光纖通信部分參考題答案-1.doc

答：光纖色散是由光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)的不同成分光的傳播時(shí)間不同而產(chǎn)生的。光纖色散對(duì)光纖傳輸系統(tǒng)的危害有：若信號(hào)是模擬調(diào)制的，色散將限制帶寬；若信號(hào)是數(shù)字脈沖，色散將使脈沖展寬，限制系統(tǒng)傳輸速率（容量）。2-7 光纖損耗產(chǎn)生的原因及其危害是什么？答：光纖損耗包括吸收損耗和散射損耗。吸收損耗是由SiO2材料引起的固有吸收和由雜質(zhì)引起的吸收產(chǎn)生的。散射損耗主要由材料微觀密度不均勻引起的瑞利散射和光纖結(jié)構(gòu)缺陷（如氣泡）引起的散射產(chǎn)生的。光纖損耗使系統(tǒng)的傳輸距離受到限制，大損耗不利于長距離光纖通信。2-12 一個(gè)階躍折射率光纖，纖芯折射率n1=1.4258，包層折射率n2=1.4205。該光纖工作在1.3m和1.55m兩個(gè)波段上。求該光纖為單模光纖時(shí)的最大纖芯直徑。解：由截止波長=得時(shí)單模傳輸，由已知條件得1.30m，則2a1.3=9.53m即該光纖為單模光纖時(shí)，最大纖芯直徑為9.53m。3-3 半導(dǎo)體激光器(LD)有哪些特性?答：LD的主要特性有：（1）發(fā)射波長和光譜特性=；激光振蕩可能存在多種模式（多縱模），即在多個(gè)波長上滿足激光振蕩的相位條件，表現(xiàn)為光譜包含多條譜線。而且隨著調(diào)制電流的增大，光譜變寬，譜特性變壞。（2）激光束空間分布特性：遠(yuǎn)場光束橫截面成橢圓形。（3）轉(zhuǎn)換效率和輸出功率特性：= ， P=+(I-)（4）頻率特性：在接近弛張頻率處，數(shù)字調(diào)制要產(chǎn)生馳張振蕩，模擬調(diào)制要產(chǎn)生非線性失真。（5）溫度特性：=exp（）3-5計(jì)算一個(gè)波長=1m的光子的能量等于多少？同時(shí)計(jì)算頻率f=1MHz和f=1000MHz無線電波的能量。解：光子的能量為=hf=J對(duì)于1MHz無線電波=hf=6.63（Js）1Hz=6.63J對(duì)于1000MHz無線電波=hf=6.63（Js）1000Hz=6.63J3-7 試說明APD和PIN在性能上的主要區(qū)別。答：PIN即光電二極管，APD即雪崩光電二極管。APD和PIN在性能上的主要區(qū)別有：（1） APD具有雪崩增益，靈敏度高，有利于延長系統(tǒng)傳輸距離。（2） APD的響應(yīng)時(shí)間短。（3） APD的雪崩效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生過剩噪聲，因此要適當(dāng)控制雪崩增益。（4） APD要求較高的工作電壓和復(fù)雜的溫度補(bǔ)償電路，成本較高。3-17 一光電二極管，當(dāng)=1.3m時(shí)，響應(yīng)度為0.6A/W，計(jì)算它的量子效率。解：由于響應(yīng)度為=/，則量子效率為=0.6=57.4%4-1 激光器（LD）產(chǎn)生弛張振蕩和自脈動(dòng)現(xiàn)象的機(jī)理是什么？它的危害是什么？應(yīng)如何消除這兩種現(xiàn)象的產(chǎn)生？答：當(dāng)電流脈沖注入激光器后，輸出光脈沖出線幅度逐漸衰減的振蕩，稱為弛張振蕩。弛張振蕩的后果是限制調(diào)制速率。當(dāng)最高調(diào)制頻率接近弛張振蕩頻率時(shí)，波形失真嚴(yán)重，會(huì)使光接收機(jī)在抽樣判決時(shí)增加誤碼率，因此實(shí)際中最高調(diào)制頻率應(yīng)低于弛張振蕩頻率。某些激光器在脈沖調(diào)制甚至直流驅(qū)動(dòng)下，當(dāng)注入電流達(dá)到某個(gè)范圍時(shí)，輸出光脈沖出線持續(xù)等幅的高頻振蕩，這種現(xiàn)象稱為自脈動(dòng)現(xiàn)象。自脈動(dòng)頻率可達(dá)2GHz，嚴(yán)重影響LD的高速調(diào)制特性。4-3 在LD的驅(qū)動(dòng)電路里，為什么要設(shè)置功率自動(dòng)控制電路APC？功率自動(dòng)控制實(shí)際是控制LD的哪幾個(gè)參數(shù)？答：在LD的驅(qū)動(dòng)電路里，設(shè)置功率自動(dòng)控制電路(APC)是為了調(diào)節(jié)LD的偏流，使輸出光功率穩(wěn)定。功率自動(dòng)控制實(shí)際是控制LD的偏置電流，輸出光功率，激光器背向光平均功率。4-4 在LD的驅(qū)動(dòng)電路里，為什么要設(shè)定溫度自動(dòng)控制電路？具體措施是什么？控制電路實(shí)際控制的是哪幾個(gè)參數(shù)？答：在LD的驅(qū)動(dòng)電路里，設(shè)置自動(dòng)溫度控制電路是因?yàn)榘雽?dǎo)體光源的輸出特性受溫度影響很大，特別是長波長半導(dǎo)體激光器對(duì)溫度更加敏感，為保證輸出特性的穩(wěn)定，對(duì)激光器進(jìn)行溫度控制是十分必要的。 溫度控制裝置一般由制冷器，熱敏電阻和控制電路組成。制冷器的冷端和激光器的熱沉接觸，熱敏電阻作為傳感器，探測激光器結(jié)區(qū)的溫度，并把它傳遞給控制電路，通過控制電路改變制冷量，使激光器輸出特性保持恒定?？刂齐娐穼?shí)際控制的是：換能電橋的輸出，三極管的基極電流和制冷器的電流。4-6 為什么光接收機(jī)的前置放大器多采用跨組型？答：在光接收機(jī)的前置放大器采用跨組型，是因?yàn)榭缃M型前置放大器改善了帶寬特性及動(dòng)態(tài)范圍，并具有良好的噪聲特性。4-10 已測得某數(shù)字光接收機(jī)的靈敏度為10，求對(duì)應(yīng)的值。解：=10lg(mW)=-20dBm4-14 光纖通信中常用的線路碼型有哪些?答：光纖通信中常用的線路碼型有擾碼，mBnB碼和插入碼。6-1 試說明模擬光信號(hào)接收機(jī)量子極限的含義。答：模擬光接收機(jī)量子極限的含義是假設(shè)系統(tǒng)除量子噪聲外，沒有其他噪聲的存在，靈敏度由平均信號(hào)電流決定，這樣確定的靈敏度稱為極限靈敏度，也叫量子極限。6-2 某模擬光信號(hào)記手機(jī)前置放大器的等效輸入電阻=1M，放大器的帶寬B=10MHz，噪聲系數(shù)為6dB，采用PIN。正弦信號(hào)直接光強(qiáng)調(diào)制的調(diào)制指數(shù)m=1，信號(hào)的工作波長=0.85m。傳輸至接收機(jī)處的光信號(hào)功率=-46dBm。求接收機(jī)輸出信噪比SNR，此時(shí)光接收機(jī)的極限靈敏度應(yīng)為多少？答：從表中查參數(shù)，取PIN暗電流=0.6nA，取響應(yīng)度=0.4A/W。取T為常溫300K，則接收機(jī)輸出信噪比SNR=10lg=10lg=18.5dB光接收機(jī)所需的最小信號(hào)光功率為=hf=SNR=7.93mW光接收機(jī)的極限靈敏度為10lg=-61dBm6-3 在模擬光纖傳輸系統(tǒng)中，為了增加中繼距離，必需采用擴(kuò)展信號(hào)帶寬的調(diào)制方式。具體方法有哪幾種？答：為了增加中繼距離，采用擴(kuò)展信號(hào)帶寬的調(diào)制方式有頻率調(diào)頻，脈沖頻率調(diào)制和方波頻率調(diào)制。頻率調(diào)制方式是先用承載信息的模擬基帶信號(hào)對(duì)正弦載波進(jìn)行調(diào)頻，產(chǎn)生等幅的頻率受調(diào)的正弦信號(hào)，其頻率隨輸入的模擬基帶信號(hào)的瞬時(shí)值而變化。然后用這個(gè)正弦調(diào)頻信號(hào)對(duì)光源進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制，形成FM-IM光纖傳輸系統(tǒng)。脈沖頻率調(diào)制方式是先用承載信息的模擬基帶信號(hào)對(duì)脈沖載波進(jìn)行調(diào)頻，產(chǎn)生等幅，等寬的頻率受調(diào)的脈沖信號(hào)，其脈沖頻率隨輸入的模擬基帶信號(hào)的瞬時(shí)值變化而變化。然后用這個(gè)脈沖調(diào)頻信號(hào)對(duì)光源進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制，形成PFM-IM光纖傳輸系統(tǒng)。方波頻率調(diào)制方式是先用承載信息的模擬基帶信號(hào)對(duì)方波進(jìn)行調(diào)頻，產(chǎn)生等幅，不等寬的方波脈沖調(diào)頻信號(hào)，其方波脈沖頻率隨輸入的模擬基帶信號(hào)的幅度而變化。然后用這個(gè)方波脈沖調(diào)頻信號(hào)對(duì)光源進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制，形成SWFM-IM光纖傳輸系統(tǒng)。6-4 在模擬光纖傳輸系統(tǒng)中，為什么寧可才用擴(kuò)展信號(hào)帶寬的調(diào)制方式來增大傳輸距離，而不采用增設(shè)中繼站的辦法？答：在模擬光纖通信中，存在噪聲積累效應(yīng)，信噪比隨中繼器數(shù)目的增加而下降。因此，在輸出信噪比指標(biāo)一定的條件下，中繼器數(shù)目受到限制，即傳輸距離較短。而采用擴(kuò)展信號(hào)帶寬的調(diào)制方式，如調(diào)頻，存在制度增益，可以提高輸出信噪比；而在要求信噪比一定的條件下，就可以增大傳輸距離。6-5 什么叫副載波復(fù)用(SCM)?副載波復(fù)用光纖通信有哪些優(yōu)點(diǎn)？答：副載波復(fù)用是在電域上實(shí)現(xiàn)的頻分復(fù)用（FDM）。N路模擬基帶信號(hào)分別對(duì)射頻正弦載波f1,f2,f3，fn進(jìn)行調(diào)制，然后把這N個(gè)已調(diào)信號(hào)組合成一路信號(hào)，再用這個(gè)復(fù)合電信號(hào)對(duì)光載波進(jìn)行調(diào)制，然后將產(chǎn)生的已調(diào)光信號(hào)發(fā)送到光纖上。光信號(hào)經(jīng)過光纖傳輸后，由光接收機(jī)實(shí)現(xiàn)光和電的轉(zhuǎn)換，得到FDM電信號(hào)，再經(jīng)分離（一般采用帶通濾波）和解調(diào)，最后輸出N路模擬基帶信號(hào)。副載波復(fù)用光纖通信的主要優(yōu)點(diǎn)是：便于實(shí)現(xiàn)多路模擬電視信號(hào)的傳輸，副載波調(diào)制的方式比較靈活，可以試VSB-AM，也可以試FM。采用FM，每路電視信號(hào)盡管需要占用較大的帶寬（27MHz），但以帶寬換來了輸出信噪比的改善。換言之，在輸出信噪比要求一定的情況下，可降低對(duì)載噪聲比(CNR)的要求，即降低對(duì)發(fā)射功率的要求。6-8 假設(shè)我們想要頻分復(fù)用60路FM信號(hào)，如果其中30路信號(hào)的每一個(gè)信道的調(diào)制指數(shù)mi=3%，而另外30路信號(hào)的每一個(gè)信道的調(diào)制指數(shù)mi=4%,試求出激光器的光調(diào)制指數(shù)。解：因?yàn)榭傉{(diào)制指數(shù)m=，其中是每一路的調(diào)制指數(shù)，所以有m1=0.03=0.16，m2=0.04=0.22激光器的光調(diào)制指數(shù)為m=0.2725-2 SDH的特點(diǎn)有哪些？SDH幀中AUPTR表示什么？它有何作用？答：SDH具有以下特點(diǎn)：（1）SDH采用世界上統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)傳輸速率等級(jí)。一般STM-N, N=1,4,16,64。（2）SDH傳送網(wǎng)絡(luò)單元的光接口有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)范圍。（3）在SDH幀結(jié)構(gòu)中，豐富的開銷比特用于光裸的運(yùn)行，維護(hù)和管理，便于實(shí)現(xiàn)性能檢測，故障檢測和定位，故障報(bào)告等管理功能。（4）采用數(shù)字同步復(fù)用技術(shù)，其最小的復(fù)用單位為字節(jié)，不必進(jìn)行碼速調(diào)整，簡化了復(fù)接分接的實(shí)現(xiàn)設(shè)備，由低速信號(hào)復(fù)接成高速信號(hào)，或從高速信號(hào)分出低速信號(hào)，不必逐級(jí)進(jìn)行。（5）采用數(shù)字較差連接設(shè)備DXC可以對(duì)各種端口速率進(jìn)行可控的連接配置，對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行自動(dòng)化的調(diào)度和管理，這既提高了資源利用率，又增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的抗毀性和可靠性。SDH幀中的AUPTR指的是管理單元指針，它是一種指示符。主要用于指示載荷包絡(luò)的第一個(gè)字節(jié)在幀內(nèi)的準(zhǔn)確位置。采用指針技術(shù)是SDH的創(chuàng)新，結(jié)合虛容器的蓋簾，解決了低速信號(hào)復(fù)接成高速信號(hào)時(shí)，由于小的頻率誤差造成的載荷相對(duì)位置漂移的問題。5-4 設(shè)140Mb/s數(shù)字光纖通信系統(tǒng)發(fā)射光功率為-3dBm，接收機(jī)靈敏度為-38dBm，系統(tǒng)余量為4dB, 連接器損耗為0.5dB/對(duì)，平均接頭損耗為0.05dB/km，光纖衰減系數(shù)為0.4dB/km，光纖損耗余量為0.05dB/km，計(jì)算中繼距離L。答：L 由題可知=-3dBm，=-38dBm，=4dB，=0.5dB/對(duì)，=0.05dB/km，=0.4dB/km，=0.05dB/km?？傻肔=60km所以受損耗限制的中繼距離等于60km。5-6 已知有一個(gè)565Mb/s的單模光纖傳輸系統(tǒng)，其系統(tǒng)總體要求如下：（1）光纖通信系統(tǒng)的光纖損耗為0.1dB/km，有5個(gè)接頭，平均每個(gè)接頭損耗為0.2dB，光源的入纖功率為-3dBm，接收機(jī)靈敏度為-46dBm(BER=)；(2)光纖線路上的線路碼型是5B6B，光纖的色散系數(shù)為2ps/(kmnm)，光源光譜寬度為1.8nm。求最大中繼距離為多少？解：（1）L式中和分別是接頭總損耗和色散代價(jià)，為平均發(fā)射功率，為接受靈敏度，為連接器損耗，為系統(tǒng)余量，為光纖損耗系數(shù)，為每千米光纖線路損耗余量，L為中繼距離。帶入數(shù)據(jù)可得L最大等于212.5km(2)L=47.1km最大中繼距離應(yīng)該取上述計(jì)算結(jié)果212.5km與47.1km中的較小者，因此系統(tǒng)中的中繼距離最大為47.1km5-8 簡述PDH和SDH的特點(diǎn)。答：PDH特點(diǎn)：我國和歐洲，北美，日本各自有不同的PDH數(shù)字速率等級(jí)體系，這些體系互不兼容，使得國際互通很困難；PDH的高次群是異步復(fù)接，每次復(fù)接要進(jìn)行一次碼速調(diào)整，使得復(fù)用的結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，缺乏靈活性；沒有同意的光接口；PDH預(yù)留的插入比特較少，無法適應(yīng)新一代網(wǎng)絡(luò)的要求，PDH沒有考慮組網(wǎng)要求，缺少保證可靠性和抗毀性的措施。SDH的特點(diǎn)：SDH有一套標(biāo)準(zhǔn)的世界統(tǒng)一的數(shù)字速率等級(jí)結(jié)構(gòu)；SDH的幀結(jié)構(gòu)是矩形塊狀結(jié)構(gòu)，低速率支路的分布規(guī)律性極強(qiáng)，使得上下話路變得極為簡單；SDH幀結(jié)構(gòu)中擁有豐富的開銷比特，用于不同層次的OAM，預(yù)留的備用字節(jié)可以進(jìn)一步滿足網(wǎng)絡(luò)管理和智能化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需要；SDH具有統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)接口，可以實(shí)現(xiàn)光路上的互通；SDH采用同步和靈活的復(fù)用方式，便于網(wǎng)絡(luò)調(diào)度；SDH可以承載現(xiàn)有的TDM業(yè)務(wù)，也可以支持ATM和IP等異步業(yè)務(wù)。5-10 如何理解誤碼性能參數(shù)DM，SES，ES？答：誤碼性能