光纤通信复习要求剖析

1、复习要求 第一章知识点： 1) 发明光电话的时间和人 1880年，美国人贝尔 2) 发明第一台红宝石激光器 1960 年，美国人梅曼 3) 首先提出用光纤进行信息传输的人和时间 1966 年，高锟和霍克哈姆 4) 1970 年光纤研制取得什么重大突破？后来突破性进展如何？ 康宁公司研制成功损耗 20dB/km 的石英光纤 , 使光纤通信可以和同轴电缆通 信竞争 ,展现了光纤美好前景 , 促进世界各国相继投入大量人力物力 , 把光纤 通的研究开发推向一个新阶段 . 后来突破性进展 : 光纤的损耗接近了光纤最低损耗的理论极限 5) 当年光源的突破性进展是何？ 半导体激光器的技术进步 6) 光纤通信

2、的发展分为哪三个阶段？标志是何 ？ 第一阶段 (19661976 年) ，这是从基础研究到商业应用的开发时期。 第二阶段 (19761986 年) ，这是以提高传输速率和增加传输距离为研究目标 和大力推广应用的大发展时期。 第三阶段(19861996 年) ，这是以超大容量超长距离为目标、全面深入开展 新技术研究的时期。 7) 光纤通信用的波长何频带宽度？ 光纤通信的近红外光： 近红外光(波长约 1um)频率约 :300THZ (波长为 0.7-1.7um )频带宽度： 200THZ 在常用的 1.31um 和 1.55um两个常用的波长窗口频带宽度也在 20THZ以上 微波： 0.1-1mm

3、 频带宽度： 3-300GHZ 8) 光纤通信的优点和应用？ 优点 : 容许频带很宽 , 传输容量很大 损耗很小 , 中继距离很长且误码率很小 重量轻 ,体积小 抗电磁干扰性能好 泄漏小 ,保密性能好 节约金属材料 , 有利于资源合理使用 应用: 通信网 计算机局域网和广域网 1 / 17 有线电视的干线和分配网 综合业务光纤接入网 9）光纤通信系统由哪几部分组成，简述各部分作用，画出系统框图 光纤通信系统由发射机、 接收机和光纤线路三个部分组成 （参看图 1 . 4 ）。发射机又分 为电发射机和光发射机。 相应地， 接收机也分为光接收机和电接收机。 电发射机的作又分为 电发射机和光发射机。

4、电发射机的作用是将信 （息） 源输出的基带电信号变换为适合于信道 传输的电信号， 包括多路复接、 码型变换等， 光发射机的作用是把输入电信号转换为光信号， 并用藕合技术把光信号最大限度地注人光纤线路光发射机由光源、驱动器、调制器组成， 光源是光发射机的核心。 光发射机的性能基本取决于光源的特性； 光源的输出是光的载波信 号，调制器让携带信息的电信号去改变光载波的某一参数（如光的强度） 光纤线路把来自 于光发射机的光信，能小的畸变（失真）和衰减传输到光接收机光纤线路由光纤、光纤接 头和光纤连接器组成。光纤是光纤线路的主体， 接失和连接器是不可缺少的器件光接收 机把从光线路输出的产生畸变和衰减的微

5、弱光信号还原为电信号 光接收机的功能主要由光 检测器完成， 光检测器是光接收机的核心。 电接收机的作用一是放大， 二是完成与电发射机 换，包括码型反变换和多路分接等 10）基本光传输系统的三个组成部分，它们各自的功能、组成？ 光发射机 : 光发射机的功能是把输入电信号转为光信号 ,并用耦合技术把 光信号最大限度地注入光纤线路 . 光发射机由光源 ,驱动器和调制器组成 光纤线路 : 功能是把来自光发射机的光信号以尽可能小的畸变和衰减传输 到光接收机 .它由光纤 , 光纤接头和光纤连接器组成 光接收机 : 功能是把从光纤线路输出 , 产生畸变和衰减的微弱光信号转换 为电信号 , 并经其后的电接收机

6、放大和处理后恢复成基带电信号 . 它由光检 测器, 放大器和相关电路组成 11）三种常用的光源器件是什么？（ LED，LD，DFB） 12）什么是 HFC系统 第一章习题 （第二版）：P13 1-3 P13 1-3 在 5GHz微波载波上能传输的 64kb/s 的话路数 K=（5*109*1%）/（64*10 3） 781（路 ） 在 1.55um 的光载波上能传输的 64kb/s 的话路数 f=3*108/（1.55*10-6） K=f*1%/（64*103）=3.0242*107 （路） 第二、三章知识点 1）光纤是由什么构成的？ 是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝 2 / 1

7、7 2) 光能量限制在光纤中传输的必要条件是什么？ 条件是:纤芯的折射率 包层的折射率 3) 光纤的哪三种基本 类型？各自相应的折射率分布如何？ GIF与 SIF 的区 别？ 突变型多模光纤 : 纤芯折射率为 n1 保持不变 , 到包层突然变为 n2 渐变型多模光纤 : 纤芯中心折射率最大为 n1, 延径向 r 向外围逐渐变 小直到包层变为 n2 单模光纤 : 折射率分布和突变型多模光纤相似 区别: 光纤截面上折射率分布不同 4) NA的概念、定义式、物理意义？ 定义零界角的正弦为数值孔径 , 即 NA. NA表示光纤接收和传输光的能力 ,NA 越大,光纤接受光的能力越强 ,从 光源到光纤的耦

8、合效率越高 5) 时间延迟的概念、定义式？时间延迟差的物理意义？ 时间延迟：入射角为 的光线在那长度为 L(0 x)的光纤中传输， 所奖励的 路程为 l(0y)，在 不大的条件下，其传播时间即时间延迟： 定义式： t=n 1l/c=(n 1L/C)sec1=n1L/c(1+ 12/2) 式中 c 为真空的光速。 当 = c 和最小入射角 =0 的光线之间的时间延迟差近似为： 22 =(L* c2)/2n 1c=L*NA2/2n 1c=n1L* /c 6) 对渐变型多模光纤，射线方程一般形式？各符号意义？射线方程的解的 表达式？各符号意义 P18 7) 自聚焦效应说明什么？ P19 不同入射角相

9、应的光线，虽然历经的路程不同，单最终都会聚在点 P 上 渐变型多模光纤具有自聚焦效应 8) 什么叫横磁模、横电模、混合模 P23 V=0 HZ=Hr=0,E?=0, 这类在传输方向无磁场的模式称为横磁模 V=0,EZ=Er=0,H?=0, 这类在传输方向无电场的模式称为横磁模 当 V 不等于 0 时，电磁场六个分量都存在， 这些模式称为混合 模 9) 单模光纤传输条件是什么？ 3 / 17 10) 什么是横向传输常数？定义式？ 11) 纵向 ？定义式？ 12) 归一化频率 V 的定义式 13) 色散一般包含哪三种 模式色散 , 材料色散和波导色散 14) 光纤色散可以用哪 2 种表示法 用 3

10、dB 光带宽 f 3db 或脉冲宽度 表示 15) 什么叫 3DB带宽？定义式？ 将归一化频率响应下降一半或减小 3dB的频率定义为光纤 3dB光宽带 f 3db 由此可得到 16) 简略的说 ，色散对光纤传输系统的影响是什么 从频域上看 ,色散色散限制了传输信号的带宽 ;从时域上看 ,色散引起信 号脉冲的展宽 17) 简略的说 ，损耗对光纤传输系统的影响 光纤上的损耗在很大程度上决定了系统的传输距离 18) 光纤特性分哪三类？传输特性主要是什么？ 主要分为 : 几何特征 , 光学特征和传输特性 . 传输特性主要有损耗 , 色散和 带宽 19) 损耗测量常用什么方法， 原理？ 方法剪断法 :

11、是根据损耗系数的定义直接测量传输光功率实现的 后向散射法 :瑞利散射光功率与传输光功率成比例 , 利用传输光相反方 向的瑞利散射光功率来确定光纤损耗系数 20) 带宽测量的时域法如何测量带宽？ 时域法是测量通过光纤的光脉冲产生的脉冲展宽 21) 色散测量的相移法的原理关键是什么？ 22) 什么叫粒子数反转分布？ 果 N2N1即受激辐射大于受激吸收 , 当光通过这种物质时 , 会产生放大作 用, 这种物质称为激活物质 .N2N1 的分布和正常状态的分布相反 , 所以 称为粒子数反转分布 4 / 17 23）耦合器的主要特性参数是什么？ 耦合比 CR,附加损耗 Le, 插入损耗 Lt, 方向性 D

12、IR,一致性 U 24）LED 与 LD工作原理有什么不同 ? 工作原理不同 ,LD 发射是受激辐射光 ,LED 发射是自发辐射光 .LED 不需要光学谐 振腔,而LD需要.和LD相比LED输出光功率小 ,光谱较宽,调制频率较低 .但发光 二极管性能稳定 ,寿命长,输出功率线性范围宽 ,而且制造工艺简单 ,价格低廉 .所 以,LED 的主要应用场合是小容量短距离通信系统 ;而 LD主要应用于长距离大容 量通信系统 第二章习题： p46-47 2-5,2-6 ；2-7 ； 2-12,2-14, ；2-17 ；2-24 2-5 一根数值孔径为 0.20 的阶跃折射率多模光纤在 850nm波长上可以

13、支持 1000 个左右的传播模式。试问： （1）其纤芯直径为多少？ （ 2）在 1310nm波长上可以支持多少个模？ （3）在 1550nm波长上可以支持多 少个模? 得到模的个数为： 第三章习题： P76 3-19 ；3-20；3-21；3-3；3-4 5 / 17 第四章知识点： 1) 光发射机的功能？基本组成，框图？ 光发射机 : 光发射机的功能是把输入电信号转为光信号 , 并用耦合技术把光 信号最大限度地注入光纤线路 .光发射机由光源 , 驱动器和调制器组成 ; 2) 光发射机的调制特性包括哪三个？ 电光延迟、张弛振荡、自脉动现象 3) 光接收机的功能？基本组成，框图？ 数字光接收机的

14、功能： 把经光纤传输后幅度被衰减、 波形被展宽的微弱光信号转换为电 信号，并放大处理，恢复为原发射的数字序列。 组成：光检测器、前置放大器、主放大器、均衡器、时钟提取电路、取样判决器自动增益控 4) 光接收机的噪声特性哪两个部分？ 外部电磁干扰产生的、内部产生的 5) 耦合器的主要特性参数是哪些 6) 光接收机 的灵敏度定义？如何计算？ 灵敏度 Pr 的定义是，在保证通信质量 (限定误码率或信噪比 ) 的条件下，光 接收机所需的最小平均接收光功率 P min，并以 dBm为单位 习题： P101 4-10 (计算)；4-13 ；4-14 第五章知识点： 6 / 17 1) SDH帧哪三个部分组

15、成 段开销 SOH、信息载荷 Payload、管理单元指针 AU PTR 2) 抖动的定义？ 抖动是数字信号传输过程中产生的一种瞬时不稳定现象。抖动的定义是：数 字信号在各有效瞬时对标准时间位置的偏差。 3) 故障率的单位 菲特 4) EDFA的工作窗口？ 1550nm 5) SDH中将低速的支路信号复接为高速信号需要哪 3 个步骤？ 映射, 定位, 复用 6) 概念：标准容器，虚容器、指针 ？ 7) SDH传输网的网络单元？ 它的基本网元有终端复用器( TM)、分插复用器( ADM)、同步数字交叉连接 设备( SDXC)和再生中继器( REG) 第五章习题： P121 5-4 ； 第七章知识

16、点 1) 光放大器有哪两种类型？ 2 者的主要区别？ 有两种类型：半导体光放大器、光纤放大器 光纤放大器的性能与光偏振方向无关，器件与光纤的耦合损耗小 2) EDFA的关键器件？ 掺饵光纤和高功率泵浦光源 3) 实现 EDFA的 关键技术是什么？ 设计高增益掺饵光纤 4) EDFA的 4 个优点 ？ 1)工作波长正好落在光纤通信最佳波段( 1500nm1600nm); 其主要是一段 光纤( EDA)，与传输光纤的耦合损耗很小，可达 0.1dB. (2) 增益高，约为 3040dB;饱和输出光功率打，约为 1015dBm；增益特性与 光偏振状态无关。 (3) 噪声系数小，一般为 47dB；用于多

17、信道传输时，隔离度大，串扰小，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。 5) WDM的概念？ 光波分复用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。 其基 本原理是在发送端将不同波长的光信号组合起来， 并耦合到光缆线路上的同 7 / 17 一根光纤中进行传输，在接受端又将组合波长的光信号分开，并作进一步处 理，恢复出原信号后送入不同的终端， 因此将此项技术称为光波长分割复用， 简称光波长复用技术。 6) 什么叫双纤单向传输？单纤双向传输？ 答：双纤单向传输：单向 WDM传输是指所有光通路同时在一根光

18、纤上沿同一 方向传送。 单纤双向传输： 双向 WDM传输是指光通路在一根光纤上同时向两个不同的方 向传输。 7) WDM系统主要有哪 5 个部分组成？ 光发射机、光中继放大、光接收机、光监控信道、网络管理系统 8) 什么是光弧子？光弧子通信？ 光孤子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。 利用 光孤子作为载体的通信方式称为光孤子通信。 9) 光弧子通信系统的构成？ 光孤子源产生一系列脉冲宽度很窄的脉冲 ,即光孤子流 , 作为信息的载体进 入光调制器 , 使信息对光孤子流进行调制 . 被调制的光孤子流经掺铒光纤放 大器和光隔离器后 , 进入光纤进行传输 . 10) 对光纤线路直接

19、实验系统，传输速率是 10G时，传输距离： 1000 km 11) 传输速率是 20G时，传输距离： 350 km 12) 传输速率是 2.4 时，传输距离： 12000 km 13) 改进实验系统，传输速率是 10G时，传输距离： 106 km 习题： P182-7-3 (计算)； 7-4 ；7-5 第八章知识点 1) SDH传送网，从上到下，分为哪 3 层，各层作用？ 分为电路层、通道层、传输媒质层。每一层网络为其相邻的高一层网络提供 传送网络，同时又使相邻的第一层网络所提供的传送服务 2) 什么是自愈网？ 所谓自愈网就是无需人为干预， 网络就能在极短时间内从失效故障中自动恢 复，使用户感

20、觉不到网络已出了故障。 3) 有哪 4 种典型的自愈环结构？ 二纤单向通道倒换坏、二纤单向复用段倒换坏、四纤双向复用段倒换坏、二 纤复用段倒换坏。 4) 接入网的定义？和作用？ ITU-T 的 G.902 建议对接入网给出如下定义：接入网由业务节点接口 SNI 和 用户网络接口 UNI 之间的一系列传送实体组成， 为供给电信业务而提供所需 的传送承载能力，可经由网络管理接口配置和管理。 5) 光接入网 OAN从系统配置上分为无源光网络 PON和有源光网络 AON 8 / 17 6) 用户网光纤化的途径主要哪 2 个？ 一是在现有电话铜缆用户网的基础上，引入光纤传输技术改造成光接入网； 二是在现

21、有有线电视同轴电缆网的基础上，引入光纤传输技术使之成为光纤/同 轴混合网 HFC. 7) PON的一个重要应用是来传送什么业务？ 宽带图像业务。 8) PON中常用的三种多址技术是什么？ 频分多址、时分多址、波分多址 9) 什么是 HFC网？ HFC网的基本原理是在双向光纤 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， 以充分利用光线的频谱资源。 复习自我测试参考题 一、填空 1. 光纤是由中心的 纤芯 和外围的 包层 同轴组成的 圆柱形细丝；为实现光能量在光纤中的传输，要求中心的 纤芯 的折射率 稍高于 外围的 包层 的折射率。 2. 渐变型

22、光纤的 自聚焦效应 说明不同入射角的光 线，虽然经历的路程不同，但最终都会聚在 一点上。 3. 单模光纤传输的条件为 4. 由于 色散 的存在，使得在光纤中传输的光纤信号， 无论是模拟信号还是数字信号的幅度都要减小； 光纤的 损 耗 决定了系统的 传输距离 (色散限制了带宽) 。 5. 通信网由 SDH 传送网 、 WDM 光网络 、 光 接入网 组成。 6. PON即 无源光网络 中常用的多址技术有三种： 9 / 17 频分多址 ( FDM)A 时分多址 (TDMA)和 波分多址 (WDMA) 。 7. 接入网由业务节点接口 ( SNI)和 用户网络接 口(UNI)之间的一系列传送实体组成，

23、为供给电 信业务而提供所需的传送承载能力，可经由网络管理接口 Q 3 配置和管理。 8. 在 SDH中，将低速的支路信号复接为高速信号，需经过 传输媒质层网络 、 通道层网络 、 电路层网 络。 9. DWDM系统可分为双纤单向传输 WDM 系统和 单纤 双向传输 WDM 系统。 10. 光与 物 质 互 相作用 时 有 三种 基本 过 程：受激 吸 收 、 自发 辐射 、 受激辐 射。 二、选择题 1. 1970 年，光纤研制取得了重大突破，美国康宁公司成功研制 了损耗为( A )的石英光纤，从而展现了光纤通信美好的 前景。 A)20 dB/km B )1000 dB/km C) 2.5 d

24、B/km D) 4 dB/km 2. 光纤中传送的电磁场模式为 D A)TM波 B )EM波 C) TEM 波 D) TM 、EM及其混合 10 / 17 波 3. 影响多模光纤中的色散主要是 CAB A) 材料色散 B )波导色散 C) 模式色散 D) 色度 色散 4. 下列哪项不属于光无源器件 D A)连接器 B )光耦合器 C) 光隔离器 D) 光检测器 5. 下列不属于数字光发射机调制特性的是 D A)电光延迟 B )张弛振荡 C) 自脉动现象 D) 暗电流 噪声 6. 平均故障间隔时间常用下列哪项表示 B A) MTTR B )MTBF C)MFRB D)MRTT 7. EDFA工作

25、的窗口是 B A) 1310 nm B )1550nm C)980nm D)1480nm 8. 下列哪项不属于我国在传输参考模型中提出的参考数字 D A) 420 km B )5000km C)280km D)6400km 9. 二纤单向复用段倒换环利用下列甚磨协议实现倒换环功能 A A) APS B )AIS C)AC D)SOA 10.STM-1 是 SDH的同步传输模块，传输速率是 A A ) 155.520 Mb/s B ) 2.048 Mb/s C)1.544 Mb/s D)622.080 Mb/s 三、判断正确与错误 1. 1960年，美国人梅曼发明了第一台红宝石激光器( T )

26、11 / 17 2. NA越大，则光纤中的信息传输量越大。 （ F ） 3. 高能级的粒子数多， 低能级的粒子数少称为粒子数反转分布。 （ T ） 4. 耦合器的主要特性参数如下： 耦合比、附加损耗、方向性 DIR、 一致性。（ F ） 还有插入损耗 5. SDH传输系统中使用的线路编码是扰码。 （ ） 6. SDH的帧结构是块形，有 9 行，每帧有 9*270*N 个字节；字 节发送顺序是由下往上逐行发送，每行先右后左。 （ F ） 7. 抖动的定义是：数字信号在各有效瞬时对标准时间位置的偏 差。（ T ） 8. 当光载波波长间隔小于 0.8nm 时的复用技术，称为密集波分 复用（ DWD）

27、M。（ F ） 9. 故障率的单位 ， 1等于在 1010h 内发生一次故障的概率。 （ F ） 10. 光弧子通信可实现超长距离的通信，目前还处于试验阶段。 （ T ） 四、计算与应用 1、写出下列波长对应的频率： （ a）850 nm （ b）1300 nm 12 / 17 c )1550 nm 2、考虑 10km长， NA=0.30的多模阶跃折射率光纤。如果纤芯折 射率为 1.450 ，计算光纤带宽 3、设 140 Mb/s 数字光纤通信系统发射光功率为 -3dBm，接收机 灵敏度为 -38 dBm，系统余量为 4 dB，连接器损耗为 0.5 dB/ 对， 平均接头损耗为 0.05 dB

28、/km，光纤衰减系数为 0.04dB/km，光纤 损耗余量为 0.5 dB/km ，计算中继距离 L。 4、具有光功率 x(t) 的一个非常窄的脉冲(理想情况下一个单位 脉冲函数)，被输入光纤并产生一个输出波形。输出脉冲 y(t) 相 应于光纤的脉冲响应。假设输出脉冲是高斯型： y(t)= 1 exp(-t 2/2 2) 2 其中 是脉冲宽度的均方根值。证明 FWH(M半峰值宽度)带宽 13 / 17 为： BW= ln2 2 答：因为 y （t ）为冲击响应，故 即为频率响应，设 f=f 3db 时为半峰值宽度，则 因为 即得 FWHM带宽 五、简答题 1. 光纤通信系统由哪几部分组成？简述

29、各部分作用，试画出系 统框图。 答：光纤通信系统由发射机、接收机和光纤线路三个部分组 成。 发射机又分为电发射机和光发射机。相应地，接 收机也分为光接收机和电接收机。电发射机的作用是将信 14 / 17 （息）源输出的基带电信号变换为适合于信道传输的电信号， 包括多路复接、码型变换等，光发射机的作用是把输入电信 号转换为光信号，并用藕合技术把光信号最大限度地注人光 纤线路光发射机由光源、驱动器、调制器组成，光源是光 发射机的核心。光发射机的性能基本取决于光源的特性；光 源的输出是光的载波信号，调制器让携带信息的电信号去改 变光载波的某一参数 （如光的强度）光纤线路把来自于光发 射机的光信， 能

30、小的畸变 （失真）和衰减传输到光接收机 光 纤线路由光纤、光纤接头和光纤连接器组成。光纤是光纤线 路的主体， 接失和连接器是不可缺少的器件 光接收机把从 光线路输出的产生畸变和衰减的微弱光信号还原为电信 号光接收机的功能主要由光检测器完成，光检测器是光接 收机的核心。电接收机的作用一是放大，二是完成与电发射 机换，包括码型反变换和多路分接等 2. 说明把 2Mb/s 的支路信号复接到 STM-1的复接过程？ 首先， 2Mb/s 信号映射到容器 VC-12 中， 加上通路 开销 VC-12 POH之后， 得到 VC-12 ； 然后在 VC-12 信号上加上 指针 TU-PTR， 得到支路单元 TU-12； 将 3 个 TU-12 按字 节间插同步复接成一个 TUG-2； 7 个 TUG-2 又按字节同步复 接， 并在前面加上两列固定填 充字节， 构成 TUG-3； 然 后 3个 TUG-3按字节间插同 步复接， 同时在前面加上两列 装入 VC-4， 再加上管 理单元指针 AU-PTR，