光钎通信各章知识点

1、概述*什么是光纤通信？主要优点？答：所谓光纤通信，是指利用光导纤维（简称光纤）传输光波信号的一种通信方式。主要优点有：（1）传输频带宽、通信容量大。（2）传输损耗小。（3）抗电磁干扰能力强。（4）线径细、重量轻。（5）资源丰富。*光纤通信与电通信的比较？答：光纤通信与电通信的主要差异有两点：一是用光作为传输信号；二是用光缆作为传输线路。*光纤通信的调制、检测方式？答：目前采用比较多的一种基本方式，即是强度调制直接检波（IM/DD）方式。*光纤通信的组成？答：光纤数字通信系统主要由光发射端机、光纤、光中继器、光接收端机、监控及电源系统组成。光纤与光缆光纤的结构与分类结构光纤由纤芯、包层、一次涂覆

2、层和二次涂覆层组成。 纤芯 包层 一次涂覆层（预涂层）二次涂覆层分类按折射率分布突变型（均匀型、阶跃型）渐变型（非均匀型、梯度型）*按传输模式单模光纤（给定工作波长上，允许传输单一导模的光纤）。多模光纤（给定工作波长上，允许传输多个导模的光纤）。22 阶跃型光纤一、预备知识（1）介质折射率n真空中的光速 介质中的光速反射定律：折射定律： 即 全反射：条件： （光密光疏） 为全反射的临界角， 现象为只有反射光，没有折射光。预备知识（2） ：相对折射率差 *弱导光纤 二、阶跃光纤光射线的理论分析几何光学对应射线理论；波动光学对应麦克斯韦方程。相对折射率差：射线的种类： *子午面：通过光纤轴线的平面

3、。*子午线：始终在同一子午面上通过的光射线。斜射线：不在一个平面里，不经过光轴线的射线。3、子午线的分析：端面入射角在 分界面，满足全反射条件传输（导模，传导光）在 分界面，不满足全反射条件辐射光（辐射模）最大激励角（最大接收角）* 为导模； 为辐射模。数值孔径NA*定义：*物理意义：表示光纤捕捉光射线的能力。NA大能力强。*何谓弱导（波）光纤？它对光纤的NA和模式色散有什么影响？弱导波光纤即光纤纤芯的折射率略大于包层的折射率，即；因此小，则NA小，模式色散也小。阶跃光纤的标量近似分析法1、场方程中参量符号归一化频率V光纤的综合结构参数*：纤芯折射率 ：包层折射率：纤芯半径（m） ：相对折射指

4、数差：光在真空中的光波长（m） ：归一化频率（无量纲）2、光纤中导模数量的估算*阶跃光纤中， 归一化频率3、*举例已知：求： 和？解：一根数值孔径为已知：0.20的阶跃折射率多模阶跃光纤在850nm波长上可以支持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?解：（1）由，得到纤芯直径为（2）当，有得到模的个数为（3）当，得到模的个数为例，某光纤在1300nm处的损耗为，在1550nm波长处的损耗为。假设下面两种光信号同时进入光纤：1300nm波长的的光信号和1550nm波长的的光信号。试问这两种光

5、信号在8km和20km处的功率各是多少？以为单位。解：对于1300nm波长的光信号，在8km和20km处的功率各是，对于1550nm波长的光信号，在8km和20km处的功率各是，例、一段12km长的光纤线路，其损耗为。试回答：（1）如果在接收端保持的接收光功率，则发送端的功率至少为多少？（2）如果光纤的损耗变为，则所需的输入光功率为多少？解：（1）根据定义得到发送端的功率至少为（2）如果光纤的损耗变为，则所需的输入光功率为23 单模光纤*定义：在给定的工作波长上，只传输单一基模的光纤。单模光纤传输条件归一化截止频率模式归一化截止频率： ， 传导； ，截止。*阶跃型光纤，； 单模传输条件：* 截

6、止波长（工作波长） 单模传输； 则不能保证单模传输。*例：已知阶跃型光纤求（1）当，为保证单模传输，应取多大？ （2）当，为保证单模传输，应取多大？解：单模传输条件，（1）（2）光纤的参数24 光纤的传输特性衰减引起衰减的原因（知道名称）*吸收损耗：本征吸收和杂质吸收。*散射损耗：瑞利散射损耗、材料不均匀引起的损耗和非线性散射损耗。*弯曲损耗衰减和衰减系数* *输入光功率输出光功率2、曲线 *三个低损耗窗口：短波长长波长0.85 1.31 1.55色散特性*色散的概念信号在光纤中传输时，其光能量由不同的频率成分或不同的模式成分携带的，这些不同的频率成分和模式成分具有不同的传播速度，从而引起传输

7、光脉冲的展宽，即光纤的色散。*影响：产生码间干扰，造成误码，降低中继距离、通信容量。分类：*模式色散：是指光纤不同模式在同一频率下的相位常数不同，因此群速不同而引起的色散。*材料色散：是由于材料本身的折射率随频率而变化，使得信号各频率成分的群速不同引起的色散。*波导色散：是对于光纤某一个模式而言，在不同的频率下，相位常数不同，使得群速不同而引起的色散。单模光纤只有材料色散和波导色散；多模光纤有模式、材料和波导色散。色散的表示多模光纤理论表示方法：最大时延差时延（）：光脉冲在单位长度光纤上传播时所需的时间。最大时延差：多模光纤中最高模式和最低模式间的时延差。 式中：光纤长度 ：纤芯折射率 ：相对

8、折射率差 ：真空中光速单位长度最大时延差： 色散系数：*经过单位长度光纤传播后，单位光波长间隔对应的群时延差： ；*实际应用单位：。*例：已知：一阶跃折射率光纤，纤芯半径，折射率，相对折射率差，长度。求： （1）光纤的数值孔径；（2）子午光纤的最大时延差。（5分）已知 求：？ 解：6 几种常用的单模光纤D1、*常规单模光纤G652其零色散位于13um窗口低损耗区，工作波长为1310nm特点：（1）零色散波长（2）工作波长；色散系数； 衰减系数。 工作波长；。2、色散位移光纤G653一种把零色散波长从1.3m移到1.55m的色散位移光纤特点：（1）（2）；。不适应DWDM（密集光波分复用）。光端

9、机31 光源一、预备知识光与物质之间的互相作用 *自发辐射 无外界影响发光频率、相位、传播方向和偏振方向均不相同非相干光。*受激吸收 外来光的照射物质吸收光能量 *受激辐射 粒子处于高能级，外来光激发 （为普朗克常数）发出光与激发光同频、同相、同偏振、同传播方向全同光子。粒子数反转分布热平衡状态下，处于高能级的粒子数处于低能级的粒子数粒子数正常分布。*外界给物质提供能量，使粒子数反转分布。*激活物质处于粒子数反转分布状态的物质。光放大外部能源作用下，物质达到粒子数反转分布状态，在外来光子激发下发生受激辐射，产生全同光子，实现光放大。激光器的一般工作原理*构成（产生激光的三个重要条件）合适的激光

10、工作物质（发光介质）：在泵浦源激励下，产生粒子数反转分布状态，实现光放大。泵浦源：给激光工作物质提供激励能量。光学谐振腔确保受激辐射占优势；频率选择作用。阈值条件和相位平衡条件阈值条件：反射损耗相位条件：来回一次，光场的相位差。 （）32 光源的调制内调制（直接调制）含义：将调制信号直接在光源上进行调制。特点：光源的特性变坏。主要应用在较低码速光纤通信系统中。外调制（间接调制）1、*含义：光源本身不调制，其发出光在传输通道上通过外调制器来调制。2、*特点：调制后光源特性不变坏。主要应用在高码速强度调制/直接检波的光纤通信系统，或外差光纤通信系统中。33 线路码型；34 光发射机光发射机的主要性

11、能*平均发送光功率：是指在光端机正常工作条件下输出的平均光功率，即光源尾纤输出的平均光功率。单位为*消光比：是指输入光端机的信号为全“0”码时与全“1”码时，光端机的平均发送光功率之比。35 光电检测器是实现光电转换的器件。有光电二极管（）及雪崩光电二极管（）。光电检测原理组成：一个结，反向偏压。无光照时，反向电流很小。*半导体材料的光电效应：光照射到半导体的结上，当光子能量足够大时，半导体材料中价带的电子吸收了光子的能量，从价带越过禁带到达导带，在导带中出现光电子，在价带中出现空穴，这种现象称之光电效应。光电检测原理无光照时，反向电流很小；有光照时，由于光电效应，光生载流子（电子-空穴对）在

12、电场作用下，分别向N（电子向N材料）和P（空穴向P材料）方向流动，形成通过PN结的光电流，入射光功率变化，光电流随之变化。*和结组成的缺陷：一是光电转换效率低，二是响应速度慢。1、2、：对光电流有倍增作用。两者对比：灵敏度（响应度）高，电路复杂；灵敏度低，电路简单。36 光接收机光接收机的主要性能*光接收机灵敏度：是指在满足给定误码率条件下，光端机能够接收到的最小平均光功率。单位为*动态范围：是指在满足给定误码率条件下，接收机允许接收的最大平均光功率电平与最小平均光功率电平之差。 （）光纤通信系统41 系统结构*点到点的组成：发射机（光、电）、接收机（光、电）、光中继器、光缆线路、监控系统、备

13、用系统。光中继器*作用：对传输一定距离的光波信号进行放大，矫正失真的波形，使光脉冲得到再生。*光中继器的原理框图前置放大器光源调制电路判决均衡主放大电 光自动功率控制自动增益控制光/电检测器时钟提取光 （AGC） （APC）光路中的无源器件光纤连接器光定向耦合器：用于光的分路和合路光衰减器：插入光路中对光进行衰减光隔离器：使光单向传输，隔离线路中的反射光第五章 光放大器功能：直接放大光信号*光放大器与中继器作用有什么区别？高速光纤通信系统中光放大器能否完全取代中继器？答：光放大器只能消除光纤损耗对信号的影响，对光纤色散的影响无能为力；而光中继器除了对信号进行放大以外，还可以对信号再生，从而消除

14、光纤色散的影响。高速光纤通信系统中，光纤色散对系统影响较大，因此光放大器不能完全取代光中继器。中继器作用：对光信号放大、再生。71 分类一、分类： 半导体光放大器掺铒（）：用于掺稀土元素掺镨（）：用于 光纤放大器拉曼光放大器非线性光纤放大器布里渊光纤放大器二、优点：(1)工作波长正好落在光纤通信最佳波段(15001600 nm)； 其主体是一段光纤(EDF)，与传输光纤的耦合损耗很小， 可达0.1 dB。 (2) 增益高，约为3040 dB; 饱和输出光功率大， 约为1015 dBm; 增益特性与光偏振状态无关。 (3) 噪声指数小， 一般为47 dB; 用于多信道传输时， 隔离度大，无串扰，

15、适用于波分复用系统。(4) 频带宽，在1550 nm窗口，频带宽度为2040 nm， 可进行多信道传输，有利于增加传输容量。72 掺铒光纤放大器的结构一、的组成*框图 *组成及各部分的主要功能：（1）掺铒光纤（）（2）泵浦光源：对进行激励，提供光放大能量；（3）光耦合器：将泵浦光和输入信号光混合送入；（4）光隔离器：隔离反射光，以防影响光放大器工作稳定；（5）光滤波器：滤除光放大器部分自发辐射噪声，降低噪声影响。*在泵浦光源的激励下，中出现粒子数反转分布，产生受激辐射，实现光放大。3、*常用EDFA的泵浦波长：980nm，1480nm。二、三种结构方式同向泵浦（图7-1）：噪声小，输出功率小。

16、反向泵浦（图7-2）：噪声大，输出功率大。双向泵浦（图7-3）：噪声小，输出功率大。四、主要性能参数*功率增益表征放大器的放大能力。一般。 （） 分别为光放大器输入、输出功率。带宽（即工作波长范围或增益谱）：*饱和输出功率表征放大器最大输出功率的能力。 在输出功率和增益曲线上，放大器饱和增益（最大增益）下降时对应的输出光功率。目前一般为。五、光放大器的应用形式*1、前置放大器：提高接收灵敏度。 要求：增益高，噪声小。 *2、功率放大器：提高发送光功率。 要求：饱和输出光功率大。 *3、中继器使用（中继放大）：补偿光纤衰减的影响。 要求：增益高，噪声小。第八章 多信道复用技术81 基本概念电通信

17、复用时分复用（）：速率可达。频分复用（ 副载波）：有线电视系统使用。光通信复用1、*（光波分复用）：是指将两种或多种各自携带有大量信息的不同波长的光载波信号，在发射端经复合器汇合，并将其耦合到同一根光纤中进行传输，在接收端通过解复用器对各种波长的光载波信号进行分离，然后由光接收机做进一步的处理，使信号复原。2、（光时分复用）3、（光频分复用）4、（光码分复用）82 光波分复用技术一、工作原理系统方框图工作原理在发送端，不同工作信道发送机发出工作波长不同的信号，通过波分复用器合波后送入光缆线路传送（1根光纤）；在接收端，通过解复用器分波，把不同波长信号送入相应的接收机，完成各信道信号传输，实现波

18、分复用。二、系统结构形式1、*单向结构：两根光纤组成一个系统。2、*双向结构：一根光纤组成一个系统。密集波分复用和稀疏波分复用1、：信道间隔（相邻波长的间隔或频率间隔）。2、：*3、：信道间隔，典型。*4、（密集光波分复用）：光载波波长间隔小于的波分复用技术（系统）。（规定：或或更短。）第九章SDH基础3.PDH存在的问题（缺点）：不能满足不断提高的传输速率，不能满足高质量信息服务的要求，不能适应电信网络灵活组网的的要求，不能适应现代通信网朝着数字化、宽带化、综合化、智能化和个人化方向发展；只有地区性电接口标准，没有世界性的标准光接口规范；准同步复用传输线能差，复用结构缺乏灵活性；承载信号的类

19、型单一；网络拓扑缺乏灵活性，网络管理功能不全，网络的调度性及自愈功能差。4.SDH的特点：优点：同步复用统一的标准光接口强大的网管能力统一的网络节点接口传输速率高，传输容量大良好的兼容性完善的保护和回复机制灵活的复用映射结构。缺点:频带利用率不如PDH系统;指针调整机理复杂;软件的大量应用影响系统的安全性.5.SDH速率:目前SDH仅支持(STM-1,155Mbit/s；4,622 M ；16-2.5Gbit/s ；64-10G；256- 40G)6.SDH的帧结构组成：段开销（SOH）、管理单元指针（AU-PTR）、信息净负荷（Payload） 开销POH保证信息净负荷正常灵活性传送所必须附

20、加的，是供网络运行，管理和维护OAM使用的字节。开销分两类：（1）段开销SOH：再生段开销RSOH:用于帧定位，再生段的监控和维护管理。 复用段开销MSOH：用于复用段的监控和维护管理。 （2）通道开销POH：高阶通道开销HPOH低阶通道开销LPOH7. 再生段开销RSOH、复用段开销MSOH、通道开销POH组成SDH层层细化的监控体制。8.SDH网元设备：DXC数字交叉连接设备；ADM分叉复用器；TM终端复用器；REG再生中继器10.OAM信息：配置管理；安全管理；故障管理；性能管理。SDH同步复接 PDH准同步复接 FDM频分复用TDM时分多路复用 PD鉴相器 LPF低通滤波器VCD压控振

21、荡器 RSOH再生段开销 SOH段开销ADM分叉复用器 TM终端复用设备 REG再生中继器DCC数字通信通路 ECC嵌入控制通路 SMN：SOH管理网DCCM复用段数字通路字节 APS自动保护倒换协议 MS-RDI复用段远端故障指示MS-REI复用段远端差错指示 FEC前向纠错 OSNR光信噪比.11、 异源信号：误差不同（即容差），因为时钟源不同。 12、 同源信号：用设备进行码速调整，即提供同一个时钟源。将异源转化为同源：目的是使信号同步，方法是码速调整。13、同步复接SDH：对同源信号，由于各支路信号是同步的，所以不需要进行码速的调整，这种信号的复接，即同步复接。 14、 准同步复接PD

22、H：对异源信号，首先要使各支路的信号同步，然后再进行复接。 SDH光线路码：NRZ码+扰码 或 扰码=进制15、同步复用与映射方法16.各种速率的业务信号复用成STM-N帧的过程：映射、定位、复用。17.SDH复用结构：我国光同步传输网技术体制规定义2Mbit/s为基础的PDH系列作为SDH的有效净负荷，并选用AU-4复用路线，所采用的复用映射结构如下图所示：复用方法：（1）按字节间插复用：直接由N个STM-1信号复用成STM-N信号（当速率小于AUG-4时使用）； （2）按码块间插复用：先将M个STM-1信号复用成STM-M信号，再将N/M(NM)个STM-M信号按M个字节为单位的码块间插复

23、用成STM-N信号（当速率大于AUG-4时使用）。新复用结构的特点：（1）采用了级联技术 （2）有多个光接口，增强了光接口的灵活性 （3）两种复用方式：码块间插复用（速率大于AUG-4） 字节间插复用（速率小于AUG-4）2.复用单元： SDH的基本复用单元：容器C-n、虚容器VC-n、支路单元TU-n、支路单元组TUG-n、 管理单元AU-n、管理单元组AUG-n。n为单元等级序号。（1）容器：用来装载各种速率的业务信号的信息结构。（2）虚容器：用来支持SDH的通道层连接的信息结构，它是SDH通道的信息终端。 虚容器VC是SDH中可以用来传输、交换、处理的最小信息单元，一般将传送VC的实体称

24、为通道。分为高阶虚容器（VC-4，AU-3中的VC-3）； 低阶虚容器（VC-1，VC-2，AU-4中的VC-3）。（3）支路单元（TU）和支路单元组： TU是提供低阶通道层和高阶通道层之间适配的信息结构。（4）管理单元AU和管理单元组：AU是提供高阶通道层和复用段层之间适配的信息结构。3.映射： SDH网络边界处的映射：指将各支路信号按一定的排列顺序（即变换关系）适配进虚容器的过程，其实质是使各种支路信号的速率与相应虚容器的速率同步，以便使虚容器成为可独立地进行传送、复用和交叉连接的实体。（只有STM-1才有映射过程）第10章 SDH设备SDH传输网是由不同类型的SDH网络单元（网元）通过光

25、缆线路的连接组成的，通过 不同的网元可完成SDH网的传送功能，如上下电路信号，交叉连接业务，网络故障管理等。SDH设备分类：终端复用器（TM） 分插复用器（ADM） 数字交叉连接设备（DXC） 再生中继器（REG）（1）终端复用器（TM）功能：主用于链型网络的终端站，具有复用、解复用功能，还有一定的交叉连接能力。 特点：只有一对高速率输入输出STM-N线路信号端口，有多路低速率输入输出支路端口。（2）分插复用器（ADM）功能：具有复用、解复用功能、交叉连接、传输等功能。 特点：有两对高速率输入输出STM-N线路信号端口，即简称为东向（E）和西向（W），一个方向一对STM-N线路信号端口；有多路

26、低速率输入输出支路端口。（3）数字交叉连接设备（DXC） 功能：具有复用、解复用功能、交叉连接、业务调度及传输功能，但主要功能是完成STM-N的交叉连接。 特点：与ADM相比，DXC具有多对高速率输入输出STM-N线路信号端口，同时有较强的交叉连接能力，实际上，DXC相当于一个交叉矩阵，能完成各路信号的交叉连接。 典型应用：电路调度、多种网络的网关、不同网络间的互连、网络恢复（特有）（4）再生中继器（REG） 功能：主用于长途干线光纤通信网，延长通信距离。可以完成光电转换、再生段开销处理、扰码、定时提取、判决再生、性能监视功能。交叉连接：改变支路信号的传输路径。第11章 SDH网络一SDH网络

27、物理拓扑结构网络物理拓扑结构即为网络节点和传输线路的几何排列，也就是将维护和实际连接抽象为物理上的连接性。分类：线型网，星型网，树型网，环型网，网状网二我国SDH技术的优势：简化网络结构，建立强大的运营、维护、管理（OAM）功能，降低传输费用并支持新业务的发展。 我国的SDH网络结构采用四级制：省际干线网，省内干线网，中继网，接入网。三网络的保护与恢复 1.网络的生存性通过网络保护和网络恢复来实现 生存性=网络发生故障后的业务量/网络发生故障前的业务量 2.网络保护 利用节点间预先分配的容量（备用）替代失效的工作容量的自愈方式，即当某个工作通路失效时，利用备用设备的倒换动作，使信号通过保护通路

28、仍保持有效。预留50%，专用小范围内共享。网络保护方式：1+1保护、1：n保护 保护倒换时间=50ms3.网络恢复 利用节点间可用的任何冗余量（包括空闲容量和临时利用开设额外业务的容量）来隔离故障恢复业务。DXC设备才有。人工干预。 网络等待恢复时间：512min 4.网络保护方式 路径保护：当工作路径失效或者性能劣于某一必要水平时，工作路径将由保护路径代替，工作路径终端可以提供工作路径状态的信息，而保护路径终端则提供受保护路径状态的信息。 自动线路保护倒换：当工作通道中断或性能劣化到一定程度后，系统将主信号自动转至备用光纤系统的方法。5.备用容量与冗余容量区别备用容量：通常是专用的，也可以在

29、特定范围内共享，但无法在整个网络内共享。冗余容量：可以在整个网络内共享。四线型网保护1.1+1保护 特点：发端桥接，收端选收。工作通道工作时，保护通道不允许传额外业务，由于工作和保护两个复用段永久的连着，因而不能提供无保护的额外业务。此方式可靠性好，适用于高速大容量系统采用，但成本高。桥接：STM-N信号同时在工作段和保护段两个复用段上传输选收：接受端对从两个复用段收到的STM-N信号条件进行监视并选择更合适的一路信号2.1：1+n保护 特点：保护通道可以传额外信息，信道利用率高，效率高于1+1保护方案。3.线性APS倒换协议 线性复用段保护通过复用段开销字节K1和K2实现自动保护倒换协议（APS）。 K1：表示请求倒换的通路K2：表示确认桥接到保护通路的编号。五环型网的保护1.环型网的实用率=50%，有3种典型业务集中型业务：一个主节点（A）与其他节点之间分别有业务；其他节点之间没有业务相邻型业务：相邻节点之间有业务