光纤通信复习题

1、光纤通信自测题第一章一、 填空题通信是 _ 为传输媒质。以 _为载波的通信方式。目前光纤通信所用光波的波长有三个，它们是_、_ 和_ 。光纤通信所使用的波段位于电磁波谱中的 _ 区，波长范围为_ 。二、选择题（有一个或者多个答案）1.目前光纤通信常用的窗口有（）。A、 0.85（imB、 2（imC、1.31（imD、1.55（im2.目前纤光通信常用的光源有（）。A、 LED B、 LD C、PCM D、PDH3.光纤通信是以光波为载波，以（）为传播介质的通信方式。A、电缆B、无线电磁波C、光纤 D、红外线三、 简答题1.光纤通信有哪些优点？2.为什么说光纤通信比电缆通信的容量大？3.纤通信

2、系统由哪几部分组成？简述各部分作用。答案：一、光纤 光波 0.85ym1.31m1.55m近红外区0.71.7m二、 1、ACD 2、AB 3、C三、1、通信容量大，中继距离长，保密性能好，抗电磁干扰，体积小、重量轻、便于施工和维护，价格 低廉。2、光纤通信的载波是光波，电缆通信的载波是电波。虽然光波和电波都是电磁波，但频率差别很大。光 纤通信用的近红外光 （波长约 1ym 的频率（约 300THZ）比电波（波长为 0.1m1mm 的频率（3300GHz） 高三个数量级以上。载波频率越高，频带宽度越宽，因此信息传输容量越大。第 2 章一、 填空题：1 .光纤中的纤芯折射率必须 _ 包层折射率，

3、单模光纤和多模光纤中中两者的相对折射率差一般分别为_ 和_。2 .单模光纤纤芯直径一般为 _，多模光纤纤芯直径为 _ ，光纤包层直径一般为_。3、光纤通信的最低损耗波长是（），零色散波长是（）。4、单模光纤中不存在（ ）色散，仅存在（）色散，具体来讲，可分为（）和（）。5、 光缆大体上都是由（）、（）和（）三部分组成的。6、 允许单模传输的最小波长称为（）。7、 数值孔径（NA ）越大，光纤接收光线的能力就越（），光纤与光源之间的耦合效率就越（）。二、 选择题（多选）1、 从横截面上看，光纤基本上由3部分组成：（）、（）、（）。A、折射率较高的芯区B、折射率较低的包层C、折射率较低的涂层D、外

4、面的涂层E、外面的包层2、 单模光纤只能传输一个模式，即（），称为光纤的基模。A、HE00 模B、HE11 模C、HE10 模D、HE01 模3、限制光纤传输容量（BL 积）的两个基本因素是（）和（）。A、光纤色散B、光纤折射C、光纤衰减D、光纤损耗三、 简述题1、 典型光纤由几部分组成？各部分的作用是什么？2、为什么包层的折射率必须小于纤芯的折射率？3、光纤损耗主要有几种原因？其对光纤通信系统有何影响？4、光纤色散主要有几种类型？其对光纤通信系统有何影响？5、分别说明 G.652、G.653、G.654、G.655 光纤的性能及应用。四、 计算1、 一段 30km 长的光纤线路，其损耗为 0

5、.5dB / km=（1）如果在接收端保持 0.3 卩 W 的接收光功率，则发送端的功率至少为多少?（2）如果光纤的损耗变为 0.25dB / km 则所需的输入光功率又为多少？2、均匀光纤，若 nl= 1.5，入0= 1.3 卩 m 试计算：（1）若厶=0.25，为了保证单模传输，其纤芯半径应取多大？（2）若取 a = 5 卩 m 为了保证单模传输，应取多大？答案：一、填空题1、大于、0.3% 0.6%、1%2%2、8 1050 80um125um3、1.55(im1.31um4、模间模内材料色散波导色散5、缆芯加强兀件护层6、截止波长7、强高、选择题1、ABD 2、B 3、AD 4、BC四

6、、计算1、（ 1） Pmin= 9.49 卩 W （2） Pmin= 1.69 卩 W2、（1）aw0.47 卩 m（2）A0.0022第 3 章1常用光源 LD 是以_ 为基础发 _光。LED 以_为基础发 _ 光。2. 光与物质作用时有_ 、_ 和_ 三个物理过程。3. 对于半导体激光器的温度特性，温度升高阈值电流 _ 若此时注入电流不变，输出光功率.增加、减少4. 半导体光检测器主要有和 _两种，基本原理是通过 _过程实现 _。PIN、APD 受激吸收、光电转换5. 在光纤通信系统中，对光源的调制可分 _ 和_两类。直接调制、外调制1、LD 具有输出功率（）、输出光发散角（）、与单模光纤

7、耦合效率（）、辐射光谱线（）等优点。2、LED 的主要特性参数为（）、（）、（）。3、PIN 二极管的特点包括（）、（）及（）。4、对光检测器的基本要求是高的（），低的（）和快的（）。5、影响光源与光纤耦合效率的主要因素是（）和（）。6、光纤和光纤连接的方法有两大类（）和（）。7、在一根光纤中同时传播多个不同波长的光载波信号称为（）。8、影响光纤耦合性能的主要因素有（）、（）、（）和（）。答案1、高窄高窄2、 输出功率与效率输出光谱特性响应速率与带宽3、 耗尽层很宽偏置电压很小附加噪声小4、响应度 噪声响应速度5、光源的发散角光纤的数值孔径6、活动连接固定连接7、光波分复用8、插入损耗 附加损

8、耗 分光比(耦合比)隔离度 作业：3-4LED 的 P-I 特性呈线性，而 LD 的 P-I 特性呈非线性。2LED 产生是非相干光，功率低，方向性差；而LD 发出的是相干光，功率高，方向性好。3LED 的波谱宽度比 LD 的宽。4LED 基本不受温度影响，而LD 对温度变化敏感。5LED 使用寿命比 LD 长。3-9 入 0.87 m( GaAs),入 1.29 卩 m(l nGaAsP)第 4 章1、 光发送机指标主要有 _ 和 _ 。平均发送光功率、消光比2、 光接收机指标主要有 _ 、 _ 和_。误码率、灵敏度、动态范围3、为增大光接收机的接收动态范围，应采用 _ 电路。AGC4、画出

9、数字光发射机组成方框图，并简述个部分功能。输入码型变换电路均衡放大一一补偿经电缆传输后产生的数字电信号失真。码型变换 将电端机送入的信号码型从HDB3 或 CMI 码变为 NRZ 码。扰码一一将信号中的长连 0”或 T 有规律地进行消除。线路编码时钟提取一一提取与网络同步的时钟供给扰码与线路编码等电路。光发送电路调制电路一用经过编码的数字信号对光源进行直接光强度调制，完成电/光转换。自动温度控制电路 ATC 保持光源的温度恒定在室温左右，以稳定 LD 的阈值电流，从而稳定发送光功率。自动功率控制电路 APC 检测发送光功率变化，动态调节光源的偏置电流，以稳定发送光功率。其余保护及告警检测电路一

10、一实现LD 过流保护、LD 无光告警及寿命告警。5.画出数字光接收机组成方框图，并简述个部分功能。(见教材)6.按照转换步骤，试将二进制信号 1010000000001 ”转换成为 HDB3 码。10 画出半导体激光器（LD ）数字信号的直接调制原理图（见教材）迸制1010000 0 000 01”第二步代1010DVB00r01.i.a 1Ilifl11 JE+oiiliB+I ” 10jl5VDli0VIl0hiiB+JE+”0AE_”i00IIIV+ft0h0v_I -0B+KEB3HV7 按照转换步骤，试将二进制信号 1000011000001转换成为 CMI 码。I10 0 0 01

11、1ll1 1bih0 0 0 0 0I.ibj1解:f误码 应为INRZ碍0011 Q0 08.将以下 HDB3 码还原为二进制 NRZ 码（写出数字序列并画出波形），指出其中是否有误码。解：该 HDB3 码中无误码9.将以下 CMI 码还原为二进制 NRZ 码（写出数字序列并画出波形），指出其中是否有误码。11.画出光接收机自动增益控制的工作原理框图(见教材)o o第 5 章1.SDH 的常用设备有_ 、_ 、_ 和_。TM 终端复用器、ADM 分/插复用设备、DXC 数字交叉连接设备 DXC 再生中继器2. STM-1 中我国允许采用的支路接口有2.048Mb/s、34.368 Mb/s

12、和 139.264Mb/s 三种 PDH 接口。一个STM-1 可传 63 个 2Mb/s 信号。相当于传 1890 个 话路。思考题3什么是 SDH ? SDH 的特点？ SDH 帧结构？4 简述 SDH 的复用过程？STM_N 的复用过程有如下 6 个步骤：(1)首先，异步信号被放入相应尺寸的容器C。容器的主要作用就是进行速率调整。(2).由标准尺寸容器 C 加上通道附加字节 POH 便形成虚容器 VC ,即 C+POHTVCo(3) .VC 加 TUPTR 指针便形成支路单元 TU。低阶 VC+ TUPTRTTU多个支路单元 TU 复用后形成支路单元组 TUG，即 NXTUTTUG。(5

13、) 高阶 VC , VC_3 或 VC_4 加上管理单元指针便形成管理单元AU，即VC_4+ AUPTRTAU_4AUPTR 用来指明高阶 VC 在 STM_N 帧的位置。一个或多个在 STM_N 帧内占有固定位置的 AU 组成管理单元组 AUG，即 NXAUTAUGN=1 或 3(6) .最后在 N 个 AUG 基础上加上段开销(SOH )便形成 STM_N 帧结构，即NXAUG+SOHTSTM_N从以上的复接过程来看，SDH 的形成包含三个过程：映射(CTVC)将 PDH 信号经打包成 C,再加上相应的通道开销而成VC 这种信息结构，这个过程就叫映射定位校准(VCTTU 及VCTAU )定

14、位是指通过指针调整，使指针的值时刻指向低阶VC 帧的起点在TU 净负荷中或高阶 VC 帧的起点在 AU 净负荷中的具体位置，使收端能据此正确地分离相应的VC同步复用 NXAITAUG)复用是一种使多个低阶通道层的信号适配进高阶通道层(例如TU12(X3)TTUG2(X7)TTUG3(X3)TVC4 或把多个高阶通道层信号适配进复用层的过程(例如 AU-4(X1)TAUG(X N)TSTM-N)。复用也就是通过字节间插方式把 TU 组织进高阶 VC 或把 AU 组织进 STM-N 的过程。由于经过 TU 和 AU指针处理后的各 VC 支路信号已相位同步，因此该复用过程是同步复用5. 140Mbi

15、t/s 复用进 STM-N 信号的过程(1)首先将 140Mbit/s 的 PDH 信号经过码速调整(比特塞入法)适配进 C4 , C4 是用来装载 140Mbit/s 的 PDH 信号的标准信息结构。容器的主要作用就是进行速率调整。这个过程也就相当于C4 装入异步140Mbit/s 的信号。C4 的帧结构如图 1 所示。2608000帧/秒图 1 C4 的帧结构图C4 信号的帧有 260 列X9 行(PDH 信号在复用进 STM-N 中时，其块状帧一直保持是9 行)，那么 E4 信号139.264Mb/sC4149.76Mb/s11.画出光接收机自动增益控制的工作原理框图(见教材)o o适配

16、速率后的信号速率(也就是C4 信号的速率)为：8000 帧/秒X9 行X260 列X8bit=149.760Mbit/s。(2)为了能够对 140Mbit/s 的通道信号进行监控，在复用过程中要在C4 的块状帧前加上一列通道开销字节(高阶通道开销 VC4-P0H )，此时信号成为 VC4 信息结构，见图 2 所示。261VC4 是与 140Mbit/sPDH 信号相对应的标准虚容器，此过程相当于对C4 信号再打一个包封，将对通道进行监控管理的开销(POH)打入包封中去，以实现对通道信号的实时监控。在将 C4 打包成 VC4 时，要加入 9 个开销字节，位于 VC4 帧的第一列，这时 VC4 的

17、帧结构，就成了 9 行X261列。从中发现了什么没有？STM-N 的帧结构中，信息净负荷为9 行X261XN 列，当为 STM-1时，即为 9 行X261 列，(3) SDH 采用在 VC4 前附加一个管理单元指针(AU-PTR )来，以进行定位。此时信号由VC4 变成了管理单元 AU-4 这种信息结构，见图 3 所示。一个或多个在 STM 帧中占用固定位置的 AU 组成 AUG 管理单元组。将 AUG 加上相应的 SOH 合成 STM-1 信号，N 个 STM-1 信号通过字节间插复用成STM-N 信号。6. 论述光纤损耗和色散对系统设计的限制。答：由于损耗的存在，在光纤的传输的光信号，不管

18、是模拟信号还是数字脉冲，其幅度都要减小，它在很大程度上决定了系统的传输距离。 所以系统在设计的时候要考虑用光信号的放大中继。 色散是光纤的 传输特性之一。由于不同波长光脉冲在光纤中具有不同的传播速度，因此，色散反应了光脉冲沿光纤传播 时的展宽。光纤的色散现象对光纤通信极为不利。光纤数字通信传输的是一系列脉冲码，光纤在传输中的 脉冲展宽，导致了脉冲与脉冲相重叠现象，即产生了码间干扰，从而形成传输码的失误，造成差错。为避 免误码出现，就要拉长脉冲间距，导致传输速率降低，从而减少了通信容量。另一方面，光纤脉冲的展宽 程度随着传输距离的增长而越来越严重。因此，为了避免误码，光纤的传输距离也要缩短。7.

19、设 140Mb/s 数字光纤通信系统发射功率为3dBm，接收机的灵敏度为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 0.05dB/km。 计算中继距离 L。(作业 5-4)(L=3(38)40.5X/(0.05+0.4+0.05)=60km)&已知某光纤通信系统的光发送机光源的入纤功率为2mW ,光纤损耗为 0.5dB/km ,光纤平均接头损耗为0.1dB/km，光接收机最大允许输入光功率为32 卩 W,光接收机的动态范围可达19dB，系统富余度 7dB。试核算在无中继传输距离分别为15km、40km、60km 情况下，该系统能否正常工作？解:根据题意可得：pmax=101g(32X103)=15 dBmC4149.76Mbit/sPOVC4H150.336MbitQ图 2 VC4 结构图19图 3 AU-4 结构图PT=101g2=3 dBm已知 D=19 dBa=0.5 dB/KMa1=0.1 dB/KMM=7 dB根据动态范围的定义：D=Pmax Pmin得 Pmin=Pmax D= 15 19= 34 dBm