光纤通信习题解答..

WDM系统的工作原理:波分复用(WDM)技术是在一根光纤中同 时传输多波长光信号的一项技术。其基本原理是在发送端将不 同波长的光信号组合起来(复用)，并耦合到光缆线路上的同一根 光纤中进行传输。在接收端又将组合波长的光信号分开(解复用)， 并作进一步处理，恢复出原信号后送入不同的终端。
WDM系统的基本构成主要有以下三种形式： 1)双纤单向传输 2）单纤双向传输 3）光分路插入传输
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（5）四波混频（FWM）
信道间相互作用产生新的频率，
FWM是影响系统性能的主要非线性效应： 当FWM产生的新频率落入信道带宽范围内时，会引起信道 强度起伏和信道间串扰。
光纤
f f1
f f1 fFWM f3
f3
f2
f2
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Chap.7 No.4 叙述WDM系统的工作原理。 p177
WDM系统有哪几种基本结构形式？p178
较小的几何尺寸，便于与光纤及其他电路组装
APD具有雪崩效应，倍增电流较大，但是噪声也较大。
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Chap.4 No.4 何谓暗电流？暗电流是怎么产生的？ 暗电流的存在对信号的接收会产生什么影响？
处于反向偏压下的半导体光电二极管，在无光照 时仍有电流流过，这部分电流称为暗电流。
光电检测器中的暗电流对光接收机灵敏度的影响 与消光比的影响相似。暗电流与光源无信号时的残留 光一样，在接收机中产生噪声，降低接收机的灵敏度。
注：段开销 SOH区域中，第1～3行又被成为再生段开销 RSOH。 第5～9行被称为复用段开销MSOH。
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STM-N 帧结构
9 270 N 字节
1 3 4 5
传输方向
SOH
AU PTR
STM－N 净负荷 （含POH）
SOH
9
9N 270 N 列
261 N
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（教材p.12）
Chap.6 No.4 将2Mbit/s映射复用进SDH，为什么会
光纤通信系统的可用性是指光纤通信系统在给定的时 间间隔内处于良好工作状态的能力。 参见例题的解法，见辅助文档。
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Chap.8 No.6 某单模光纤传输系统的参数如下，……
求：系统最大的中继距离能达多少公里？ 解：由条件可知 Ac＝1.0×2＝2dB； As＝0.1 dB／Km； Af＝0.5 dB／Km； Mc＝0.3 dB／Km ASR=PS－PR－Me PS＝-3 dBm；PR＝-40 dBm；Me＝4 dB L＝34.44 km。
生瑞利散射？瑞利散射损耗的大小与什么有关？
瑞利散射是由于光纤内部的密度不均匀引起的， 从而使折射率沿纵向产生不均匀，其不均匀点的尺寸 比光波波长还要小。光在光纤中传输时，遇到这些比 波长小，带有随机起伏的不均匀物质时，改变了传输 方向，产生了散射。瑞利散射损耗的大小与 1 / 4 成正 比。
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Chap.2 No.7 何谓模式截止？光纤单模传输的条件是什么？
应用范围-长距离大容量高速光通信。
Chap.3 No.2 为什么LD要工作在正向偏置状态？何谓激 光器的阈值电流？激光器的阈值电流与激光器的使用温度、 使用时间有什么关系？
LD加正向偏置电压用以克服 PN结中自建场的影 响，从而降低势垒，以形成粒子数反转分布。
激光器阈值电流指满足克服谐振腔内损耗而产生 激光的最小的外加激励电流。 激光器的阈值电流与温度和使用时间成正比关系。
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Chap.8 No.2 在光纤通信系统中产生误码的原因有哪些？ 为能正确的反应误码的分布信息，应采用什么方法来评定 误码性能？为什么？
各种噪声源，色散引起的码间干扰，定位抖动产 生的误码，复位器，交叉连接设备和交换机的误码 （见8.2.2）。 为了能正确地反映误码的分布信息，ITU-T G.821 建议采用时间率的概念来代替平均误码率的评定方法。
范围界定：由3个接口来定界，即网络侧经业务节点接口（SNI） 与业务节点 (SN) 相连；用户侧经用户网络接口 (UNI) 与用户相 连；管理侧经Q接口与电信管理网(TMN)相连，无Q接口时由协 调设备(MD)与TMN相连。
单模光纤中传输的是什么模式？其截止波长为多大？阶跃折射 率光纤中线性极化模LP11模对应的是什么矢量模？
对每一个传播模来说，在包层中它应该是衰减很大，不 能传输。如果一个传播模，在包层中不衰减，也就是表明该 模是传过包层而变成了辐射模，则就认为该传播模被截止了。 所以一个传播模在包层中的衰减常数W=0时，表示导模截止。 单模光纤传输条件：归一化频率V≤2.4048 单模光纤中传输的是LP01模，对应的矢量模是HE11模。 截止波长由下式计算 2 2a n12 n2 c 2.4048 LP11模对应的矢量模是TE01，TM01，HE21。
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Chap.5 No.1 光纤连接器应用在什么地方？影响 光纤连接器损耗的因素有哪些？
光纤连接器是使一根光纤与另一根光纤之间完成 活动连接的器件，主要用于光源器件尾纤输出或光电 检测器尾纤输入与传输光纤之间的连接。 光纤连接时引起的损耗与多种因素有关，诸如光 纤的结构参数（如纤芯直径、数值孔径等）、光纤的 相对位置（如横向位移、纵向间隙等）以及端面状态 （如形状、平行度）等。
有三种结果容量。哪种映射的效率最高？哪种映射的效率 最低？哪种映射方式最为灵活？
根据复用路径不同，可以有C4 、C3和C12三条 路径，对应的最终等效业务容量分别是 64 、 48 和 63 个2Mbit/s。 其中C4路径映射效率较高，而C12路径最为灵活。
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图6-4 我国的SDH基本复用映射结构
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Chap.9 No.1 在电信网中，接入网是怎样定义的？ 接入网的范围由什么来界定？
参见9.1.1，接入网的定义由建议G.902给出。
接入网的范围界定见9.1.1中第2点。
定义：接入网是由业务节点接口(SNI)和用户网络接口（UNI） 之间的一系列传送实体（如线路设施和传输设施）组成的、为 传送电信业务提供所需要传送承载能力的实施系统。
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Chap.3 No.6 在光纤通信系统中对LD驱动电路和偏置电路有什么要
求？在 LD驱动电路中为什么一定要加偏置电流？偏置电流应加多大才合 适？若偏置电流加得过大或过小对LD的调制特性会产生什么影响？
对LD驱动电路和偏置电路的要求是 输出的光脉冲峰值保持恒定 光脉冲的通断比应＞＞10 激光发射的时间必须远短于码元时间 采用阻尼电路以避免张驰振荡 因为LD是阈值器件，只有外加驱动电流超过阈值后才能发 出激光，为使得较小的数据电流ID亦可产生足够的光输出，因此 需要加偏置电流IB，IB的选取原则是略小于Ith。 太小的IB需要较大的ID才能满足阈值条件； 太大的IB会引起消光比性能下降，同时较高的电流也会产生较大 的热量，以及寿命的缩短。
可知，最大接收角为 12.22°，而入射角大于临界角， 所以入射光纤不满足全反射条件，不能传输，是辐射 模。
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Chap.3 No.1 比较半导体激光器和发光二极管的异同。半 导体激光器（LD）有哪些特性？半导体发光二极管（LED） 有那些特性？ 解答题
LD和LED都可以用作通信光源。
LD原理是受激辐射，而LED是自发辐射。 LD是阈值器件，需要较完善的驱动和外围电路， 发散角较小,其发出的光谱线窄，适宜于高速率系统； LED没有阈值，结构简单，但其发散角较大,谱线 较宽，适用于要求较低的场合。
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Chap.4 No.1 光纤通信系统对光检测器有什么要 求？比较PIN和APD各自的特点。
参见4.1，光纤通信系统对光检测器的基本要求是：
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
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Chap.6 No.3 计算STM-1帧结构中RSOH、 MSOH和AU PTR的速率。
对于STM-1，每帧为9×270=2430字节，其中
RSOH：3行×9列×8比特/字节×8000帧/秒＝1.728Mb/s MSOH： 5行×9列×8比特/字节×8000帧/秒＝2.88Mb/s
AU PTR：1行×9列×8比特/字节×8000帧/秒＝0.576Mb/s
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图8-6 误码率随时间的变化
只 要 T0 和 TL 选 择 恰 当 ， 就可以用来评价各种数字 信息在单位时间内误码的 程度以及误码超过某一规 定值的时间占总测量时间 的百分数。因此，是比较 适用和便于测量的评定方 法。
T0为取定的适合于评定各种业务的 单位时间，TL为测量误码率总时间。
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Chap.8 No.5 何谓光纤通信系统的可用性？ 有一数字段长420km，有6个中继站，采用不间断电源供 电……（题目略）
WDM系统有何影响？为什么G.653光纤不适宜使用在WDM系 统中？
四波混频是指当多个频率的光波以很大的功率在 光纤中同时传输时，由于非线性效应引发多个光波之 间出现能量交换的一种物理过程，这种能量转移不仅 导致信道中光功率的衰减，而且引起各信道之间的彼 此干扰。
G.653光纤在1550nm波长附近是零色散，易产 生四波混频效应，所以G.653光纤不适于用于WDM系 统。
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Chap.2 No.10 某阶跃折射率光纤的参数为……试问该入 射光线在光纤中是成为传导模还是辐射模？为什么？
此题包括光在空气与纤芯分界面以及纤芯与包层 分界面两次反射，可以先由纤芯/包层分界面全反射条 件求出临界角，再利用三角关系计算入射角，或直接 利用教材上公式
2 ，将n1＝1.5，n2＝1.485代 入 n0 sin a n12 n2
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LED:优点-线性度好,无阈值;温度特性好;结构简单、 价格低、寿命长、使用简单。 缺点-自发辐射荧光，谱线宽；与光纤耦合效率低。 应用范围-短距离小容量低速光通信。 LD:优点-有谐振腔的受激发光，谱线窄；与光纤耦合 效率高；有阈值条件，需加偏置（加偏置可提高LD的 调制速率）。 缺点-温度特性差；线性度较差；寿命较短。
×N STM-N AUG ×1 AU-4 VC-4 C-4
139264kb /s
×3
TUG-3
×1
Fra Baidu bibliotek
TU-3
VC-3
C-3
34368kb /s
指针处理 复用 定位校准
×7 TUG-2
×3 TU-12
VC-12
C-12
2048kb/ s
映射
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Chap.6 No.8 说明SDH网同步的工作模式。
SDH网同步的工作模式有主从同步和伪同步两种 工作模式。伪同步是指数子网内各节点都具有独立的 基准时钟，时钟精度高，各节点之间误差值小，接近 同步。主从同步是指网内设一主局，配有较高精度的 时钟（主时钟），网内其他节点均受控于主局，并逐 局下控，直至最末端的节点。
Chap.2 No.1 光纤产生衰减的原因是什么？衰减对通信有什 么影响？……则该光纤的衰减系数α为多少？
光纤产生衰减的原因包括吸收、散射和辐射。衰 减会导致信号功率损失，造成接收困难。
α (1550nm)＝10lg(Pin/Pout)/L=10lg(4/3)/5≈0.25dB/km
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Chap.2 No.2 光脉冲在光纤中传输时，为什么会产
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Chap.4 No.7 何谓动态范围？何谓接收机灵敏度？灵敏度 怎么表示？在保证误码率为10-9的条件下，测得： Pmax=0.2uW，Pmin=13.6nW，求该接收机的动态范围 值和灵敏度值。
动态范围是：接收机适应输入信号变化的能力， 也即光接收机接收 信号灵敏度和过载功率之间的差值。 光接收机灵敏度是表征光接收机调整到最佳状态时，接收微弱光信 号的能力。它可用以下三种物理量表示（在保证误码率条件下）： 输入的最小平均光功率PR。 每个光脉冲的最低平均光子数n0。 每个光脉冲的最低平均能量Ed。 10lg(0.2μw/1mw)=10lg(2×10-4)=-36.99dBm 10lg(13.6nw/1mw)=10lg(1.36×10-4)=-48.67dBm -36.99-(-48.67)≈11.68dB 所以，灵敏度为-48.67dBm，动态范围为11.68dB。
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图6-35 伪同步和主从同步原理图
至国外国际局 伪同步 国际局 MS 端局 MS 端局 MS 国内局 MS 汇接局 MS 端局 MS … 国内局 MS 汇接局 MS 端局 国际局 MS 国内局 MS 汇接局 MS 端局 MS … 国内局 MS 汇接局 MS 端局
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MS：主从同步
Chap.7 No.3 什么是“四波混频”效应？“四波混频”对于