江苏省自考02338光纤通信原理高频考点重点

02338光纤通信原理高频考点·重点汇总·划书笔记指定教材：《光纤通信原理与应用》（第3版）方志豪、朱秋萍等编著

电子工业出版社，2019年（依据江苏省2024版自考大纲高纲4282）课程结构：共7个考核章（第8章“未来的全光网络”不作考核）。题型：单项选择题、名词解释题、简答题、画图题、计算题；闭卷笔试150分钟，60分及格。能力层次比例：识记20%、领会30%、简单应用30%、综合应用20%；难度比易∶较易∶较难∶难=2∶3∶3∶2。课程重点：光纤传光原理与特性参数、光发送/接收电路、波分复用与EDFA、SDH传输规范与计算、光纤接入网。课程难点：NA/V参数与单模条件、光源原理、线路码型、波分复用、EDFA、PDH/SDH复用、误码指标、中继距离计算。标记说明：★★为高频重点（红色），【考点提示】标注命题类型（绿色）。

第一章概述一、学习目的与要求了解光纤通信发展历程，理解光纤通信优点，掌握光纤通信系统的基本构成及分类，了解语音信号PCM数字化原理，理解话路时分复用的PCM基群结构，了解我国采用的数字复接系列。二、核心知识点（一）光纤通信的基本概念【识记】光纤通信的定义、发展过程。★★光纤通信：是以光波为载波、以光导纤维（光纤）为传输介质的一种通信方式。它先把电信号调制到光波上（电/光变换），经光纤传输到对端，再把光信号还原为电信号（光/电变换）。★光纤通信发展的几个标志：1960年梅曼制成红宝石激光器；1966年高锟提出利用玻璃光纤实现通信（“光纤之父”，提出低损耗光纤设想）；1970年美国康宁公司研制出损耗20dB/km的低损耗石英光纤，同年制成室温连续工作的半导体激光器，标志光纤通信进入实用阶段。【领会】光纤通信的优点（高频考点）。★★光纤通信的优点：①频带宽、通信容量大；②传输损耗低、中继距离长；③抗电磁干扰能力强、传输质量高；④光纤之间串扰小、保密性好；⑤光纤尺寸小、重量轻、便于敷设；⑥原材料石英（SiO₂）资源丰富、可节约有色金属；⑦抗化学腐蚀、绝缘性能好。【考点提示】【高频·单选/简答】光纤通信的优点；“容量大、损耗低、抗干扰、保密好”为关键词。★光纤通信的主要缺点：①光纤质地脆、机械强度差，需要增强保护；②切断、连接需要专用设备和较高技术；③分路、耦合不灵活；④光器件成本仍较高。（二）光纤通信系统的构成与分类【领会】光纤通信系统的基本构成（画图题高频）。★★光纤通信系统基本构成：电发射机（电端机）→光发射机（E/O，含驱动电路和光源）→光纤光缆（含接头、光中继器）→光接收机（O/E，含光检测器和放大判决）→电接收机（电端机）；此外还有监控系统、备用系统和辅助系统。★光发射机的作用是把电信号变换为光信号并耦合进光纤；光接收机的作用是把光纤输出的微弱光信号还原为电信号并放大、再生。【识记】光纤通信系统的分类。★分类：①按传输信号分数字光纤通信系统、模拟光纤通信系统；②按光源波长（光波长窗口）分短波长（0.85μm）系统和长波长（1.31μm、1.55μm）系统；③按光纤传输模式分多模光纤通信系统、单模光纤通信系统；④按光纤折射率分布分阶跃型、渐变型；⑤按复用方式分空分、时分、波分、频分、码分复用系统。★石英光纤三个低损耗窗口：0.85μm（第一窗口）、1.31μm（第二窗口）、1.55μm（第三窗口，损耗最低）。（三）数字话路基础知识【识记】语音信号的PCM数字化、数字复接系列。★★PCM（脉冲编码调制）数字化三步骤：抽样、量化、编码。话音信号抽样频率f_s=8000Hz（8kHz），抽样周期T=1/8000=125μs。★★每样值量化编码为8位（8bit）；一路话音的速率=8000×8=64kb/s。【领会】话路的时分复用与PCM基群帧结构（画图/单选高频）。★★我国采用30/32路PCM基群（E1）：一帧时长125μs，划分为32个时隙TS0～TS31，每时隙8bit；其中TS0传帧同步码、TS16传信令，TS1～TS15、TS17～TS31共30个时隙传30路话音。★★一帧比特数=32×8=256bit；基群（E1）速率=32×8×8000=2.048Mb/s。【考点提示】【高频·单选/计算】抽样频率8kHz、帧周期125μs、32时隙、基群速率2.048Mb/s（大纲题型举例原题）。★★数字复接系列（PDH，我国采用E体系，逐级4倍复接）：E1基群2.048Mb/s（30路）→E2二次群8.448Mb/s（120路）→E3三次群34.368Mb/s（480路）→E4四次群139.264Mb/s（1920路）→E5五次群564.992Mb/s。北美、日本采用T体系，T1基群为1.544Mb/s（24路）。第二章光纤一、学习目的与要求掌握光纤基本结构和分类，从射线光学和电磁波角度理解光纤传光理论，理解光纤特性参数，了解光纤连接与光缆结构。本章为课程重点与难点，单选、名词解释、计算、画图均高频。二、核心知识点（一）光纤的基本概念【领会】光纤的基本结构、分类。★★光纤基本结构：由内向外为纤芯、包层、涂覆层（外加套塑层）。纤芯折射率n₁，包层折射率n₂，且n₁＞n₂；纤芯是光信号传输的主要通道，包层与纤芯配合产生全反射并把光限制在纤芯内，涂覆层起机械保护作用。★★按折射率分布分类：①阶跃（突变）型光纤SI——纤芯折射率处处相等、在芯包界面突变；②渐变（梯度）型光纤GI——纤芯折射率由中心向外逐渐减小。按传输模式分类：①多模光纤MMF（纤芯50μm或62.5μm，可传多个模式）；②单模光纤SMF（纤芯8～10μm，只传基模）。包层外径统一为125μm。【考点提示】【高频·单选】n₁＞n₂是传光前提；单模纤芯约8～10μm、包层125μm。★光纤制造：常用MCVD（改进的化学气相沉积法）等；制造过程分制棒（预制棒）、拉丝、涂覆、成缆。光缆由光纤、加强构件、缓冲层和护套组成，常见结构有层绞式、骨架式、中心束管式、带状式。（二）光纤传光原理【领会】光的射线理论、两类入射光、子午光线传播。★★全反射条件：①纤芯折射率大于包层，即n₁＞n₂；②光线在纤芯—包层界面的入射角φ大于临界角φ_c。临界角满足sinφ_c=n₂/n₁。满足全反射时，光线被限制在纤芯内锯齿形向前传播。★★入射到光纤端面的光分两类：①子午光线——在通过光纤轴线的平面（子午面）内传播、轨迹为锯齿形折线且与轴线相交；②斜射线（斜光线）——不通过轴线、轨迹为空间螺旋折线。★★数值孔径NA：描述光纤收集光线能力的参数。NA=sinθ_max=√(n₁²-n₂²)=n₁√(2Δ)，其中相对折射率差Δ=(n₁-n₂)/n₁，θ_max为光纤端面的最大接收角（入射临界角）。NA越大，收光能力越强、与光源耦合越容易，但模式色散越大；NA只取决于n₁、n₂，与纤芯直径无关。【考点提示】【高频·名词解释/计算】数值孔径NA及其计算。【领会】四类导波模式、归一化截止频率、标量模。★★用波动理论（电磁场分析）可将导波模式分为四类：TE模（横电模）、TM模（横磁模）、EH模、HE模（混合模）。为简化分析引入标量模LP（线偏振模）。★★归一化频率（V参数）：V=(2πa/λ)·√(n₁²-n₂²)=(2πa/λ)·NA，其中a为纤芯半径、λ为工作波长。V值决定光纤中能传输的模式数量。★★单模工作条件：当V＜2.4048时，光纤只允许基模LP₀₁（即矢量模HE₁₁）传输，其余高阶模全部截止，即为单模光纤。基模LP₀₁对应HE₁₁。★★传导模总数估算（简单应用）：阶跃型多模光纤M≈V²/2；渐变型多模光纤M≈V²/4。★★截止波长λ_c：λ_c=2πa·NA/2.4048。当工作波长λ＞λ_c时光纤工作在单模状态；λ＜λ_c时出现多模。【考点提示】【高频·计算】V参数、单模条件V<2.4048、模总数M、截止波长。（三）光纤特性参数【识记/领会】衰减、色散、带宽、截止波长、模场直径。★★衰减（损耗）：光信号沿光纤传输时功率随距离下降。损耗系数α=(10/L)·lg(P_in/P_out)，单位dB/km，L为光纤长度，P_in、P_out为输入、输出光功率。★★衰减产生原因：①吸收损耗（本征吸收、杂质吸收，OH⁻氢氧根离子形成“水峰”）；②散射损耗（以瑞利散射为主，瑞利散射损耗与波长四次方成反比，λ越短损耗越大）；③弯曲损耗（宏弯损耗、微弯损耗）；④辐射损耗。★三个窗口损耗：0.85μm损耗较大，1.31μm约0.35dB/km，1.55μm最低（约0.2dB/km），故长距离干线多用1.55μm窗口。★★色散：光脉冲中不同频率成分或不同模式到达接收端时间不同，导致脉冲展宽的现象。分两大类：①模间色散（模式色散）——多模光纤中不同模式传播路径/速度不同所致，单模光纤不存在模间色散；②模内色散（色度色散）——同一模式内不同波长引起，包括材料色散和波导色散。此外单模光纤还有偏振模色散PMD。★材料色散由材料折射率随波长变化引起；波导色散由模式传播常数随波长变化引起。G.652常规单模光纤零色散波长在1.31μm附近；1.55μm处损耗最低但存在色散；色散位移光纤（G.653）把零色散点移到1.55μm。★★光纤带宽：色散使脉冲展宽、限制传输速率，用带宽表示，单位MHz；带宽与长度有关，带宽长度积B·L近似为常数，光纤越长、带宽越低。★模场直径MFD：描述单模光纤基模光场能量集中程度的参数，比纤芯直径更能反映单模光纤的传输与连接特性，1.31μm处约9～10μm。截止波长分理论截止波长、光缆截止波长和系统（有效）截止波长。【考点提示】【高频·名词解释】色度色散（大纲题型举例：同一导波模式不同光波长之间的色散）、数值孔径、模场直径。（四）光纤连接与应用★光纤连接方式：①固定连接（永久性，以熔接法为主，损耗小）；②活动连接（可拆卸，用光纤连接器）。连接损耗来源：轴向错位（偏心）、角度倾斜、端面间隙、纤芯直径/数值孔径不匹配、菲涅耳反射等。★光纤通信波段划分：O波段（1260～1360nm）、E波段（1360～1460nm）、S波段（1460～1530nm）、C波段（1530～1565nm，EDFA放大波段）、L波段（1565～1625nm）、U波段（1625～1675nm）。第三章光发送设备一、学习目的与要求理解光端机基本功能与构成，掌握光发送电路组成及主要性能指标，理解LD、LED工作原理与特性，了解驱动、APC、ATC电路作用，理解并会分析HDB3、CMI、字变换码、插入码等线路码型。二、核心知识点（一）光端机的基本概念★★光端机功能：完成电信号与光信号之间的相互变换。光端机由光发送机和光接收机组成（数字光端机还含输入/输出接口、码型变换、辅助与监控电路）。（二）光发送电路★★光发送电路基本组成：输入电路（码型变换）、驱动电路、光源（LD或LED）、自动功率控制（APC）电路、自动温度控制（ATC）电路及光源保护、告警电路。★对光源的基本要求：发光波长与光纤低损耗窗口匹配、谱线窄、输出功率足够且稳定、耦合效率高、调制特性与线性好、响应快、寿命长、可靠性高。【领会】激光二极管LD的工作原理与主要特性。★★LD（激光二极管）依靠受激辐射发光，存在阈值电流I_th：注入电流低于阈值时发微弱荧光（自发辐射），达到并超过阈值后发出相干激光，输出光功率随电流急剧增大。★★LD的P-I特性（功率—电流特性）：以阈值电流为转折点，阈值以上P与I近似线性；温度升高时阈值电流增大、同样电流下输出功率下降，故需APC、ATC。LD其他特性：光谱特性（谱宽窄、方向性好）、转换效率高、调制带宽大、可高速调制。★LD类型：法布里—珀罗激光器（FP-LD，多纵模）、分布反馈激光器（DFB-LD，单纵模、谱线极窄，用于DWDM）、分布布拉格反射激光器（DBR-LD）、垂直腔面发射激光器（VCSEL）。★LED（发光二极管）依靠自发辐射发光，无阈值电流，输出光功率较小、光谱较宽、调制速率较低、方向性差，但结构简单、价格低、线性好、寿命长，多用于短距离、低速多模系统。【考点提示】【高频·单选/名词解释】LD受激辐射、有阈值；LED自发辐射、无阈值。★光源与光纤耦合方法：直接耦合、透镜耦合（加微透镜提高耦合效率）。【识记/领会】驱动电路、APC、ATC的功能。★★驱动电路功能：按输入电信号控制光源电流，实现光强调制；LD的驱动电流=偏置电流+调制电流，偏置电流一般取略低于阈值电流，以减小开通延迟、提高调制速度。★★APC（自动功率控制）功能：利用光源组件内的背光检测光电二极管监测LD后向光功率，反馈调节偏置电流，使输出光功率在温度变化、器件老化时保持稳定。★★ATC（自动温度控制）功能：用热敏电阻检测LD管芯温度、用半导体制冷器（TEC）加热或制冷，使LD管芯工作温度保持在20℃左右，以提高LD的工作稳定性和寿命（大纲题型举例原题）。★★光发送电路主要性能指标（简单应用）：平均发送光功率、消光比、发光谱宽（光谱特性）、调制特性、眼图模板。消光比EX=10lg（全“1”码平均发送光功率P₁/全“0”码平均发送光功率P₀），单位dB，消光比越大越好（一般要求≥10dB）。（三）输入电路与光纤线路码型★输入电路完成接口码型到光纤线路码型的变换。输入接口码型：PCM电接口常用HDB3码。【领会】光纤线路码型设计要求。★★光纤线路码型设计要求：①便于从线路信号中提取定时时钟（连“0”、连“1”不宜过长）；②能进行不中断业务的在线误码监测；③直流分量小、基线漂移小；④编码冗余度小、编码效率高；⑤编译码电路简单、成本低。★★HDB3码（三阶高密度双极性码）：在AMI码基础上，当出现4个连“0”时用破坏脉冲节（B00V或000V）取代，以限制连0个数、便于时钟提取。★★CMI码（传号反转码，属1B2B码）：把1位二进制码编成2位：“0”固定编为“01”；“1”交替编为“11”和“00”。其无直流分量、定时含量丰富、可在线误码监测。★★字变换码（mBnB码）：把输入的每m位码组（码字）变换为n位（n＞m）输出码组，如1B2B、5B6B、8B10B；通过禁用码组实现误码监测。插入码：在每m位信息码后插入1位辅助比特，如mB1P（插入奇偶校验位P）、mB1H（插入混合比特H，传公务、监控、数据）。【考点提示】【高频·单选/简答/编码应用】CMI、HDB3、mBnB、mB1P/mB1H编码规则。第四章光接收设备一、学习目的与要求理解光接收电路基本构成，掌握其主要性能指标（灵敏度、动态范围），了解光检测器类型与特性参数，了解各组成部分功能，理解码间干扰与眼图，了解输出电路与光模块。二、核心知识点（一）光接收电路★★光接收电路基本组成（按信号流向）：光检测器（PIN/APD）→前置放大器→主放大器（含AGC自动增益控制）→均衡器→基线恢复→幅度判决、非线性处理；同时由时钟提取→限幅移相→定时判决，最终再生出电信号（再生中继）。【识记】光检测器类型及原理。★★光检测器利用光电效应把光信号变换为光电流。两类：①PIN光电二极管（本征PN型，P-I-N结构，本征层加厚，无内部增益，所需反向偏压低、噪声小、线性好）；②APD雪崩光电二极管（在高反向偏压下利用雪崩倍增效应获得内部电流增益G，灵敏度高，但需高偏压、增益对温度敏感需补偿、噪声较大）。★★光电二极管主要特性参数：①响应度R=I_p/P_in（A/W），单位入射光功率产生的光电流；②量子效率η；③截止波长（长波长极限）；④响应速度（响应时间）；⑤暗电流（无光照时的漏电流，越小越好）；⑥APD的倍增因子（增益）G。【考点提示】【高频·单选/名词解释】PIN无内部增益、APD有雪崩增益；响应度R=Ip/Pin。★各部分功能：前置放大器与光检测器紧连、以低噪声为首要要求（分低阻、高阻、互阻式，互阻式动态范围大、频带宽、应用广）；主放大器提供足够增益并由AGC稳定输出；均衡器补偿高频、压缩脉冲拖尾以消除码间干扰；时钟提取电路提取位定时；判决再生电路在最佳时刻按门限判决恢复“0/1”。【领会】码间干扰与眼图。★★码间干扰（ISI）：因光纤色散及系统带宽有限，光脉冲展宽、相邻码元波形相互重叠造成的干扰。消除/减小方法：①采用均衡器均衡；②选择适当线路码型、控制连码；③合理限制中继段长度和传输速率；④采用色散补偿。★★眼图：用接收信号的位定时作同步触发，把多个码元波形叠加显示在示波器上所得、形如“眼睛”的图形。眼睛张开越大、越清晰，说明码间干扰和噪声越小、传输质量越好；由眼图可确定最佳判决时刻（眼睛张开最大处）和最佳判决门限（眼睛中心水平中线），并观察抖动、噪声容限。【考点提示】【高频·名词解释/简答/画图】眼图的概念与作用。★★光接收电路主要性能指标：①接收灵敏度——在满足规定误码率（如10⁻⁹、10⁻¹⁰）条件下，接收机所需的最小平均接收光功率，常用dBm表示，数值越负灵敏度越高；②动态范围——在规定误码率下，接收机允许的最大接收光功率与最小接收光功率之比（dB），D=10lg(P_max/P_min)，动态范围越大适应能力越强。（二）输出电路与光模块★输出电路完成线路码型到电接口码型的反变换、电平匹配与输出接口。光模块是把光发射、光接收及相关功能集成在一起的光收发一体组件，常见封装有GBIC、SFP、SFP+、XFP、QSFP等，具有热插拔、小型化特点。第五章波分复用光纤通信系统一、学习目的与要求理解WDM基本概念与目的，掌握WDM系统组成，了解其特性指标与各类波分复用器件，理解EDFA、FRA、FBA、SOA等光放大器原理，了解光中继器分类。二、核心知识点（一）波分复用WDM技术★★WDM（波分复用）：在一根光纤中同时传输多个不同波长光载波信号的技术。发送端用合波器（MUX/光复用器）把多个波长合并送入一根光纤，接收端用分波器（DEMUX/解复用器）把不同波长分开。★★WDM的目的与优点：①充分利用光纤巨大带宽资源、成倍扩容；②各波长透明传输不同速率、格式、业务；③节省光纤、降低成本；④可实现波长路由与光层组网、便于扩容升级。★分类：按信道间隔分DWDM密集波分复用（间隔0.8nm/1.6nm，即100GHz/50GHz，信道多）和CWDM粗波分复用（间隔20nm，约18个波长，成本低）；按传输方向分单向WDM、双向WDM。★★WDM系统基本组成：光发射机（多波长光源）、波分复用器（合波器）、光中继/光放大器（EDFA）、波分解复用器（分波器）、光接收机、光监控信道（OSC）及网络管理系统。★★主要特性指标：信道间隔与信道数、插入损耗、信道隔离度（串扰）、通带宽度（-1dB/-3dB带宽）、温度稳定性。★★插入损耗IL：器件引入的光功率损耗，IL=-10lg(P_out/P_in)，单位dB，越小越好。信道隔离度：某一信道对其他信道串扰的抑制能力，等于该波长主输出功率与泄漏到其他端口功率之比的分贝数，隔离度越大、串扰越小（简单应用计算）。【考点提示】【高频·计算】插入损耗、信道隔离度的计算。★WDM器件类型：①光纤耦合型（熔融拉锥型，成本低）；②干涉型——介质薄膜滤波器（TFF）、阵列波导光栅（AWG，适于多信道集成）、光纤布拉格光栅（FBG）、马赫—曾德尔干涉仪（MZI）；③角色散型（光栅）。★WDM系统对光纤的新要求：在工作波段损耗低且平坦、色散与偏振模色散小、非线性效应小。主要光纤非线性效应：四波混频（FWM）、自相位调制（SPM）、交叉相位调制（XPM）、受激布里渊散射（SBS）、受激拉曼散射（SRS）。（二）光中继器与光放大器★★光中继器分两类：①光电转换型中继器（O-E-O再生中继）——先光/电变换，经放大、整形、定时（3R再生：再放大、再整形、再定时）后再电/光变换，速率/格式不透明、设备复杂；②全光型中继器（光放大器）——直接在光域放大信号（1R，只放大），对速率和数据格式透明，可同时放大多个波长。★★EDFA（掺铒光纤放大器）：以掺铒光纤（EDF）为增益介质，用泵浦激光器提供能量实现光放大。基本组成：掺铒光纤、泵浦激光器（980nm或1480nm）、波分复用器（把泵浦光与信号光耦合）、光隔离器（防反射、保证单向）、光滤波器（滤除自发辐射噪声ASE）。★★EDFA工作波段为1530～1565nm（C波段），与光纤最低损耗窗口一致。优点：增益高、与偏振无关、对数据速率和格式透明、可同时放大DWDM多个波长、耦合损耗小、噪声系数较低。泵浦方式分同向（前向）、反向（后向）、双向泵浦。★EDFA主要指标：增益（dB）、增益带宽、饱和输出功率、噪声系数NF、泵浦效率（增益对泵浦功率的依赖）。★FRA（光纤拉曼放大器）：利用受激拉曼散射效应，以传输光纤本身作增益介质实现分布式放大；泵浦波长比信号波长约高100nm（斯托克斯频移约13THz），增益波长由泵浦波长决定，噪声低、可放大任意波段但泵浦效率低、所需泵浦功率大。★FBA（光纤布里渊放大器）：利用受激布里渊散射，频移小（约11GHz）、增益带宽很窄，可作选频/窄带放大。SOA（半导体光放大器）：体积小、可集成、功耗低，但存在偏振敏感和信道串扰、非线性明显。【考点提示】【高频·简答】EDFA基本组成、工作波段；EDFA/FRA/FBA比较。第六章光纤数字通信系统的传输规范一、学习目的与要求了解PDH概念、复用关系和帧结构，理解SDH概念、帧结构与复用映射，掌握SDH主要设备，掌握系统质量指标与基本设计（中继距离、灵敏度、动态范围、消光比计算），理解系统测量。本章计算题为综合应用重点。二、核心知识点（一）两种主要传输制式PDH与SDH★★PDH（准同步数字体系）：各支路信号速率接近但不完全相等（准同步），逐级码速调整复接。E体系速率：E1=2.048、E2=8.448、E3=34.368、E4=139.264、E5=564.992Mb/s。缺点：世界三种地区标准不统一、逐级复接上下支路困难、开销比特少、网管弱、不能直接同步复用。★★SDH（同步数字体系）：全网同步、标准化的传输体系。最基本模块为STM-1，速率155.520Mb/s；STM-N速率=N×155.520Mb/s，如STM-4=622.080、STM-16=2488.320（2.5G）、STM-64=9953.280Mb/s（10G）。★★SDH帧结构（画图/计算高频）：呈块状，由9行×270N列字节组成，每字节8bit，帧周期125μs（每秒8000帧）。STM-1速率=9×270×8×8000=155.520Mb/s。★★SDH帧分三大区域：①段开销SOH（含再生段开销RSOH，第1～3行；复用段开销MSOH，第5～9行）；②管理单元指针AU-PTR（第4行）；③信息净负荷Payload（含通道开销POH）。★★SDH复用映射三基本步骤：映射、定位（靠指针）、复用。层次结构：容器C→（加POH）虚容器VC→（加指针）支路单元TU→支路单元组TUG→管理单元AU→管理单元组AUG→STM-N。★我国2Mb/s信号映射路线：2.048Mb/s→C-12→VC-12→TU-12→TUG-2（3个TU-12）→TUG-3（7个TUG-2）→VC-4（3个TUG-3）→AU-4→AUG→STM-1。指针（TU-PTR、AU-PTR）的作用是允许VC在帧中灵活“浮动”，以吸收频率和相位偏差，实现准同步信号同步复用。★★SDH复用与交换主要设备：终端复用器TM、分插复用器ADM（可直接上下支路，环形网核心）、再生中继器REG、数字交叉连接设备DXC。传送网分层：电路层、通道层、传输媒质层（段层＋物理层）；基本拓扑：链形、星形、树形、环形、网孔形。【考点提示】【高频·单选/计算/画图】STM-1=155.520、9×270结构、复用映射路线。（二）系统基本质量指标★ITU-T用假设参考连接HRX、假设参考通道HRP、假设参考数字段HRDS来分配误码指标。基群及以上速率通道误码性能参数：误块秒比ESR、严重误块秒比SESR、背景误块比BBER。★★抖动：数字信号的有效瞬间相对于其理想时间位置的短时相位偏移（频率高于10Hz）；长时间、缓慢的相位偏移称漂移（频率低于10Hz）。抖动指标有输入抖动容限、输出抖动、抖动转移特性。★可靠性（可用性）：可用性=MTBF/（MTBF+MTTR），MTBF为平均故障间隔时间、MTTR为平均修复时间。（三）系统基本设计（综合应用·计算）★★系统分衰减（损耗）受限系统和色散受限系统。衰减限制系统中继距离估算：L=(P_T-P_R-M_e)/(α_f+α_s/L_f+M_c)，工程上常用L=(平均发送光功率P_T-接收灵敏度P_R-设备富余度M_e)/(光纤每公里损耗α+每公里平均接头损耗+光缆富余度M_c)，结果单位km。★★消光比：EX=10lg(P₁/P₀)（dB），P₁为全“1”平均发送光功率、P₀为全“0”平均发送光功率，越大表示“0”码漏光越少、性能越好。★★接收机灵敏度：在规定误码率下所需最小平均接收光功率（dBm，越负越灵敏）。动态范围：D=10lg(P_max/P_min)（dB）（大纲题型举例：100μW与1μW时D=10lg(100/1)=20dB）。【考点提示】【高频·计算】中继距离、消光比、灵敏度、动态范围，务必会套公式。（四）系统测量★主要测量：误码率测量（误码分析仪）、抖动测量、平均发送光功率测量（光功率计）、消光比测量、接收机灵敏度与动态范围测量、光时域反射仪OTDR测量光纤长度、接头损耗与故障点定位、眼图观测。第七章现代光纤网络一、学习目的与要求理解接入网与光纤接入网概念，理解FTTx分类并掌握FTTH基本拓扑，理解xPON工作原理，了解光纤局域网、城域网、广域网、三网融合及无线接入热门技术。二、核心知识点（一）光纤接入网★★接入网（AN）：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，为业务节点与用户之间提供传送承载能力，管理经Q3接口。★★光纤接入网OAN：以光纤为主要传输介质的接入网。三大组成：①OLT光线路终端（位于局端，负责与业务网连接和对ONU管理）；②ODN光分配网络（由光纤、光分路器、连接器等无源器件组成的分配网络）；③ONU/ONT光网络单元（位于用户侧，提供用户接口）。★★FTTx分类：FTTH光纤到户、FTTB到大楼、FTTC到路边（交接箱）、FTTN到节点、FTTO到办公室；其中FTTH把光纤一直延伸到用户家庭，是接入网发展方向。★★FTTH基本拓扑结构：总线形、星形（点到点P2P）、树形（点到多点，PON典型结构）、环形。【领会】xPON的基本工作原理。★★PON无源光网络：ODN中不含任何有源电子器件、只含光分路器等无源器件，一个OLT经光分路器带多个ONU。下行采用广播方式（TDM，波长1490nm数据/1550nm视频），上行采用时分多址TDMA方式（波长1310nm），各ONU按OLT分配时隙发光，避免冲突。★各类PON比较：APON/BPON（基于ATM）、EPON（以太网无源光网络，IEEE标准，上下行速率1.25Gb/s）、GPON（ITU-TG.984，下行2.488Gb/s、上行1.244Gb/s，封装效率高、支持TDM）、10G-EPON、XG-PON（10GPON）、WDM-PON。★xPON关键技术：测距（补偿ONU距离差异、实现上行同步）、动态带宽分配DBA、突发模式发射与接收、快速比特同步、信道加密（安全）。【考点提示】【高频·单选/简答】OLT/ODN/ONU组成、PON下行广播上行TDMA、EPON/GPON速率。（二）光纤局域网、城域网、广域网★局域网LAN覆盖小范围，光纤局域网拓扑有总线形、星形、环形；光纤令牌环网（TokenRing）靠令牌依次传递控制发送权；另有光纤分布式数据接口FDDI（双环）、光纤ATM局域网。城域网MAN覆盖一座城市，广域网WAN跨城市/国家，三种典型广域网。（三）三网融合与热门技术★三网融合指电信网、广播电视网、计算机互联网在技术、业务、网络和终端上的融合。典型无线接入技术：Wi-Fi（WLAN）、WiMAX、移动通信（3G/4G/5G）、LMDS/MMDS等，光纤常作为其回传网络。附录全课程高频计算公式与画图清单一、必背计算公式★①NA=√(n₁²-n₂²)=n₁√(2Δ)；②V=(2πa/λ)NA，单模V<2.4048；③阶跃M≈V²/2、渐变M≈V²/4；④λ_c=2πaNA/2.4048；⑤α=(10/L)lg(P入/P出)dB/km；⑥IL=-10lg(P出/P入)；⑦动态范围D=10lg(Pmax/Pmin)；⑧消光比EX=10lg(P₁/P₀)；⑨响应度R=Ip/Pin；⑩STM-1=9×270×8×8000=155.520Mb/s；⑪E1=32×8×8000=2.048Mb/s；⑫衰减受限中继距离L=(P_T-P_R-M_e)/(α+平均接头损耗+M_c)。二、必会画图清单（20个）①光纤通信系统基本构成框图；②PCM基群帧结构；③阶跃光纤结构与子午光线全反射传播；④光纤端面接收角与NA示意；⑤光端机基本组成框图；⑥光发送电路组成框图；⑦LD基本结构框图；⑧LD的P-I特性曲线；⑨APC原理框图；⑩ATC原理框图；⑪光接收电路基本组成框图；⑫眼图及最佳判决点；⑬WDM系统组成框图；⑭EDFA基本结构（泵浦）框图；⑮光电转换型中继器框图；⑯SDH帧结构（9×270）；⑰SDH复用映射结构；⑱FTTH树形（PON）拓扑；⑲xPON接入网结构（OLT-ODN-ONU）；⑳光纤总线形/星形/环形局域网拓扑。【应试主线】第1章抓系统构成、PCM基群与PDH速率；第2章是重中之重，NA、V参数、单模条件、模总数、截止波长、衰减与色散全部要会算会解释；第3章抓LD/LED区别、APC/ATC作用与CMI/HDB3/mBnB编码；第4章抓PIN/APD、灵敏度与动态范围、眼图；第5章抓WDM组成、插损隔离度、EDFA；第6章抓SDH帧结构/速率/复用映射与四类计算；第7章抓OLT-ODN-ONU、FTTx、PON上下行机制。第八章分章客观题高频考点速记（数字·分类·对比）一、概述与光纤（第1～2章）★★1.光纤通信以光波为载波、光纤为介质；优点记“容量大、损耗低、抗干扰、保密好、体积小、省金属”。2.三窗口：0.85、1.31、1.55μm，1.55损耗最低。3.系统构成：电端机→光发射机(E/O)→光纤(含中继)→光接收机(O/E)→电端机。★★4.PCM三步：抽样、量化、编码；抽样8kHz、周期125μs、每样值8bit、单路64kb/s。5.E1帧=32时隙×8bit=256bit，TS0同步、TS16信令、30路话音，速率2.048Mb/s。6.PDH(E体系)：2.048→8.448→34.368→139.264→564.992Mb/s，逐级4倍；T1=1.544Mb/s（24路）。★★7.光纤=纤芯n₁+包层n₂+涂覆层，n₁>n₂；单模芯径8～10μm、多模50/62.5μm、包层125μm。8.全反射：界面入射角>临界角φ_c，sinφ_c=n₂/n₁。9.NA=√(n₁²-n₂²)=n₁√(2Δ)，表收光能力、与芯径无关。10.V=(2πa/λ)NA，单模V<2.4048，基模LP01=HE11。★★11.模总数：阶跃M≈V²/2、渐变M≈V²/4。12.截止波长λc=2πaNA/2.4048，λ>λc才单模。13.α=(10/L)lg(P入/P出)dB/km。14.衰减=吸收(本征+杂质OH水峰)+散射(瑞利∝1/λ⁴)+弯曲(宏弯/微弯)。15.色散=模间色散(仅多模)+色度色散(材料+波导)+PMD；G.652零色散1.31μm、G.653移到1.55。16.带宽长度积B·L近似常数。二、光收发与WDM（第3～5章）★★17.LD受激辐射、有阈值电流Ith、谱宽窄、可高速；LED自发辐射、无阈值、谱宽、低速短距。18.LD电流=偏置(略低于阈值)+调制电流。19.APC背光检测稳功率；ATC热敏电阻+TEC把管芯稳在20℃左右。20.消光比EX=10lg(P1/P0)，越大越好、一般≥10dB。★★21.线路码要求：易提时钟(少连0连1)、可在线误码监测、直流小、效率高、电路简。22.CMI(1B2B)：0→01，1交替→11/00；HDB3：4连0用破坏节替代；mBnB字变换；mB1P插校验、mB1H插混合比特。23.光接收链：检测器→前置放大(低噪声,互阻式)→主放(AGC)→均衡→基线恢复→判决，时钟提取→定时判决再生。★★24.PIN无内部增益、偏压低噪声小；APD雪崩倍增有增益G、灵敏度高、需高偏压与温度补偿。25.响应度R=Ip/Pin(A/W)；暗电流越小越好。26.眼图张开越大越好，可定最佳判决时刻与门限。27.灵敏度=规定BER下最小平均接收功率(dBm,越负越好)；动态范围D=10lg(Pmax/Pmin)dB。★★28.WDM一纤多波长，合波MUX/分波DEMUX；DWDM间隔0.8/1.6nm、CWDM间隔20nm。29.插损IL=-10lg(P出/P入)越小越好；信道隔离度越大串扰越小。30.WDM器件：熔锥耦合、TFF薄膜、AWG阵列波导光栅、FBG、MZI。31.非线性：FWM、SPM、XPM、SBS、SRS。★★32.中继：O-E-O再生(3R：再放大/整形/定时)；全光放大(1R,透明)。33.EDFA=掺铒光纤+泵浦(980/1480nm)+WDM耦合器+隔离器+滤波器，放大C波段1530～1565；泵浦分同向/反向/双向。34.FRA受激拉曼、分布式、泵浦比信号高约100nm；FBA布里渊、窄带选频；SOA半导体可集成但有串扰。三、SDH与光纤网络（第6～7章）★★35.SDH：STM-1=155.520，STM-N=N×155.520；STM-4=622.08、STM-16=2488.32、STM-64=9953.28Mb/s。36.帧=9行×270N列字节、帧周期125μs、8000帧/s；STM-1=9×270×8×8000=155.520。37.帧三区：SOH(RSOH1-3行/MSOH5-9行)、AU-PTR(第4行)、净负荷(含POH)。★★38.复用映射：C→VC(加POH)→TU(加指针)→TUG→AU→AUG→STM-N；我国2M路线C-12→VC-12→TU-12→TUG-2(×3)→TUG-3(×7)→VC-4(×3)→AU-4→STM-1。39.设备TM/ADM/REG/DXC。40.误码参数ESR/SESR/BBER；抖动>10Hz、漂移<10Hz；可用性=MTBF/(MTBF+MTTR)。★★41.衰减受限中继距离L=(PT-PR-Me)/(α+平均接头损耗+Mc)。42.测量：误码仪、光功率计、OTDR(测长度/接头损耗/故障定位)、眼图。43.接入网接口SNI/UNI/Q3；OAN=OLT(局端)+ODN(无源分配)+ONU(用户端)。44.FTTH/FTTB/FTTC/FTTN/FTTO；FTTH拓扑总线/星形/树形/环形。★★45.PON：ODN全无源、点到多点；下行广播(1490数据/1550视频)、上行TDMA(1310)。46.EPON上下行1.25Gb/s；GPON下2.488/上1.244Gb/s。47.PON关键技术：测距、DBA、突发收发、快速同步、加密。48.三网融合=电信网+广电网+互联网。第九章高频名