(参考资料)光通信导论-作业1-4章(修改后)

光通信导论

第一章

1、某甲从南开车向北，到十字路口，他看见了红灯；某乙从东到西到这个路口，她看见的是绿灯，故甲获得a比特的信息，乙同样获得a比特的信息。于是信号灯输出的是2a比特的信息。这种看法对吗？为什么？

答：不对。该情况下（假定同一时刻）两个子事件（南北为红灯，东西为绿灯）不相互独立，且两个子事件反应的是的同一信息，所以不能相加；同时，由于信息的共享性，才使得甲和乙分别能够接收到a比特的信息，从而知道信号灯输出信息为a比特。

或者答：信息量是以事物所处的状态出发的，它既是客观的，又是不依赖于接收者的。在该情况下，信号灯南北红灯，东西绿灯正是它特定的一个状态，这时这个状态的信息量是客观的，不会因为接受者的多少就有加减；至于甲和乙能同时分别获得a比特信息，是因为信息的共享性，而当前状态的信息正好有a比特。

（两种答案综合答最好，当然如果有人要分同时与不同时两种情况更好）

2、测不准原理和信息论之间的关系？

答：测不准原理又名不确定性原理，该原理表明：一个微观粒子的某些物理量（如位置和动量，或方位角与动量矩，还有时间和能量等），不可能同时具有确定的数值，其中一个量越确定，另一个量的不确定程度就越大。测量一对共轭量的误差的乘积必然大于常数h/2π（h 是普朗克常数）是海森伯在1927年首先提出的，它反映了微观粒子运动的基本规律，是物理学中又一条重要原理。信息论中所说的信息是从事物的可能性转换为现实性的体现，也就是说如果一个事物在事前可能发生很多的状态，而事后确定了一个状态，那么排除的确定性就越大，所处的状态包含的信息量也就越大，所以说，信息论主要研究的是一个物体所带信息从可能性到现实性的过程。

3、请对信息的基本特征发表一点看法。什么是信息的共享性？解释并举例说明。

答：信息的基本特征主要有三个，第一个是共享性，第二个特征是信息可以被传递，即信息的可传递性，第三个特征是信息的控制作用。信息的共享性即信息可以从一个承载体传递到另一个承载体，但传递过程不会使原有承载体信息减少，例如，一本书里面承载了大量的星系，某人阅读之后，他获得了很多信息。但原书中的信息仍然存在，另一个人再阅读，照样可以获得大量的信息。

4、信息量的单位“比特”和“波特”之间有确定关系吗？请说明。

答：对于通信系统来说，信息流是以单位时间内传送的信息量的多少来描述的，称为信息速率，它的单位是比特/秒，因此又常常称为比特率。而波特的定义是单位时间内传递的符号数（符号速率）。比特和波特并不是同一个概念，如果每个符号包含一比特的信息，那么波特率和比特率在数值上相等。如果每个符号包含了多于1比特的信息，例如十进制的符号，那么波特率就会小于比特；反之，为了确保每个比特的信息都能正确传送，往往采用冗余编码，例如1B2B编码，这样每个符号包含的信息量就少于1比特，这时波特率就会高于比特率。

5、画出通信系统模型框图。广义的信道噪声包括那些？请列举出4种以上的噪声。

答：注意：信息系统的基本模型和通信系统的基本模型不是同一概念：故图应类似

广义噪声包括干扰和狭义噪声。例：白噪声，三角噪声，热噪声，量化噪声 6、

信号()sin y t t =+ 答：非周期性连续信号，非周期连续谱

7信号具有下面频谱特：周期性的连续谱、非周期性的连续谱、周期性的离散谱和非周期性的离散谱。这4种频谱对应的时域信号是什么？含有信息的数字信号具有什么样的频谱？ 答：周期性的连续谱←→非周期性的离散信号

非周期性的连续谱←→非周期的连续信号

周期性的离散谱←→周期性的离散信号

非周期性的离散谱←→周期性的连续信号

含有信息的数字信号既有连续谱又有离散谱。

8、试述加性噪声与乘性噪声的异同？在光通信系统中，什么样的噪声属于加性噪声？什么样的噪声属于乘性噪声?

答：加性噪声，无论通信系统中的有用信号是否存在，它都存在，二者是叠加关系，加性噪声包括 电阻的热噪声、晶体三极管或其他有源器件的散弹噪声以及光电器件的量子噪声。 乘性噪声，只有信号存在时噪声才存在，当输入信号没有时，噪声也就没有了。乘性噪声包括非线性失真噪声，量化噪声以及信号与加性噪声的差拍噪声。

9光噪声的功率谱密度函数的含义是什么？它的量纲是什么？ 答：21()|(,)|2lim

x T S w F w T T

→∞= 噪声功率的大小是它功率谱密度的频域积分。 21

1

lim

()()22T T T x t dt S w dw T π++∞--∞→∞=⎰⎰

或 1()2P S w dw π+∞

-∞=⎰

其中S(w)即为功率谱密度。量纲为功率的单位除以频率的单位

第二章

1、如何理解数字通信网的同步问题？为什么现代通信要采用包通信？

答：数字通信网中，同步系统确实存在收发端机之间具有一定的（相对不变）时间关系。同步系统包括载波同步、位同步、帧同步和网同步。如果同步有误差或失去同步，则数字通信中就会出现大量的误码，甚至使整个通信中断。为了使整个通信系统或者通信网有序、

准

确、可靠的工作，必须保证全网的同步。同步作为一种信息按照其传输方式的不同，又可分为外同步法和自同步法两类。

数字通信网中数据通信信息量很大时，会出现误码。误码率时数字通信可靠性的基本度量。在数字通信中，把信息分为一个个的包传输，可以兼顾信息传输中的可靠性和实时性。

2、什么是光源的相干时间和相干长度？它们之间有什么关系？若有一个1550nm的DFB激光器，它的频带宽度为5MHz，则它的相干时间和相干长度是多少？

答：相干时间是指在这段时间里，光有稳定的相位关系，超过这段时间，相位关系就不确定。相干长度是指在这段长度内，光有稳定的相位关系，超过这段时间，相位关系就不确定。0.2微秒；40m(依照书中的例子，默认介质中的光速为光纤中的光速，即v g=2×108m/s，若有人分情况答题，更好)。

3、光纤的一个重要特点是他的噪声极小，那么光纤信道是否就是没有噪声？

答：光纤信道几乎无噪声，但不可避免的存在噪声。

光纤熔接和连接时都会发生模式混合，而且多段光纤中的每一段色散特性都不同，引起噪声。

多模光纤中，由于沿光纤传播的各个模式之间的干涉作用，在探测器光敏面上形成一个光斑图，由于光斑随时间发生比那话，将会造成接收光功率变化而引起信噪比的下降，对接收机俩说形成一种噪声，此为光纤模式噪声。

单模光纤避免了模式噪声，但群速度色散导致光脉冲的展宽，限制系统的BL值，这种色散导致的光脉冲展宽效应还会使接收灵敏度下降。脉冲展宽，部分能量溢出到比特时间以外而形成码间干扰。

（补充：有关模式噪声内容，超出本章所讲，答案能提及光纤信道中有光纤放大器引入ASE 噪声、信号串扰、色散引起波形失真、不均匀引发反射形成干扰等即可）

4、画出光纤通信系统基本组成的框图，按照一般通信系统的模型，它是一个完整的通信系统吗？为什么？

框图：

光纤通信传输系统

不是，缺少信源和信宿。

5、与有线（同轴电缆，双绞线）电通信方式相比较，光纤通信有哪些优缺点？尽可能