（光纤通信）温习题(刘增基第二版).docx

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1、（光纤通信）温习题(刘增基第二版)光纤通信温习题考试题型及分数(1)第一章：21题(2)第二章：326题(4)第三章：472题(7)第四章：23题(10)第五章：232题(12)第七章：26题(14)第八章：19题(16)考试题型及分数第一章：21题1.2.1966年英籍华裔学者高锟(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)发表了关于传输介质新概念的论文指出了利用光纤(OpticalFiber)进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了当代光通信光纤通信的基础。3.光纤通信有四个发展阶段。4.光纤工作波长：1)0.85m2)1.31m3)1.55m5.光纤通信誉的近红外光(波长约1m)

2、的频率(约300THz)。6.简述光纤通信的优点：1)容许频带很宽，传输容量很大2)损耗很小，中继距离很长且误码率很小3)重量轻、体积小4)抗电磁干扰性能好5)泄漏小，保密性能好6)节约金属材料，有利于资源合理使用7.光纤通信系统的容许频带(带宽)取决于：光源的调制特性、调制方式和光纤的色散特性。8.简述光纤通信的应用：1)通信网2)构成因特网的计算机局域网和广域网3)有线电视网的干线和分配网4)综合业务光纤接入网9.光纤通信系统能够传输：1)数字信号2)模拟信号10.单向传输光纤通信系统的基本组成：11.光发射机的功能：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地注入光纤线路。基

3、本光纤传输系统接收发射12.光发射机的组成光源、驱动器和调制器。13.光发射机的性能基本上取决于光源的特性。14.光纤线路的功能：把来自光发射机的光信号，以尽可能小的畸变(失真)和衰减传输到光接收机。15.光接收机的功能把从光纤线路输出、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。16.光接收机：由光检测器、放大器和相关电路组成光检测器是光接收机的核心。17.对光检测器的要求是：响应度高、噪声低和响应速度快。18.数字通信系统：用参数取值离散的信号(如脉冲的有和无、电平的高和低等)代表信息，强调的是信号和信息之间的逐一对应关系。19.模拟通信系统：用参数取值连

4、续的信号代表信息，强调的是变换经过中信号和信息之间的线性关系。20.简述数字通信系统的优点1)抗干扰能力强，传输质量好2)能够用再生中继，传输距离长3)适用各种业务的传输，灵敏性大4)容易实现高强度的保密通信5)数字通信系统大量采用数字电路，易于集成，进而实现小型化、微型化，加强设备可靠性，有利于降低成本21.P13：1-122.23.P13：1-424.第二章：326题1.光纤OpticalFiber是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝。2.设纤芯和包层的折射率分别为n1和n2，光能量在光纤中传输的必要条件是：n1n23.纤芯和包层的相对折射率差典型值=n1-n2n1：1)一般单模

5、光纤为0.3%0.6%，2)多模光纤为1%2%。3)越大，把光能量束缚在纤芯的能力越强，但信息传输容量却越小4.实用光纤主要有三种基本类型：1)突变型多模光纤StepIndexFiber,SIF2)渐变型多模光纤GradedIndexFiber,GIF3)单模光纤SingleModeFiber,SMF5.突变型多模光纤：纤芯折射率为n1保持不变，到包层忽然变为n2。6.突变型多模光纤特点：1)光线以折线形状沿纤芯中心轴线方向传播2)特点是信号畸变大7.渐变型多模光纤：在纤芯中心折射率最大为n1，沿径向r向外围逐步变小直到包层变为n2。8.渐变型多模光纤特点：1)光线以正弦形状沿纤芯中心轴线方向

6、传播2)特点是信号畸变小9.单模光纤：只能传输一个形式的光纤。10.多模光纤：传输多个形式的光纤。11.突变型多模光纤的数值孔径NA：12.NA物理意义：1)NA越大i.光纤接收光的能力越强，从光源到光纤的耦合效率越高。ii.对于无损耗光纤，在临界角c内的入射光都能在光纤中传输。iii.纤芯对光能量的束缚越强，光纤抗弯曲性能越好。2)但NA越大iv.经光纤传输后产生的信号畸变越大，因此限制了信息传输容量。13.渐变型多模光纤的数值孔径NA：?-=212212nnnNA222)()(nrnrNA-=2221maxnnNA-=14.渐变型多模光纤自聚焦效应：渐变型多模光纤具有自聚焦效应，不仅不同入

7、射角相应的光线会聚在同一点上，而且这些光线的时间延迟也近似相等。15.16.光纤归一化频率：17.光纤单模传输条件：18.色散(Dispersion)：是在光纤中传输的光信号，由于不同成分的光的时间延迟不同而产生的一种物理效应。19.色散一般包括：1)形式色散2)材料色散3)波导色散20.理想单模光纤没有形式色散，只要材料色散和波导色散。21.光纤的三类基本特性参数：1)几何特性纤芯与包层的直径、偏心度和不圆度。2)光学特性折射率分布、数值孔径、模场直径和截止波长。3)传输特性损耗、带宽和色散22.光纤损耗测量有两种基本方法：1)一种是测量通过光纤的传输光功率称剪断法和插入法。2)另一种是测量

8、光纤的后向散射光功率称后向散射法。23.测量光纤带宽基本方法：1)时域法是测量通过光纤的光脉冲产生的脉冲展宽，又称脉冲法。2)频域法是测量通过光纤的频率响应，又称扫频法。24.测量光纤色散有三种基本方法：1)相移法2)脉冲时延法3)干预法25.实际截止波长的测量方法：1)传输功率法在弯曲状态下，测量损耗波长函数的传输功率法2)时延法改变波长，观察LP01模和LP11模产生的两个脉冲变为一个脉冲的时延法22212nnaV-=405.222221-=nnaV3)近场法改变波长，观察近场图由环形变为高斯形的近场法26.P45：2-1计算题27.P45：2-3计算题28.P45：2-429.P45：2

9、-730.P45：2-9计算题31.P45：2-10计算题32.P45：2-12计算题33.P45：2-17计算题第三章：472题1.通信誉光器件能够分为两种类型：1)有源器件2)无源器件2.有源器件包括：光源、光检测器和光放大器3.光无源器件主要有：连接器、耦合器、波分复用器、调制器、光开关和隔离器等。4.光源：是光发射机的关键器件，其功能是把电信号转换为光信号。5.目前光纤通信广泛使用的光源主要有：3)半导体激光二极管或称激光器(LD)4)发光二极管或称发光管(LED)5)有些场合也使用固体激光器6.LD半导体激光器：SemiconductorLaser7.LED发光二极管：LightEm

10、ittingDiode8.半导体激光器向半导体PN结注入电流，实现粒子数反转分布，产生受激辐射，再利用谐振腔的正反应，实现光放大而产生激光振荡。9.基态：最低能级E1称为基态。10.激发态：能量比基态大的能级Ei(i=2,3,4)称为激发态11.电子在低能级E1的基态和高能级E2的激发态之间的跃迁有三种基本方式6)受激吸收7)自发辐射8)受激辐射12.受激吸收：电子处于低能级E1，在入射光作用下，它会吸收光子的能量跃迁到高能级E2上，这种跃迁称为受激吸收。13.自发辐射：电子自动地从高能级E2跃迁到低能级E1上与空穴复合，释放的能量转换为光子辐射出去，这种跃迁称为自发辐射。14.受激辐射电子被

11、迫跃从高能级E2迁到低能级E1上与空穴复合，释放的能量产生光辐射，这种跃迁称为受激辐射。15.相干光：受激辐射光的频率、相位、偏振态和传播方向与入射光一样，这种光称为相干光。16.非相干光：自发辐射光是由大量不同激发态的电子自发跃迁产生的，其频率和方向分布在一定范围内，相位和偏振态是混乱的，这种光称为非相干光。17.本征半导体：电子和空穴是成对出现的半导体。18.N型半导体：在本征半导体中掺入施主杂质，称为N型半导体。19.P型半导体：在本征半导体中，掺入受主杂质，称为P型半导体。20.不同半导体材料有不同的禁带宽度Eg，因此有不同的发射波长。21.DFB激光器与F-P激光器相比具有下面优点:

12、9)单纵模激光器10)谱线窄，波长稳定性好11)动态谱线好12)线性好22.发光二极管(LED)的工作原理与激光器(LD)不同:13)LD发射的是受激辐射光14)LED发射的是自发辐射光23.发光二极管具有如下工作特性15)光谱特性16)光束的空间分布特性17)输出光功率特性18)频率特性24.光检测器是光接收机的关键器件。25.光检测器的功能是把光信号转换为电信号。26.常用光检测器：1)光电二极管PIN2)雪崩光电二极管APD27.光电二极管(PD)把光信号转换为电信号的功能是由半导体PN结的光电效应实现的。28.连接器：是实现光纤与光纤之间可拆卸(活动)连接的器件。29.接头：是实现光纤

13、与光纤之间的永久性(固定)连接。30.耦合器的功能：是把一个输入的光信号分配给多个输出，或把多个输入的光信号组合成一个输出。31.耦合器类型：19)T形耦合器20)星形耦合器21)定向耦合器22)波分复用器/解复用器32.比拟实用和有发展前途的耦合器的构造有1)光纤型2)微器件型3)波导型33.隔离器：是一种非互易器件，其主要作用是只允许光波往一个方向上传输，阻止光波往其他方向十分是反方向传输。34.隔离器的两个主要参数23)插入损耗：对正向入射光的插入损耗其值越小越好；24)隔离度：对反向反射光的隔离度其值越大越好。35.调制器是利用线性电光效应实现。36.光开关的功能：是转换光路，实现光交

14、换。37.光开关可分为两大类1)机械光开关：利用电磁铁或步进电机驱动光纤、棱镜或反射镜等光学元件实现光路转换。2)固体光开关：利用磁光效应、电光效应或声光效应实现光路转换。38.机械光开关特点：1)优点：是插入损耗小，串扰小，合适各种光纤，技术成熟2)缺点：是开关速度慢39.固体光开关特点：1)优点是开关速度快2)缺点是插入损耗大，串扰大，只合适单模光纤40.实际截止波长的测量方法：4)传输功率法在弯曲状态下，测量损耗波长函数的传输功率法5)时延法改变波长，观察LP01模和LP11模产生的两个脉冲变为一个脉冲的时延法6)近场法改变波长，观察近场图由环形变为高斯形的近场法41.P76：3-1计算

15、题42.P76：3-443.P76：3-5计算题44.P76：3-845.P76：3-1946.P76：3-2147.P76：3-2648.第四章：23题1.数字光发射机的功能：把电端机输出的数字基带电信号转换为光信号，并用耦合技术有效注入光纤线路。电/光转换是用承载信息的数字电信号对光源进行调制来实现的2.线路编码必要性：由于电端机输出的数字信号是合适电缆传输的双极性码，而光源不能发射负脉冲，所以要变换为合适于光纤传输的单极性码。3.码型效应：当电光延迟时间td与数字调制的码元持续时间T/2为一样数量级时，会使“0码过后的第一个“1码的脉冲宽度变窄，幅度减小，严重时可能使单个“码丢失，这种现

16、象称为“码型效应。4.码型效应的特点：在脉冲序列中较长的连“0码后出现的“1码，其脉冲明显变小，而且连“0码数目越多，调制速率越高，这种效应越明显。5.自脉动现象：某些激光器在脉冲调制甚至直流驱动下，当注入电流到达某个范围时，输出光脉冲出现持续等幅的高频振荡，这种现象称为自脉动现象。6.光接收机基本组成：光检测器、前置放大器、主放大器、平衡器、时钟提取电路、取样判决器以及自动增益控制(AGC)电路。7.目前，合适于光纤通信系统应用的光检测器有：1)PIN光电二极管2)雪崩光电二极管(APD)8.前置放大器应是低噪声放大器，它的噪声对光接收机的灵敏度影响很大。9.主放大器和AGC决定着光接收机的

17、动态范围。10.光接收机的噪声有两部分：1)一部分是外部电磁干扰产生的，这部分噪声的危害能够通过屏蔽或滤波加以消除；2)另一部分是内部产生的，这部分噪声是在信号检测和放大经过中引入的随机噪声，只能通过器件的选择和电路的设计与制造尽可能减小，一般不可能完全消除。11.光接收机的误码率：用较长时间间隔内，在传输的码流中，误判的码元数和接收的总码元数的比值来表示。12.灵敏度表示光接收机调整到最佳状态时，能够接收微弱光信号的能力。13.14.在光纤通信系统中从电端机输出的是合适于电缆传输的双极性码。15.光源不可能发射负光脉冲，因而必须进行码型变换，以合适于数字光纤通信系统传输的要求。16.扰码改变

18、了“码与“0码的分布，进而改善了码流的一些特性。17.mBnB码是把输入的二进制原始码流进行分组，每组有m个二进制码，记为mB，称为一个码字，然后把一个码字变换为n个二进制码，记为nB，并在同一个时隙内输出。18.插入码是把输入二进制原始码流分成每m比特(mB)-一组，然后在每组mB码末尾按一定规律插入一个码，组成m+1个码为一组的线路码流。19.P101：4-120.P101：4-321.P101：4-722.P101：4-923.P101：4-1124.P101：4-1425.第五章：232题1.数字光纤通信系统的两种传输体制：1)准同步数字系列(PDH)2)同步数字系列(SDH)2.PD

19、H主要适用于中、低速率点对点的传输。3.PDH的主要缺点：1)北美、西欧和亚洲所采用的三种数字系列互不兼容，没有世界统一的标准光接口使得国际电信网的建立及网络的营运、管理和维护变得特别复杂和困难。2)各种复用系列都有其相应的帧构造，没有足够的开销比特使网络设计缺乏灵敏性，不能适应电信网络不断扩大、技术不断更新的要求。3)由于低速率信号插入到高速率信号，或从高速率信号分出，都必须逐级进行，不能直接分插，因此复接/分接设备构造复杂，上下话路价格昂贵。4.SDH传输网的构成：1)SDH终接设备(或称SDH终端复用器TM)2)分插复用设备ADM3)数字穿插连接设备DXC等网络单元4)以及连接它们的(光

20、纤)物理链路5.与PDH相比，SDH具有下列特点：1)SDH采用世界上统一的标准传输速率等级2)SDH各网络单元的光接口有严格的标准规范3)在SDH帧构造中，丰富的开销比特用于网络的运行、维护和管理，便于实现性能监测、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)采用数字穿插连接设备DXC能够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，既提高了资源利用率，又加强了网络的抗毁性和可靠性。6.SDH帧构造：1)一个STMN

21、帧有9行，每行由270N个字节组成。i.这样每帧共有9270N个字节，每字节为8bit。帧周期为125s，即每秒传输8000帧。2)对于STM1而言ii.传输速率为927088000=155.520Mb/s。3)字节发送顺序为iii.由上往下逐行发送，每行先左后右。7.SDH帧大体可分为三个部分：1)段开销(SOH)2)信息载荷(Payload)3)管理单元指针(AUPTR)8.正码速调整法：1)优点：是容许被复接的支路信号有较大的频率误差2)缺点：是复接与分接相当困难9.固定位置映射法：1)优点：复接和分接容易实现2)缺点：由于低速信号可能是属于PDH的或由于SDH网络的故障，低速信号与高速

22、信号的相对相位不可能对准，并会随时间而变化。10.穿插连接设备与交换机的区别：1)DXC的输入输出不是单个用户话路，而是由很多话路组成的群路。2)两者都能提供动态的通道连接，但连接变动的时间尺度是不同的。i.前者按大量用户的集合业务量的变化及网络的故障状况来改变连接，由网管系统配置；ii.后者根据用户的呼叫请求来建立或改变连接，由信令系统实现呼叫连接控制。11.SDH环形网的一个突出优点是具有“自愈能力。12.最长的标准数字HRX为27500km。13.误码率是在一个较长时间内的传输码流中出现误码的概率。14.严重误码秒(SES)：选择监测时间TL为1个月，取样时间T0为1s。定义误码率劣于1

23、10-3的秒钟数为严重误码秒(SES)。15.抖动是数字信号在各有效瞬时对标准时间位置的偏差。16.对数字光纤通信系统而言，系统设计的主要任务：1)根据用户对传输距离和传输容量(话路数或比特率)及其分布的要求，根据国家相关的技术标准和当前设备的技术水平，经过综合考虑和反复计算，2)选择最佳路由和局站设置、传输体制和传输速率以及光纤光缆和光端机的基本参数和性能指标。以使系统的施行到达最佳的性能价格比。17.中继距离的设计有三种方法：1)最坏情况法(参数完全已知)2)统计法(所有参数都是统计定义)3)半统计法(只要某些参数是统计定义)18.中继距离受光纤线路损耗和色散(带宽)的限制，明显随传输速率

24、的增加而减小。19.中继距离和传输速率反映着光纤通信系统的技术水平。20.P121：5-121.P121：5-4计算题22.P121：5-6计算题23.P121：5-824.第七章：26题1.光纤通信发展的目的是提高通信能力和通信质量，降低价格，知足社会需要。2.光放大器有两种类型：1)半导体光放大器2)光纤放大器3.半导体光放大器：1)优点：是小型化，容易与其他半导体器件集成2)缺点：是性能与光偏振方向有关，器件与光纤的耦合损耗大4.光纤放大器实际上是把工作物质制作成光纤形状的固体激光器，所以也称为光纤激光器。5.光纤放大器性能与光偏振方向无关，器件与光纤的耦合损耗很小。6.EDFA的主要优

25、点有：1)工作波长正好落在光纤通信最佳波段(15001600nm)；其主体是一段光纤(EDF)，与传输光纤的耦合损耗很小，可达0.1dB。2)增益高，约为3040dB;饱和输出光功率大，约为1015dBm;增益特性与光偏振状态无关。3)噪声指数小，一般为47dB;用于多信道传输时，隔离度大，无串扰，适用于波分复用系统。4)频带宽，在1550nm窗口，频带宽度为2040nm，可进行多信道传输，有利于增加传输容量。7.光波分复用WDM技术是在一根光纤中同时传输多个波长光信号的一项技术。8.WDM基本原理：1)在发送端将不同波长的光信号组合起来(复用)，并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输。2)

26、在接收端又将组合波长的光信号分开(解复用)，并作进一步处理，恢复出原信号后送入不同的终端。9.实际的WDM系统主要由五部分组成：1)光发射机2)光中继放大3)光接收机4)光监控信道5)网络管理系统10.WDM技术的主要特点1)充分利用光纤的宏大带宽资源2)同时传输多种不同类型的信号3)节省线路投资4)降低器件的超高速要求5)高度的组网灵敏性、经济性和可靠性11.光滤波器的三种应用：1)单纯的滤波应用2)波分复用/解复用器中应用3)波长路由器中应用12.对光滤波器的主要要求：1)一个好的光滤波器应有较低的插入损耗，并且损耗应该与输入光的偏振态无关。2)一个滤波器的通带应该对温度的变化不敏感。温度

27、系数是指温度每变化1的波长漂移。3)在一个WDM系统中，随着级联的滤波器越来越多，系统的通带就变得越来越窄。13.光交换主要有三种方式：1)空分光交换2)时分光交换3)波分光交换14.空分光交换的功能是使光信号的传输通路在空间上发生改变。15.时分光交换是以时分复用为基础，用时隙互换原理实现交换功能的。16.波分光交换(或穿插连接)是以波分复用原理为基础，采用波长选择或波长变换的方法实现交换功能的。17.光孤子(Soliton)是经光纤长距离传输后，其幅度和宽度都不变的超短光脉冲(ps数量级)。18.光孤子的构成是光纤的群速度色散和非线性效应互相平衡的结果。19.相干光是两个激光器产生的光场具

28、有空间叠加、互相干预性质的激光。20.要实现OTDM，需要解决的关键技术有：1)超短光脉冲光源2)超短光脉冲的长距离传输和色散抑制技术3)帧同步及路序确定技术4)光时钟提取技术5)全光解复用技术21.波长变换(WC:WavelengthConversion)是将信息从承载它的一个波长上转到另一个波长上。22.波长变换的基本方法有两种：1)光/电/光方法2)全光方法。23.在WDM光网络中使用波长变换技术的原因：1)信息能够通过WDM网络中不适宜使用的波长进入WDM网络2)在网络内部，能够提高链路上现有波长的利用率24.P182：7-125.P182：7-226.P182：7-427.P182：

29、7-528.第八章：19题1.通信网总的发展趋势是1)数字化2)综合化3)宽带化2.数字化就是在通信网的各个部分(核心网和接入网)及各个环节(传输、交换、接入、终端等)全面采用数字技术。3.综合化主要指业务的综合，即通信网要由原来的单一业务网(如网、分组数据网)发展为能同时提供多种业务(包括话音、数据、图像等)，十分是多媒体业务的网络。4.SDH网络物理拓扑一般有5种类型1)线形2)星形3)树形4)环形5)网孔形5.网孔形：1)优点：是不存在如星形拓扑那样的瓶颈问题和失效问题，两点间有多种路由可选。2)缺点：是构造复杂、成本较高。6.7.自愈网基本原理：是使网络具备发现替代传输路由并重新确立通

30、信的能力。8.自愈环构造可分为两大类：1)通道倒换环2)复用段倒换环9.通道倒换环与复用段倒换环的一个重要区别：1)是前者往往使用专用保护，即正常情况下保护段也在传业务信号，保护时隙为整个环专用；2)而后者往往使用公用保护，即正常情况下保护段是空闲的，保护时隙由每对结点分享。10.接入网是电信网的重要组成部分，负责将电信业务透明地传送到用户。11.ITUT的G.902建议的接入网给定义：1)接入网由业务结点接口(SNI)和用户网络接口(UNI)之间的一系列传送实体(如线路设施和传输设施)组成，为供应电信业务而提供所需的传送承载能力，可经过网络管理接口(Q3)配置和管理。2)原则上对接入网能够实

31、现的UNI和SNI的类型和数目没有限制。3)接入网不解释信令12.光接入网的拓扑构造一般有4种：1)单星形2)双星形3)总线形4)环形13.光接入网的4种基本应用类型1)光纤到路边(FTTC)2)光纤到大楼(FTTB)3)光纤到办公室(FTTO)4)光纤到家(FTTH)14.无源光网络PON的一个重要应用是来传送宽带图像业务(十分是广播电视)。15.无源光网络PON传输技术主要有三种1)频分复用(FDM)2)时分复用(TDM)3)密集波分复用(DWDM)16.无源光网络PON中常用的多址技术有三种：1)频分多址(FDMA)2)时分多址(TDMA)3)波分多址(WDMA)17.频分多址FDMA：

32、1)特点是将频带分割为很多互不重叠的部分，分配给每个用户使用。2)优点是设备简单，技术成熟；3)缺点是当多个载波信号同时传输时，会产生串扰和互调噪声，会出现强信号抑制弱信号现象，单路的有效输出功率降低，且传输质量随着用户数的增加而急剧下降。18.时分多址TDMA：1)特点是将工作时间分割成周期性的互不重叠的时隙，分配给每个用户。2)优点是在任何时刻只要一个用户的信号通过上行信道，能够充分利用信号功率，没有互调噪声；3)缺点是为了分配时隙，需要准确地测定每个用户的传输时延，并且易受窄带噪声的影响。19.波分多址WDMA：1)特点是以波长作为用户的地址，将不同的光波长分配给不同的用户，用可调谐滤波器或可调谐激光器来实现波分多址。2)优点是不同波长的信号能够同时在同一信道上传输，不必考虑时延问题；3)缺点是目前可调谐滤波器或可调谐激光器的成本还高，调谐范围也不宽。20.HFC网的基本原理：在双向光纤CATV网的基础上，根据光纤的宽频带特性，用空余的频带来传输话音业务、数据业务或个人信息，以充分利用光纤的频谱资源。21.22.