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文档简介
1光纤通信的优缺点各是什么?(1)通信容量大.首先,光载波的中心频率很高,约为2X10^14Hz,最大可用带宽一般取载波频率的10%20000GHz(20THz);假设微波的载波频率选择为20GHz2GHz10000倍.其次,单模光纤的色散几乎为零,其带宽距离〔乘〕积可达几十GHz·km;承受波分复用〔多载波传输〕技术还可使传输容量增加几十倍至上百倍.目前,单波长的典型传输速率是10Gb/s128个波长的波分复用系统的传输速率就是1.28Tb/s.(2〕中继距离长。中继距离受光纤损耗限制和色散限制,单模光纤的传输损耗可小千0.2dB/km,色散接近于零.(3〕抗电磁干扰.光纤由电绝缘的石英材料制成,因而光纤通信线路不受一般电磁场的干扰,包括闪电、火花、电力线、无线电波的千扰.同时间纤也不会对工作于无线电波波段的通信、雷达等设备产生干扰。这使光纤通信系统具有良好的电磁兼容性。(4〕声主要来源于t子噪声及光检测器后面的电阻热噪声和前置放大器的噪声.只要设计适当,10^-9甚至更低。统也存在一些缺乏:(1〕有些光器件〔如激光器、光纤放大器〕比较昂贵。(2〕光纤的机械强度差,为了提高强度,实际使用时要构成包声多条光纤的光缆,光统中要有加强件和保护套。(3〕不能传送电力.有时需要为远处的接口或再生的设备供给电能,光纤明显不能胜任。为了传送电能,在光缆系统中还必需额外使用金属导线.〔4〕光纤断裂后的修理比较困难,需要专用工具。光纤通信系统由哪几局部组成?简述各局部作用。答光纤通信系统由放射机、接收机和光纤线路三个局部组成〔参看图1.4。放射机又分〔息〕源输出的基带电信号变换为适合于信道并用藕合技术把光信号最大限度地注人光纤线路.光放射机由光源、驱动器、调制器组成,号,调制器让携带信息的电信号去转变光载波的某一参数〔如光的强度.光纤线路把来自于光放射机的光信,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,接失和连接器是不行缺少的器件.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复原为电信号,包括码型反变换和多路分接等.假设数字通信系统能够在高达15GHz的微波1.55um64kb/s的话路?5GHz64kb/s的话路数K=(5*10^9*1%)/(64*10^3)≈781(路)在1.55um的光载波上能传输的64kb/s的话路数K=〔3*10^8〕/(1.55*10^-6)〕/(64*10^-3)=3.0242*10^7〔路〕简述将来光网络的进展趁机及关键技术。答将来光网络进展趁于智能化、全光化。其关健技术包括:长波长激光器、低损耗单模光纤、高效光放大器、WDM复用技术和全光网络技术。2-1均匀光纤芯与包层的折射率分别为n1=1.50,n2=1.45,试计算:(l〕光纤芯与包层的相对折射率差乙为多少?(2〕光纤的数值孔径NA为多少?(3〕1米长的光纤上,由子午线的光程差所引起的最大时延差△为多少解〔1〕又纤芯和包层的相对折射率差△=〔n1-n2〕/n1得到△=〔n1-n2〕/n1=〔1.50-1.45〕/1.50=0.033〔2〕NA=sqrt〔n1^2-n2^2〕=sqrt(1.5^2-1.45^2)≈0.384〔3〕△τmax≈n1*L/c*△=1.5*1/(3*10^8)*0.384ns2-3 n1=1.50,λ=1.30µm,试计算〔1〕假设△=0.25,为了保证单模传输,其芯半径应取多大?(2〕假设取a=5µm解〔1〕又单模传输条件V=2πa/λ*sqrt〔n1^2-n2^2〕≤2.405推导出2.40λ〔π*sqr〔n1^2-n2^〕=1.3,n2=n1△*n1=1.125则a≤2.405*1.3*10^-6/(2π*sqrt(1.5^2-1.125^2))=0.501μm〔2〕当a=5μm时,sqrt〔n1^2-n2^2〕≤2.405*λ/〔2πa〕解得△≤〔n1-n2〕/n1=0.0016目前光纤通信为什么承受以下三个工作波长: λ1=0.85µm,λ2=1.31µm,λ3=55µm?答λ1=0.8,2=1.3,λ3=1.5m四周是光纤传输损耗较少或最小的波长“窗口2~3dB/km0.5dB/km0.2dB/km〔光源、光检测器等。光纤通信为什么向长波长、单模光纤方向进展?答长波长、单模光纤比短波长、多模光纤具有更好的传输特性〔1〕单模光纤没有模式色散,不同成分光经过单模光纤的传播时间不同的程度显著小于经过多模光纤时不同的程度.(21.31µm1.55µm处的色散很小,故目前长距离光纤通信一般都工作在1.55µm.光纤色散产生的缘由及其危害是什么?答光纤色散是由光纤中传输的光信号的不同成分光的传播时间不同而产生的。光纤色散对光纤传输系统的危害有:假设信号是模拟调制的,色散将限制带;是数字脉冲,色散将使脉冲展宽,限制系统传输速率〔容量〕.光纤损耗产生的缘由及其危害是什么?答光纤损耗包括吸取损耗和散射损耗SiO2材料引起的固有吸取和由杂质引〔如气泡光纤通信。2-9 一阶跃折射率光纤,折射率n1=1.5=1%,长度L=1km(1〕光纤的数值孔径;(2〕子午光线的最大时延差;(3〕假设将光纤的包层和涂敷层去掉,求裸光纤的NA和最大时延差。解〔1〕NA=sqrt〔n2^2-n1^2〕≈n1*sqrt(2△)≈0.212〔2〕△гmax=n1*L/c*△=1.5*1000/(3*10^8)*0.01=50ns〔3〕假设将光纤的包层和涂覆层去掉,则此时n1=1.5,n2=1.0,所以NA=sqrt(n1^2-n2^2)=sqrt(1.5^2-1)=1.118△гmax=n1*L/c*(n1-n2)/n1=2.5us2-12 一个阶跃折射率光纤,纤芯折射率n114258,包层折射率n2=1.4205,该光纤1.31µm.55µm两个波段上。求该光纤为单樟光纤时的最大纤芯直径。解.由截止波长λ=2πa*sqrt(n1^2-n2^2)/2.405λ>λc时单模传输,又条件得λc≤1.30um,则2a≤2.405/〔π*sqrt〔n1^2-n2^2〕*1.3=2.405*1.3/〔π*〔1.4258^2-1.4205^2〕=9.53um2-15光波从空气中以角度θ=33°投射到平板玻璃外表上这里的θ 是入射光线与玻璃外表之间的夹角.依据投射到玻璃外表的角度,光束另一局部被反射,另一局部发生折射,假设折射光束和反射光束之间的夹角正好为90°,请问玻璃折射率等于多少?这种玻璃的临界角又为多少?解如下图的角度对应关系,得入射角θi=90°-33°=57°,折射角θf=33°,又斯涅耳定律得n1sinθi=n2sinθfn2=n1sinθ/sinθf=sin57°/sin33°=1.54这种玻璃的临界角θc=arcsin(1/n2)=arcsin(1/1.54)≈40.5°某激光器承受GaAs为激活媒质,问其辐射的光波频率和波长各位多少?解.eVhf=Eg〔h为普朗克常数,h=6.628X10^-34J·s),可得以GaAs为激活媒质的激光器的辐射光波频率和波长分别为f=Eg/h=1.424*1.6*10^-19/6.628*10^-34=3.44*10^8MHzλ=c/f=hc/Eg=1.24/Eg=1.24/1.424=0.87μm半导体激光器〔LD〕有哪些特性?答:LDLED的不同之处工作原理不同,LD放射的是受激辐射光,LED放射的是自发辐射光。LED不需要光学谐振腔,而LD需要,和LD相比,LED输出光功率较小,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,而且制造工艺简洁,价格低廉,所以,LED的主要应用场合时小容量〔窄带〕短距离通信系统,而LD〔宽带〕通信系统。LD和LED的一样之处:使用的半导体材料一样,构造相像,LEDLD大多承受双异质结〔DH〕构造,把有源层夹在P型和N型限制层中间。3-7 APDPIN在性能上的主要区分。答APD和PIN在性能上的主要区分有:(1)APD具有雪崩增益,灵敏度高,有利于延长系统传输。(2)APD的响应时间短。(3)APD的雪崩效应会产生过剩噪声,因此要适当掌握雪(4)APD要求较高的工作电压和简单的温度补偿电路,本钱较高。3-11LEDGa1-x,ALxAsx表示成分数,这样的材料的带隙能量Eg〔eV〕=1.424+1.266x+0.266x^2x0≤x≤0.37LED解由Eg〔eV〕=1.424+1.266x+0.266x^2,0≤x≤0.371.424≤Eg≤1.93λ=1.24/Eg,得0.64um≤λ≤0.87um3-17一光电二极管,当λ=1.3um0.6A/W,计算它的量子效率。解 由 于 响 应 度 为 ρ=Iρ/P0 , 则 量 子 效 率 为η=Ip/P0*h*f/e=ρ*hc/(λe)=0.6*(6.628*10^-34*3*10^8)/(1.3*10^-6*1.6*10^-19)=57.4%LD为什么能够产生码型效应?其危害及消退方法是什么?答半导体激光器在高速脉冲调制下,输出光脉冲和愉人电流脉冲之间存在延迟时间,称为光电延迟时间。当光电延迟时间与数字调制的码元持续时间T/2量级时,会使“0”码过后的第一个“l”码的脉冲宽度变窄,幅度减小.严峻时可能使“1”码丧失,这种现象称为码型效应。码型效应的特点是在脉冲序列中,较长的连“0”’码后消灭“1”码丧失,其脉冲明显变小而且连“0”码数目越多,调制速率越高,这种效应越明显.码消退方法是用适当的“过调制”补偿方法.在LDAPC?功率自动掌握实际是掌握LD的哪几个参数?答在LD的驱动电路里,设置功率自动掌握电路〔APC〕是为了调整LD的偏流,是输LDLD的驱动电路里,为什么要设定温度自动掌握电路?具体措施是什么?掌握电路实际掌握的是哪几个参数?答在LD的驱动电路里,设置自动温度掌握电路是由于半导体光源的输出特性受温度影制电路,通过掌握电路转变致冷量,使激光器输出特性保持恒定。掌握电路实际掌握的是:换能电桥输出、三极管的基极电流和致冷器的电流。数字光接收机量子极限的含义是什么?10µm,求对应的dBm值.解Pr=10lg[<P>min(mW)]=-20dBm在数字光纤通信系统中,选择码型时应考虑哪几个因素?答数字光纤通信系统对线路码型的主要要求如下:(l〕能限制信号带宽,减小功率谱中的凹凸频重量.(2〕能给光接收机供给足够的定时信息.〔3〕供给肯定的冗余度,用于平衡码流、误码检测和公务通信。但对高速砍,应适当减小冗余度,以免占用过大的带宽。RZNRZ码有什么特点?答Rz“1”比特对应有光脉冲且持续时间为整个比特周期的一半”对应无脉冲消灭.其主要优点是解决了连‘1’码引起的‘基线漂移移问题,缺点是未解决长连“o”的问题。NRZ码为非归零码.“1”比特对应有光脉冲且掩续时间为整个比特周期,“0” 对应无脉冲消灭其主要优点是占据的频带宽度窄只是RZ码的一半缺点是当现长或“0”时,光脉没有”有”和“无”的变化,不适合通过沟通耦合电路,对于接收比特时钟的提取是不利的.光纤通信中常用的线路码型有哪些?答光纤通信常用的线路码璧有扰码、mBnB码和插入码。SDH?答目前光纤大容量数字传输都承受同步时分复用〔TDM〕技术,复用又分级,先后有两种传输体制:准同步数字系列〔PDH〕和同步数字系列〔SDH)。PDH早在1976年就实现了标准化,目前还大量使用。随着光纤通信技术和网络的进展,PDH很多困难。在技术快速进展的推动下,美国提出了同步光纤网〔SONET)。1988年,ITU-T〔CCITT〕参SONET的概念,提出了被称为同步数字系列〔SDH〕的标准建议,PDH存在的也适用于微波和卫星干线传输。SDH的特点有哪些?SDHAUPTR表示什么?它有何作用?答与PDH相比,SDH具有以下特点:(1)SDH承受世界上统一的标准传输速率等级。最低的等级也就是组根本的模块称为STM-1155.520Mb/s;4STM-l同步复接组成STM-4,传输速率为4X155.52Mb/s=622.080Mb/s;16个STM-1STM-16,传输速率为2498.320Mb/S,以此类推.一般为STM-N,N=l,4,16,64。由于速率等级承受统一标准,SDH就具有了统一的网络结点接口,并可以承载现有的PDH〔E1、E2等〕和各种的数字信号单元,如ATM信元、以太链路帧、IP分组等,有利于不同通信系统的互联。(2)SDH 传送网络单元的光接口有严格的标准标准.因此,光接口称为开放型接口,任何(3〕在SDH帧构造中,丰畜的开销比特用于网络的运行、维护和治理,便于实现性能检侧、故障检测和定位、故阵报告等治理功能.(4〕承受数字同步复用技术,其最小的复用单位为字节,不必进展码速调整,简化了复接(5〕承受数字穿插连接设备DXC可以对各种端口速率进展可控的连接配置,对网络资源SDH承受了DXC络提高到一个崭的水平。SDH帧中的AUPTR指的是治理单元指针,它是一种指示符。主要络的第一个字节在帧内〔相对于指针位置的偏移量SDH解决了低速信号复接成高速信号时,由于小的频率误差所造成的载荷相对位置漂移的问题。140Mb/s数字光纤通信系统放射光功率为-3dBm,接收机-38dBm,系统余量为4dB0.5dB/对,平均接头损耗为O.05dB/km,0.4dB/km0.05dB/kmL。解L≤(Pt-Pr-2Ac-Me)/(Af+As+Am)由题可知Pt=-3dBm,Pr=-38dBm,Me=4dB,Ac=0.5dB/As=0.05Db/km,Af=0.4
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