2015光纤通信答案B

西安电子科技大学考试时间120分钟试题题号一二三四五总分分数1.考试形式：闭卷；2.考试日期：2015年5月15日；3.本试卷共五大题，满分100分。班级学号姓名任课教师一、填空题（每空1分，共20分）1.光纤通信的三个低损耗通信窗口分别为0.85μm（850nm）、1.31μm(1310nm)和1.55μm(1550nm)。2.鉴于损耗20dB/km的石英光纤和室温下连续工作的GaAlAs半导体激光器相继研制成功，1970年被定为光纤通信元年。3.数字光纤通信系统常用的线路码型有：扰码、mBnB码及插入码。4.光电二极管上通常要施加适当的反向偏压，目的是增加耗尽层的宽度，减小光生电流中的扩散分量。5.直接光强调制的数字发射机主要电路有调制电路、控制电路和线路编码电路。6.评价副载波复用光纤传输系统传输质量的特性参数主要有：载噪比，CSO（组合二阶互调失真)和CTB(组合三阶差拍失真)。7.我国PDH一次群的传输传输速率为2.048Mb/s，SDH的STM-1的传输速率为155.52Mb/s。8.目前EDFA采用的泵浦波长是0.98m和1.48μm。二、单项选择题（每小题1分，共10分）在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。1.以下(B)不属于．．．数字光通信系统的优点。A.抗干扰能力强B.占用频带窄C.可用再生中继D.易实现高强度的保密通信2.在下列因素中，不是．．引起光纤传输衰减的原因为(B)A.光纤弯曲B.波导色散C.光纤接头D.纤芯内有气泡3.注入光纤的光功率为10mW，经过10km的传输过后输出的光功率为0.1mW，则这段光纤的损耗系数为（C）A．0.1dB/kmB．1dB/kmC．2dB/kmD．20dB/km4.椭圆芯光纤，纤芯截面呈椭圆形。这种光纤具有双折射特性，又被称为(D)A.色散移位光纤B.非零色散光纤C.单模光纤D.偏振保持光纤5.灵敏度rP的定义是，在保证通信质量（限定误码率或信噪比）的条件下，光接收机所需的最小平均接受光功率，并以(B)为单位。A.dBB.dBmC.dBcD.dB/km6.以下属于光有源器件的是(B)。A.马赫-曾德尔调制器B.光放大器A.光隔离器D.电光开关7.以下不属于．．．光检测器的噪声是(C)。A.量子噪声B.暗电流噪声C.RIN噪声D.热噪声8.如果信道间隔为200GHz，工作波长在1534-1566nm波段，可以容纳的信道数为(B)A.16B.20C.32D.409.以下(C)不属于．．．SDH帧的组成部分。A.SOHB.AU-PTRC.SOAD.Payload10.单模光纤中，只有一个模式可以被传输，这个模式是(D)A.TE01模B.TM01模C.LP11模D.HE11模三、简答题（每题5分，共25分）1.光纤损耗产生的原因及其危害是什么？答：光纤损耗包括吸收损耗和散射损耗。吸收损耗是由SiO2材料引起的固有吸收和由杂质引起的吸收产生的。散射损耗主要由材料微观密度不均匀引起的瑞利散射和光纤结构缺陷（如气泡）引起的散射产生的。光纤损耗使系统的传输距离受到限制，大损耗不利于长距离光纤通信。2.比较半导体激光器（LD）和发光二极管（LED）的异同。答：LD和LED的不同之处：工作原理不同，LD发射的是受激辐射光，LED发射的是自发辐射光。LED不需要光学谐振腔，而LD需要。和LD相比，LED输出光功率较小，光谱较宽，调制频率较低。但发光二极管性能稳定，寿命长，输出功率线性范围宽，而且制造工艺简单，价格低廉。所以，LED的主要应用场合是小容量（窄带）短距离通信系统；而LD主要应用于长距离大容量（宽带）通信系统。LD和LED的相同之处：使用的半导体材料相同，结构相似，LED和LD大多采用双异质结（DH）结构，把有源层夹在P型和N型限制层中间。3.APD．．．光接收机．．．．中有哪些噪声?答：第一种是检测器的噪声，包括量子噪声、暗电流噪声及有APD的雪崩效应产生的附加噪声。这是一种散粒噪声，有光子产生光生电流过程的随机性所引起，即使输入信号光功率恒定时也存在。第二种热噪声及前置放大器的噪声，热噪声是在特定温度下由电子的热运动产生，任何工作于绝对零度以上的器件都是存在的，在光接收机中主要包括光检测器负载电阻、前置放大器输入电阻的热噪声。4.简要说明SDH的特点有哪些？答：（1）采用世界上统一的标准传输速率等级；（2）光接口有严格的标准规范；（3）有丰富的开销比特，可用于网络的运行、维护和管理；（4）简化了复接、分接的实现；（5）采用DXC设备，既提高了资源利用率，又增强了网络的可靠性。5.掺铒光纤放大器的工作原理是什么？答：在掺铒光纤中，铒离子有三个能级：其中能级1代表基态，能量最低；能级2是亚稳态，处于中间能级；能级3是激发态，能量最高。当泵浦光的光子能量等于能级3与能级1的能量差时，铒离子吸收泵浦光从基态跃迁到激发态（1→3）。但是激发态是不稳定的，铒离子很快返回到能级2。如果输入信号光的光子能量等于能级2和能级1的能量差，能处于能级2的铒离子将跃迁到基态（2→1），产生受激辐射光，因而信号光得到放大。四、计算题（15分）（注：必须写出计算过程，仅给出计算结果不得分）（普朗克常数h=6.628×10-34J.s，电子电荷e=1.6×10-19J）1、（9分）一阶跃折射率光纤，11.5n，=1%，L=2km。求：（1）光纤的数值孔径；（2）子午光纤的最大时延差；（3）当波长为1.55μm时，要实现单模传输，纤芯半径a应取什么范围？解：（1）NA=2212nn12n0.212(3分)（2）ns10001.010320005.1cLn81max（3分）（3）由单模传输条件405.222221nnaV当m1.55时mnn800.2212.021055.1405.22405.2a62221(3分)2、（6分）一个GaAsPIN光电二极管平均每五个入射光子，产生三个电子-空穴对，假设所有的电子都被收集。GaAs的禁带宽度大于1.424eV，在0.85μm波段接收功率是58.5nW。计算：（1）器件的量子效率；（2）平均输出光电流；（3）光电二极管的长波长截止点λc（超过此波长光电二极管将不工作）。解：（1）由量子效率的定义：30.6605光生电子空穴对数入射光子数%(2分)（2）由公式ehfPIP.0得9196803480.658.5101.6100.85102.4106.62810310PPeIAhc(2分)（3）由公式gcE/24.1，所以c≤424.124.1=0.87m。(2分)五、综合题（30分）1.已知有一个432Mb/s单模光纤传输系统，光纤损耗为0.1dB/km，有5个接头，平均每个接头损耗为0.2dB，光连接器损耗为1dB/对，光纤损耗余量为0.1dB/km，光源的入纤功率为-3dBm，接收机灵敏度为-46dBm（BER=10-10）,系统余量为5.5dB，光纤线路上的线路码型是4B1H，光纤的色散系数为2ps/(nmkm)，光源光谱宽度为1.8nm。(1)画出该光纤通信系统的组成框图，并简述各部分的作用；（5分）(2)运用最坏情况法计算该系统的中继距离。（10分）答：（1）该光纤通信系统的基本框架图如下：光发射机光接收机中继光纤线路光纤线路光发射机的功能是把输入电信号转换为光信号，并用耦合技术把光信号最大限度的注入到光纤线路。光纤线路的功能是把来自光发射机的光信号以尽可能小的畸变和衰减传输到光接收机。中继的作用是用来延长传输距离，起到信号再生放大的作用。光接收机的功能是把从光纤线路上输出、产生畸变和衰减的微弱光信号转换为电信号，并经放大和处理后恢复成发射前的电信号。（2）中继距离主要受色散和损耗的限制，在损耗限制情况下：mfsecrtMPPL2(1分)5.1721.01.02.055.512)46(3L(km)(3分)在色散限制情况下取最差情况115.0，54045432bFMb/s(1分)由公式0610CFLb代入参数得59.28.1254010115.06L(km)（3分）比较后，系统中继距离取为59.2km（2分）2．(1)补全下面的WDM系统的基本结构框图,写出1～5所表示的器件；（5分）(2)简述框图中各个部分的基本功能。（10分）光转发器1光转发器n...1接收1接收n...4光监控信道接收/发送光监控信道发送器光监控信道接收器5λ1λnλ1λnλsλsλsλs光发射机光接收机光中继放大23LA答：（1）1是光合波器（复用器）；2是后置放大器（BA）；3是前置放大器（PA）；4是光分波器（解复用器）；5是网络管理系统。（5分）（2）在发送端先将来自终端设备输出的光信号，利用光转发器把符合ITU-TG.957建议的非特定波长的光信号转换成符合ITU-TG.692建议的具有稳定的特定波长光信号；利用合波器将多路光信号合并；通过光功率放大器（BA）放大输出多路光信号。（2分）经过一定距离传输后，要用在线放大器（LA）对光信号进行中继放大。（2分）在接收端，光前置放大器（PA）放大经传输而衰减的多路光信号；分波器从多路光信号中分出特定波长的光信号；光接收机对特定波长的光信号进行接收。（2分）光监控信道（OSC）的主要功能是监控系统内的各信道的传输情况，在发送端，插入本结点产生的波长为λs（1510nm）的光监控信号，与承载业务信息的多路光信号合波输出；在接收端，将接收到的光信号分离，输出λs波长的光监控信号和业务信道光信号。（2分）在网络管理系统中，可以通过光监控信道传送开销字节到其他结点或接收来自其他结点的开销字节而对WDM系统进行管理。（2分）