光纤通信(第二版)期末复习知识点

第一章

1.光纤通信的优缺点。

答：优点：一是通信容量大。光载波的中心频率很高，约为，最大可用带宽一般取载波频率的10%。二是中继距离长。三是抗电磁干扰，光纤通信系统具有良好的电磁兼容性。四是传输误码率极低。缺点：一是有些光器件比较昂贵。二是光纤的机械强度差。三是不能传送电力。四是光纤断裂后的维修比较困难，需要专用的工具。

2，什么是光纤通信。

3.光纤通信系统的应用。

答：一通信网，包括全球通信网、各国的公共电信网、各种专用通信网、特殊通信手段。二计算机局域网和广域网。三有线电视的干线和分配网。四综合业务光纤接入网，分为有源接入网和无源接入网。

4.未来光网络的发展趋势及关键技术

答：发展趋于智能化、全光化。关键技术：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。

第二章光纤和光缆

1光纤结构和分类

答：光纤是由中心的纤心和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝。类型：突变型多模光纤、渐变型多模光纤、单模光纤、双包层光纤、三角芯光纤、椭圆芯光纤

2损耗和色散是光纤最重要的传输特性。损耗限制系统的传输距离，色散限制系统的传输带宽。色散包括模式色散、材料色散、波导色散，其中单模色散只包括后两者。

第三章通信用光器件

1.光源有半导体激光器和发光二极管。其中半导体激光器是向半导体PN结注入电流，实现粒子数反转分布，产生受激辐射，再利用光学谐振腔的正反馈，实现光放大而产生激光的振荡

2.光与物质间的互相作用过程。

答：一受激吸收。在正常状态下，电子处于低能级，在入射光的作用下，它会吸收光子的能量跃迁到高能级上，这种跃迁称为受激吸收。二、自发辐射。在高能级的电子是不稳定的，即使没有外界的作用，也会自动跃迁到低能级上与空穴复合，释放的能量转换为光子辐射出去，这种跃迁称为自发辐射。三、受激辐射、在高能级的电子，受到入射光的作用，被迫跃迁到低能级上与空穴复合，释放的能量产生光辐射，称为受激辐射。

3.比较半导体激光器和发光二极管的异同。

答：不同之处：工作原理不同，LD发射的是受激辐射光，LED发射的是自发辐射光。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，输出功率线性范围窄，制造工艺简单，价格低廉。LED主要应用于小容量的短距离通信系统，ＬＤ主要应用于长距离大容量通信系统。相同之处：使用的半导体材料相同、结构相似，ＬＥＤ和ＬＤ大多此阿勇双异质结结构，把有源层夹在Ｐ型和Ｎ型限制层中间。

4.光检测器是光接受机关键器件，功能室把光信号转换为电信号。光检测器有PIN光电二极管和雪崩光电二极管APD。PIN 主要特性有量子效率和光谱特性、响应时间和频率特性、噪声。APD新引入参数是倍增因子和附加噪声指数

5、APD和PIN在性能上的区别

答：APD具有雪崩增益，灵敏度高，有利于延长系统的传输距离，APD的响应时间短。APD的雪崩效应会产生过剩噪声，因此要适当控制雪崩增益。APD要求较高的工作电压和复杂的温度补偿电路，成本较高。

6.光检测过程有哪些噪声。

答：包括由光生信号电流和暗电流产生的散粒噪声以及负载电阻产生的热噪声。热噪声来源于电阻内部载流子的不规则运动。散粒噪声源于光子的吸收或光生载流子的产生，具有随机起伏的特性，光生信号电流产生的散粒噪声，称为量子噪声，这种噪声的功率与信号成正比。在没有外界入射光的作用下，光检测器中仍然存在少量载流子的随机运动，从而形成很弱的散粒噪声，称为暗电流噪声。所以在有信号光作用的时间内，主要考虑量子噪声和热噪声；

而在没有信号光的作用下，主要考虑暗电流噪声和热噪声。

7.什么是粒子数反转，什么情况下实现光放大。

答：假设能级E1和E2上的粒子数分别为N1和N2,在正常的热平衡状态下，低能级E1上的粒子数是大于高能级上的粒子数

的，入射的光信号总是被吸收。为了获得光信号的放大，必须将热平衡下的能级E1和E2上的粒子数的分布关系倒过来，即高能级的粒子数反而多于低能级上的粒子数，这就是粒子数反转分布。当光通过粒子数反转分布及货物只是，将产生光放大。

7.什么是激光器的阀值条件、

答：对于给定的器件，产生激光输出的条件就是阀值条件。在阀值以上，器件已经不是放大器，而是一个振荡器或激光器。

8.光无源器件。

连接器和接头。连接器是实现光线与光纤之间可拆卸连接器件，接头是实现光纤与光纤之间的永久性连接。光耦合器，是把一个输入的光信号分配给多个输出，或把多个输入的光信号组合成一个输出。光隔离器是一种非互易器件，其主要作用是只允许光波往一个方向上传输，阻止光波往其他方向特别是反方向传输。环形器除了有多个端口外，其工作原理与隔离器类似，主要用于光分插复用器中。外调制器是为了解决直接调制激光器会产生线性调频的问题，而采用的与光源分离的独立调制器件。光开关的功能是转换光路，实现光交换。

第四章

1.为什么光接收机的前置放大器多采用跨组型

答：是因为跨组型前置放大器改善了带宽特性及动态范围，并具有良好的噪声特性。

2.在数字光纤通信系统中，选择码型时应考虑哪几个因素

答：一，能限制信号带宽，减小功率中的高低频分量，二，能给光接收机提供足够的定时信息。三，能提供一定的冗余度，用于平衡码流、误码检测和公务通信。但对高速光纤通信系统，应适当减小冗余度，以免占用过大的带宽。

3，光纤通信中常用的码型有扰码、mBnB码和插入码。

4.光接收机有哪些噪声。

答：第一种是光检测的噪声，包括量子噪声、暗电流噪声极由APD的雪崩效应产生的附加噪声。第二种是热噪声及前置放大器的噪声，热噪声是在特定温度下由电子的热运动产生，任何工作于绝对零度以上的器件都存在，在光接收机中主要包括光检测器负载电阻、前置放大器输入电阻的热噪声。前置放大器噪声，也是一种散粒噪声，是由电域的载流子的随机运动引起的。

第五章数字光纤通信系统

#复用的过程：映射、定位校准、复用。

#系统的性能指标包括：误码率（是衡量数字光纤通信系统传输质量优劣的非常重要的指标，反映了数字传输过程中信息受损害的程度，三种误码率参数和指标：劣化分、严重误码秒、误码秒）。抖动（定义：数字信号在各有效瞬间对标准时间位置的偏差。原因：与定时提取电路的质量、输入信号的状态和输入码流中的连0码数目有关）。可靠性。

1.为什么引入SDH。

答：目前光纤大容量数字传输都采用同步时分复用技术，复用又分为若干等级，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1967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发展，PDH遇到了许多困难。在技术的推动下，同步数字系列的规范建议被提出。SDH解决了PDH存在的问题，是一种比较完善的传输体制，现已得到大量应用。这种传输体制不仅适用于光纤信道，也适用于微波和卫星干线传输。

2．简述PDH和SDH的特点。

答：PDH:我国和欧美、北美、日本各自有不同的PDH数字速率等级体系，这些体系互不兼容，使得国际通信很困难；PDH 的高次群是异步复接，每次复接要进行一次码速调整，使得复用结构相当复杂，缺乏灵活性；没有统一的光接口；PDH预留的插入比特较少，无法适应新一代网络要求；PDH没有考虑组网要求，缺少保证可靠性和抗毁灭性的的措施。SDH的特点：SDH有一套标准的世界统一的数字速率等级结构；SDH的帧结构是矩形块状结构，低速率支路的分布规律性极强，使得上下话路变得极为简单；SDH具有统一的网络结点接口，可以实现光路上的互通；SDH采用同步和灵活的复用方式，便于网络调度；SDH可以承载现有的TDM业务，也可以支持A TM和IP等异步业务；SDH帧结构中拥有丰富的开销比特，预留的备用字节可以进一步满足网络管理和智能化网络发展的需要。

3，数字光纤通信系统的设计

答：设计考虑的内容：根据用户对传输距离和传输容量及其分布的要求，按照国家相关的技术标准和当前设备的技术水平，经过综合考虑和反复计算，选择最佳路由和局站设置、传输体制和传输速率以及光纤光缆和光端机的基本参数和性能指标，以使系统的实施达到最佳的性能价格比。

设计方法：最坏情况法、统计法和半统计法

设计指标中继距离的计算

第六章模拟光纤通信系统

1、模拟光纤传输系统主要调制方式有模拟基带直接光强调制、模拟间接光强调制、频分复用光强调制。

2.预调制（为了增加中继距离，采用扩展信号带宽的调制方式）有频率调制、脉冲调制和方波频率调制。

3.模拟基带直接光强调制系统传输质量特性参数是信噪比和信号失真。