光纤通信习题解答-课件

光纤产生衰减的原因包括吸收、散射和辐射。衰减会导致信号功率损失，造成接收困难。α(1550nm)＝10lg(Pin/Pout)/L=10lg(4/3)/5≈0.25dB/km1

瑞利散射是由于光纤内部的密度不均匀引起的，从而使折射率沿纵向产生不均匀，其不均匀点的尺寸比光波波长还要小。光在光纤中传输时，遇到这些比波长小，带有随机起伏的不均匀物质时，改变了传输方向，产生了散射。瑞利散射损耗的大小与成正比。2对每一个传播模来说，在包层中它应该是衰减很大，不能传输。如果一个传播模，在包层中不衰减，也就是表明该模是传过包层而变成了辐射模，则就认为该传播模被截止了。所以一个传播模在包层中的衰减常数W=0时，表示导模截止。单模光纤传输条件：归一化频率V≤2.4048单模光纤中传输的是LP01模，对应的矢量模是HE11模。截止波长由下式计算LP11模对应的矢量模是TE01，TM01，HE21。3此题包括光在空气与纤芯分界面以及纤芯与包层分界面两次反射，可以先由纤芯/包层分界面全反射条件求出临界角，再利用三角关系计算入射角，或直接利用教材上公式，将n1＝1.5，n2＝1.485代入可知，最大接收角为12.22°，而入射角大于临界角，所以入射光纤不满足全反射条件，不能传输，是辐射模。4LD和LED都可以用作通信光源。LD原理是受激辐射，而LED是自发辐射。LD是阈值器件，需要较完善的驱动和外围电路，发散角较小,其发出的光谱线窄，适宜于高速率系统；LED没有阈值，结构简单，但其发散角较大,谱线较宽，适用于要求较低的场合。5LED:优点-线性度好,无阈值;温度特性好;结构简单、价格低、寿命长、使用简单。

缺点-自发辐射荧光，谱线宽；与光纤耦合效率低。

应用范围-短距离小容量低速光通信。LD:优点-有谐振腔的受激发光，谱线窄；与光纤耦合效率高；有阈值条件，需加偏置（加偏置可提高LD的调制速率）。

缺点-温度特性差；线性度较差；寿命较短。应用范围-长距离大容量高速光通信。LD加正向偏置电压用以克服PN结中自建场的影响，从而降低势垒，以形成粒子数反转分布。激光器阈值电流指满足克服谐振腔内损耗而产生激光的最小的外加激励电流。激光器的阈值电流与温度和使用时间成正比关系。7对LD驱动电路和偏置电路的要求是输出的光脉冲峰值保持恒定光脉冲的通断比应＞＞10激光发射的时间必须远短于码元时间采用阻尼电路以避免张驰振荡因为LD是阈值器件，只有外加驱动电流超过阈值后才能发出激光，为使得较小的数据电流ID亦可产生足够的光输出，因此需要加偏置电流IB，IB的选取原则是略小于Ith。太小的IB需要较大的ID才能满足阈值条件；太大的IB会引起消光比性能下降，同时较高的电流也会产生较大的热量，以及寿命的缩短。8参见4.1，光纤通信系统对光检测器的基本要求是：波长段内响应度或灵敏度要高具有足够的带宽和响应速度由检测器引入的附加噪声必须最低，暗电流、漏电流和并联电导必须最小较低的偏压或偏流，具有高可靠性和长寿命较小的几何尺寸，便于与光纤及其他电路组装APD具有雪崩效应，倍增电流较大，但是噪声也较大。9

处于反向偏压下的半导体光电二极管，在无光照时仍有电流流过，这部分电流称为暗电流。光电检测器中的暗电流对光接收机灵敏度的影响与消光比的影响相似。暗电流与光源无信号时的残留光一样，在接收机中产生噪声，降低接收机的灵敏度。10动态范围是：接收机适应输入信号变化的能力，也即光接收机接收信号灵敏度和过载功率之间的差值。光接收机灵敏度是表征光接收机调整到最佳状态时，接收微弱光信号的能力。它可用以下三种物理量表示（在保证误码率条件下）：输入的最小平均光功率PR。每个光脉冲的最低平均光子数n0。每个光脉冲的最低平均能量Ed。10lg(0.2μw/1mw)=10lg(2×10-4)=-36.99dBm10lg(13.6nw/1mw)=10lg(1.36×10-4)=-48.67dBm-36.99-(-48.67)≈11.68dB所以，灵敏度为-48.67dBm，动态范围为11.68dB。11

光纤连接器是使一根光纤与另一根光纤之间完成活动连接的器件，主要用于光源器件尾纤输出或光电检测器尾纤输入与传输光纤之间的连接。光纤连接时引起的损耗与多种因素有关，诸如光纤的结构参数（如纤芯直径、数值孔径等）、光纤的相对位置（如横向位移、纵向间隙等）以及端面状态（如形状、平行度）等。12对于STM-1，每帧为9×270=2430字节，其中RSOH：3行×9列×8比特/字节×8000帧/秒＝1.728Mb/sMSOH：5行×9列×8比特/字节×8000帧/秒＝2.88Mb/sAUPTR：1行×9列×8比特/字节×8000帧/秒＝0.576Mb/s注：段开销SOH区域中，第1～3行又被成为再生段开销RSOH。第5～9行被称为复用段开销MSOH。139N261N270N列13459SOHSOHAU

PTRSTM－N净负荷（含POH）传输方向9270N字节（教材p.12）14根据复用路径不同，可以有C4、C3和C12三条路径，对应的最终等效业务容量分别是64、48和63个2Mbit/s。其中C4路径映射效率较高，而C12路径最为灵活。15STM-NVC-3TUG-2VC-12TU-12

TU-3TUG-3139264kb/s34368kb/s2048kb/sC-12C-3C-4AUGVC-4

AU-4×N×1×7×1×3×3指针处理复用定位校准映射16SDH网同步的工作模式有主从同步和伪同步两种工作模式。伪同步是指数子网内各节点都具有独立的基准时钟，时钟精度高，各节点之间误差值小，接近同步。主从同步是指网内设一主局，配有较高精度的时钟（主时钟），网内其他节点均受控于主局，并逐局下控，直至最末端的节点。1718四波混频是指当多个频率的光波以很大的功率在光纤中同时传输时，由于非线性效应引发多个光波之间出现能量交换的一种物理过程，这种能量转移不仅导致信道中光功率的衰减，而且引起各信道之间的彼此干扰。G.653光纤在1550nm波长附近是零色散，易产生四波混频效应，所以G.653光纤不适于用于WDM系统。19信道间相互作用产生新的频率，FWM是影响系统性能的主要非线性效应：当FWM产生的新频率落入信道带宽范围内时，会引起信道强度起伏和信道间串扰。（5）四波混频（FWM）光纤f1ff3f2f1ff3f2fFWM20WDM系统的工作原理:波分复用(WDM)技术是在一根光纤中同时传输多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(复用)，并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输。在接收端又将组合波长的光信号分开(解复用)，并作进一步处理，恢复出原信号后送入不同的终端。WDM系统的基本构成主要有以下三种形式：

1)双纤单向传输2）单纤双向传输

3）光分路插入传输21各种噪声源，色散引起的码间干扰，定位抖动产生的误码，复位器，交叉连接设备和交换机的误码（见8.2.2）。为了能正确地反映误码的分布信息，ITU-TG.821建议采用时间率的概念来代替平均误码率的评定方法。22只要T0和TL选择恰当，就可以用来评价各种数字信息在单位时间内误码的程度以及误码超过某一规定值的时间占总测量时间的百分数。因此，是比较适用和便于测量的评定方法。T0为取定的适合于评定各种业务的单位时间，TL为测量误码率总时间。23光纤通信系统的可用性是指光纤通信系统在给定的时间间隔内处于良好工作状态的能力。参见例题的解法，见辅助文档。24解：由条件可知

Ac＝1.0×2＝2dB；

As＝0.1dB／Km；Af＝0.5dB／Km；

Mc＝0.3dB／Km

ASR=PS－PR－Me

PS＝-3dBm；PR＝-40dBm；Me＝4dBL＝34.44km。25参见9.1.1，接入网的定义由建议G.902给出。接入网的范围界定见9.1.1中第2点。

定义：接入网是由业务节点接口(SNI)和用户网络接口（UNI）之间的一系列传送实体（如线路设施和传输设施）组成的、为传送电信业务提供所需要传送承载能力的实施系统。范围界定：由3个接口来定界，即网络侧经业务节点接口（SNI）与业务节点(SN)相连；用户侧经用户网络接口(UNI)与用户相连；管理侧经Q接口与电信管理网(TMN)相连，无Q接口时由协调设备(MD)与TMN相连。2627参见9.1.1，接入网所覆盖的范围是由三个接口来定界，即网络侧经业务节点接口（SNI）与业务节点（SN）相连；用户侧经用户网络接口（UNI）与用户相连；管理侧经Q3接口与电信管理网（TMN）相连，不具备Q3接口时通常需经由协调设备（MD）与TMN相连。SNI是AN与SN之间的接口，可以通过协调实现指配功能来实现AN与SN的联系，以及对SN分配的承载能力。G.902体系中最重要的SNI接口是V5系列接口和VB5系列接口。28参见9.1.2，光纤接入网主要由光线路终端OLT、光分配网络ODN和光网络单元ONU等组成。光线路终端（OLT）的作用是提供网络与光分配网（ODN）之间的光接口，并提供必要的手段来传送不同的业务。光网络单元（ONU）位于ODN和用户之间。ONU的网络具有光接口，而用户则为电接口，因此需要具有光/电变换功能，并能实现对各种电信号的处理与维护功能。光分配网络（ODN）位于ONU和OLT之间，其主要功能是完成光信号的管理分配任务。29根据不同的分类方法可以将光纤接入网分成不同类型，如根据ONU的位置可以分成FTTx，根据ODN的类型可以分为AON和PON，根据拓扑结构可以分为点到点和点到多点等。PON主要采用的传输技术是单纤双向，下行一般为广播方式，上行采用时分多址接入TDMA。30光放大器的基本原理是利用受激辐射或受激散射来实现光信号的放大。光放大器主要可以分为两大类：半导体激光放大器和光纤放大器，根据其放大