光纤通信答案总结.doc

1丄光纤通信：以光波为载频，以光纤为传播媒介的通信方式。

2.工作区域：近红外区，波长0.8〜1.8 um,对应的频率为167〜375THZ。

3•光纤通信的优点：传输频带宽，通信容量大；损耗低，中继距离远；抗电磁干扰能力强，无串话；保密性好；光纤细，光缆轻；资源丰富，节约有色金属和能源；经济效益好；抗腐蚀、不怕潮湿。

4. 光纤通信系统结构图及各部分作用：电端机对来自信源的信号进行处理，如模/数变换、多路复
用处理。

光发送机吧输入电信号转换为光信号，并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路。

光纤光缆把来自光发送机的光信号以尽可能小的畸变和衰减传输到光接收机。

2.1光纤结构：折射
率较高的纤芯、折射率较低的包层和外面的涂覆层。

2. 光纤的分类及每类光纤的特点：按光纤中传输的模式数量，分为多模光纤（芯径大，容易注入光功率，可以使用LED作为光源。

但存在模间色散，只能用于短距离传输）和单模光纤
（单模光纤只能传输基模，它不存在模间时延差，色散小，这対于高码速长途传输是非常重要的。

但是芯径小，较多模光纤而言不容易进行光耦合，需要使用半导体激光器LD激励）。

按光纤截血上折射率分布，阶跃型（光纤纤芯及包层的折射率都为一常数，为满足全反射条件，纤芯的折射率高于包层的）和渐变型（减少了模式色散，提高光纤带宽，增加传输距离）。

按ITU-T建议分类，G.652光纤：在1310 nm工作时，理论色散值为零。

在1550 nm工作时, 传输损耗最低oG.653：零色散点从1310 nm移至1550 nm,同时1550 nm处损耗最低«G,654：纤芯纯石英制造,在1550 nm处衰减最小（仅0.185dB/km）,用于长距离海底传输。

G.655：引入微量色散抑制光纤非线性，适于长途传输。

3•制造光纤的两种方法：直接熔化法、汽相氧化法。

4. 光纤的两种传输原理方法：波动理论法，射线法。

5. 光纤的光学特性：光纤的光学特性有折射率分布、最大入射角、最大理论数值孔径、模场直径及截止波长等。

6•数值孔径的计算：/VA niax =（n,2-n|）,/2«n1V2A （D = {n2-
物理意义：代表光纤的集光能力。

6•模式：每一个对应于一种能在光线中传输的光场的空间分布，这种空间分布在传输
中只有相位的变化，没有形状的改变，始终满足边界条件，这种空间分布称为模式。

分类：TE模、TM模、EH m n模、H脇模
7. 色散产生的原因：由于不同成分的光信号在光纤中传输时，因其群速度不同，产生不同的时间延迟而引起的一种物理效应。

分类：模式、材料、波导色散。

8. 光纤损耗的原因：当光在光纤中传输时，随着传输距离的增加，光功率逐渐减小。

分类：吸收损耗：组成光纤的材料及其中的杂志对光的吸收作用产生的损耗。

散射损耗：在光纤中传输的一部分光由于散射而改变传输方向，从而使一部分光不能到达收端所产生的损耗。

辐射损耗：光纤受到某种外力作用时，会产生一定曲率半径的弯曲。

弯曲后的光纤可以传光, 但会使光的传播途径改变。

一些传输模变为辐射模，引起能量的泄漏导致的损耗。

连接损耗: 由于进行光纤接续时端面不平整
或光纤位置未对准等原因造成接头处出现损耗。

9. 非线性效应的分类：非线性受激散射、折射率扰动。

10. 单模光纤的性能指标：衰减系数、色度色散系数、零色散波长、零色散斜率。

种类：标准单模
光纤、色散位移光纤、衰减最小光纤、非零色散光纤。

11 •光缆的典型结构：层绞式、骨架式、束管式、叠带式。

12.光纤通信的三个通信窗口：0.85um约为 2.5dB/km, 1.31um约为0・5dB/km, 1.55um约为0.2dB/km
3.1光纤通信对光源的要求：光源发射的峰值波反应在光纤低损耗窗口之内；有足够高的、稳定的
输出光功率，以满足系统对光屮继段距离的要求；单色性和方向性好，以减少光纤的材料色散，提高光源和光纤的耦合效率；易于调制，响应速度快，以利于高速率、大容量数字信号的传输；噪声要小，以提高模拟调制系统的信噪比；光电转换效率高，驱动功率低, 寿命长，可靠性高。

2. LD与LED的比较：前者适用于高速率、长距离、大容量的数字光纤通信系统。

后者适用于低码速、短距离、容量小的数字光纤通信系统或模拟光纤通信系统。

3. 原子能级之间的跃迁：电子的运行轨道不同，代表不同的量子态，最里层轨道上量子态能量最低，最外层轨道量子态能量最高，这些不同的轨道运行时相应的能暈值称为能级。

电子在特定的能级中运动，并通过与外界交换能量的方式发生能级跃迁。

4. LED的工作特性：光谱特性、P・l特性、耦合性、温度特性、调制特性LD的工作特性：阈值特性、光谱特性、温度特性，微分量子效率、功率转换效率，模式特性、调制特性，发射波长、耦合性、寿命
5. LD的分类：
6•光纤通信常用的调制方式及特点：直接调制一简单、经济、容易实现，但调制速率受载流子寿命及高速率下的性能退化的限制。

间接调制一需要调制器，结构复杂，可获得优良的调制性能，特别适合高速率光通信系统。

7.LD的三种调制特性：电光延迟特性。

原因：载流子浓度达到激光阀值电流需要一定的时间。

减小措施：将偏置电流值设置在阀值电流附近。

驰豫振荡特性。

原因：激光器开始发光后，光子浓度达到它的稳态值需要一定的时间。

减小措施：增加直流偏置电流值。

码型效应特性。

原因：当两个相邻的波形相同的电脉冲调制LD吋，输出的两个光脉冲会出现电光延迟时I'可不同、脉冲幅度不等的现象。

8•光纤与光源的耦合方法：直接耦合法和透镜耦合法
9.光发送机的功能：完成电/光转换(E/0),将来自电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，即符合一定要求的光信号，再将已调光信号最大效率地耦合入光纤或光缆传输。

对光发送机的要求：合适的输岀功率、良好的消光比、光谱特性要好、调制特性要好
4.1光纤通信对光电检测器的要求：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；较小的儿何尺寸，便于与光纤及其他电路组装。

2. 光电检测器的原理：
3. 光接收机的检测方式：相干检测和非相干检测
4. 光接收机的组成及个部分功能：接收机前端：将耦合入光电检测器的光信号转换为时变电流，然后进行预放大(电流一电压转换)，以便后级作进一步处理。

是光接收机的核心。

光接收机的线性通道：实现自动增益控制。

时钟提取与数据再生部分：把线性通道输出的升余弦波形恢复成数字信号。

5. 光接收机噪声的分类：散粒噪声和热噪声
&接收灵敏度：接收机工作于某一误码率所要求的最小平均接收光功率。

误码率(BER)：接
收机判决电路错误确定一个比特的概率。

BER = P(1)P(O/1) + P(O)P(1/O)
7.光中继器的功能：均衡放大、识别再生、再定时。

5.1各种光无源器件功能、性能指标及分类。

光纤连接器：主要用于光发送机光源器件尾纤输出或光接收机光电检测器尾纤输入等系统侧与线路传输侧光纤之间的连接。

插入损耗、冋波损耗、重复
性和互换性。

按传输媒介的不同可分为单模光纤连接器和多模光纤连接器，按结构的不同分为FC、SC、ST、D4、DIN、MU、MT、LC等，按连接器的插针端面可分为FC、PC、APC等，按光纤芯数分为单芯和多芯。

光纤耦合器：实现光信号的分路/合路，就是把一个输入的光信号分配给多个输出或者把多个输入的光信号组合成一个输岀。

插入损耗、附加损耗、分光比、方向性、均匀性、隔离度。

从功能上，可分为光功率分配器和光波长分配（合/分波）耦合器。

从端口形式上，可分为X形（2X2）、Y形（1X2）、星形（/VXN, N >2）以及树形（1XN, N>2）耦合器°从工作带宽上，可分为单工作窗口的窄带耦合器、单工作窗口的宽带耦合器和双工作窗口的宽带耦合器。

rti于传导光模式的不同，乂有多模光纤耦合器和单模光纤耦合器Z分。

光开关：自动保护倒换、光网络监控、光纤通信器件测试、光交叉连接、光分插复用。

插入损耗、回波损耗、隔离度、远端串扰、近端串扰、消光比、开关时间。

光开关包括机械式光开关、非机械式光开关和半导体光开关等。

光调制器、光隔离器、光环行器、光衰减器
6.1光放大器的功能：提供光信号增益，以补偿光信号在通路中的传输衰减，增大系统的无中继传输距离。

在泵浦能量（电或光）的作用下，实现粒子数反转（非线性光纤放大器除外）, 然后通过受激辐射（受激散射）实现对入射光的放大。

分类：半导体光放大器、非线性光纤放大器、掺钮光纤放大器。

应用范围:线路放大、功率放大、前置预放大、局域网的功率放大器。

6.2掺钮光纤放大器的工作原理：釆用掺聊离子单模光纤为增益介质，在泵浦光作用下产生粒子数反转，在信号光诱导下实现受激辐射放大。

6.3掺饵光纤放大器的组成及各部分功能：掺餌光纤：当一定的泵浦光注入到掺餌光纤中时，Er3+从低能级被激发到高能级上，由于在高能级上的寿命很短，很快以非辐射跃迁形式到较低能级上，并在该能级和低能级间形成粒子数反转分布。

半导体泵浦二极管：为信号放大提供足够的能暈，使物质达到粒子数反转。

波分复用耦合器：将信号光和泵浦光合路进入掺钳光纤中。

光隔离器：使光传输具有单向性，放大器不受发射光影响，保证稳定工作
6.4泵浦方式：同向（前向）泵浦、反向（后向）泵浦、双向泵浦。

6.5掺弭光纤放大器的增益跟泵浦功率、光纤长度、输入信号功率的关系
6.6拉曼光纤放大器的工作原理：频率为op和o）s的泵浦光和信号光通过耦合器输入光纤，当这两束光在光纤中一起传输时，泵浦光的能量通过SRS效应转移给信号光，使信号光得到放大。

分类：从结构上可以分为分离式FRA和分布式FRA。

6.7光纤通信系统中应用色散补偿技术的原因：由于光放大技术的发展和光纤放大器的实用化，光纤损耗己不再是光纤通信系统的主要限制因素。

某种意义上说，光放大器解决了损耗问题，但同时加重了色散，因为与光/电/中继相比，光放大器不能把它的输出信号恢复成原来的形状。

其结果是输入信号经多个放大器后，它引入的色散累积使输出信号展宽，对系统传输速率和距离产生了严重的限制，因此需要色散补偿使输出的光信号恢复成原来的形状。

6.8色散补偿技术的分类：后补偿技术、预补偿技术、在线补偿技术。

7.1光纤通信中线路码型的选择须满足的要求：1.应避免在信码流中出现码流中长串的连"1〃或连“0〃码。

2.尽暈减少信码中直流分量的起伏。

3.能进行在不中断业务的条件下检测线路的BERo 7.2常用的线路码型：分组码、插入比特码。

7.3两个性能指标：误码、抖动性能。

7.4ITU-T规定的光波分
复用系统的信道间隔：0.8nm（在1.55um）对应100GH频率间隔）的整数倍。

女U 0.8nm> 1.6nm。

7.5波分复用系统的分类：从传输方向分，可以分为双纤单向波分复用系统和单纤双向波分复用系统；从光接口类型分，可以分为集成式波分复用系统和开放式波分复用系统。

7.6两种数字传输体系：准同步数字体系、同步数字体系。

7.7SDH的帧结构：1.在STM-N帧结构中，共有9行，270XN列，每个字节二8比特，帧周期为125 H So 2.字节的传输顺序是：从第一行开始由左向右，由上至下传输，在125 US时间内传完一帧的全部字节数为9X270X/V。

(1).段开销(SOH)[X域：段开销的主要作用是供网络运行、管理和维护的一些附加的字节。

(2).信息净负荷区域：它是帧结构中存放各种信息的地方。

(3).管理单元指针
(AU PTR)区域：管理单元指针实际上是一组码，用来指示信息在净负荷区的具体位置。

7.8光纤通信系统的系统设计要进行的预算：功率预算、帯宽预算、上升时间预算、色散预算、系统功率代价。

7.9相干光通信的工作原理：在发送端，采用外光调制方式将信号以调幅、调相或调频的方式调制到光载波上，再经光匹配器送入光纤中传输。

当信号光传输到达接收端时，首先与木振光信号进行相干混合，然后由探测器进行检测。

分类：按照本振光信号频率与接收到的信号光频率是否相等，可分为外差检测相干光通信和零差检测相干光通信。

7.10光孤子特点：能在光纤中传播的长时间保持形态、幅度和速度不变的光脉冲。