光纖通信第二版劉增基參考答案

1-1光纖通信的優(yōu)缺點(diǎn)各是什么答與傳統(tǒng)的金屬電纜通信、磁波無線電通信相比，光纖通信具有如下有點(diǎn)：（1）通信容量大。首先，光載波的中心頻率很高，約為2×1014Hz，最大可用帶寬一般取載波頻率的10%，則容許的最大信號(hào)帶寬為20000GHz（20THz）；如果微波的載波頻率選擇為20GHz，相應(yīng)的最大可用帶寬為2GHz。兩者相差10000倍。其次，單模光纖的色散幾乎為零，其帶寬距離（乘）積可達(dá)幾十GHz*km；采用波分復(fù)用（多載波傳輸）技術(shù)還可使傳輸容量增加幾十倍至上百倍。目前，單波長(zhǎng)的典型傳輸速率是10Gb／s，一個(gè)采用128個(gè)波長(zhǎng)的波分復(fù)用系統(tǒng)的傳輸速率就是Tb／s。（2）中繼距離長(zhǎng)。中繼距離受光纖損耗限制和色散限制，單模光纖的傳輸損耗可小于dB／km，色散接近于零。（3）抗電磁干擾。光纖由電絕緣的石英材料制成，因而光纖通信線路不受普通電磁場(chǎng)的干擾，包括閃電、火花、電力線、無線電波的干擾。同時(shí)光纖也不會(huì)對(duì)工作于無線電波波段的通信、雷達(dá)等設(shè)備產(chǎn)生干擾。這使光纖通信系統(tǒng)具有良好的電磁兼容性。（4）傳輸誤碼率極低。光信號(hào)在光纖中傳輸?shù)膿p耗和波形的畸變均很小，而且穩(wěn)定，噪聲主要來源于量子噪聲及光檢測(cè)器后面的電阻熱噪聲和前置放大器的噪聲。只要設(shè)計(jì)適當(dāng)，在中繼距離內(nèi)傳輸?shù)恼`碼率可達(dá)10-9甚至更低。此外，光纖通信系統(tǒng)還具有適應(yīng)能力強(qiáng)、保密性好以及使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。當(dāng)然光纖通信系統(tǒng)也存在一些不足：有些光器件(如激光器、光纖放大器)比較昂貴。光纖的機(jī)械強(qiáng)度差。為了提高強(qiáng)度，實(shí)際使用時(shí)要構(gòu)成包含多條光纖的光纜，在光纜中要有加強(qiáng)件和保護(hù)套。不能傳送電力。有時(shí)需要為遠(yuǎn)處的接口或再生的設(shè)備提供電能，光纖顯然不能勝任。為了傳送電能，在光纜系統(tǒng)中還必須額外使用金屬導(dǎo)線。光纖斷裂后的維修比較困難，需要專用工具。1-2光纖通信系統(tǒng)由哪幾部分組成簡(jiǎn)述各部分作用。答光纖通信系統(tǒng)由發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和光纖線路三個(gè)部分組成(參看圖1．4)。發(fā)射機(jī)又分為電發(fā)射機(jī)和光發(fā)射機(jī)。相應(yīng)地，接收機(jī)也分為光接收機(jī)和電接收機(jī)。電發(fā)射機(jī)的作用是將信(息)源輸出的基帶電信號(hào)變換為適合于信道傳輸?shù)碾娦盘?hào)，包括多路復(fù)接、碼型變換等：光發(fā)射機(jī)的作用是把輸入電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，并用耦合技術(shù)把光信號(hào)最大限度地注入光纖線路。光發(fā)射機(jī)由光源、驅(qū)動(dòng)器、調(diào)制器組成，光源是光發(fā)射機(jī)的核心。光發(fā)射機(jī)的性能基本取決于光源的特性；光源的輸出是光的載波信號(hào)，調(diào)制器讓攜帶信息的電信號(hào)去改變光載波的某一參數(shù)(如光的強(qiáng)度)。光纖線路把來自于光發(fā)射機(jī)的光信號(hào)，以盡可能小的畸變(失真)和衰減傳輸?shù)焦饨邮諜C(jī)。光纖線路由光纖、光纖接頭和光纖連接器組成。光纖是光纖線路的主體，接頭和連接器是不可缺少的器件。光接收機(jī)把從光纖線路輸出的產(chǎn)生畸變和衰減的微弱光信號(hào)還原為電信號(hào)。光接收機(jī)的功能主要由光檢測(cè)器完成，光檢測(cè)器是光接收機(jī)的核心。電接收機(jī)的作用一是放大，二是完成與電發(fā)射機(jī)相反的變換，包括碼型反變換和多路分接等。1-3假設(shè)數(shù)字通信系統(tǒng)能夠在高達(dá)1%的載波頻率的比特率下工作，試問在5GHz的微波載波和1.55m的光載波上能傳輸多少64kb/s的話路解在5GHz微波載波上能傳輸?shù)?4kb/s的話路數(shù)在的光載波上能傳輸?shù)?4kb/s的話路數(shù)1-4簡(jiǎn)述未來光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)及關(guān)鍵技術(shù)。答未來光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨于智能化、全光化。其關(guān)鍵技術(shù)包括：長(zhǎng)波長(zhǎng)激光器、低損耗單模光纖、高效光放大器、WDM復(fù)用技術(shù)和全光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。1-5光網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)是什么答光網(wǎng)絡(luò)具有如下的主要優(yōu)點(diǎn)：(1)可以極大地提高光纖的傳輸容量和結(jié)點(diǎn)的吞吐量，以適應(yīng)未來寬帶(高速)通信網(wǎng)的要求。(2)光交叉連接器(oXC)和光分插復(fù)用器(OADM)對(duì)信號(hào)的速率和格式透明，可以建立一個(gè)支持多種業(yè)務(wù)和多種通信模式的、透明的光傳送平臺(tái)。(3)以波分復(fù)用和波長(zhǎng)選路為基礎(chǔ)，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)重構(gòu)和故障的自動(dòng)恢復(fù)，構(gòu)成具有高度靈活性和生存性的光傳送網(wǎng)。光網(wǎng)狀網(wǎng)具有可重構(gòu)性、可擴(kuò)展性、透明性、兼容性、完整性和生存性等優(yōu)點(diǎn)，是目前光纖通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和前沿。2-3 均勻光纖，若n1=，，試計(jì)算：若=，為了保證單模傳輸，其芯半徑應(yīng)取多大若取，為保證單模傳輸，應(yīng)取多大解(1)由單模傳輸條件推導(dǎo)出其中，，，則(2)當(dāng)時(shí)，解得。2-4目前光纖通信為什么采用以下三個(gè)工作波長(zhǎng)：，，答，，附近是光纖傳輸損耗較小或最小的波長(zhǎng)“窗口”，相應(yīng)的損耗分別為2~3dB/km、km、km，而且在這些波段目前有成熟的光器件（光源、光檢測(cè)器等）。2-8階躍折射率光纖中n1=,n2=。光纖浸在水中（n0=），求光從水中入射到光纖輸入端面的最大接收角；光纖放置在空氣中，求數(shù)值孔徑。解（1）如圖所示，由得由 得 由 得（2） 2-9一階躍折射率光纖，折射率n1=，相對(duì)折射率差=1%，長(zhǎng)度L=1km。求：光纖的數(shù)值孔徑；子午線的最大時(shí)延差；若將光纖的包層和涂敷層去掉，求裸光纖的NA和最大時(shí)延差。解（1）（2）（3）若將光纖的包層和涂敷層去掉，則此時(shí)n1=，n2=，所以2-10一階躍折射率光纖的相對(duì)折射率差=，n1=，當(dāng)波長(zhǎng)分別為、、時(shí)，要實(shí)現(xiàn)單模傳輸，纖芯半徑應(yīng)小于多少解由單模傳輸?shù)臈l件推導(dǎo)出當(dāng)時(shí)，同理，當(dāng)時(shí)，；當(dāng)時(shí)，。2-12一個(gè)階躍折射率光纖，纖芯折射率n1=，包層折射率n2=.該光纖工作在和兩個(gè)波段上。求該光纖為單模光纖時(shí)的最大纖芯直徑。解由截止波長(zhǎng)得時(shí)單模傳輸，由已知條件得，則即該光纖為單模光纖時(shí)，最大纖芯直徑為。2-18已知階躍光纖纖芯的折射率=，相對(duì)折射率差=，纖芯半徑。若，計(jì)算光纖的歸一化頻率及其中傳播的模數(shù)量。解由得光纖包層折射率則光纖歸一化頻率對(duì)于階躍光纖，傳播的模數(shù)量2-21有階躍型光纖，若=，，那么若=，為保證單模傳輸，光纖纖芯半徑應(yīng)取多大若取纖芯半徑=5，保證單模傳輸時(shí)，應(yīng)怎么樣選擇解（1）由單模傳輸條件得而，，則（2）當(dāng)=5時(shí)，則即所以3-1設(shè)激光器激活物質(zhì)的高能級(jí)和低能級(jí)的能量各為和，頻率為，相應(yīng)能級(jí)上的粒子密度各為和。試計(jì)算：當(dāng)=3000MHz，=300K時(shí)，=當(dāng)，=300K時(shí)，=當(dāng)，若=，環(huán)境溫度=（按波爾茲曼分布規(guī)律計(jì)算）解由波爾茲曼條件得，其中。（1）=3000MHz，=300K時(shí)，所以（2）當(dāng)，=300K時(shí)，所以（3）當(dāng)，=時(shí)，求得3-2某激光器采用GaAs為激活媒質(zhì)，問其輻射的光波頻率和波長(zhǎng)各為多少解GaAs禁帶寬度為=eV，由（為普朗克常數(shù)，=×10-34J·s），可得以GaAs為激活媒質(zhì)的激光器的輻射光波頻率和波長(zhǎng)分別為3-3半導(dǎo)體激光器（LD）有哪些特性答LD的主要特性有：發(fā)射波長(zhǎng)和光譜特性：發(fā)射波長(zhǎng)；激光振蕩可能存在多種模式(多縱模)，即在多個(gè)波長(zhǎng)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。激光束空間分布特性：遠(yuǎn)場(chǎng)光束橫截面成橢圓彤。轉(zhuǎn)換效率和輸出功率特性：（4）頻率特性：在接近馳張頻率處，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：3-4比較半導(dǎo)體激光器（LD）和發(fā)光二極管（LED）的異同。答LD和LED的不同之處：工作原理不同，LD發(fā)射的是受激輻射光，LED發(fā)射的是自發(fā)輻射光。LED不需要光學(xué)諧振腔，而LD需要。和LD相比，LED輸出光功率較小，，光譜較寬，調(diào)制頻率較低。但發(fā)光二極管性能穩(wěn)定，壽命長(zhǎng)，輸出功率線性范圍寬，而且制造工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。所以，LED的主要應(yīng)用場(chǎng)合是小容量（窄帶）短距離通信系統(tǒng)；而LD主要應(yīng)用于長(zhǎng)距離大容量（寬帶）通信系統(tǒng)。LD和LED的相同之處：使用的半導(dǎo)體材料相同、結(jié)構(gòu)相似，LED和LD大多采用雙異質(zhì)結(jié)（DH）結(jié)構(gòu)，把有源層夾在P型和N型限制層之間。3-5計(jì)算一個(gè)波長(zhǎng)的光子的能量等于多少同時(shí)計(jì)算頻率=1MHz和=1000MHz無線電波的能量。解光子的能量為對(duì)于1MHz無線電波對(duì)于1000MHz無線電波3-6太陽向地球輻射光波，設(shè)其平均波長(zhǎng)，射到地球外面大氣層的光強(qiáng)大約為=W/cm2。若大氣層外放一個(gè)太陽能電池，計(jì)算每秒鐘到達(dá)太陽能電池上每平方米板上的光子數(shù)是多少。解波長(zhǎng)的光子能量為每秒鐘到達(dá)太陽能電池上每平方米板上的能量為則每秒鐘到達(dá)太陽能電池上每平方米板上的光子數(shù)為(個(gè))3-7試說明APD和PIN在性能上的主要區(qū)別.答APD和PIN在性能上的主要區(qū)別有：(1)API)具有雪崩增益，靈敏度高，有利于延長(zhǎng)系統(tǒng)傳輸距離。(2)APD的響應(yīng)時(shí)間短。(3)APD的雪崩效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生過剩噪聲，因此要適當(dāng)控制雪崩增益。(4)APD要求較高的工作電壓和復(fù)雜的溫度補(bǔ)償電路，成本較高。3-9半導(dǎo)體激光器的發(fā)射光子的能量近似等于材料的禁帶寬度，已知GaAs材料的Eg=，某一InGaAsP材料的Eg=，求它們的發(fā)射波長(zhǎng)。解對(duì)于GaAs材料的LD對(duì)于InGaAsP材料的LD3-11短波長(zhǎng)LED由材料Ga1-xA1xAs制成，其中x表示成分?jǐn)?shù)。這樣的材料的帶隙能量Eg(eV)=++已知z必須滿足0≤x≤，求這樣的LED能覆蓋的波長(zhǎng)范圍。解由Eg(eV)=++，得≤Eg≤由λ=Eg，得μm≤λ≤μm3-15一個(gè)GaAsPIN光電二極管，平均每三個(gè)入射光子產(chǎn)生一個(gè)電子一空穴對(duì)，假設(shè)所有的電子都被收集。(1)計(jì)算該器件的量子效率；(2)設(shè)在μm波段接收功率是10-7W，計(jì)算平均輸出光電流；(3)計(jì)算這個(gè)光電二極管的長(zhǎng)波長(zhǎng)截止點(diǎn)λc。(超過此波長(zhǎng)光電二極管將不工作)。解(1)由量子效率的定義得(2)由公式，得(3)根據(jù)光電效應(yīng)的產(chǎn)生條件hf>Eg可得λc=Eg，因GaAs的禁帶寬度為eV，所以λc=μm。3-17一光電二極管，當(dāng)λ=μm時(shí)，響應(yīng)度為0.6A/w，計(jì)算它的量子效率。解由于響應(yīng)度為ρ=Ip/P0，則量子效率為3-18如果激光器在λ=μm上工作，輸出1w的連續(xù)功率，試計(jì)算每秒從激活物質(zhì)的高能級(jí)躍遷到低能級(jí)的粒子數(shù)。解波長(zhǎng)λ=μm的光子能量為則每秒從激活物質(zhì)的高能級(jí)躍遷到低能級(jí)的粒子數(shù)為3-19光與物質(zhì)間的互作用過程有哪些答光與物質(zhì)之間的三種相互作用包括受激吸收、自發(fā)輻射和受激輻射。(1)受激吸收。在正常狀態(tài)下，電子處于低能級(jí)E。，在入射光作用下，它會(huì)吸收光子的能量躍遷到高能級(jí)E2上，這種躍遷稱為受激吸收。(2)自發(fā)輻射。在高能級(jí)E2的電子是不穩(wěn)定的，即使沒有外界的作用，也會(huì)自動(dòng)地躍遷到低能級(jí)E1上與空穴復(fù)合，釋放的能量轉(zhuǎn)換為光子輻射出去，這種躍遷稱為自發(fā)輻射。(3)受激輻射。在高能級(jí)E2的電子，受到入射光的作用，被迫躍遷到低能級(jí)E2上與空穴復(fù)合，釋放的能量產(chǎn)生光輻射，這種躍遷稱為受激輻射。3-20什么是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)什么情況下能實(shí)現(xiàn)光放大答假設(shè)能級(jí)E1和E2上的粒子數(shù)分別為N1和N2，在正常的熱平衡狀態(tài)下，低能級(jí)E1上的粒子數(shù)N1是大于高能級(jí)E2上的粒子數(shù)N2的，入射的光信號(hào)總是被吸收。為了獲得光信號(hào)的放大，必須將熱平衡下的能級(jí)E。和E：上的粒子數(shù)N1和N：的分布關(guān)系倒過來，即高能級(jí)上的粒子數(shù)反而多于低能級(jí)上的粒子數(shù)，這就是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。當(dāng)光通過粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布激活物質(zhì)時(shí)，將產(chǎn)生光放大。3-21什么是激光器的閾值條件答對(duì)于給定的器件，產(chǎn)生激光輸出的條件就是閾值條件。在閾值以上，器件已經(jīng)不是放大器，而是一個(gè)振蕩器或激光器。3-24什么是雪崩倍增效應(yīng)答雪崩光電二極管工作時(shí)外加高反向偏壓(約100~150V)，在PN結(jié)內(nèi)部形成一高電場(chǎng)區(qū)，入射光功率產(chǎn)生的電子空穴對(duì)經(jīng)過高場(chǎng)區(qū)時(shí)不斷被加速而獲得很高的能量，這些高能量的電子或空穴在運(yùn)動(dòng)過程中與價(jià)帶中的束縛電子碰撞，使晶格中的原子電離，產(chǎn)生新的電子空穴對(duì)。新的電子空穴對(duì)受到同樣加速運(yùn)動(dòng)，又與原子碰撞電離，產(chǎn)生電子空穴對(duì)，稱為二次電子空穴對(duì)。如此重復(fù)，使載流子和反向光生電流迅速增大，這個(gè)物理過程稱為雪崩倍增效應(yīng)。3-26光檢測(cè)過程中都有哪些噪聲答光檢測(cè)器的噪聲主要包括由光生信號(hào)電流和暗電流產(chǎn)生的散粒噪聲以及負(fù)載電阻產(chǎn)生的熱噪聲。熱噪聲來源于電阻內(nèi)部載流子的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)。散粒噪聲源于光子的吸收或者光生載流子的產(chǎn)生，具有隨機(jī)起伏的特性。光生信號(hào)電流產(chǎn)生的散粒噪聲，稱為量子噪聲，這種噪聲的功率與信號(hào)電流成正比，因此不可能通過增加信號(hào)光功率提高信噪比。在沒有外界入射光的作用下，光檢測(cè)器中仍然存在少量載流子的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，從而形成很弱的散粒噪聲，稱為暗電流噪聲。所以在有信號(hào)光作用的時(shí)間內(nèi)，主要考慮量子噪聲和熱噪聲；而在沒有信號(hào)光的期間，主要考慮暗電流噪聲和熱噪聲。4-1激光器(LD)產(chǎn)生弛張振蕩和自脈動(dòng)現(xiàn)象的機(jī)理是什么它的危害是什么應(yīng)如何消除這兩種現(xiàn)象的產(chǎn)生答當(dāng)電流脈沖注人激光器后，輸出光脈沖出現(xiàn)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(dāng)最高調(diào)制頻率接近弛張振蕩頻率時(shí)，波形失真嚴(yán)重，會(huì)使光接收機(jī)在抽樣判決時(shí)增加誤碼率，因此實(shí)際中最高調(diào)制頻率應(yīng)低于馳張振蕩頻率。某些激光器在脈沖調(diào)制甚至直流驅(qū)動(dòng)下，當(dāng)注入電流達(dá)到某個(gè)范圍時(shí)，輸出光脈沖出現(xiàn)持續(xù)等幅的高頻振蕩，這種現(xiàn)象稱為自脈動(dòng)現(xiàn)象。自脈動(dòng)頻率可達(dá)2GHz，嚴(yán)重影響LD的高速調(diào)制特性。4-3在LD的驅(qū)動(dòng)電路里，為什么要設(shè)置功率自動(dòng)控制電路APC功率自動(dòng)控制實(shí)際是控制LD的哪幾個(gè)參數(shù)答在LD的驅(qū)動(dòng)電路里，設(shè)置功率自動(dòng)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(dòng)控制實(shí)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。4-6為什么光接收機(jī)的前置放大器多采用跨組型答在光接收機(jī)的前置放大器采用跨組型，是因?yàn)榭缃M型前置放大器改善了帶寬特性及動(dòng)態(tài)范圍，并具有良好的噪聲特性。4-8在數(shù)字光接收機(jī)中，為什么要設(shè)置AGC電路答自動(dòng)增益控制(AGC)使光接收機(jī)具有較寬的動(dòng)態(tài)范圍，以保證在入射光強(qiáng)度變化時(shí)輸出電流基本恒定。由于使用條件不同，輸入光接收機(jī)的光信號(hào)大小會(huì)發(fā)生變化，為實(shí)現(xiàn)寬動(dòng)態(tài)范圍，采用AGC是十分有必要的。AGC一般采用接收信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)（一般設(shè)在放大器輸出端）及直流運(yùn)算放大器構(gòu)成的反饋控制電路來實(shí)現(xiàn)。對(duì)于APD光接收機(jī)，AGC控制光檢測(cè)器的偏壓和放大器的增益；對(duì)于PIN光接收機(jī)，AGC只控制放大器的增益。4-10已測(cè)得某數(shù)字光接收機(jī)的靈敏度為10pw，求對(duì)應(yīng)的dBm值。解Pw=10lg[<P>min(mW)]=-20dBm4-11在數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中，選擇碼型時(shí)應(yīng)考慮哪幾個(gè)因素答數(shù)字光纖通信系統(tǒng)對(duì)線路碼型的主要要求如下：(1)能限制信號(hào)帶寬，減小功率譜中的高低頻分量。(2)能給光接收機(jī)提供足夠的定時(shí)信息。(3)能提供一定的冗余度，用于平衡碼流、誤碼檢測(cè)和公務(wù)通信。但對(duì)高速光纖通信系統(tǒng)，應(yīng)適當(dāng)減小冗余度，以免占用過大的帶寬。4-12光接收機(jī)中有哪些噪聲答光接收機(jī)中主要有兩種噪聲：第一種光檢測(cè)器的噪聲，包括量子噪聲、暗電流噪聲及由APD的雪崩效應(yīng)產(chǎn)生的附加噪聲。這是一種散彈（粒）噪聲，由光子產(chǎn)生光生電流過程的隨機(jī)性所引起，即使輸入信號(hào)光功率恒定時(shí)也存在。第二種熱噪聲及前置放大器的噪聲，熱噪聲是在特定溫度下由電子的熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生，任何工作于絕對(duì)零度以上的器件都是存在的，在光接收機(jī)中主要包括光檢測(cè)器負(fù)載電阻、前置放大器輸入電阻的熱噪聲。前置放大器的噪聲，嚴(yán)格說來，也是一種散粒噪聲，但因這是由電域的載流子的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)引起的，可以通過噪聲系數(shù)或噪聲等效溫度與熱噪聲一并進(jìn)行計(jì)算，所以在本書中就將前置放大器的噪聲和電阻熱噪聲合稱為前置放大器的噪聲。4-14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。5-4設(shè)140Mb／s數(shù)字光纖通信系統(tǒng)發(fā)射光功率為-3dBm，接收機(jī)靈敏度為-38dBm，系統(tǒng)余量為4dB，連接器損耗為dB對(duì)，平均接頭損耗為dB／km，光纖衰減系數(shù)為dB/km，光纖損耗余量為dB/km，計(jì)算中繼距離L。解由題可知Pt=-3dBm，Pr=-38dBm，Me=4dB，α=dB/對(duì)，α=dB/km，αf=0．4dB/km，αm=dB/km。故得所以受損耗限制的中繼距離等于60km。5-5根據(jù)上式計(jì)算結(jié)果，設(shè)線路碼傳輸速率Fb=168Mb/s，單模光纖色散系數(shù)=5ps/(nm·km)。問該系統(tǒng)應(yīng)采用rms譜寬為多少的多縱模激光器作光源。解根據(jù)，代入由上題計(jì)算的L=60km及Fb=168Mb/s，=，=5ps/(nm·km)，可得多縱模激光器的rms譜寬=nm。5-6已知有一個(gè)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km，有5個(gè)接頭，平均每個(gè)接頭損耗為，光源的入纖功率為-3dBm，接收機(jī)靈敏度為-46dBm(BER=-1010)；(2)光纖線路上的線路碼型是5B6B，光纖的色散系數(shù)為2ps/(km·nm)，光源光譜寬度為nm。求最大中繼距離為多少注：設(shè)計(jì)中選取色散代價(jià)為1dB，光連接器損耗為1dB(發(fā)送和接收端各一個(gè))，光纖損耗余量為km，系統(tǒng)余量為dB。解(1)式中和分別是接頭總損耗和色散代價(jià)，其余符號(hào)的定義與式相同。將已知數(shù)據(jù)代入上式得最大中繼距離為212.5km。(2)因?yàn)樗宰畲笾欣^距離應(yīng)取上述計(jì)算結(jié)果212.5km與47.1km中的較小者，因此系統(tǒng)的中繼距離最大為47.1km。5-8簡(jiǎn)述PDH和SDH的特點(diǎn)。答PDH的特點(diǎn)：我國(guó)和歐洲、北美、日本各自有不同的PDH數(shù)字速率等級(jí)體系，這些體系互不兼容，使得國(guó)際互通很困難；PDH的高次群是異步復(fù)接，每次復(fù)接要進(jìn)行一次碼速調(diào)整，使得復(fù)用結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，缺乏靈活性；沒有統(tǒng)一的光接口；PDH預(yù)留的插入比特較少，無法適應(yīng)新一代網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)：SDH有一套標(biāo)準(zhǔn)的世界統(tǒng)一的數(shù)字速率等級(jí)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(qiáng)，使得上下話路變得極為簡(jiǎn)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(yù)留的備用字節(jié)可以進(jìn)一步滿足網(wǎng)絡(luò)管理和智能化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需要；SDH具有統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)接El，可以實(shí)現(xiàn)光路上的互通；SDH采用同步和靈活的復(fù)用方式，便于網(wǎng)絡(luò)調(diào)度；SDH可以承載現(xiàn)有的TDM業(yè)務(wù)，也可以支持ATM和IP等異步業(yè)務(wù)。6-2某模擬光信號(hào)接收機(jī)前置放大器的等效輸入電阻，放大器的帶寬B=10MHz，噪聲系數(shù)為6dB，采用PIN。正弦信號(hào)直接光強(qiáng)調(diào)制的調(diào)制指數(shù)m=1，信號(hào)的工作波長(zhǎng)。傳輸至接收機(jī)處的光信號(hào)功率。求接收機(jī)輸出信噪比SNR，此時(shí)光接收機(jī)的極限靈敏度應(yīng)為多少答從表中查參數(shù)，取PIN暗電流=；取響應(yīng)度。取T為常溫300K，則接收機(jī)輸出信噪比光接收機(jī)所需的最小信號(hào)光功率為光接收機(jī)的極限靈敏度為6-5什么叫副載波復(fù)用(SCM)副載波復(fù)用光纖通信有哪些優(yōu)點(diǎn)答副載波復(fù)用是在電域上實(shí)現(xiàn)的頻分復(fù)用(FDM)。N路模擬基帶信號(hào)分別對(duì)射頻正弦載波進(jìn)行調(diào)制，然后把這N個(gè)已調(diào)信號(hào)組合成一路信號(hào)，再用這個(gè)復(fù)合電信號(hào)對(duì)光載波(主載波)進(jìn)行調(diào)制，然后將產(chǎn)生的已調(diào)光信號(hào)發(fā)送到光纖上。光信號(hào)經(jīng)光纖傳輸后，由光接收機(jī)實(shí)現(xiàn)光／電轉(zhuǎn)換，得到FDM電信號(hào)，再經(jīng)分離(一般采用帶通濾波器)和解調(diào)，最后輸出N路模擬基帶信號(hào)。副載波復(fù)用光纖通信的主要優(yōu)點(diǎn)是：便于實(shí)現(xiàn)多路模擬電視信號(hào)的傳輸，副載波調(diào)制的方式比較靈活，可以是VSB—AM，也可以是FM。采用FM，每路電視信號(hào)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情況下，可降低對(duì)載噪比(CNR)的要求，即降低對(duì)發(fā)射功率的要求。7-1EDFA工作原理是什么有哪些應(yīng)用方式答摻鉺光纖放大器(EDFA)的工作原理：在摻鉺光纖(EDF)中，鉺離子有三個(gè)能級(jí)：其中能級(jí)1代表基態(tài)，能量最低；能級(jí)2是亞穩(wěn)態(tài)，處于中間能級(jí)；能級(jí)3代表激發(fā)態(tài)，能量最高。當(dāng)泵浦光的光子能量等于能級(jí)3和能級(jí)1的能量差時(shí)，鉺離子吸收泵浦光從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。但是激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定的，鉺離子很快返回到能級(jí)2。如果輸入的信號(hào)光的能量等于能級(jí)2和能級(jí)1的能量差，則處于能級(jí)2的鉺離子將躍遷到基態(tài)，產(chǎn)生受激輻射光，因而信號(hào)光得到放大。由此可見，這種放大是由于泵浦光的能量轉(zhuǎn)換為信號(hào)光能量的結(jié)果。為提高放大器增益，應(yīng)提高對(duì)泵浦光的吸收，使基態(tài)鉺離子盡可能躍遷到激發(fā)態(tài)。EDFA的應(yīng)用，歸納起來可以分為三種形式：(1)中繼放大器。在光纖線路上每隔一定距離設(shè)置一個(gè)光纖放大器，以延長(zhǎng)傳輸距離。(2)前置放大器。此放大器置于光接收機(jī)前面，放大非常微弱的光信號(hào)，以改善接收靈敏度。作為前置放大器，要求噪聲系數(shù)盡量小。