《光纤通信》课后习题答案.doc

1、11光纤通信的优缺点各是什么？答：优点有：带宽资源丰富，通信容量大；损耗低，中继距离长；无串音干扰，保密性好；适应能力强；体积小、重量轻、便于施工维护；原材料来源丰富，潜在价格低廉等。缺点有：接口昂贵，强度差，不能传送电力，需要专门的工具、设备以及培训，未经受长时间的检验等。2光纤通信系统由哪几部分组成？各部分的功能是什么？答：光纤通信系统由三部分组成：光发射机、光接收机和光纤链路。光发射机由模拟或数字电接口、电压电流驱动电路和光源组件组成。光源组件包括光源、光源光纤耦合器和一段光纤（尾纤或光纤跳线）组成。模拟或数字电接的作用是实现口阻抗匹配和信号电平匹配（限制输入信号的振幅）作用。光源是 L

2、ED 或 LD，这两种二极管的光功率与驱动电流成正比。电压电流驱动电路是输入电路与光源间的电接口，用来将输入信号的电压转换成电流以驱动光源。光源光纤耦合器的作用是把光源发出的光耦合到光纤或光缆中。光接收机由光检测器组件、放大电路和模拟或数字电接口组成。光检测器组件包括一段光纤（尾纤或光纤跳线） 、光纤光检波器耦合器、光检测器和电流电压转换器。光检测器将光信号转化为电流信号。常用的器件有 PIN 和 APD。然后再通过电流电压转换器，变成电压信号输出。模拟或数字电接口对输出电路其阻抗匹配和信号电平匹配作用。光纤链路由光纤光缆、光纤连接器、光缆终端盒、光缆线路盒和中继2器等组成。光纤光缆由石英或塑

3、料光纤、金属包层和外套管组成。光缆线路盒：光缆生产厂家生产的光缆一般为 2km 一盘，因而，如果光发送与光接收之间的距离超多 2km 时，每隔 2km 将需要用光缆线路盒把光缆连接起来。光缆终端盒：主要用于将光缆从户外（或户内）引入到户内（或户外） ，将光缆中的光纤从光缆中分出来，一般放置在光设备机房内。光纤连接器：主要用于将光发送机（或光接收机）与光缆终端盒分出来的光纤连接起来，即连接光纤跳线与光缆中的光纤。3假设数字通信系统能够在高达 1%的载波频率的比特率下工作，试问在5GHz 的微波载波和 1.55m 的光载波上能传输多少路 64kb/s 的音频信道？解：根据题意，求得在 5GHz 的

4、微波载波下，数字通信系统的比特率为 50Mb/s，则能传输 781 路 64kb/s 的音频信道。根据题意，求得在 1.55 m 的光载波下，数字通信系统的比特率为1.935Gb/s，则能传输 30241935 路 64kb/s 的音频信道。4SDH 体制有什么优点？答：（1）SDH 传输系统在国际上有统一的帧结构，数字传输标准速率和标准的光路接口，使网管系统互通，因此有很好的横向兼容性，它能与现有的准同步数字体制（PDH）完全兼容，并容纳各种新的业务信号，形成了全球统一的数字传输体制标准，提高了网络的可靠性；（2）SDH 接入系统的不同等级的码流在帧结构净负荷区内的排列非常有规律，而净负荷与

5、网络是同步的，它利用软件能将高速信号一次直接分插出低速支路信号，实现了一次复用的特性，克服了 PDH 准同步复用3方式对全部高速信号进行逐级分解然后再生复用的过程，由于大大简化了数字交叉连接（DXC） ，减少了背靠背的接口复用设备，改善了网络的业务传送透明性；（3）由于采用了较先进的分插复用器（ADM） 、数字交叉连接（DXC ） 、网络的自愈功能和重组功能就显得非常强大，具有较强的生存率。因 SDH 帧结构中安排了信号的 5开销比特，它的网管功能显得特别强大，并能统一形成网络管理系统，为网络的自动化、智能化、信道的利用率以及降低网络的维管费和生存能力起到了积极作用；（4）由于 SDH 有多种

6、网络拓扑结构，它所组成的网络非常灵活，它能增强网监，运行管理和自动配置功能，优化了网络性能，同时也使网络运行灵活、安全、可靠，使网络的功能非常齐全和多样化； （5）SDH 有传输和交换的性能，它的系列设备的构成能通过功能块的自由组合，实现了不同层次和各种拓扑结构的网络，十分灵活；（6）SDH 并不专属于某种传输介质，它可用于双绞线、同轴电缆，但 SDH 用于传输高数据率则需用光纤。这一特点表明，SDH 既适合用作干线通道，也可作支线通道。例如，我国的国家与省级有线电视干线网就是采用 SDH，而且它也便于与光纤电缆混合网 (HFC)相兼容；（7）从 OSI 模型的观点来看，SDH 属于其最底层的

7、物理层，并未对其高层有严格的限制，便于在 SDH 上采用各种网络技术，支持 ATM 或IP 传输；（8）SDH 是严格同步的，从而保证了整个网络稳定可靠，误码少，且便于复用和调整；（9）标准的开放型光接口可以在基本光缆段上实现横向兼容，降低4了联网成本。5简述未来光网络的发展趋势及关键技术。答：全光网络将成为继纯电缆网络、光电耦合网络后的第三代网络。全光网络是指信号只是在进出网络时才进行电/光和光/ 电的变换，而在网络中传输和交换的过程中始终以光的形式存在，因此在整个传输过程中没有电的处理。全光网络的关键技术主要有光放大中继技术、光复用技术、光交换技术、光分插复用技术等。6简述 WDM 的概念

8、。答：波分复用的基本思想是将工作波长略微不同、各自携带了不同信息的多个光源发出的光信号，一起注入到同一根光纤中进行传输。7解释光纤通信为何越来越多地采用 WDM+EDFA 方式。答：采用 WDM 技术的原因是和它的优点分不开的，它有如下优点：（1）充分利用了光纤的巨大带宽资源；（2）同时传输多种不同类型的信号；（3）实现单根光纤双向传输；（4）多种应用形式；（5）节约线路投资；（6）降低器件的超高速要求。采用 EDFA 技术的原因是和它的优点分不开的，它有如下优点：（1）中继器的价格下降了；（2）对传送的数据速率和调制格式透明，这样系统只需改变链路的终端设备就很容易升级到高的速率；5（3）可以

9、同时放大多个波长信号， 使波分复用（ WDM）的实现成为可能；（4）提供了系统扩容的新途径， 无需增加光纤和工作的速率， 只需通过增加波长就可提高系统的容量；（5）最关键的是系统的成本下降了。8全光网络的优点是什么？答：能充分利用光纤的带宽资源，故容量大，传输质量好，开放性，易于实现网络的动态结构，可扩展性，结构简单，透明性，可靠性高，可维护性好。1光波从空气中以角度 33投射到平板玻璃表面上，这里的 是入射1 1光与玻璃表面之间的夹角。根据投射到玻璃表面的角度，光束一部分被反射，另一部分发生折射，如果折射光束和反射光束之间的夹角正好为90，请问玻璃的折射率等于多少？这种玻璃的临界角又是多少？

10、解：入射光与玻璃表面之间的夹角 33，则入射角 ，反射157i角 。由于折射光束和反射光束之间的夹角正好为 90，所以折射57r角 。3y由折射定律 ，得到siniy（自己用 matlab 算出来）sin/sin67/i3yy其中利用了空气折射率 。这种玻璃的临界角为1i（自己用 matlab 算出来）arcsiny2计算 及 的阶跃折射率光纤的数值孔径。如果光纤端面外介1.48n21.466质折射率 ，则允许的最大入射角 为多少？1.0nmax解：阶跃光纤的数值孔径为 2max1sin0.4NAn允许的最大入射角自己用 matlab 算出来maxrcsin0.243弱导阶跃光纤纤芯和包层折射

11、率分别为 ， ，试计算1.5n21.4（1）纤芯和包层的相对折射率 ；（2）光纤的数值孔径 。NA解：阶跃光纤纤芯和包层的相对折射率差为 210.3n光纤的数值孔径为 210.38NAn4已知阶跃光纤纤芯的折射率为 ，相对折射（指数）差 ，纤1.5 0.1芯半径 ，若 ，计算光纤的归一化频率 及其中传播的模数量25am01 V。M解：光纤的归一化频率 2110023.Vanan光纤中传播的模数量 254M5一根数值孔径为 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？7（2）在 1310nm 波长上可以支持多少个模？（3）

12、在 1550nm 波长上可以支持多少个模?解：（1）由 ，得到纤芯直径为2111VanaNA120.85230.7MV（2）当 ，有21.3m12122NA得到模的个数为 2210.85143M（3）当 ，得到模的个数为21.5m22130.8513546用纤芯折射率为 ，长度未知的弱导光纤传输脉冲重复频率1.5n的光脉冲，经过该光纤后，信号延迟半个脉冲周期，试估算光纤08fMHz的长度 。L解：信号的周期为 01/Tf信号在纤芯中传输的速度为 1/vcn由于信号延迟半个脉冲周期，则光纤的长度 为L8610312.52.520TcLv mnf7有阶跃型光纤，若 ， ，那么1.5n0.m（1）若

13、 ，为保证单模传输，光纤纤芯半径 应取多大？0.2 a8（2）若取芯径 ，保证单模传输时， 应怎么选择？5am解：（1）由归一化频率 得到211002Vanan012a为了保证光纤中只能存在一个模式，则要求 ，则要求光纤纤芯半径2.405V01.45.3.722a mn（2）若取芯径 ，保证单模传输时，则5m220011.45.0Vnana8渐变光纤的折射指数分布为 1/20rnra求光纤的本地数值孔径。解：渐变光纤纤芯中某一点的数值孔径为 22201rNArnana9某光纤在 1300nm 处的损耗为 ，在 1550nm 波长处的损耗为0.6/dBkm。假设下面两种光信号同时进入光纤：130

14、0nm 波长的 的光信0.3/dBkm 150W号和 1550nm 波长的 的光信号。试问这两种光信号在 8km 和 20km 处10W的功率各是多少？以 为单位。解：对于 1300nm 波长的光信号，在 8km 和 20km 处的功率各是，/100.485LoiPW1.250对于 1550nm 波长的光信号，在 8km 和 20km 处的功率各是，/100.24Loi0.6110一段 12km 长的光纤线路，其损耗为 。试回答：.5/dBkm9（1）如果在接收端保持 的接收光功率，则发送端的功率至少0.3W为多少？（2）如果光纤的损耗变为 ，则所需的输入光功率为多少？2.5/dBkm解：（1

15、）根据损耗系数定义 10lgioPL得到发送端的功率至少为 /101.8.3LoiPW（2）如果光纤的损耗变为 ，则所需的输入光功率为2.5/dBkm/103.Loi11有一段由阶跃折射率光纤构成的 5km 长的光纤链路，纤芯折射率，相对折射率差 。1.49n0.1（1）求接收端最快和最慢的模式之间的时延差；（2）求由模式色散导致的均方根脉冲展宽；（3）假设最大比特率就等于带宽，则此光纤的带宽距离积是多少？解：（1）纤芯和包层的相对折射率差 为210.n则得到 21.475n接收端最快和最慢的模式之间的时延差 231850.103.47Lnsc （2）模式色散导致的均方根脉冲展宽实际上就等于最

16、快和最慢的模10式之间的时延差 210.3LnTsc（3）光纤的带宽距离积 82214310.5/.9cBLkmGbsn12有 10km 长 的多模阶跃折射光纤，如果其纤芯折射率为 ，计0.3NA 1.45算光纤带宽。解：纤芯和包层的相对折射率 为2210.3.145NAn由阶跃光纤的比特距离积 ，得到光纤带宽12cBL49/Mbsn1计算一个波长为 的光子能量，分别对 1MHz 和 100MHz 的无线电做1m同样的计算。解：波长为 的光子能量为1834 20610/6.10.91c msEhf JsJ 对 1MHz 和 100MHz 的无线电的光子能量分别为 346286.1010.310chfJsHzJ 6. .cEf2太阳向地球辐射光波，设其平均波长 ，射到地球外面大气层7m的光强大约为 。如果恰好在大气层外放一个太阳能电池，试20.14/IWcm计算每秒钟到达太阳能电池上每平方米板上的光子数。