光纖通信部分參考題答案-1.doc

答：光纖色散是由光纖中傳輸?shù)墓庑盘柕牟煌煞止獾膫鞑r間不同而產(chǎn)生的。光纖色散對光纖傳輸系統(tǒng)的危害有：若信號是模擬調(diào)制的，色散將限制帶寬；若信號是數(shù)字脈沖，色散將使脈沖展寬，限制系統(tǒng)傳輸速率（容量）。2-7 光纖損耗產(chǎn)生的原因及其危害是什么？答：光纖損耗包括吸收損耗和散射損耗。吸收損耗是由SiO2材料引起的固有吸收和由雜質(zhì)引起的吸收產(chǎn)生的。散射損耗主要由材料微觀密度不均勻引起的瑞利散射和光纖結(jié)構(gòu)缺陷（如氣泡）引起的散射產(chǎn)生的。光纖損耗使系統(tǒng)的傳輸距離受到限制，大損耗不利于長距離光纖通信。2-12 一個階躍折射率光纖，纖芯折射率n1=1.4258，包層折射率n2=1.4205。該光纖工作在1.3m和1.55m兩個波段上。求該光纖為單模光纖時的最大纖芯直徑。解：由截止波長=得時單模傳輸，由已知條件得1.30m，則2a1.3=9.53m即該光纖為單模光纖時，最大纖芯直徑為9.53m。3-3 半導體激光器(LD)有哪些特性?答：LD的主要特性有：（1）發(fā)射波長和光譜特性=；激光振蕩可能存在多種模式（多縱模），即在多個波長上滿足激光振蕩的相位條件，表現(xiàn)為光譜包含多條譜線。而且隨著調(diào)制電流的增大，光譜變寬，譜特性變壞。（2）激光束空間分布特性：遠場光束橫截面成橢圓形。（3）轉(zhuǎn)換效率和輸出功率特性：= ， P=+(I-)（4）頻率特性：在接近弛張頻率處，數(shù)字調(diào)制要產(chǎn)生馳張振蕩，模擬調(diào)制要產(chǎn)生非線性失真。（5）溫度特性：=exp（）3-5計算一個波長=1m的光子的能量等于多少？同時計算頻率f=1MHz和f=1000MHz無線電波的能量。解：光子的能量為=hf=J對于1MHz無線電波=hf=6.63（Js）1Hz=6.63J對于1000MHz無線電波=hf=6.63（Js）1000Hz=6.63J3-7 試說明APD和PIN在性能上的主要區(qū)別。答：PIN即光電二極管，APD即雪崩光電二極管。APD和PIN在性能上的主要區(qū)別有：（1） APD具有雪崩增益，靈敏度高，有利于延長系統(tǒng)傳輸距離。（2） APD的響應時間短。（3） APD的雪崩效應會產(chǎn)生過剩噪聲，因此要適當控制雪崩增益。（4） APD要求較高的工作電壓和復雜的溫度補償電路，成本較高。3-17 一光電二極管，當=1.3m時，響應度為0.6A/W，計算它的量子效率。解：由于響應度為=/，則量子效率為=0.6=57.4%4-1 激光器（LD）產(chǎn)生弛張振蕩和自脈動現(xiàn)象的機理是什么？它的危害是什么？應如何消除這兩種現(xiàn)象的產(chǎn)生？答：當電流脈沖注入激光器后，輸出光脈沖出線幅度逐漸衰減的振蕩，稱為弛張振蕩。弛張振蕩的后果是限制調(diào)制速率。當最高調(diào)制頻率接近弛張振蕩頻率時，波形失真嚴重，會使光接收機在抽樣判決時增加誤碼率，因此實際中最高調(diào)制頻率應低于弛張振蕩頻率。某些激光器在脈沖調(diào)制甚至直流驅(qū)動下，當注入電流達到某個范圍時，輸出光脈沖出線持續(xù)等幅的高頻振蕩，這種現(xiàn)象稱為自脈動現(xiàn)象。自脈動頻率可達2GHz，嚴重影響LD的高速調(diào)制特性。4-3 在LD的驅(qū)動電路里，為什么要設置功率自動控制電路APC？功率自動控制實際是控制LD的哪幾個參數(shù)？答：在LD的驅(qū)動電路里，設置功率自動控制電路(APC)是為了調(diào)節(jié)LD的偏流，使輸出光功率穩(wěn)定。功率自動控制實際是控制LD的偏置電流，輸出光功率，激光器背向光平均功率。4-4 在LD的驅(qū)動電路里，為什么要設定溫度自動控制電路？具體措施是什么？控制電路實際控制的是哪幾個參數(shù)？答：在LD的驅(qū)動電路里，設置自動溫度控制電路是因為半導體光源的輸出特性受溫度影響很大，特別是長波長半導體激光器對溫度更加敏感，為保證輸出特性的穩(wěn)定，對激光器進行溫度控制是十分必要的。 溫度控制裝置一般由制冷器，熱敏電阻和控制電路組成。制冷器的冷端和激光器的熱沉接觸，熱敏電阻作為傳感器，探測激光器結(jié)區(qū)的溫度，并把它傳遞給控制電路，通過控制電路改變制冷量，使激光器輸出特性保持恒定?？刂齐娐穼嶋H控制的是：換能電橋的輸出，三極管的基極電流和制冷器的電流。4-6 為什么光接收機的前置放大器多采用跨組型？答：在光接收機的前置放大器采用跨組型，是因為跨組型前置放大器改善了帶寬特性及動態(tài)范圍，并具有良好的噪聲特性。4-10 已測得某數(shù)字光接收機的靈敏度為10，求對應的值。解：=10lg(mW)=-20dBm4-14 光纖通信中常用的線路碼型有哪些?答：光纖通信中常用的線路碼型有擾碼，mBnB碼和插入碼。6-1 試說明模擬光信號接收機量子極限的含義。答：模擬光接收機量子極限的含義是假設系統(tǒng)除量子噪聲外，沒有其他噪聲的存在，靈敏度由平均信號電流決定，這樣確定的靈敏度稱為極限靈敏度，也叫量子極限。6-2 某模擬光信號記手機前置放大器的等效輸入電阻=1M，放大器的帶寬B=10MHz，噪聲系數(shù)為6dB，采用PIN。正弦信號直接光強調(diào)制的調(diào)制指數(shù)m=1，信號的工作波長=0.85m。傳輸至接收機處的光信號功率=-46dBm。求接收機輸出信噪比SNR，此時光接收機的極限靈敏度應為多少？答：從表中查參數(shù)，取PIN暗電流=0.6nA，取響應度=0.4A/W。取T為常溫300K，則接收機輸出信噪比SNR=10lg=10lg=18.5dB光接收機所需的最小信號光功率為=hf=SNR=7.93mW光接收機的極限靈敏度為10lg=-61dBm6-3 在模擬光纖傳輸系統(tǒng)中，為了增加中繼距離，必需采用擴展信號帶寬的調(diào)制方式。具體方法有哪幾種？答：為了增加中繼距離，采用擴展信號帶寬的調(diào)制方式有頻率調(diào)頻，脈沖頻率調(diào)制和方波頻率調(diào)制。頻率調(diào)制方式是先用承載信息的模擬基帶信號對正弦載波進行調(diào)頻，產(chǎn)生等幅的頻率受調(diào)的正弦信號，其頻率隨輸入的模擬基帶信號的瞬時值而變化。然后用這個正弦調(diào)頻信號對光源進行光強調(diào)制，形成FM-IM光纖傳輸系統(tǒng)。脈沖頻率調(diào)制方式是先用承載信息的模擬基帶信號對脈沖載波進行調(diào)頻，產(chǎn)生等幅，等寬的頻率受調(diào)的脈沖信號，其脈沖頻率隨輸入的模擬基帶信號的瞬時值變化而變化。然后用這個脈沖調(diào)頻信號對光源進行光強調(diào)制，形成PFM-IM光纖傳輸系統(tǒng)。方波頻率調(diào)制方式是先用承載信息的模擬基帶信號對方波進行調(diào)頻，產(chǎn)生等幅，不等寬的方波脈沖調(diào)頻信號，其方波脈沖頻率隨輸入的模擬基帶信號的幅度而變化。然后用這個方波脈沖調(diào)頻信號對光源進行光強調(diào)制，形成SWFM-IM光纖傳輸系統(tǒng)。6-4 在模擬光纖傳輸系統(tǒng)中，為什么寧可才用擴展信號帶寬的調(diào)制方式來增大傳輸距離，而不采用增設中繼站的辦法？答：在模擬光纖通信中，存在噪聲積累效應，信噪比隨中繼器數(shù)目的增加而下降。因此，在輸出信噪比指標一定的條件下，中繼器數(shù)目受到限制，即傳輸距離較短。而采用擴展信號帶寬的調(diào)制方式，如調(diào)頻，存在制度增益，可以提高輸出信噪比；而在要求信噪比一定的條件下，就可以增大傳輸距離。6-5 什么叫副載波復用(SCM)?副載波復用光纖通信有哪些優(yōu)點？答：副載波復用是在電域上實現(xiàn)的頻分復用（FDM）。N路模擬基帶信號分別對射頻正弦載波f1,f2,f3，fn進行調(diào)制，然后把這N個已調(diào)信號組合成一路信號，再用這個復合電信號對光載波進行調(diào)制，然后將產(chǎn)生的已調(diào)光信號發(fā)送到光纖上。光信號經(jīng)過光纖傳輸后，由光接收機實現(xiàn)光和電的轉(zhuǎn)換，得到FDM電信號，再經(jīng)分離（一般采用帶通濾波）和解調(diào)，最后輸出N路模擬基帶信號。副載波復用光纖通信的主要優(yōu)點是：便于實現(xiàn)多路模擬電視信號的傳輸，副載波調(diào)制的方式比較靈活，可以試VSB-AM，也可以試FM。采用FM，每路電視信號盡管需要占用較大的帶寬（27MHz），但以帶寬換來了輸出信噪比的改善。換言之，在輸出信噪比要求一定的情況下，可降低對載噪聲比(CNR)的要求，即降低對發(fā)射功率的要求。6-8 假設我們想要頻分復用60路FM信號，如果其中30路信號的每一個信道的調(diào)制指數(shù)mi=3%，而另外30路信號的每一個信道的調(diào)制指數(shù)mi=4%,試求出激光器的光調(diào)制指數(shù)。解：因為總調(diào)制指數(shù)m=，其中是每一路的調(diào)制指數(shù)，所以有m1=0.03=0.16，m2=0.04=0.22激光器的光調(diào)制指數(shù)為m=0.2725-2 SDH的特點有哪些？SDH幀中AUPTR表示什么？它有何作用？答：SDH具有以下特點：（1）SDH采用世界上統(tǒng)一的標準傳輸速率等級。一般STM-N, N=1,4,16,64。（2）SDH傳送網(wǎng)絡單元的光接口有嚴格的標準范圍。（3）在SDH幀結(jié)構(gòu)中，豐富的開銷比特用于光裸的運行，維護和管理，便于實現(xiàn)性能檢測，故障檢測和定位，故障報告等管理功能。（4）采用數(shù)字同步復用技術(shù)，其最小的復用單位為字節(jié)，不必進行碼速調(diào)整，簡化了復接分接的實現(xiàn)設備，由低速信號復接成高速信號，或從高速信號分出低速信號，不必逐級進行。（5）采用數(shù)字較差連接設備DXC可以對各種端口速率進行可控的連接配置，對網(wǎng)絡資源進行自動化的調(diào)度和管理，這既提高了資源利用率，又增強了網(wǎng)絡的抗毀性和可靠性。SDH幀中的AUPTR指的是管理單元指針，它是一種指示符。主要用于指示載荷包絡的第一個字節(jié)在幀內(nèi)的準確位置。采用指針技術(shù)是SDH的創(chuàng)新，結(jié)合虛容器的蓋簾，解決了低速信號復接成高速信號時，由于小的頻率誤差造成的載荷相對位置漂移的問題。5-4 設140Mb/s數(shù)字光纖通信系統(tǒng)發(fā)射光功率為-3dBm，接收機靈敏度為-38dBm，系統(tǒng)余量為4dB, 連接器損耗為0.5dB/對，平均接頭損耗為0.05dB/km，光纖衰減系數(shù)為0.4dB/km，光纖損耗余量為0.05dB/km，計算中繼距離L。答：L 由題可知=-3dBm，=-38dBm，=4dB，=0.5dB/對，=0.05dB/km，=0.4dB/km，=0.05dB/km?？傻肔=60km所以受損耗限制的中繼距離等于60km。5-6 已知有一個565Mb/s的單模光纖傳輸系統(tǒng)，其系統(tǒng)總體要求如下：（1）光纖通信系統(tǒng)的光纖損耗為0.1dB/km，有5個接頭，平均每個接頭損耗為0.2dB，光源的入纖功率為-3dBm，接收機靈敏度為-46dBm(BER=)；(2)光纖線路上的線路碼型是5B6B，光纖的色散系數(shù)為2ps/(kmnm)，光源光譜寬度為1.8nm。求最大中繼距離為多少？解：（1）L式中和分別是接頭總損耗和色散代價，為平均發(fā)射功率，為接受靈敏度，為連接器損耗，為系統(tǒng)余量，為光纖損耗系數(shù)，為每千米光纖線路損耗余量，L為中繼距離。帶入數(shù)據(jù)可得L最大等于212.5km(2)L=47.1km最大中繼距離應該取上述計算結(jié)果212.5km與47.1km中的較小者，因此系統(tǒng)中的中繼距離最大為47.1km5-8 簡述PDH和SDH的特點。答：PDH特點：我國和歐洲，北美，日本各自有不同的PDH數(shù)字速率等級體系，這些體系互不兼容，使得國際互通很困難；PDH的高次群是異步復接，每次復接要進行一次碼速調(diào)整，使得復用的結(jié)構(gòu)相當復雜，缺乏靈活性；沒有同意的光接口；PDH預留的插入比特較少，無法適應新一代網(wǎng)絡的要求，PDH沒有考慮組網(wǎng)要求，缺少保證可靠性和抗毀性的措施。SDH的特點：SDH有一套標準的世界統(tǒng)一的數(shù)字速率等級結(jié)構(gòu)；SDH的幀結(jié)構(gòu)是矩形塊狀結(jié)構(gòu)，低速率支路的分布規(guī)律性極強，使得上下話路變得極為簡單；SDH幀結(jié)構(gòu)中擁有豐富的開銷比特，用于不同層次的OAM，預留的備用字節(jié)可以進一步滿足網(wǎng)絡管理和智能化網(wǎng)絡發(fā)展的需要；SDH具有統(tǒng)一的網(wǎng)絡結(jié)點接口，可以實現(xiàn)光路上的互通；SDH采用同步和靈活的復用方式，便于網(wǎng)絡調(diào)度；SDH可以承載現(xiàn)有的TDM業(yè)務，也可以支持ATM和IP等異步業(yè)務。5-10 如何理解誤碼性能參數(shù)DM，SES，ES？答：誤碼性能