的基本思想：是不同纵模具有不同的腔损耗。

11、具有最低光腔损耗的纵 模最先达到阈值并成为支配模式。其他邻模由于高损耗而被截 止。邻模携带的功率在总的辐射功率中只占很小一部分（< 1%）22.PIN和APD二极管特点PIN二极管特点：（1）结构简单，可靠性高。电压低，使用方便。（2）量子效率高。（3）噪声小。（4）带宽较高。APR极管特点：（1）灵敏度高。（2）高增益。（3）高电压，结构复杂。（4）噪声大。 23隔离器工作原理 隔离器工作原理：由于入射光偏振方向与第一个偏振器透振方向相同，因此输入光能够通过第一个偏振器。法拉弟旋转器能使光的偏振态旋转一定角度（例如45°）。第二个偏振器的透振方向在 45°方向上，因

12、此经过法拉弟旋转器的光能够顺利地通过第 二个偏振器。当反射光通过法拉弟旋转器时再继续旋转45 °,变成了水平偏振光。但是水平偏振光不能通过左面第一个偏振器，于是达到光隔离效果。s°p00通过入射光24.光发射机的电路（第4章23页）驱动电路自动功率控制电路 自动温度控制电路 告警电路和保护电路25边模抑制比边模抑制比SMSR边模抑制比SMSRSMSR的定义为：在全调制的条件下主纵模的光功率M1和最大边模光功率 M2 之比。即 SMSR=10lg（M1/M2）26直接检测数字光纤通信接收机一般组成。直接检测数字光纤通信接收机一般由三个部分组成，即光接收机的前端、线性通道和数据

13、恢复IW H I '五按机绍牧宁光纤通佶眾收卅127数字光接收机接收电路接收电路和判决电路两大部分组成接收电路 由光电检测器和前置放大器、均衡器、 主放大器、偏置电路和自动增益控制电路五部分组成。判决电路由判决器、时钟恢复电路和译码器组成。28.均衡滤波器的作用：均衡滤波器是使经过均衡器以后的波形成为有利于判决的波形。29分析光接收机的噪声源光接收机的噪声是与信息无关的随机变化量，噪声源从引入过程来分，可分为两类，即与信号光电检测器有关的噪声和与光电接收机 电路有关的噪声。与信号光电检测器有关的噪声包括：量子 噪声、雪崩倍增噪声、暗电流及漏电流噪声和背景噪声等等。与光接收机电路有关的噪

14、声包括：放大器噪声、负载电阻热噪声等。30光波分复用的定义和基本形式。光波分复用（ WDM Wavelength Division Multiplexing）技术是在一根光纤上能同时传送多波长光信号的一项技术。它 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）并作进一步处理，恢复出原信号送入 不同的终端。WD系统的基本形式：1双纤单向传输2.单纤双向传输3.光分路插入传输31. WDM系统主要组成部分实际的DW系统主要由五部分组成：光发射机、光中继放大（ EDFA、光接收机、光监控信 道、网络管理系统32.

15、WDM系统的应用代码一般采用以下方式构成：nWx-y z它的各个字母意义？WD系统的应用代码一般采用以下方式构成：nWx予-z,其中n是最大波长数目W代表传输区段（W= L, V或U分别代表长距离、很长距离和超长距离）x表示所允许的最大区段数（x> 1）y是该波长信号的最大比特率（y= 4或16分别代表STM- 4或STM- 16）z代表光纤类型（z= 2, 3, 5分别代表G.652, G.653或G.655光纤）33. 光波分复用系统的关键技术和相应的技术问题有哪些？光波分复用系统的关键技术：光源技术光波分复用/解复用器与光滤波器技术光转发器（OTU技术光纤传输技术(光纤选型、色散补

16、偿技术、色散均衡技术、 )监控技术 光波分复用系统的技术问题：1. 光源的波长准确度和稳定度问题2. 光信道的串扰问题3. 光纤色散对传输的影响问题4. 光纤的非线性效应问题5. EDFA的动态可调整增益与锁定问题6. EDFA的增益平坦问题7. EDFA勺光浪涌问题8. EDFA级联使用时的噪声积累问题34. 为什么要引入非零色散位移光纤 NZDSF重点考察的是G.655 NZDSF在1550nm波长处的有微量的色散与非线性效应和色散效应 的关系。G.655 非零色散光纤，是一种改进的色散移位光纤。在密集波分复用(WDM) 系统中，当使用波长1.55卩m色散为零的色散移位光纤时，由于复用信道

17、多，信道间隔小，出现了一 种称为四波混频的非线性效应。 这种效应是由两个或三个波长的传输光混合而产生的有害的 频率分量，它使信道间相互干扰。 如果色散为零，四波混频的干扰十分严重，如果有微量 色散， 四波混频反而减小。为消除这种效应， 科学家开始研究了非零色散光纤。这种光纤的 特点是有效面积较大，零色散波长不在1.55卩m而在1.525卩m或1.585卩m。在1.55卩m有适中的微量色散，其值大到足以抑制密集波分复用系统的四波混频效 应，小到允许信道传输速率达到 10 Gb/s 以上。35. 什么是 “四波混频 ”效应？ 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

18、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。36. 什么是OTDM ?实现OTDM的关键技术或难点有哪些？OTDM 是指将通信时间分成相等的间隔，每一间隔只传输固定 信道的一种技术。 OTDM 的系统光源为超短光脉冲光源， 由光分路 器分成n束。各支路的电信号分别被调制到各束的光脉冲上去，然 后通过光时延线，每路之间间隙为 T,使各支路光脉冲精确的按预 定要求在时间上错开排队， 再由合路器将这些支路光脉冲复接在一 起，便完成了在光时域上的间插复用。 接收端的解复用器是一个高 速开关，在时域上将各支路信号分开，分别接

19、入相应的接收机。37. 叙述 WDM 系统的特点WDM 系统的特点 : 可以充分利用光纤的带宽资源 可以完成多种电信业务的综合和分离 可实现单纤双向传输，节省大量投资 节省大量光纤 降低器件的超高速要求 适用于多种网络形式 引入宽带业务方便 高度的组网灵活性、经济性和可靠性38. 光波分复用系统的工作波长范围为多少？为什这么取？ ?艮据通路间隔的大小，光波分复用技术可以分为几种？通路间隔的选择原则是什么？光波分复用系统的工作波长应该在15301565nm这么取的原因：目前在 SiO2光纤上，光信号的传输都在光纤的两个低损耗区段，即1310nm和1550nm但由于目前常用的 EDFA勺工作波长范

20、围为 1530 1565nm。波分复用的常规分类：光频分复用（OFDM）:光频（信）道间距很小的频分复用。密集波分复用（DWDM）光频（信）道间距小于10nm勺波分复用，D:Dense（密集）粗波分复用（CWDM）光频（信）道间距大于10nm的波分复用，C: Coarse （ 粗），也称稀疏波 分复用。目前国际上规定的通路频率是基于参考频率为193.1THZ，最小间隔为100GHZ勺频率间隔系列。DWDM（1550 波段）的标准信道间距：入=1.6nm, 0.8nm, 0.4nm（ f = 200GHz,100GH z, 50GHz）G.692建议规定，通路间隔是 100GHz（约0.8 nm

21、 ）的整数倍，可以是 100,200, 400, 500, 600GHz等。39已知光纤参数为：n1 = 1.45, = 0.01,入=1.31卩m,估算光纤的模场直径。数值孔径的均值为 NA=n1（2 ）9.5=0.205在单模光纤中纤心直径就是模场直径，a光纤半径"*r 千解：T r = 3（歸-局严=如1 V2A XV=由阶跃折射率光纤的单模条件：v< 2, 4052.405“ “a 71.87um1.45 ,2 0.011.31um老师课件例题I函厂利用单模条件估算光波系统中单模光纤的纤芯半径.其中，取久 解：-1.2/Jmt m - 1.45& A - 5X

22、103 *v =局 °（丹;一卅）=二JiAVA 1由阶跃折射率光纤的单模条件：¥<2.4052.405x 1 .45xV2x5x10'3U/W实际中，d降至3其1肝打 单模光纤的纤芯半径设计在: aw 4pm倉40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寸，

23、表示导模截止。模式截止 由修正的贝塞尔函数的性质可知，,wr要求在包层电磁场消逝为零，即exp(一丁)将在包层振荡， 传输模式将转换为辐射模式，当 wr Tg时，aT0,必要条件是wr T / wr T exp( ) aaw>0o如果w<0, 电磁场使能量从包层辐射出去。w=0( 3 =n2k)介于传输模式和辐射模式的临界状态，这个状态称为模式截止。单模传输条件是：归一化频率Vv =2.405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入 c= 2a, n； -n；2.405LP11模对应的矢量模是 TE01、TM01、HE2141. 何为副载波调幅

24、-光强调制原始的电信号先对某一电载波进行调幅，然 后再对光源进行调制。电载波区别于光载波，称为副载波。42、PDH和SDH勺概念PDH通信系统称为准同步数字体系复用/解复用是数字信号传输的重要部分复用：将低速信号按照一定的规则变成高速信号 解复用：将收到的高速信号恢复成原来的低速信号PDH基群信号为2Mb/s信号PDH 主要适用于中、低速率点对点的传输 。SDH 全称叫做同步数字传输体制， SDH 是一种传输的体制 协议 SDH 这种传输体制规范了 数字信号的帧结构、 复用 方式、传输速率等级，接口码型等特性。 SDH 概念的 核心 是从 统一 的国家电信网和国际互通的 高度来组建数 字通信网

25、。 与传统的 PDH 体制不同， 按 SDH 组建的网是 一个 高度 统一的、标准化的、智能化的网络 。它采用全 球统一的接口 以实现设备多厂家环境的兼容。43、PDH的固有缺陷是什么？1、接口方面 电接口只有地区性的电接口规范，无世界标准。PDH3有3种速率等级：欧洲和中国(2Mb/s)、2日本、北美( 1.5Mb/s )光接口无光接口规范，各厂家开发2、复用方式： 复用 / 解复用的方式， 决定高速信号上 / 下低速 信号的方便性。 PDH 采用 异步复用 方式：低 速信号在高速信号中的位置无规律性，即无 预知性， 即 不能从高速信号中直接分离低速信号。从高速信号插/ 分低速信号要一级一级

26、进行，层层的复用 解复用增加了信号的损伤，不利于大容量传输。3OAM)： 、3、运行维护功能( OAM )：OAM决定设备维护成本，与信号帧中开销(冗余)字节的数量有关； PDH 信号帧中 用于 OAM 开销少， OAM 功能弱， 系统安全性差4、 无统一的网管接口，无法形成统一的TMN 因此， PDH 体制不适应大容量 传输网的组建44、SDH勺帧结构 SDH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。SDH 帧的三个部分 (1) 段开销 (SOH) (2) 信息载荷 (Payload) (3) 管理单元指针 (AU PTR) 另外SDH帧结构的帧长恒定，帧的传输原则，其特点使

27、得直接分/插信号成为可能45、SDH的系统性能指标1. 误码率 (BER) 误码率 是衡量数字光纤通信系统传输质量优劣的非常重要 的指标，它 反映了在数字传输过程中信息受到损害的程度。 2. 抖动3. 可靠性可靠性表示方法：可靠性R和故障率？ R=exp(- ?t)46、EDFA勺优点EDFA1掺铒(Er)光纤放大器， 工作频带正处于光纤损耗最低处 (1525-1565nm) ；频带宽，可对多路信号同时放大(波分复用)； 对数据率/格式透明，系统升级成本低；增益高 (>40dB)、输出功率大(30dBm)、噪声低(45dB); 全光纤结构，与光纤系统兼容；增益与信号偏振态无关，故稳定性好

28、； 所需的泵浦功率低 (数十毫瓦 )。EDFA军决了系统容量提高的最大的限制一一光损耗。补偿了光纤本身的损耗，使长距离传输成为可能。 大大增加了功率预算的冗余，系统中引入各种新型光器件成为可能。 支持了最有效的增加光通信容量的方式WDM。推动了全光网络的研究开发热潮。47. 光放大器的主要参数 增益、输出功率、噪声指数是表征光放大器性能的三项主要参数。48. 啁啾 啁啾（chirp ）是指产生光脉冲（包括调制）时引入的附加线性调频，也即光脉冲的载频随时间变化。对脉冲进行编码时，其载频在脉冲持续时间内线性地增加，当将脉冲变到音频时，会发出一种声音，听起来像鸟叫的啁啾声，故名啁啾”49. 色散补偿技术（11章）目前在技术上较为成熟的色散补偿技术主要包括色散补偿光纤、色散均衡器和预啁啾技术50. 色散补偿光纤和偏振模色散补偿色散补偿光纤DCF基于LP01模的单模DCF在设计时采用较小的光纤内径，得到较高的相对 折射率差，从而实现在1550nn处较大的负色散。双模DCF勺色散补偿技术它是利用双模光纤的第1高阶模（LP11）在截止波长附近具有很大负波导色散的特点来实现色散补偿的。目前，用于偏振模色散（PMD补偿的技术有很多，概括起来主要有电补偿方法、光电结合法和光补偿方法。51. 相干光通信原理相