光纤通信复习题

1《光纤通信》自测题第一章一、填空题通信是光纤为传输媒质。以光波为载波的通信方式。目前光纤通信所用光波的波长有三个，它们是0.85μm、1.31μm和1.55μm。光纤通信所使用的波段位于电磁波谱中的近红外区区，波长范围为0.7～1.7μm二.选择题（有一个或者多个答案）1.目前光纤通信常用的窗口有（ACD）。A、0.85μmB、2μmC、1.31μmD、1.55μm2.目前纤光通信常用的光源有（AB）。A、LEDB、LDC、PCMD、PDH3.光纤通信是以光波为载波，以（C）为传播介质的通信方式。A、电缆B、无线电磁波C、光纤D、红外线三、简答题1．光纤通信有哪些优点？2为什么说光纤通信比电缆通信的容量大？3纤通信系统由哪几部分组成？简述各部分作用。答案1、通信容量大，中继距离长，保密性能好，抗电磁干扰，体积小、重量轻、便于施工和维护，价格低廉。2、光纤通信的载波是光波，电缆通信的载波是电波。虽然光波和电波都是电磁波，但频率差别很大。光纤通信用的近红外光（波长约1μm）的频率（约300THz）比电波（波长为0.1m～1mm）的频率（3～300GHz）高三个数量级以上。载波频率越高，频带宽度越宽，因此信息传输容量越大。第2章一、填空题：1．光纤中的纤芯折射率必须大于包层折射率，单模光纤和多模光纤中中两者的相对折射率差一般分别为0.3%～0.6%和1%～2%。。2．单模光纤纤芯直径一般为8～10μm，多模光纤纤芯直径为50～80μm，光纤包层直径一般为125μm。3.光纤通信的最低损耗波长是（1.55μm），零色散波长是（1.31μm）。4.单模光纤中不存在（模间）色散，仅存在（模内）色散，具体来讲，可分为（材料色散）和（波导色散）。5、光缆大体上都是由（缆芯）、（加强元件）和（护层）三部分组成的。6、允许单模传输的最小波长称为（截止波长）。7、数值孔径（NA）越大，光纤接收光线的能力就越（强），光纤与光源之间的耦合效率就越（高）。二、选择题（多选）1、ABD2、B3、AD4、BC1、从横截面上看，光纤基本上由３部分组成：（A）、（B）、（D）。A、折射率较高的芯区B、折射率较低的包层C、折射率较低的涂层D、外面的涂层E、外面的包层2、单模光纤只能传输一个模式，即（B），称为光纤的基模。A、HE00模B、HE11模C、HE10模D、HE01模3、限制光纤传输容量（BL积）的两个基本因素是（）和（）。A、光纤色散B、光纤折射C、光纤衰减D、光纤损耗三、简述题1、典型光纤由几部分组成？各部分的作用是什么?2、为什么包层的折射率必须小于纤芯的折射率？3、光纤损耗主要有几种原因？其对光纤通信系统有何影响？4、光纤色散主要有几种类型？其对光纤通信系统有何影响？5、分别说明G.652、G.653、G.654、G.655光纤的性能及应用。四、计算1、（1）Pmin＝9.49μW（2）Pmin＝1.69μW2、（1）a≤0.47μm（2）Δ≤0.00221、一段30km长的光纤线路，其损耗为0.5dB／km。（1）如果在接收端保持0.3μW的接收光功率，则发送端的功率至少为多少？（2）如果光纤的损耗变为0.25dB／km，则所需的输入光功率又为多少？2、均匀光纤，若n１＝1.5，λ０＝1.3μm，试计算：（1）若Δ＝0.25，为了保证单模传输，其纤芯半径应取多大？（2）若取a＝5μm，为了保证单模传输，Δ应取多大？第3章1.常用光源LD是以为基础发光。LED以为基础发光。2.光与物质作用时有、和三个物理过程。3.对于半导体激光器的温度特性,温度升高阈值电流增加若此时注入电流不变，输出光功率减少.4.半导体光检测器主要有PIN和APD两种，基本原理是通过受激吸收过程实现光电转换。5.在光纤通信系统中，对光源的调制可分直接调制和外调制两类。1.LD具有输出功率（高）、输出光发散角（窄）、与单模光纤耦合效率（高）、辐射光谱线（窄）等优点。2、LED的主要特性参数为（输出功率与效率）、（输出光谱特性）、（响应速率与带宽）。23、PIN二极管的特点包括（耗尽层很宽）、（偏置电压很小）及响应速度（附加噪声小）。4、对光检测器的基本要求是高的（、响应度），低的（噪声）和快的（响应速度）。5、影响光源与光纤耦合效率的主要因素是（光源的发散角）和（光纤的数值孔径）。6、光纤和光纤连接的方法有两大类（活动连接）和（固定连接）。7、在一根光纤中同时传播多个不同波长的光载波信号称为（光波分复用）。8、影响光纤耦合性能的主要因素（插入损耗）、（附加损耗）、（分光比(耦合比)）和（隔离度）。作业：3-4①LED的P-I特性呈线性，而LD的P-I特性呈非线性。②LED产生是非相干光，功率低，方向性差；而LD发出的是相干光，功率高，方向性好。③LED的波谱宽度比LD的宽。④LED基本不受温度影响，而LD对温度变化敏感。⑤LED使用寿命比LD长。3-9λ≈0.87μm（GaAs），λ≈1.29μm（InGaAsP）第4章1、光发送机指标主要有平均发送光功率和消光比。2、光接收机指标主要有误码率、、灵敏度和动态范围。3、为增大光接收机的接收动态范围，应采用AGC电路。4．画出数字光发射机组成方框图，并简述个部分功能。输入码型变换电路均衡放大——补偿经电缆传输后产生的数字电信号失真。码型变换——将电端机送入的信号码型从HDB3或CMI码变为NRZ码。扰码——将信号中的长连“0”或“1”有规律地进行消除。线路编码----时钟提取——提取与网络同步的时钟供给扰码与线路编码等电路。光发送电路调制电路—用经过编码的数字信号对光源进行直接光强度调制，完成电/光转换。自动温度控制电路ATC——保持光源的温度恒定在室温左右，以稳定LD的阈值电流，从而稳定发送光功率。自动功率控制电路APC——检测发送光功率变化，动态调节光源的偏置电流，以稳定发送光功率。其余保护及告警检测电路——实现LD过流保护、LD无光告警及寿命告警。5．画出数字光接收机组成方框图，并简述个部分功能。(见教材)6.按照转换步骤，试将二进制信号“1010000000001”转换成为HDB3码。扰码线路编码调制电路光源背向光监测码型变换均衡放大输入码型变换电路APCATC光发送电路时钟提取告警检测37按照转换步骤，试将二进制信号“1000011000001”转换成为CMI码。8.将以下HDB3码还原为二进制NRZ码（写出数字序列并画出波形），指出其中是否有误码。解：该HDB3码中无误码9.将以下CMI码还原为二进制NRZ码（写出数字序列并画出波形），指出其中是否有误码。解：10画出半导体激光器（LD）数字信号的直接调制原理图（见教材）。11.画出光接收机自动增益控制的工作原理框图（见教材）。。第5章1.SDH的常用设备有、、和。TM终端复用器、ADM分/插复用设备、DXC数字交叉连接设备DXC再生中继器2.STM-1中我国允许采用的支路接口有2.048Mb/s、34.368Mb/s和139.264Mb/s三种PDH接口。一个STM-1可传63个2Mb/s信号。相当于传1890个话路。思考题3.什么是SDH?SDH的特点？SDH帧结构？4．简述SDH的复用过程？STM_N的复用过程有如下6个步骤：（1）首先，异步信号被放入相应尺寸的容器C。容器的主要作用就是进行速率调整。（2).由标准尺寸容器C加上通道附加字节POH便形成虚容器VC，即C+POH→VC。(3).VC加TUPTR指针便形成支路单元TU。低阶VC+TUPTR→TU(4)多个支路单元TU复用后形成支路单元组TUG，即N×TU→TUG。(5)高阶VC，VC_3或VC_4加上管理单元指针便形成管理单元AU，即VC_4+AUPTR→AU_4AUPTR用来指明高阶VC在STM_N帧的位置。一个或多个在STM_N帧内占有固定位置的AU组成管理单元组AUG，即N×AU→AUGN=1或3(6).最后在N个AUG基础上加上段开销（SOH）便形成STM_N帧结构，即N×AUG+SOH→STM_N从以上的复接过程来看，SDH的形成包含三个过程:映射（C→VC）将PDH信号经打包成C，再加上相应的通道开销而成VC这种信息结构，这个过程叫映射定位校准（VC→TU及VC→AU）定位是指通过指针调整，使指针的值时刻指向低阶VC帧的起点在TU净负荷中或高阶VC帧的起点在AU净负荷中的具体位置，使收端能据此正确地分离相应的VC。同步复用N×AU→AUG）复用是一种使多个低阶通道层的信号适配进高阶通道层（例如TU12(×3)→TUG2(×7)→TUG3(×3)→VC4）或把多个高阶通道层信号适配进复用层的过程（例如AU-4(×1)→AUG(×N)→STM-N）。复用也就是通过字节间插方式把TU组织进高阶VC或把AU组织进STM-N的过程。由于经过TU和AU指针处理后的各VC支路信号已相位同步，因此该复用过程是同步复用5.140Mbit/s复用进STM-N信号的过程(1)首先将140Mbit/s的PDH信号经过码速调整（比特塞入法）适配进C4，C4是用来装载140Mbit/s的PDH信号的标准信息结构。容器的主要作用就是进行速率调整。这个过程也就相当于C4装入异步140Mbit/s的信号。C4的帧结构如图1所示。4139.264Mb/s19260149.76Mb/s8000帧/秒C4图1C4的帧结构图C4信号的帧有260列×9行（PDH信号在复用进STM-N中时，其块状帧一直保持是9行），那么E4信号适配速率后的信号速率（也就是C4信号的速率）为：8000帧/秒×9行×260列×8bit=149.760Mbit/s。（2）为了能够对140Mbit/s的通道信号进行监控，在复用过程中要在C4的块状帧前加上一列通道开销字节（高阶通道开销VC4-POH），此时信号成为VC4信息结构，见图2所示。119261POHVC4C4150.336Mbit/s149.76Mbit/s图2VC4结构图VC4是与140Mbit/sPDH信号相对应的标准虚容器，此过程相当于对C4信号再打一个包封，将对通道进行监控管理的开销（POH）打入包封中去，以实现对通道信号的实时监控。在将C4打包成VC4时，要加入9个开销字节，位于VC4帧的第一列，这时VC4的帧结构，就成了9行×261列。从中发现了什么没有？STM-N的帧结构中，信息净负荷为9行×261×N列，当为STM-1时，即为9行×261列，（3）SDH采用在VC4前附加一个管理单元指针（AU-PTR）来，以进行定位。此时信号由VC4变成了管理单元AU-4这种信息结构，见图3所示。119AU-PTR270图3AU-4结构图一个或多个在STM帧中占用固定位置的AU组成AUG－－管理单元组。(4)将AUG加上相应的SOH合成STM-1信号，N个STM-1信号通过字节间插复用成STM-N信号。6.论述光纤损耗和色散对系统设计的限制。答:由于损耗的存在，在光纤的传输的光信号，不管是模拟信号还是数字脉冲，其幅度都要减小，它在很大程度上决定了系统的传输距离。所以系统在设计的时候要考虑用光信号的放大中继。色散是光纤的传输特性之一。由于不同波长光脉冲在光纤中具有不同的传播速度，因此，色散反应了光脉冲沿光纤传播时的展宽。光纤的色散现象对光纤通信极为不利。光纤数字通信传输的是一系列脉冲码，光纤在传输中的脉冲展宽，导致了脉冲与脉冲相重叠现象，即产生了码间干扰，从而形成传输码的失误，造成差错。为避免误码出现，就要拉长脉冲间距，导致传输速率降低，从而减少了通信容量。另一方面，光纤脉冲的展宽程度随着传输距离的增长而越来越严重。因此，为了避免误码，光纤的传输距离也要缩短。7.设140Mb/s数字光纤通信系统发射功率为－3dBm，接收机的灵敏度为－38dBm，系统余量为4dB，连接器损耗为0.5dB/对，平均接头损耗为0.05dB/km，光纤衰减系数为0.4dB/km，光纤损耗余量0.05dB/km。计算中继距离L。（作业5-4）(L＝[－3－（－38）－4－0.5×2]/(0.05＋0.4＋0.0