光纤通信作业附件.docx

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光纤通信作业附件

光纤通信作业

第一章：

光纤通信

1、什么是光纤通信？

系统的组成有哪些？

光纤通信是利用光导纤维（SiO2）作为传输光波信号的通信方式

一个光纤通信系统通常由电发射机、光发射机、光接收机、电接收机和由光纤构成的光缆等组成。

2、什么是光通信？

3、光纤通信的优点？

《每句话前半部分重要》

传输频带宽，通信容量大。

传输衰减小，传输距离长。

抗电磁干扰，传输质量好。

体积小、重量轻、便于施工。

原材料丰富，节约有色金属，有利于环保。

4、光纤通信的工作波长？

5、WDM是指什么？

DWD指什么？

时分复用（TDM）方式。

波分复用（WDM）方式。

密集波分复用（DWDM）。

6、光纤从材料上可以分为哪几种？

从材料上分为石英光纤、多组分玻璃光纤、氟化物光纤、塑料光纤等。

7、光纤活动连接器从连接方式来看分为哪几种？

常见的插针端面有哪几种？

12页

一种是永久性连接，一种是活动性连接。

从连接方式看光纤通信应用广泛的是：

FC型、ST型、SC型

8、按缆芯结构分，光缆分为哪几种？

9、光纤的制造分哪几个步骤？

10、按材料分光纤分几种？

与前题重复

11、无源器件的种类

无源器件包括：

连接器、分路器与耦合器、衰减器、隔离器、滤波器、波分复用器、光开关和光调制器等。

本章注意：

1、

2、

3、

4、

5、

6、

第二章：

光纤通信的物理学基础

1、通过哪些现象可以证明光具有波动性。

光的波动性可以从光的干涉、光的衍射、光的偏振等现象得到证明。

2、什么叫光电效应？

光电效应具有哪些试验规律？

由于光的照射，使电子从金属中溢出的现象称为光电效应。

光电效应具有如下实验规律：

3、什么是光的吸收、光的色散和光的散射？

光的吸收是指光波通过介质后，光强减弱现象。

光的色散是介质的折射率n随光波波长λ变化的现象。

当光通过介质时，偏离原来的方向而向四周传播，这种现象称为光的散射。

4、什么是自发辐射、受激吸收和受激辐射？

5、构成激光器的三个基本条件是什么？

6、激光器的波长取决于什么条件？

光学谐振腔的腔长L的影响，即纵模特性

光学谐振腔反射镜的大小和形状的影响，即横模特性

本章注意

1、

2、

3、

第三章：

光纤

1、从结构上看光纤由纤芯、包层和涂敷层构成

2、按照传输模式分类，光纤可分为单模光纤和多模光纤

3、按照光纤材料分类，光纤可分为哪三类？

石英光纤、石英纤芯塑料包层光纤、塑料光纤

4、光纤制造必须经过哪4个主要过程？

画圈圈的

5、按照折射率分布来分类，光纤可分为阶跃型光纤和渐变型光纤。

6、什么是光纤的相对折射率指数差？

对阶跃型光纤其相对折射率指数差表达式是什么？

对渐变型光纤其相对折射率指数差的表达式是什么？

阶跃型光纤1渐变型光纤

7、什么是弱导波光纤？

什么是近轴条件？

为什么光纤必须是弱导波光纤？

弱导波光纤：

纤芯折射率与包层折射率相差极小。

近轴条件就是指子午线与轴心夹角很小且Δ<<1，认为各子午线几乎与光纤轴线平行，因此能够自聚焦。

对于阶跃型光纤由于包层和纤芯的折射率差别极小，即Δ很小，可看成弱导波，因此阶跃型光纤也称为弱导波光纤。

8、什么是光纤的数值孔径？

什么是光纤的本地数值孔径？

对阶跃折射率分布的光纤其数值孔径的表达式是什么？

对渐变折射率分布的光纤其本地数值孔径的表达式是什么？

9、什么叫子午射线？

什么叫偏（斜）射线？

子午射线：

通过光纤中心轴线的平面--子午面内的光射线

斜射线（偏射线）不经过光纤中心轴线的空间折线。

10、光纤的3个低损耗窗口分别是哪几个？

3个低损耗窗口在0.85、1.31、1.55微米附近。

11、什么叫多模光纤？

什么叫单模光纤？

单模光纤是指在给定的工作波长上，只传输单一基模的光纤

传输两种以上标量模的光纤为多模光纤。

12、什么叫单模光纤的截止波长？

模场直径？

偏振特性？

45页

光纤的单模工作条件是以第一次高阶模（LP11）的截止频率给出的，而对应着归一化截止频率的波长称为截止波长。

模场直径就是单模光纤中基模光斑的大小。

由于双折射现象的存在，使单模光纤实际上变成了“双模”光纤，将引起光波的偏振状态沿光纤长度发生变化，最终导致偏振模色散。

需要注意的是，偏振模色散不是单模光纤中的稳定现象。

由于单模光纤双折射现象是随机的，与分布在整个光纤长度上的制造应力和环境应力随机波动相关联。

此外在传输过程中，两个偏振模式之间会发生转化，而且也是随机的。

因此，在光纤输出端的偏振模色散值是随机起伏的。

13、为什么单模光纤用模场直径作为其特征参数，而不用纤芯直径？

单模光纤传输的能量并非全部集中在纤芯中，而是有相当部分在包层中传播，因此光纤的纤芯直经的概念在物理上已没有什么意义，应采用模场直径的概念。

14、分别写出矢量模和标量模的基模表达式和归一化截止频率。

标量模LP01；矢量模HE11；

15、光纤的损耗主要有哪些？

16、什么叫光纤色散？

光纤色散对通信会造成什么影响？

光信号在光纤中传输时不仅由于光纤损耗而使光功率变小，波形也会变得越来越失真。

光信号通过光纤传播期间，波形在时间上发生展宽的现象称为光纤色散。

光纤色散使输入的光信号在光纤传输中展宽到一定程度，就会产生码间干扰，增加误码率，从而限制了通信容量。

17、光纤色散的种类有哪些？

什么叫光纤的模式色散？

什么叫光纤的材料色散？

什么叫波

导色散？

模式色散：

在多模光纤通信中光信号是有很多模式携带的，不同的模式传送的相位常数不同，而引起的色散。

材料色散：

由于材料折射率随光波长非线性变化引起的色散。

波导色散：

由于光波导的结构（即光纤结构）而引起的色散。

18、什么叫色散位移光纤？

它有什么好处？

如果合理地设计光波导的结构就可以把零色散波长位移到1.55μm附近，这样1.55μm附近色散也最小，利用这种原理制成色散位移光纤。

19、什么是单模光纤的偏振特性？

什么叫单模光纤的偏振模色散

实际生产的单模光纤，由于结构上的缺陷其形状不可能是理想的轴对称分布，折射率和应力分布的不均匀性会导致LP01x和LP01y模式的简并性受到破坏，两个模式的传输常数βx和βy不同，因此会产生色散。

这种色散称为偏振模色散。

最后看不清的是（x，y）

20、为什么说多模渐变型光纤的模式色散比多模阶跃型光纤的要小？

21、什么叫光纤的自聚焦现象？

渐变型光纤中不同的射线，具有相同轴向速度的现象，称为自聚焦现象。

22、矢量模的场结构分为哪几种？

a：

横电波TEm、n：

电场强度矢量集中在光纤横截面上，在纵轴方向上无电场强度分量，只有磁场强度分量。

b：

横磁波TMm、n：

磁场强度矢量集中在光纤横截面上，在纵轴方向上无磁场强度分量只有电场强度分量。

23、什么叫光纤的双折射现象？

实际的光纤总有某种程度的不完善，它的形状不可能理想的轴对称分布，折射率和应力分布的不均匀性，将会导致两个模式的简并性受到破坏，两个模式的传输相位常数不同使两种模式的βx，βy值不等，形成相位差△β。

这种现象称做光纤的双折射现象。

24、什么叫群速度？

第四章光源和光发射机

1、什么叫同质结？

什么叫异质结？

双异质结有哪些优点？

半导体激光器的复合发光区域是有源区。

有源区通常由一个或多个垂直方向的PN结构成。

根据PN结的性质不同，又分为同质结、异质结激光器。

同质结在PN结的两边使用相同的半导体材料

异质结是指由两种不同的半导体材料（如GaAs和GaAsAl）构成的PN结。

即在同质结的基础上增加了一层异质材料GaAsAl

双异质结

在单异质结的基础上，在有源区的另一侧加了一块异质材料，从而在有源区的两侧对载流子和光波进行了限制。

这样，光能被有效地限制在有源区内，阈值电流大大降低。

增加载流子的注入效率，形成光波导效应，降低阈值电流

2、发光二极管分哪两种？

LED可分为面发光二极管和边发光二极管两大类。

3、光纤通信对半导体激光器的主要要求？

半导体激光器（LD）是光纤通信最主要的光源，对它的基本要求有以下几点：

（1）光源应在光纤的三个低损耗窗口工作，即发光波长为

0.85μm、1.31μm或1.55μm。

（2）光源的谱线宽度较窄，Δλ=0.1～1.0nm。

（3）能提供足够的输出功率，可达到10mW以上。

（4）与光纤耦合效率高，30%～50%。

（5）能长时间连续工作，工作稳定，提供足够的输出光功率。

4、什么叫激光器振荡的阈值条件？

光学谐振腔实际上存在两个相反的过程：

光增益和光损耗

只有当光增益G大于损耗α时，才能建立起稳定的激光振荡，输出激光，这个条件称为激光器的阈值条件。

即G>Gt

5、什么叫纵模？

什么叫横模？

纵模在光谱中是一根根离散的谱线。

横模：

表示谐振腔中垂直于腔的方向上光场分布。

6、什么叫动态单纵模半导体激光器？

7、为什么说双异质结激光器是可以降低阈值电流？

8、什么叫光源的直接调制？

什么叫光源的外部调制？

光源的直接调制又称为光源的内部调制，它是将调制信号直接作用在光源上，把要传送的信息转变为电信号注入到LD或LED，获得相应的光信号。

光源的外部调制（间接调制）是指由恒定光源输出激光后，外加光调制器对光进行调制。

也就是利用晶体的电光、声光、磁光效应等来实现对激光辐射的调制。

9、什么叫电光延迟？

什么叫电光效应？

什么叫码型效应？

电光延迟就是在电信号到来时，光信号相对于电信号的时间延迟，用延迟时间td表示，电光延迟的原因是由于载流子的浓度达到激光阈值需要一定时间（约0.5ms）。

实际的数字光纤通信系统传输的是有一定宽度的随机序列脉冲，当用这样的脉冲序列对半导体激光器进行强度调制时，由于瞬态性质，输出光脉冲会出现码型效应。

10、什么叫消光比？

消光比定义为全“1”码平均发送光功率与全“0”码平均发送光功率之比。

11、对光发送机的要求有哪些？

12、半导体激光器的波长取决于什么？

本章注意

1、

2、

3、

4、

第5章：

光检测器和光接收机

1、光纤通信对光检测器的主要要求有哪些？

（1）在工作波长上光电转换效率要高，即对一定的入射光信号功率，光检测器能输出尽可能大的光电流；

（2）检测过程中带来的附加噪声尽可能小；

（3）响应速度快、线性好及频带宽，使信号失真尽量小；

（4）高可靠长寿命，尺寸可与光纤直径相配，工作电压低等。

2、掌握APD的工作原理

APD的工作原理是利用半导体材料的雪崩倍增效应制成的。

雪崩光电二极管在结构设计上已考虑到能承受高反向偏压，在PN结内部形成一个高电场区。

光生载流子经过高场区时被加速，获得足够能量，它们在高速运动中与晶格碰撞，使晶体中的原子电离，激发出新的电子－空穴对（碰撞电离），这个电子－空穴对称为二次电子－空穴对。

多次碰撞电离的结果，使载流子迅速增加，反向电流迅速加大，形成雪崩倍增效应。

3、什么叫响应度？

什么叫量子效率？

它们之间的关系是什么？

响应度是描述这种器件光电转换能力的物理量。

量子效率η，定义为产生的光生电子-空穴对数占入射光子数的百分比。

4、光电检测器的响应时间受哪三个因素的影响？

渡越时间、扩散时间、电路的影响。

5、什么叫暗电流？

是指在规定的反向电压下无光照射时光电二极管的反向电流。

6、直接检测数字光接收机一般由哪几个部分组成？

直接检测数字光纤通信接收机一般由三个部分组成，即光接收机的前端、线性通道和数据恢复三个部分

7、什么叫均衡滤波？

为什么在接收端要加均衡滤波电路？

尽管频带受限系统的时域波形总会有拖尾，但我们可以设计具有特定频谱的波形，使其在判决其它码元的时刻，拖尾值为零。

通过均衡电路对失真的数字信号进行整形、输出为码间干扰尽可能小、有利于判决的波形。

均衡就是通过在接收机中串入滤波电路的方法来校正整个系统的传递函数，补偿整个系统的幅频和相频特性。

具体来讲就是将输出波形均衡成具有升余弦频谱函数（相频特性为线性）的特性，此时码间干扰最小，最有利于判决。

没有均衡滤波器的输出波形不利于判决，经过均衡后的波形，在本码判决时刻，波形的瞬时值应为最大值；而这个本码波形的拖尾在邻码判决时刻的瞬时值应为零。

这样，即使经过均衡以后的输出波形仍有拖尾，但是这个拖尾在邻码判决的这个关键时刻为零，从而不干

扰对邻码的判决。

因此均衡滤波非常重要。

8、什么叫眼图？

最佳取样时间应该怎么选择？

眼图：

由于经过均衡的信号是变了形的数字码流，用示波器观看时看到的是一种与眼睛相似的图案，称为眼图。

最佳取样时间相应于在“1”和“0”信号电平相差最大的位置，可由眼图决定，它由不同比特电脉冲顶部叠加而成，最佳取样时间相应于眼睛睁开最大处的时间

9、与光检测器和光信号有关的噪声有哪些？

98页

10、什么是数字光接收机的灵敏度？

数字光接收机的灵敏度定义为：

在保证一定误码率的条件下，光接收机所需接收的最小光功率。

第6章：

光纤通信系统工程

1、数字光纤通信系统对码型的要求有哪些？

什么叫分组码？

什么叫插入码？

对光纤线路码型的要求

①易于从信号码流中提取时钟分量。

要求减少码流中长连“0’和长连“1”个数；②码流中直流分量较稳定，以利于接收端的判决。

要求码流中“0’’、“‘l”分布均匀.③要求码型有一定规律性，便于对终端站和各中继站进行不间断业务的误码检测。

④在传输主信号的同时，具有传输监控、公务、区间通信，自动倒换等辅助信号的能力；⑤具备比特序列独立性，码型对各种业务是透明的，也就是说，不管要传输的信息规律怎样变化，都不影响光纤中信号传输的准确性；⑥码速率提高少，光功率代价低.进行光纤线路编码后码速率会提高，即有

一定的冗余度，接收机灵敏度会有一定程度的降低，即须付出一定的光功率代价。

⑦码型变换电路简单⑧误码扩展（增殖）小。

线路码在传输过程由于种种原因会产生误码，在线路码还原为简单二进制码的反变换中，往往会使还原码的误码数比线路码的误码数更多，这种现象称误码扩展（误码增殖）。

误码扩展也将使接收机灵敏度指标恶化．因此希望选择误码扩展系数小的线路码。

分组码常用mBnB表示，它是把输入信号码流中每m比特码分为一组，然后变换为n比特（n＞m）输出。

这就使变换后的码流有了“富余”（冗余）。

这样，在码流中除了可以传原来的信息以外，还可以传送与误码监测等有关的信息。

分组码有1B2B，2B3B，3B4B，5B6B，5B7B，6B8B等。

插入比特码是将信息码流中每m比特划为一组，然后在这一组的末尾一位之后插入一个比特码输出.根据插入码的类型分为：

mB1P码，mB1C码，mB1H码。

mB1P码中插入的P码为奇偶效验码，利用它可实现误码监测的功能。

2、在PDH光纤系统中常用的码型有哪些？

在SDH光纤通信系统中常用什么码型？

113页中间

3、在光纤通信系统设计中主要考虑那两个因素会造成对系统中继距离和传输容量的限制？

117页

损耗和色散

4、光纤通信系统的两个主要性能参数是什么？

误码性能，抖动性能

5、什么是系统的长期平均误码率？

误码的时间百分数常用哪两个参数来描述？

这两个参数分别是怎么定义的？

长期平均误码率是表示系统BER长期统计平均的结果，它不能反映系统是否有突发性、成群的误码存在。

误码的时间百分数有误码秒（ES）和严重误码秒（SES）

误码秒（ES）：

主要用于数据传输时的误码情况。

误码门限值BERth=0，取样观察时间为T0＝1秒，总观察时间T1＝1月。

严重误码秒（SES）：

针对某些系统短时间内出现大量误码。

BERth＝1×10-3时，T0＝1秒，即当BER劣于10-3时的秒称为严重误码秒，总观察时间T1＝1月

6、

什么是数字信号的抖动？

抖动性能常用哪三个参量描述？

什么叫漂移？

数字信号的抖动：

数字信号在各有效瞬时对标准时间位置的偏差。

参量：

①输入抖动容限：

是指在误码率符合要求的情况下，系统所允许的输入信号码流中的最大抖动。

②输出抖动容限：

是指输入信号没有抖动时，在误码率符合要求的情况下，系统输出信号中的最大输出抖动。

③抖动转移特性：

是指在不同的信号频率下，输出与输入信号的抖动值之比（抖动增益）的频率分布特性。

漂移：

见第七章，书上161页

7、什么是系统的可靠性？

可用性？

失效率？

MTBF?

MTTR？

可靠性（度）R（t）：

指产品在规定的条件下和时间内，完成规定功能的能力。

可用性（A）：

指产品在规定的条件下和时间内处于良好工作状态的概率。

失效率λ（t）：

表示产品在单位时间内发生失效的概率。

单位为10-9/h称为fit，1fit等于在109h内发生一次故障的概率。

电子产品，服从指数分布，有

平均故障间隔时间（MTBF）：

指相邻两次故障的间隔时间。

平均故障维修时间（MTTR）：

每次排除故障所需的时间。

8、串联和并联系统的可靠性数学模型是什么？

串联系统可靠度如果光纤通信系统由n个部分串联而成，则系统的可靠度表示为Rs＝R1×R2×R3×…×Rn。

由于R<1，所以串联系统的可靠性小于每个元件件的可靠性。

并联系统可靠度如果光纤通信系统由n个元件并联而成，则系统中只要有一个元件正常工作，系统就能够完成规定的功能，则系统的可靠度表示为

所以并联系统的可靠度大于每个元件的可靠度。

9、光纤通信系统与工程中，系统设计与工程设计的任务是什么？

它们之间的区别是什么?

系统设计的任务：

遵守ITU-T建议规范，明确系统的全部技术参数，以技术的先进性与经济性相结合，力求达到最佳性价比。

系统设计与工程设计不同，系统设计是从经济性和技术可行性两个方面综合考虑，使整个系统具有最佳性价比，工程设计是在系统设计的基础上，完成工程建设中详细的经费概预算，设备和线路的具体安装细节等，它们是相辅相成，有机统一的。

10、从建设程序上分，光纤通信工程分为哪几个部分？

一般大中型光纤通信工程从建设程序上分为工程规划、工程设计、工程准备、工程施工、工程验收投产五个阶段。

第七章：

SDH技术

1、SDH的优点有哪些？

137页

同步数字体系（SDH）

（1）第一次真正实现传输体制上的世界性标准，使现今PDH的1.5Mb/s和2Mb/s两大数字

系列（三大地区标准）在STM-1等级即155Mbit/s以上获得了统一。

（2）同步复用：

通过特殊的映射、指针调整和同步复用技术，只需利用软件就可使高速信号

直接分插出低速支路信号；省去全套背靠背复用设备、简化了数字复接分接过程。

（3）标准光接口：

在光路上实现横向兼容。

便于网络的组织和调度，减少了将传输和复用分开的必要，缓解了布线拥挤。

（4）强大的网管能力：

SDH帧结构中安排了丰富的开销比特，使网络的操作维护管理能力大大加强，智能化程度大大提高。

（5）信息的透明性：

既网络可以传送各种净负荷及它们的组合,而与信息的具体结构无关。

（6）完全的前向兼容性和后向兼容性：

既可兼容现有PDH系列的各种速率，又可容纳高速局域网的光纤分布式数据接口（FDDI）、城域网的分布排队双总线（DQDB）以及综合业

务数字网的异步转移模式（ATM）信元等各种新业务信号。

注意：

SDH特点的核心内容有三点

采用了同步复用；具有标准接口；强大的网管能力。

2、解释名词：

SDH、PDH、SONET、STM-N、TM、ADM、DXC、VC、RSOH、MSOH、POH、PTR、EDFA、NE、TMN、SMN，TU、TUG、AU、AUG。

3、什么叫SDH自愈网？

150页

自愈网指无需人为干预，网络就能在极短的时间内从失效故障中自动恢复所携带的业务。

4、SDH自愈网在环路上的保护可分为哪四种？

151页

①二纤单向通道倒换环②二纤单向复用段倒换环③四纤双向复用段倒换环

④二纤双向复用段倒换环

5、PDH信号进入SDH-N帧的过程要经过哪几个步骤？

每个步骤的功能是什么？

140页

6、熟记SDH的帧结构，会计算STM-1的速率以及PTR、SOH和净荷的速率。

139页

整个帧结构可以分为三个主要区域：

1）段开销（SOH）区域，供网络运行、管理、维护用以保证信息正常灵活传送的附加字节。

例

如，误码监测、帧定位、数据通信、公务通信和自动保护倒换字节。

对于STM-I而言，每帧

有72个段开销字节，相当于576个比特可用于段开销。

分为再生段开销（RSOH）和复用段（MSOH）开销则对STM-1有8行×9列×8bit×8000＝4.608Mbit/s

2）信号净负荷区域，存放各种信息的地方，还包括少量用于信道性能监视、管理、控制的通道开销（POH）字节。

则对STM-1有9行×261列×8bit×8000＝150.336Mbit/s

3）管理单元指针区域，它是一组码（指示符），其数值大小指示信息净负荷的第1个字节在STM-N帧中的准确位置；以便接收端正确识别。

采用指针方式是SDH的重要创举，它保证了在准同步环境中完成复用同步和STM-N信号的帧定位。

则对STM-1有1行×9列×8bit×8000＝0.576Mbit/s

7、什么叫净荷？

什么叫开销？

指针的功能是什么？

139页

信号净负荷区域，存放各种信息的地方，还包括少量用于信道性能监视、管理、控制的通道

开销（POH）字节。

段开销（SOH）区域，供网络运行、管理、维护用以保证信息正常灵活传送的附加字节

采用指针方式是SDH的重要创举，它保证了在准同步环境中完成复用同步和STM-N信号的帧定位。

则对STM-1有1行×9列×8bit×8000＝0.576Mbit/s

8、什么叫同步网？

我国同步网的结构是什么？

154页

光同步网是指由一些网络元素组成的，在光线路上进行同步信息传输、复用和交叉连接的网

络。

我国的数字同步网的结构是“多基准钟，分区等级主从同步”方式

9、什么是主从同步？

什么是相互同步？

什么是准同步？

什么是伪同步？

154页-156页

主从同步方式就是要在同步网中设立一个最高级别的基准主时钟，而其他时钟均为逐级与

一级时钟同步的从时钟，以此实现与主时钟同步的目的。

主从同步网多采用树型拓朴结构，基准时钟通过同步链路逐级向下传输，在各交换节点上，通过锁相环将本地时钟与接收到的上一级时钟进行相位锁定，从而达到与基准时钟同步的目的。

相互同步方式，网中不设主时钟，由网内各交换节点的时钟相互控制，最后都调整到一个稳定的、统一的系统频率上，从而实现全网的同步，网络频率为各交换点时钟频率的加权平均值。

准同步方式：

国际间采用的一种同步方式。

准同步方式的特点是网内的时钟独立运行，互不控制，网内所有交换节点都采用高精度的时钟。

虽然时钟频率不能绝对相等，但频差很小，产生的滑动可以满足指标要求。

由于没有时钟间的控制问题，所以网络简单，灵活。

缺点是时钟的性能要求高，费用贵，同时还存在周期性滑动。

伪同步方式（正常工作模式）：

当网络中有两个以上的基准时钟，且都遵守G.811钟建议（标称频率相同，实际略有差异）。

这时网