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LE
2、D 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、光缆线路盒和中继器等组成。光纤光缆由石英或塑料光
3、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。6简述 WDM的概念。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。3弱导阶跃光纤纤芯和包层折射率分别为 ， ，试计算
4、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 21.8NAn5一根数值孔径为 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 1310nm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?解：（1）由 ，得到纤芯直径为2111VanaNA120.85230.7M 2（2）当 ，有21.3m1212MNA得到模的个数为 2210.85143（3）当 ，得到模的个数为21.5m22130.851354M7
5、有阶跃型光纤，若 ， ，那么1.5n0.3m（1）若 ，为保证单模传输，光纤纤芯半径 应取多大？0.2 a（2）若取芯径 ，保证单模传输时， 应怎么选择？a解：（1）由归一化频率 得到211002Vann12a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2.4501.45.30.7.mn（2）若取芯径 ，保证单模传输时，则am220011.45.0Vnana10一段 12km长的光纤线路，其损耗为 。试回答：./dBkm（1）如果在接收端保持 的接收光功率，则发送端的功率至少为多少？0.3W（2）如果光纤的损耗变为 ，则所需的输入光功率为多少？25/解：（1）根据损耗系数定义
6、1lgioPL得到发送端的功率至少为 /101.8.3oi W（2）如果光纤的损耗变为 ，则所需的输入光功率为2.5dBkm/103.LoiP4光与物质间的相互作用过程有哪些？答：受激吸收，受激辐射和自发辐射。5什么是粒子数反转？什么情况下能实现光放大？3答：粒子数反转分布是指高能级粒子布居数大于低能级的粒子布居数。处于粒子数反转分布的介质（叫激活介质）可实现光放大。6什么是激光器的阈值条件？答：阈值增益为 12lnthGLr其中 是介质的损耗系数， 分别是谐振腔反射镜的反射系数。当激光器的增益 时，才能有激, thG光放出。 （详细推导请看补充题 1、2）9一个 GaAsPIN 光电二极管平
7、均每三个入射光子产生一个电子空穴对。假设所以的电子都被收集，那么（1）计算该器件的量子效率；（2）在 波段接收功率是 ，计算平均是输出光电流；0.8m70W（3）计算波长，当这个光电二极管超过此波长时将停止工作，即长波长截止点 。c解：（1）量子效率为 1/3.（2）由量子效率 得到/ppininIeIhvP8/2.102pininI Anhvc（3）GaAsPIN 的禁带宽度为 ，则截止波长为.4gEeV1.24.()0.87gmm10什么是雪崩增益效应？答：一次光生载流子穿过一个具有非常高的电场高场区。在这个高场区，光生电子空穴可以获得很高的能量。他们高速碰撞在价带上的电子，使之电离，从而
8、激发出新的电子空穴对。新产生的的载流子同样由电场加速，并获得足够的能量，从而导致更多的碰撞电离产生，这种现象叫雪崩效应。12光检测过程中都有哪些噪声？答：量子噪声，暗电流噪声，漏电流噪声和热噪声。补充题 1一束光在介质中传播时，其光强 随传播距离 的变化通常表示为 ，其中 为初Iz()0GzIe0I始光强， 为光强增益系数， 为光强损耗系数。试推到这个式子，并说明此式成立条件。G解：设光束通过厚度为 的一层介质时，其光强由 变为 ，在光放大时 ，可写成dzIdId，即 ，若 为常数，则积分得到 ；dIz/IG0Gze在衰减时， ，可写成 ，即 ，若 为常数，则积分得到 ；0Idz/I0zIe所
9、以，当光放大和光衰减同时存在时，便有 。()0Gze4显然，此式成立的条件是： 都与 无关。,G,Iz光纤通信第 4章课后习题及答案1光纤的连接损耗有哪些？如何降低连接损耗？答：光纤连接器引入的损耗有插入损耗（insertion loss）和回波损耗（return loss） 。插入损耗是由光纤端接缺陷造成的光信号损失，插入损耗越小越好。回波损耗是由于光波在光纤端接的界面处产生菲涅耳反射，反射波对光源造成干扰，故回波损耗越大越好。ITU 建议回波损耗值不小于 38dB。由径向偏移产生的损耗比纵向偏移大得多，因而首先要保证光纤轴心对准、靠紧。2试用 22耦合器构成一个 88空分开关阵列，画出连接
10、图和输入、输出端口信号间的流向，计算所需要开关数。解：由 ，得到2logNM28log15光滤波器有哪些种类？滤波器应用在什么场合？答：光滤波器种类有：1.F-P 腔型光滤波器：光纤型 F-P 腔滤波器，铁电液晶光滤波器，微机械 F-P滤波器；2.马赫-曾德干涉型光滤波器： 3.基于光栅的滤波器：声光可调滤波器，电光可调滤波器，光栅滤波器，光纤布拉格光栅滤波器；4.介质膜滤波器；5.有源滤波器；6.原子共振滤波器。光滤波器主要应用于 DWDM 系统中。1光放大器包括哪些种类？简述它们的原理和特点。EDFA 有哪些优点？答：光放大器包括半导体光放大器、光纤放大器（由可分为非线性光纤放大器和掺杂光
11、纤放大器） 。1）半导体光放大器它是根据半导体激光器的工作原理制成的光放大器。将半导体激光器两端的反射腔去除，就成为没有反馈的半导体行波放大器。它能适合不同波长的光放大，缺点是耦合损耗大，增益受偏振影响大，噪声及串扰大。2）光纤放大器 （1）非线性光纤放大器强光信号在光纤中传输，会与光纤介质作用产生非线性效应，非线性光纤放大器就是利用这些非线性效应制作而成。包括受激拉曼放大器（SRA）和受激布里渊放大器（SBA）两种。（2）掺杂光纤放大器（常见的有掺铒和掺镨光纤放大器）在泵浦光作用下，掺杂光纤中出现粒子数反转分布，产生受激辐射，从而使光信号得到放大。EDFA 优点：高增益、宽带宽、低噪声及放大
12、波长正好是在光纤的最低损耗窗口等。7EDFA 的主要性能指标有哪些？说明其含义？答：（1）增益，是指输出功率与输入功率之比 G=Pout/Pin，如果用分贝作单位定义为G=10log10（P out/Pin） ；（2）噪声系数，是指输入信号的信噪比与输出信号的信噪比 Fn（SNR） in/（SNR） out 。8分别叙述光放大器在四种应用场合时各自的要求是什么？答：（1）在线放大器：当光纤色散和放大器自发辐射噪声的累积，尚未使系统性能恶化到不能工作5时，用在线放大器代替光电光混合中继器是完全可以的。特别是对多信道光波系统，节约大量设备投资。（2）后置放大器：将光放大器接在光发送机后，以提高光发
13、送机的发送功率，增加通信距离。 （3）前置放大器：将光放大器接在光接收机前，以提高接收机功率和信噪比，增加通信距离。 （4）功率补偿放大器：功率补偿放大器的运用场合：A.用于补偿局域网中的分配损耗，以增大网络节点数；B.将光放大器用于光子交换系统等多种场合。1光接收机中有哪些噪声？答：热噪声、散粒噪声和自发辐射噪声。4光源的外调制都有哪些类型？内调制和外调制各有什么优缺点？答：光源的外调制类型有：电折射调制、电吸收 MQW 调制、 M-Z 型调制。内调制器简单且廉价，这种调制会引起输出光载波的频率啁啾；外调制器可以有更高的速率工作，并且有较小的信号畸变。5假定接收机工作于 1550nm，带宽为
14、 3GHz，前置放大器噪声系数为 4dB，接收机负载为 ，温10LR度 ，量子效率 ， ， ，设计 ，即 ，试计算接收30TK1.5/124.5/RAW1mG120BER7机的灵敏度。解：接收机工作于 1550nm，则电离系数比为 ， ，则散粒噪声系数为0.7k1()()2.8AmAAmFGkG热噪声电流方差为（带数据自己计算）24BreneLTR接收机灵敏度为（带数据自己计算）reReAmPFG习题七6一直有一个 565Mb/s单模光纤传输系统，其系统总体要求如下：（1）光纤通信系统的光纤损耗为 0.1dB/km，有 5个接头，平均每个接头损耗为 0.2dB，光源的入纤功率为-3dBm，接收
15、机灵敏度为-56dBm（BER=10 -19） 。（2）光纤线路上的线路码型是 5B6B，光纤的色散系数为 2ps/（km.nm） ，光源光谱宽度为 1.8nm。求：最大中继距离是多少？注：设计中选取色散（功率）代价为 1dB，光连接器损耗为 1dB（发送和接收端各一个） ，光纤富于度为 0.1dB/km，设备富于度为 5.5dB。解：（1）把 ， ， ， ， ，3SPdBm56RdB1c0.2sdB5.Md， 代入0./fdk0.1/k2SRcsfmML其中右边分子上的 1 是指色散（功率）代价。于是可通过计算得到损耗限制的最大中继距离。（2）受色散限制的最大传输距离为 60LBD由于是单模
16、光纤，所以 ， ， ，分子上的 是为了和分母的.12/(.)pskmn1.8n6106的单位相匹配， 的单位一定要用 Mb/s。代入数据就可以求出 的值来。其中BBL。6578/Mbs求出受色散限制的最大传输距离，然后与损耗限制的最大中继距离相比，取最小值，就是最大中继距离。7一个二进制传输系统具有以下特性：（1）单模光纤色散为 15ps/(nm.km)，损耗为 0.2dB/km。（2）发射机用 的 GaAs激光源，发射平均光功率为 5mW，谱宽为 2nm。15nm（3）为了正常工作，APD 接收机需要平均 1000个光子/比特。（4）在发射机和接收机处耦合损耗共计 3dB。求：a数据速率为
17、10和 100Mb/s时，找出受损耗限制的最大传输距离。b数据速率为 10和 100Mb/s时，找出受色散限制的最大传输距离。c对这个特殊系统，用图表示最大传输距离与数据速率的关系，包括损耗和色散两种限制。解：a。由“为了正常工作，APD 接收机需要平均 1000 个光子 /比特”得到 APD 的接收功率为10RhcPB其中 是普朗克常数， 是光速， 是波长。h又已知 ，把发射功率和接收功率用 dBm 表示出来。5SmW受损耗限制的最大传输距离为 3SRfPL其中 0.2/fdBkmb受色散限制的最大传输距离为 61LD由于是单模光纤，所以 ， ， ，分子上的 是为了和分母的0.15/(.)p
18、snmk2n610的单位相匹配， 的单位一定要用 Mb/s。代入数据就可以求出 的值来。BBLc对这个特殊系统，用图表示最大传输距离与数据速率的关系，包括损耗和色散两种限制。用matlab 很容易表示。8画图比较下面两个速率为 100Mb/s的系统其损耗受限的最大传输距离。系统 1工作在 850nm：（1）GaAlAs 半导体激光器：0dBm(1mW)的功率耦合进光纤；（2）硅雪崩光电二极管：灵敏度为-50dBm；（3）渐变折射率光纤：在 850nm处的损耗为 3.5dBm/km；（4）连接器损耗：每个连接器为 1dB。系统 2工作在 1300nm：（1）InGaAsPLED：-13dBm 的
19、功率耦合进光纤；（2）InGaAsPIN 光电二极管：灵敏度为-38dBm；（3）渐变折射率光纤：在 300nm处的损耗为 1.5dBm/km；（4）连接器损耗：每个连接器为 1dB。7每个系统均要求 6dB的系统富于度。解：系统 1：把 ， ， ， ， 代入 0SPdBm50RdB1c6MdB3.5/fdkm2RcfML可得到损耗受限的最大传输距离。系统 2：把 ， ， ， ， 代入 13SPdBm38RPdB1cd6B1.5/fdkm,可得到损耗受限的最大传输距离。2cfL9简述 PDH和 SDH的特点与不同。答：PDH 逐级复用造成上下路复杂而不灵活；预留开销很少，不利于网络运行、管理和
20、维护；T 系列和 E 系列的帧结构和线路码特性不同，难以兼容，转换比较复杂；点对点传输基础上的复用结构缺乏组网的灵活性，难以组建具有自愈能力的环形网等。与 PDH 相比， SDH 有以下特点：有统一的标准传输速率等级；有国际标准化的网络节点接口；具有一次完成同步复用的功能；具有强大的网络管理功能。11如何理解误码性能参数？答：为了满足测量要求，在实际中，通常采用误码性能参数来表示系统的误码性能，采用超过每个阈值的时间百分数来表征。通过测量可判断出该系统的优劣，并且可以根据误码性能指标判别出传输系统问题出现在哪个段落。具体来说有下列指标：误码个数记录：以发送端的二进制数和接收端的二进制数逐比特比
21、较凡属相异的即为误码，可在短时间内判断出该系统的优劣。劣化分(DM) ：每次测量时间 分钟，门限平均误码率 ，当分钟平均误码率低于这一门01T610eP限值时称为劣化分钟 %DM劣 化 分 钟（ 可 使 用 的 总 测 量 时 间 ）严重误码秒(SES)：每次测量时间 秒，门限平均误码率 ，当秒平均误码率低于这一门01T310eP限值时称为严重误码秒 SESE0（ 可 使 用 的 总 测 量 时 间 ）误码秒(SES)：每次测量时间 秒，门限平均误码率 ，即在每个测量周期内只要出现误码就叫01TeP误码秒 ESES%10%（ 可 使 用 的 总 测 量 时 间 ）平均误码率：是在一段相当长的时
22、间间隔内，传输系统出现误码的概率 enPm（ 出 现 误 差 的 码 元 数 ）（ 传 输 码 流 中 的 总 码 元 数 ）8（1）段开销（SOH）区域 段开销是指 SDH 帧结构中为了保证信息净负荷正常、灵活、有效地传送所必须附加的字节，主要用于网络的 OAM 功能，段开销分为再生段开销（RSOH）和复用段开销（MSOH）。（3 分） （2）信息净负荷（Payload）区域 信息净负荷区域主要用于存放各种业务信息比特，也存放了少量可用于通道性能监视、管理和控制的通道开销（POH）字节。 （3）管理单元指针区域 管理单元指针（AU-PTR）是一种指示符，其作用是用来指示净负荷区域内的信息首字节在 STM-N 帧内的准确位置，以便在接收端能正确分离净负荷。
