光纤通信部分参考题答案.pdf

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1、.答： 光纤色散是由光纤中传输的光信号的不同成分光的传播时间不同而产生的。 光纤色散对光纤传输系统的危害有：若信号是模拟调制的，色散将限制带宽；若信号是数字脉冲，色散将使脉冲展宽，限制系统传输速率（容量） 。2-7 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。2-12 一个阶跃折射率光纤，纤芯折射率 n1=1.4258，包层折射率 n2=1.4205。该

2、光纤工作在1.3m 和 1.55m 两个波段上。求该光纤为单模光纤时的最大纤芯直径。2a n12n22解：由截止波长c=得c时单模传输，由已知条件得c1.30m，2.405则 2a2.405n1 n2221.3=2.4051.31.4258 1.420522=9.53m即该光纤为单模光纤时，最大纤芯直径为9.53m。3-3 半导体激光器(LD)有哪些特性?答： LD 的主要特性有： （1） 发射波长和光谱特性=1.24； 激光振荡可能存在多种模式 （多Eg纵模） ，即在多个波长上满足激光振荡的相位条件， 表现为光谱包含多条谱线。 而且随着调制电流的增大，光谱变宽，谱特性变坏。 （2）激光束空间

3、分布特性：远场光束横截面成椭圆形。 （3）转换效率和输出功率特性：d=hfPe， P=Pth+d(I-Ith)eIhf（4）频率特性：在接近弛张频率fr处，数字调制要产生驰张振荡，模拟调制要产生非线性失真。 （5）温度特性：Ith=I0exp（T）T03-5 计算一个波长=1m 的光子的能量等于多少？同时计算频率 f=1MHz 和 f=1000MHz无线电波的能量。（J s） 3108m/ shc6.6281034191.988410解：光子的能量为Ep=hf=J6110对于 1MHz 无线电波E0=hf=6.631034（Js）110Hz=6.6310346628J25对于 1000MHz

4、无线电波E0=hf=6.6310（Js）100010Hz=6.6310J3-7 试说明 APD 和 PIN 在性能上的主要区别。答：PIN 即光电二极管，APD 即雪崩光电二极管。APD 和 PIN 在性能上的主要区别有：（1）APD 具有雪崩增益，灵敏度高，有利于延长系统传输距离。（2）APD 的响应时间短。（3）APD 的雪崩效应会产生过剩噪声，因此要适当控制雪崩增益。；.（4）APD 要求较高的工作电压和复杂的温度补偿电路，成本较高。3-17 一光电二极管，当=1.3m 时，响应度为 0.6A/W，计算它的量子效率。解：由于响应度为=Ip/P0，则量子效率为6.62810343108hf

5、hc=57.4%=0.61.31061.61019eeP04-1 激光器（LD）产生弛张振荡和自脉动现象的机理是什么？它的危害是什么？应如何消除这两种现象的产生？答：当电流脉冲注入激光器后， 输出光脉冲出线幅度逐渐衰减的振荡， 称为弛张振荡。弛张振荡的后果是限制调制速率。当最高调制频率接近弛张振荡频率时，波形失真严重，会使光接收机在抽样判决时增加误码率，因此实际中最高调制频率应低于弛张振荡频率。某些激光器在脉冲调制甚至直流驱动下，当注入电流达到某个范围时，输出光脉冲出线持续等幅的高频振荡，这种现象称为自脉动现象。自脉动频率可达2GHz，严重影响LD的高速调制特性。4-3 在 LD 的驱动电路里

6、， 为什么要设置功率自动控制电路APC？功率自动控制实际是控制LD 的哪几个参数？答：在 LD 的驱动电路里，设置功率自动控制电路(APC)是为了调节 LD 的偏流，使输出光功率稳定。功率自动控制实际是控制LD 的偏置电流，输出光功率，激光器背向光平均功率。4-4 在 LD 的驱动电路里，为什么要设定温度自动控制电路？具体措施是什么？控制电路实际控制的是哪几个参数？答：在 LD 的驱动电路里，设置自动温度控制电路是因为半导体光源的输出特性受温度影响很大，特别是长波长半导体激光器对温度更加敏感，为保证输出特性的稳定，对激光器进行温度控制是十分必要的。温度控制装置一般由制冷器，热敏电阻和控制电路组

7、成。制冷器的冷端和激光器的热沉接触，热敏电阻作为传感器，探测激光器结区的温度，并把它传递给控制电路，通过控制电路改变制冷量，使激光器输出特性保持恒定。控制电路实际控制的是：换能电桥的输出，三极管的基极电流和制冷器的电流。4-6 为什么光接收机的前置放大器多采用跨组型？答： 在光接收机的前置放大器采用跨组型， 是因为跨组型前置放大器改善了带宽特性及动态范围，并具有良好的噪声特性。4-10 已测得某数字光接收机的灵敏度为10 W，求对应的dBm值。解：Pr=10lg P min(mW)=-20dBm4-14 光纤通信中常用的线路码型有哪些?答：光纤通信中常用的线路码型有扰码，mBnB 码和插入码。

8、6-1 试说明模拟光信号接收机量子极限的含义。答：模拟光接收机量子极限的含义是假设系统除量子噪声外， 没有其他噪声的存在， 灵敏度由平均信号电流决定，这样确定的灵敏度称为极限灵敏度，也叫量子极限。6-2 某模拟光信号记手机前置放大器的等效输入电阻Rs=1M，放大器的带宽 B=10MHz，噪声系数为 6dB，采用PIN。正弦信号直接光强调制的调制指数m=1，信号的工作波长；.Ip.=0.85m。传输至接收机处的光信号功率P0=-46dBm。求接收机输出信噪比 SNR，此时光接收机的极限灵敏度应为多少？答：从表中查参数，取PIN 暗电流Id=0.6nA，取响应度=0.4A/W。取T 为常温 300

9、K，则接收机输出信噪比(mPb)2/21SNR=10lg=10lg10106B(2ePb2eId4kTF / RL)121.610190.4107.621.610190.610941.381023300100.6/106=18.5dB光接收机所需的最小信号光功率为101061.61019BeBS1.857Prmin=2 2hf=2 2SNR=2 210=7.9310mW0.4Np光接收机的极限灵敏度为10lgPrmin=-61dBm6-3 在模拟光纤传输系统中，为了增加中继距离，必需采用扩展信号带宽的调制方式。具体方法有哪几种？答：为了增加中继距离， 采用扩展信号带宽的调制方式有频率调频， 脉

10、冲频率调制和方波频率调制。频率调制方式是先用承载信息的模拟基带信号对正弦载波进行调频， 产生等幅的频率受调的正弦信号， 其频率随输入的模拟基带信号的瞬时值而变化。 然后用这个正弦调频信号对光源进行光强调制，形成FM-IM 光纤传输系统。脉冲频率调制方式是先用承载信息的模拟基带信号对脉冲载波进行调频， 产生等幅， 等宽的频率受调的脉冲信号， 其脉冲频率随输入的模拟基带信号的瞬时值变化而变化。 然后用这个脉冲调频信号对光源进行光强调制，形成PFM-IM 光纤传输系统。方波频率调制方式是先用承载信息的模拟基带信号对方波进行调频， 产生等幅， 不等宽的方波脉冲调频信号， 其方波脉冲频率随输入的模拟基带

11、信号的幅度而变化。 然后用这个方波脉冲调频信号对光源进行光强调制，形成SWFM-IM 光纤传输系统。6-4 在模拟光纤传输系统中，为什么宁可才用扩展信号带宽的调制方式来增大传输距离， 而不采用增设中继站的办法？答：在模拟光纤通信中，存在噪声积累效应，信噪比随中继器数目的增加而下降。因此，在输出信噪比指标一定的条件下， 中继器数目受到限制， 即传输距离较短。而采用扩展信号带宽的调制方式，如调频，存在制度增益， 可以提高输出信噪比；而在要求信噪比一定的条件下，就可以增大传输距离。6-5 什么叫副载波复用(SCM)?副载波复用光纤通信有哪些优点？答：副载波复用是在电域上实现的频分复用（FDM） 。N

12、 路模拟基带信号分别对射频正弦载波 f1,f2,f3，fn 进行调制，然后把这N 个已调信号组合成一路信号，再用这个复合电信号对光载波进行调制， 然后将产生的已调光信号发送到光纤上。 光信号经过光纤传输后，由光接收机实现光和电的转换，得到FDM 电信号，再经分离（一般采用带通滤波）和解调，最后输出N 路模拟基带信号。；.副载波复用光纤通信的主要优点是： 便于实现多路模拟电视信号的传输， 副载波调制的方式比较灵活，可以试VSB-AM，也可以试 FM。采用 FM，每路电视信号尽管需要占用较大的带宽（27MHz） ，但以带宽换来了输出信噪比的改善。换言之，在输出信噪比要求一定的情况下，可降低对载噪声

13、比(CNR)的要求，即降低对发射功率的要求。6-8 假设我们想要频分复用 60 路 FM 信号，如果其中 30 路信号的每一个信道的调制指数mi=3%， 而另外30路信号的每一个信道的调制指数mi=4%,试求出激光器的光调制指数。解：因为总调制指数 m=mcN0.50.5，其中mc是每一路的调制指数，所以有0.5m1=0.0330=0.16，m2=0.0430=0.22激光器的光调制指数为 m=(m )i1220.5i=(0.16 0.22 )=0.272220.55-2 SDH 的特点有哪些？SDH 帧中 AUPTR 表示什么？它有何作用？答：SDH 具有以下特点： （1）SDH 采用世界上

14、统一的标准传输速率等级。一般STM-N,N=1,4,16,64。 （2）SDH 传送网络单元的光接口有严格的标准范围。 （3）在SDH 帧结构中，丰富的开销比特用于光裸的运行，维护和管理，便于实现性能检测，故障检测和定位，故障报告等管理功能。 （4）采用数字同步复用技术，其最小的复用单位为字节，不必进行码速调整，简化了复接分接的实现设备， 由低速信号复接成高速信号， 或从高速信号分出低速信号，不必逐级进行。 （5）采用数字较差连接设备DXC 可以对各种端口速率进行可控的连接配置， 对网络资源进行自动化的调度和管理， 这既提高了资源利用率，又增强了网络的抗毁性和可靠性。SDH 帧中的 AUPTR

15、 指的是管理单元指针， 它是一种指示符。 主要用于指示载荷包络的第一个字节在帧内的准确位置。采用指针技术是SDH 的创新，结合虚容器的盖帘，解决了低速信号复接成高速信号时，由于小的频率误差造成的载荷相对位置漂移的问题。5-4 设 140Mb/s 数字光纤通信系统发射光功率为-3dBm，接收机灵敏度为-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，光纤损耗余量为 0.05dB/km，计算中继距离 L。答：LPt Pr2cMe由题可知Pt=-3dBm，Pr=-38dBm，Me=4dB，c=0.5dB/对，fsms

16、=0.05dB/km，f=0.4dB/km，m=0.05dB/km。可得LPt Pr2cMe33820.54=60kmfsm0.50.40.05所以受损耗限制的中继距离等于60km。5-6 已知有一个 565Mb/s 的单模光纤传输系统，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，接收机灵敏度为-46dBm(BER=1010)；(2)光纤线路上的线路码型是5B6B，光纤的色散系数为 2ps/(kmnm)，光源光谱宽度为 1.8nm。求最大中继距离为多少？解：（1） LPt Pr2cMesd式中s

17、和d分别是接头总损耗和色散代价，Pt为fm；.平均发射功率，Pr为接受灵敏度，c为连接器损耗，Me为系统余量，f为光纤损耗m为每千米光纤线路损耗余量，系数，L为中继距离。 带入数据可得L最大等于212.5km0.115106106(2)L=47.1km6FbC056521.85最大中继距离应该取上述计算结果212.5km 与 47.1km 中的较小者，因此系统中的中继距离最大为 47.1km5-8 简述 PDH 和 SDH 的特点。答：PDH 特点：我国和欧洲，北美，日本各自有不同的PDH 数字速率等级体系，这些体系互不兼容，使得国际互通很困难；PDH 的高次群是异步复接，每次复接要进行一次码

18、速调整，使得复用的结构相当复杂，缺乏灵活性；没有同意的光接口；PDH 预留的插入比特较少，无法适应新一代网络的要求，PDH 没有考虑组网要求，缺少保证可靠性和抗毁性的措施。SDH 的特点：SDH 有一套标准的世界统一的数字速率等级结构； SDH 的帧结构是矩形块状结构，低速率支路的分布规律性极强，使得上下话路变得极为简单；SDH 帧结构中拥有丰富的开销比特，用于不同层次的OAM，预留的备用字节可以进一步满足网络管理和智能化网络发展的需要；SDH 具有统一的网络结点接口，可以实现光路上的互通；SDH 采用同步和灵活的复用方式，便于网络调度；SDH 可以承载现有的 TDM 业务，也可以支持 ATM

19、 和 IP 等异步业务。5-10 如何理解误码性能参数 DM，SES，ES？答：误码性能参数有以下四种：（1）长期平均误码率BER：是指在一段相当长的时间内出现的误码的个数和总的传输码元数的比值， 可表示为 BER=误码的个数长期平均误码率只能反映出测试时间总的传输码元数内的平均误码结果，无法反映出误码的随机性和突发性。（2）劣化粪（DM） ：是指特定的观测时间内（如一个月）BER 劣于 110的分钟数，用平均时间百分数表示。（3）严重误码秒（SES） ：是指特定的观测时间内（如一个月）BER 劣于 110的秒数，用平均时间百分数表示。（4）误码秒(ES)：是指特定的观测时间内（如一个月）出现误码的秒数，用平均时间百分数表示。36；.