光纖通信課后習題復習資料

1、光纖通信課后習題復習資料習題一1 .光纖通信的優(yōu)缺點各是什么？答：優(yōu)點有：帶寬資源豐富，通信容量大：損耗低，中繼距離長；無串音干擾，保密性好：適應(yīng)能力強；體 積小、重量輕、便于施工維護：原材料來源豐富，潛在價格低廉等。缺點有：接口昂貴，強度差，不能傳送電力，需要專門的工具、設(shè)備以與培訓，未經(jīng)受長時間的檢驗等。2 .光纖通信系統(tǒng)由哪幾部分組成？各部分的功能是什么？答：光纖通信系統(tǒng)由三部分組成：光發(fā)射機、光接收機和光纖鏈路。光發(fā)射機由模擬或數(shù)字電接口、電壓一電流驅(qū)動電路和光源組件組成。光源組件包括光源、光源一光纖耦合 器和一段光纖（尾纖或光纖跳線）組成。模擬或數(shù)字電接的作用是實現(xiàn)口阻抗匹配和信號電

2、平匹配（限制輸入信號的振幅）作用。光源是led或ld, 這兩種二極管的光功率與驅(qū)動電流成正比。電壓一電流驅(qū)動電路是輸入電路與光源間的電接口，用來將輸入 信號的電壓轉(zhuǎn)換成電流以驅(qū)動光源。光源一光纖耦合器的作用是把光源發(fā)出的光耦合到光纖或光纜中。光接收機由光檢測器組件、放大電路和模擬或數(shù)字電接口組成.光檢測器組件包括一段光纖（尾纖或光纖跳 線）、光纖一光檢波器耦合器、光檢測器和電流一電壓轉(zhuǎn)換器。光檢測器將光信號轉(zhuǎn)化為電流信號。常用的器件有pin和apd.然后再通過電流一電壓轉(zhuǎn)換器，變成電壓信 號輸出。模擬或數(shù)字電接口對輸出電路其阻抗匹配和信號電平匹配作用。光纖鏈路由光纖光纜、光纖連接器、光纜終端盒

3、、光纜線路盒和中繼器等組成。光纖光纜由石英或塑料光纖、金屬包層和外套管組成。光纜線路盒：光纜生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的光纜一般為2km 一 盤，因而，如果光發(fā)送與光接收之間的距離超多2km時，每隔2km將需要用光纜線路盒把光纜連接起來。光 纜終端盒：主要用于將光纜從戶外（或戶內(nèi)）引入到戶內(nèi)（或戶外），將光纜中的光纖從光纜中分出來，一 般放置在光設(shè)備機房內(nèi)。光纖連接器：主要用于將光發(fā)送機（或光接收機）與光纜終端盒分出來的光纖連接 起來，即連接光纖跳線與光纜中的光纖。3 .假設(shè)數(shù)字通信系統(tǒng)能夠在高達1%的載波頻率的比特率下工作，試問在5ghz的微波載波和1. 5511m的光載 波上能傳輸多少路64kb/s的音

4、頻信道？解：根據(jù)題意，求得在5ghz的微波載波下，數(shù)字通信系統(tǒng)的比特率為50mb/s,則能傳輸781路64kb/s的音 頻信道。根據(jù)題意，求得在1.55 的光載波下，數(shù)字通信系統(tǒng)的比特率為1.935gb/s,則能傳輸路64kb/s 的音頻信道。4 . sdh體制有什么優(yōu)點？答：（1） sdh傳輸系統(tǒng)在國際上有統(tǒng)一的幀結(jié)構(gòu)，數(shù)字傳輸標準速率和標準的光路接口，使網(wǎng)管系統(tǒng)互通， 因此有很好的橫向兼容性，它能與現(xiàn)有的準同步數(shù)字體制（pdh）完全兼容，并容納各種新的業(yè)務(wù)信號，形 成了全球統(tǒng)一的數(shù)字傳輸體制標準，提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性：（2） sdh接入系統(tǒng)的不同等級的碼流在幀結(jié)構(gòu)凈負荷區(qū)內(nèi)的排列非常有規(guī)律，

5、而凈負荷與網(wǎng)絡(luò)是同步的，它 利用軟件能將高速信號一次直接分插出低速支路信號，實現(xiàn)了一次復用的特性，克服了 pdh準同步復用方式 對全部高速信號進行逐級分解然后再生復用的過程，由于大大簡化了數(shù)字交叉連接（dxc）,減少了背靠背的 接口復用設(shè)備，改善了網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)傳送透明性：（3）由于采用了較先進的分插復用器（adm）、數(shù)字交叉連接（dxc）.網(wǎng)絡(luò)的自愈功能和重組功能就顯得非 常強大，具有較強的生存率。因sdh幀結(jié)構(gòu)中安排了信號的5%開銷比特，它的網(wǎng)管功能顯得特別強大，并 能統(tǒng)一形成網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，為網(wǎng)絡(luò)的自動化、智能化、信道的利用率以與降低網(wǎng)絡(luò)的維管費和生存能力起到 了積極作用：（4）由于sdh有多

6、種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，它所組成的網(wǎng)絡(luò)非常靈活，它能增強網(wǎng)監(jiān)，運行管理和自動配置功能, 優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)性能，同時也使網(wǎng)絡(luò)運行靈活、安全、可靠，使網(wǎng)絡(luò)的功能非常齊全和多樣化；（5） sdh有傳輸和交換的性能，它的系列設(shè)備的構(gòu)成能通過功能塊的自由組合，實現(xiàn)了不同層次和各種拓撲 結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，十分靈活；光纖通信課后習題復習資料（6） sdh并不專屬于某種傳輸介質(zhì)，它可用于雙絞線、同軸電纜，但sdh用于傳輸高數(shù)據(jù)率則需用光纖。這 一特點表明，sdh既適合用作干線通道，也可作支線通道。例如，我國的國家與省級有線電視干線網(wǎng)就是采 用sdh,而且它也便于與光纖電纜混合網(wǎng)（hfc）相兼容：（7）從osi模型的觀點來看，sd

7、h屬于其最底層的物理層，并未對其高層有嚴格的限制，便于在sdh上采用 各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，支持atm或ip傳輸：（8） sdh是嚴格同步的，從而保證了整個網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定可靠，誤碼少，且便于復用和調(diào)整：（9）標準的開放型光接口可以在基本光纜段上實現(xiàn)橫向兼容，降低了聯(lián)網(wǎng)成本。5 .簡述未來光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢與關(guān)鍵技術(shù)。答：全光網(wǎng)絡(luò)將成為維純電纜網(wǎng)絡(luò)、光電耦合網(wǎng)絡(luò)后的第三代網(wǎng)絡(luò)。全光網(wǎng)絡(luò)是指信號只是在進出網(wǎng)絡(luò)時才 進行電/光和光/電的變換，而在網(wǎng)絡(luò)中傳輸和交換的過程中始終以光的形式存在，因此在整個傳輸過程中沒 有電的處理。全光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)主要有光放大中繼技術(shù)、光復用技術(shù)、光交換技術(shù)、光分插復用技術(shù)等。6 .簡述

8、wdm的概念。答：波分復用的基本思想是將工作波長略微不同、各自攜帶了不同信息的多個光源發(fā)出的光信號，一起注入 到同一根光纖中進行傳輸。7 .解釋光纖通信為何越來越多地采用wdm+edfa方式。答：采用wdy技術(shù)的原因是和它的優(yōu)點分不開的，它有如下優(yōu)點：（1）充分利用了光纖的巨大帶寬資源：（2）同時傳輸多種不同類型的信號：（3）實現(xiàn)單根光纖雙向傳輸；（4）多種應(yīng)用形式；（5）節(jié)約線路投資；（6）降低器件的超高速要求。采用edfa技術(shù)的原因是和它的優(yōu)點分不開的，它有如下優(yōu)點：（1）中繼器的價格下降了：（2）對傳送的數(shù)據(jù)速率和調(diào)制格式透明，這樣系統(tǒng)只需改變鏈路的終端設(shè)備就很容易升級到高的速率：（3）

9、可以同時放大多個波長信號，使波分復用（wdm）的實現(xiàn)成為可能：（4）提供了系統(tǒng)擴容的新途徑，無需增加光纖和工作的速率，只需通過增加波長就可提高系統(tǒng)的容量：（5）最關(guān)鍵的是系統(tǒng)的成本下降了。8 .全光網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點是什么？答：能充分利用光纖的帶寬資源，故容量大，傳輸質(zhì)量好，開放性，易于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)結(jié)構(gòu)，可擴展性， 結(jié)構(gòu)簡單，透明性，可靠性高，可維護性好。習題二9 .光波從空氣中以角度a =33投射到平板玻璃表面上，這里的a是入射光與玻璃表面之間的夾角。根據(jù) 投射到玻璃表面的角度，光束一部分被反射，另一部分發(fā)生折射，如果折射光束和反射光束之間的夾角正好 為90 ,請問玻璃的折射率等于多少？這種玻璃的

10、臨界角又是多少？解：入射光與玻璃表面之間的夾角4=33 ,則入射角a =57 ,反射角 =57 。由于折射光束和反射光束之間的夾角正好為90 ,所以折射角a=330 .光纖通信課后習題復習資料由折射定律,sin =, sin”,得到、.=sin8, /sin。= sin67/sin33 (自己用 matlab 算出來)其中利用了空氣折射率這種玻璃的臨界角為q =arcsinl (自己用matlab算出來)10 計算1=148與% = 1.46的階躍折射率光纖的數(shù)值孔徑。如果光纖端面外介質(zhì)折射率 = 1.00,則允許的最大入射角8皿為多少？解：階躍光纖的數(shù)值孔徑為附二小門縱皿二行至片0.24允許

11、的最大入射角=arcsin(0.24)自己用matlab算出來11 弱導階躍光纖纖芯和包層折射率分別為仆=1.5, % =1.45,試計算(1)纖芯和包層的相對折射率;(2)光纖的數(shù)值孔徑24 解：階躍光纖纖芯和包層的相對折射率差為a =卷色氏0.03光纖的數(shù)值孔徑為na =加-后土0.3812 已知階躍光纖纖芯的折射率為仆=1.5,相對折射(指數(shù))差a = 0.01,纖芯半徑“ =25/，若 計算光纖的歸一化頻率v與其中傳播的橫數(shù)量m。解：光纖的歸一化頻率v =a n叵:33.3光纖中傳播的模數(shù)量m a匕= 55426. 一根數(shù)值孔徑為0.20的階躍折射率多模光纖在850nm波長上可以支持1

12、000個左右的傳播模式。試問:(1)其纖芯直徑為多少？(2)在1310nm波長上可以支持多少個模？(3)在1550nm波長上可以支持多少個模？解:由乂仔b仔m得到纖芯直徑為吟焉吟嚶喈鬻空當33m有含嚼臉嚕得到模的個數(shù)為=m =4x1000 = 421.石 (131f光纖通信課后習題復習資料(3)當4=1.55,，得到模的個數(shù)為%=4tm =竺、1000 = 354-(1.55/6 .用纖芯折射率為1=1.5,長度未知的弱導光纖傳輸脈沖重復頻率力)=的光脈沖，經(jīng)過該光纖后,信號延遲半個脈沖周期，試估算光纖的長度解：信號的周期為7=1/人信號在纖芯中傳輸?shù)乃俣葹関 = c/ %由于信號延遲半個脈沖

13、周期，則光纖的長度l為l = i，x1= tx_l = lul-l_ = 12.5m 2 f 2 yo1.5 2x8xl067 .有階躍型光纖，若修=1,5, 4 = 1.31，那么(1)若a = 0.25,為保證單模傳輸，光纖纖芯半徑。應(yīng)取多大？(2)若取芯徑“ =5,叫 保證單模傳輸時，應(yīng)怎么選擇？解：(1)由歸一化頻率1/=生。病二/j后得到為了保證光纖中只能存在一個模式，則要求v 2.405,則要求光纖纖芯半徑4 2.4051.312.405 八1212 1.5xx0.25z、2 z2(2)若取芯徑4 = 5?，保證單模傳輸時，則a = a-l 10-azj,o=0.3xl0-18/a

14、v（2）如果光纖的損耗變?yōu)?.5d3/k，則所需的輸入光功率為f =月10s。=0.3x10-w11 .有一段由階躍折射率光纖構(gòu)成的5km長的光纖鏈路，纖芯折射率=149,相對折射率差 = 0.01。（1）求接收端最快和最慢的模式之間的時延差；（2）求由模式色散導致的均方根脈沖展寬；（3）假設(shè)最大比特率就等于帶寬，則此光纖的帶寬距離積是多少?解：（1）纖芯和包層的相對折射率差為a = l21=o.oi則得到m = 1.475接收端最快和最慢的模式之間的時延差jr =幺 =5 *)x 0.01 = 0.11cn, 3x10s xl.475（2）模式色散導致的均方根脈沖展寬實際上就等于最快和最慢的

15、模式之間的時延差j 2st = cn2(3)光纖的帶寬距離積bl = e= 一, = 8,05k- gb/s m 1.49x0.01212 .有10km長附=。30的多模階躍折射光纖，如果其纖芯折射率為1.45,計算光纖帶寬。解：纖芯和包層的相對折射率a為0.021由階躍光纖的比特距離積血4,得到光纖帶寬 22cb 。，可寫成di = g/dz , 即d/=gdz,若g為常數(shù)，則積分得到/ =在衰減時，cvo,可寫成d/=a/血，即,/=adz，若a為常數(shù)，則積分得到/ = /。“-笊：所以，當光放大和光衰減同時存在時，便有/ = /odgy.顯然，此式成立的條件是：g,a都與/,z無關(guān)。補充

16、題2.設(shè)ld的光學諧振腔長為l,諧振腔前、后鏡片的光強反射系數(shù)分別為不g，諧振腔介質(zhì)的光強授耗系數(shù)為g，諧振腔的光強增益系數(shù)為g,試證明：激光所要求的諧振條件(閾值增益條件)為ga + in 2l rr2解：在諧振腔內(nèi)任取一點z,此點光強/(z),該光強向右傳播到前鏡片，經(jīng)反射后向左傳播到后鏡片，再經(jīng)過反射向右傳播回到z點，則光強變?yōu)椤皕 + 2l) = l)rxr2e(g-a1l顯然，產(chǎn)生激光的條件為返回z點的光強要大于z點發(fā)出的光強i(z + 2l) /(z)即/(z)產(chǎn)得到丑/gy儂之1,因而gna+二一ln一2l rr2記g力三c + ln-l,是諧振腔的總損耗，只有增益gngm時，才

17、能產(chǎn)生激光，故把g力叫激光器的閾值 2l )r2條件。習題四1 .光纖的連接損耗有哪些？如何降低連接損耗？答：光纖連接器引入的損耗有插入損耗(insertion loss)和回波損耗(return loss)o插入損耗是由光纖端 接缺陷造成的光信號損失，插入損耗越小越好?；夭〒p耗是由于光波在光纖端接的界面處產(chǎn)生菲涅耳反射， 反射波對光源造成干擾，故回波損耗越大越好。itu建議回波損耗值不小于38db.由徑向偏移產(chǎn)生的損耗比縱向偏移大得多，因而首先要保證光纖釉心對準、靠緊，光纖通信課后習題復習資料n8解：由 m = log2 n ,得至ij af = log2 8 = 12 222 .試用2x2

18、耦合器構(gòu)成一個8x8空分開關(guān)陣列，畫出連接圖和輸入、輸出端口信號間的流向，計算所需 要開關(guān)數(shù)。3 .討論圖4.19所示平面陣列波導光柵的設(shè)計思想和方法.答：集成陣列波導光柵由輸入/愉出波導、星型波導和陣列波導三部分組成,輸入、星型波導與陣列波 導組成一個相位控制器，使得到達衍射光柵的光波相位與光的輸入端口和光波長有關(guān)。與陣列波導輸出端面 相連的星型波導的輸入端面充當衍射光柵的作用。每個陣列中的波導正對中心的輸入/輸出波導，端而展開 以減小耦合損耗，陣列波導數(shù)要保證所有衍射光能被收集。這樣從輸入波導進來的光就能被無畸變(或畸變小) 傳輸?shù)捷敵霾▽?，波導陣列中相鄰波導間的長度差為常數(shù)，對入射光的相

19、位周期性地調(diào)制。4 .簡述光耦合器和wdm分波器有什么不同？答：光纖耦合器是實現(xiàn)光信號分路/合路的功能器件，一般用于把一個輸入光信號分配給多個輸出，或把 多個輸入光信號組合成一個輸入。耦合器大多與波長無關(guān)，與波長相關(guān)的耦合器專稱為波分復用器/解復用器。5 .光濾波器有哪些種類？濾波器應(yīng)用在什么場合？答：光濾波器種類有：lf-p腔型光濾波器：光纖型f-p腔濾波器，鐵電液晶光濾波器，微機械f-p濾波 器：2.馬赫-曾德干涉型光濾波器：3.基于光柵的濾波器：聲光可調(diào)濾波器，電光可調(diào)濾波器，光柵濾波器， 光纖布拉格光柵濾波器：4.介質(zhì)膜濾波器：5.有源濾波器：6.原子共振濾波器。光濾波器主要應(yīng)用于dw

20、dm 系統(tǒng)中。6 .光開關(guān)有哪些性能參數(shù)？在光纖通信中有什么作用？答：光開關(guān)的性能參數(shù)有：開關(guān)速度，通斷消光比，插入損耗，串擾，偏振依賴損耗光開關(guān)是空分光 交換(sdos)的核心器件，它通過機械、電或光的作用進行控制，能使輸入端任一信道按照要求與輸出端 任一信道相連，完成信道在空間位置上的交換，7 .簡述f-p腔可調(diào)諧濾波器的工作原理。壓電交俄膜圖1光纖型f-p腔濾波器答：f-p腔可調(diào)諧濾波器的種類：光纖型fp腔濾波器、鐵電液晶光濾波器以與mems濾波器。這里 就以光纖型fp腔(ffp)濾波器為例說說它的工作原理。光纖型f-p腔(ffp)濾波器如圖所示。圖中兩根光 纖相對的端面鍍膜以增強反射率

21、，形成fp光學諧振腔。在光纖型fp腔濾波器中利用了壓電陶瓷的壓電光纖通信課后習題復習資料效應(yīng)，通過改變外加電壓的大小改變壓電陶瓷的長度，從而改變了由光纖構(gòu)成的fp諧振腔的腔長，造成 諧振波長改變，實現(xiàn)了用電信號來選通光波長。8 .討論光纖光柵在光通信中的應(yīng)用？答：光纖激光器、wdm合波/分波器、超高速系統(tǒng)的色散補償器、edfa增益均衡器等。9 .如果濾波器的中心波長為見= 1300?,*? =0.07,根據(jù)式（4.15）,則光柵周期a為多少？解：由公式 = ax an 得到 a = 2 / an = 1300/0.07 = 1857 bun。10 . nl0m是否可作光開關(guān)？答：可以。當傳輸光

22、纖有行進的光波時，在耦合器中耦合進光纖環(huán)，并繞環(huán)行進一周后又返回耦合器， 繞環(huán)后的光波與來自傳輸光纖的光波之間將產(chǎn)生相移，相移的大小由環(huán)的長度和光波的波長決定。因此，這 兩個光波之間將產(chǎn)生相長或相消干涉，利用這個原理，可以用非線性光纖環(huán)鏡來選擇所需的信號：對于不需 要的波長信號，讓其相移為180 ；對于需要的波長信號，讓其相移為360。習題五1. 光放大器包括哪些種類？筒述它們的原理和特點。edfa有哪些優(yōu)點？答：光放大器包括半導體光放大器、光纖放大器（由可分為非線性光纖放大器和摻雜光纖放大器）。1）半導體光放大器它是根據(jù)半導體激光器的工作原理制成的光放大器。將半導體激光器兩端的反射腔去除，就

23、成為沒有反 饋的半導體行波放大器。它能適合不同波長的光放大，缺點是耦合損耗大，增益受偏振影響大，噪聲與串擾 大。2）光纖放大器（1）非線性光纖放大器強光信號在光纖中傳輸，會與光纖介質(zhì)作用產(chǎn)生非線性效應(yīng)，非線性光纖放大器就是利用這些非線性效 應(yīng)制作而成。包括受激拉曼放大器（sra）和受激布里淵放大器（sba）兩種。（2）摻雜光纖放大器（常見的有摻銀和摻錯光纖放大器）在泵浦光作用下，摻雜光纖中出現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，產(chǎn)生受激輻射，從而使光信號得到放大。edfa優(yōu)點：高增益、寬帶寬、低噪聲與放大波長正好是在光纖的最低損耗窗口等。2. edfa的泵浦方式有哪些？各有什么優(yōu)缺點？答：edfa的三種泵浦形式：

24、同向泵浦、反向泵浦和雙向泵浦。同向泵浦：信號光和泵浦光經(jīng)wdm復 用器合在一起同向輸入到摻銀光纖中，在摻銀光纖中同向傳輸：反向泵浦：信號光和泵浦在摻銀光纖中反向 傳輸：雙向泵浦：在摻銀光纖的兩端各有泵浦光相向輸入到摻餌光纖中。同向泵浦增益最低，而反向泵浦比同向泵浦可以提高增益3db5db.這是因為在輸出端的泵浦光比較強 可以更多地轉(zhuǎn)化為信號光。而雙向泵浦又比反向泵浦輸出信號提高約3db,這是因為雙向泵浦的泵功率也提 高了 3db。其次，從噪聲特性來看，由于輸出功率加大將導致粒子反轉(zhuǎn)數(shù)的下降，因此在未飽和區(qū)，同向泵 浦式edfa的噪聲系數(shù)最小，但在飽和區(qū)，情況將發(fā)生變化。不管摻銀光纖的長度如何，

25、同向泵浦的噪聲系 數(shù)均較小。最后，考慮三種泵浦方式的飽和輸出特性。同向edfa的飽和輸出最小。雙向泵浦edfa的輸 出功率最大，并且放大器性能與輸出信號方向無關(guān)，但耦合損耗較大，并增加了一個泵浦，使成本上升。光纖通信課后習題復習資料3. 一個edfa功率放大器，波長為1542nm的輸入信號功率為2dbm,得到的輸出功率為% = 27dz而，求放大 器的增益。解：g=101ogio（pom/pin）= 1 ologhjpoui -1 ologi（）pin=27-2=25db4. 簡述fba與fra間的區(qū)別。為什么在fba中信號與泵浦光必須反向傳輸？答：fba與fra間的區(qū)別：1、fra是同向泵浦

26、，fba是反向泵浦；2、fra產(chǎn)生的是光學聲子，fbr產(chǎn)生的是聲學聲子，3、fra比fba的閾值功率大；4、fra比fba的增益帶寬大。在sba中，泵浦光在光纖的布里淵散射下，產(chǎn)生低頻的斯托克斯光，方向與泵浦光傳播方向相反。如果 這個斯托克斯光與信號光同頻、同相，那么信號光得到加強。故要使信號光得到放大，信號光應(yīng)與泵浦光方 向相反。5. 一個長250 hm的半導體激光器用做f-p放大器，有源區(qū)折射率為4,則放大器通帶帶寬是多少?此題可能有誤，半導體光放大器的通帶帶寬目前還沒找到公式計算。6. edfa在光纖通信系統(tǒng)中的應(yīng)用形式有哪些？答：（1）作為光中繼器，用edfa可代替半導體光放大器，對線

27、路中的光信號直接進行放大，使得全光 通信技術(shù)得以實現(xiàn)。（2）作為前置放大器，由于edfa具有低噪聲特點，因而如將它置于光接收機的前面， 放大非常微弱的光信號，則可以大大提高接收機靈敏度。（3）作為后置放大器，將edfa置于光發(fā)射機的輸 出端，則可用來提高發(fā)射光功率，增加入纖功率，延長傳愉距離。7. edfa的主要性能指標有哪些？說明其含義？答：（1）增益，是指輸出功率與輸入功率之比g=p而/pin，如果用分貝作單位定義為g=101og1 （p向/pm）： （2）噪聲系數(shù)，是指輸入信號的信噪比與輸出信號的信噪比fn= （snr） / （snr）加。8. 分別敘述光放大器在四種應(yīng)用場合時各自的要求

28、是什么？答：（1）在線放大器：當光纖色散和放大器自發(fā)輻射噪聲的累積，尚未使系統(tǒng)性能惡化到不能工作時， 用在線放大器代替光電光混合中繼器是完全可以的。特別是對多信道光波系統(tǒng)，節(jié)約大量設(shè)備投資。（2）后 置放大器：將光放大器接在光發(fā)送機后，以提高光發(fā)送機的發(fā)送功率，增加通信距離。（3）前置放大器：將 光放大器接在光接收機前，以提高接收機功率和信噪比，增加通信距離。（4）功率補償放大器：功率補償放 大器的運用場合：a.用于補償局域網(wǎng)中的分配損耗，以增大網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)；b.將光放大器用于光子交換系統(tǒng)等 多種場合。9. 敘述s0a-xgm波長變換的原理。答：探測波兒和泵浦波乙經(jīng)耦合注入到soa中，soa對入

29、射光功率存在增益飽和特性：當入射光強增加時，增益變小：當入射光強減小時，增益變大。因此，當受過調(diào)制的泵浦波注入soa時，泵浦波將調(diào)制 soa的增益，這個增益又影響探測波的強度變化，使得探測波的強度按泵浦波的強度變化，用帶通濾波器取光纖通信課后習題復習資料出變換后的人信號，即可實現(xiàn)從4到兒的全光波長變換。習題六1 .光接收機中有哪些噪聲？答：熱噪聲、散粒噪聲和自發(fā)輻射噪聲。2 . rz碼和nrz碼有什么特點？答：nrz （非歸零碼）：編碼1對應(yīng)有光脈沖，且持續(xù)時間為整個比特周期，0對應(yīng)無光脈沖。rz （歸 零碼）：編碼1對應(yīng)有光脈沖，且持續(xù)時間為整個比特周期的一半，0對應(yīng)無光脈沖。nrz碼的優(yōu)點

30、是占據(jù) 頻寬窄，只是rz碼的一半：缺點是當出現(xiàn)長連或o時，光脈沖沒有交替變換，接收時對比特時鐘的提 取是不利的。rz碼解決了長連“1”的問題，但長連“0”的問題沒解決。3 .通信中常用的線路碼型有哪些？答：擾碼、inbnb碼、插入碼和多電平碼。4 .光源的外調(diào)制都有哪些類型？內(nèi)調(diào)制和外調(diào)制各有什么優(yōu)缺點？答：光源的外調(diào)制類型有：電折射調(diào)制、電吸收mqw調(diào)制、m-z型調(diào)制。內(nèi)調(diào)制器簡單且廉價，這種 調(diào)制會引起輸出光載波的頻率明啾；外調(diào)制器可以有更高的速率工作，并且有較小的信號畸變，5 .假定接收機工作于1550nmf帶寬為3ghz,前置放大器噪聲系數(shù)為4db,接收機負載為叫=100q ,溫度 t

31、 = 300k,量子效率r = 1.55/l24 = l25a/w,6=1,設(shè)計8以=10-%即/穴7,試計算接收機的靈敏度。解：接收機工作于1550nm,則電離系數(shù)比為七=0.7 , g-1,則散粒噪聲系數(shù)為4&）=攵1+（1-3）（2-4卜0.87熱噪聲電流方差為/=竽4（帶數(shù)據(jù)自己計算）接收機靈敏度為旦=221紇吊（g” ）7+2（帶數(shù)據(jù)自己計算）6 .在考慮熱噪聲和散粒噪聲的情況下，設(shè)apd的演（g3 = g：, xg（oj）,推導apd的g,“的最佳值g*此時apd接收機的snr最大。解：光接收機輸出端的信噪比定義為：sm? =光電流信號功率/ （光檢測器噪聲功率+放大器噪聲功率）光

32、纖通信課后習題復習資料光檢測器的噪聲功率表示為琮杖=4eg：fkggrpr其中以（5,）是apd的散粒噪聲系數(shù)，下標a表示apd的意思，g.是apd的倍增因子（系數(shù)），r是相應(yīng) 度，心是靈敏度，紇是接收機電帶寬。假設(shè)放大器的輸入阻抗遠大于負載電阻勺，所以放大器電路的熱噪聲遠小于此的熱噪聲，那么光檢測 器負載電阻的均方熱噪聲電流為，4k/ .八o屋rl其中匕是放大器的噪聲因子（系數(shù)），原是波爾茲唯常數(shù)，7是溫度。放大器輸入端的信號功率為i；）g3其中（斤）是信號功率，是用pin檢測到的信號電流。或把輸入放大器的信號功率表示為（gmr區(qū)）2 ,其中pr是輸入到pin的功率。得到放大器輸入端的信噪比

33、為snr =&桃xlt t4eg；fjggrp出 + ki.設(shè)apd的f,（gj = g代入上式得到snr4eg；g：、rp網(wǎng) + 十 frki.要使apd接收機的snr最大，可以求出一個最佳的。值。通過信噪比對g,”求導，并使導數(shù)為零，解出g. 的最佳值為/-.i-2g/m = 2k/e-i xerpkl7.證明：對于ook直接檢測接收機，其誤碼率公式為ber = q證明：“0”碼被誤判為“1”碼和“1”碼被誤判為“0”碼的幾率一樣，不妨就以“1”碼被誤判為“0” 碼為例來計算誤碼率?！?”碼被誤判為“0”碼的概率為ber = p0l = q當“0”碼被誤判為“1”碼和“1”碼被誤判為“0”

34、碼的幾率一樣時，閾值電流為代入上式得到ber = q光纖通信課后習題復習資料10.推導具有光放大器的光接收機的誤碼率8m =。,師 。證明：當輸入為“1”碼時，有光輸入，光檢測器輸出的光生電流(均值電流)與入射光功率成正比7, =rgp在接收機中，信號與噪聲的差動噪聲電流方差(“1”碼時光生電流方差)為=4/?2gp,(g-l)b“0”碼時的光生電流/。=0, “0”碼時的光生電流方差為。：=0,代入ber = q得至uber = 0； / 斤 習題七1 .商業(yè)級寬帶接收機的等效電阻r“=75c。保持發(fā)送機和接收機的參數(shù)和圖7. 5的例子相同，在接收機光 功率范圍內(nèi)0-16dbm時計算總載噪比

35、，并畫出相應(yīng)的曲線。類似于7. 2. 2節(jié)的推導，推出其載噪比的極限 表達式。證明當re = 75。時，任何接收光功率電平下，熱噪聲都超過量子噪聲而成為起決定作用的噪聲因解：因為是pin,所以g = l,由匕想儂“得到c _0.5(mrp)2禾=rin(rpb,q + 2e(ip + iqby + 必將紇 j 4g再由一次光生電流 = ra,得到c _0.5(求戶)2小一 rin(rp)?b “ + 2erpb、+2e及 +4ktf；b/r., /eqi) eqt eq eq其中p是光檢測器接收到的平均光功率。把參數(shù) e = 1.6xlo*c , r = 0.6a/w , rin = -143

36、db/hz, , %=10mhz, id=0na ,k = 1.38xlo-23j/k, 丁 = 290k, re(l = 75q , =38代入上式，就得出c/n隨片變化的關(guān)系曲線 方程。當接收機的光功率較低時，系統(tǒng)的噪聲主要是前置放大器電路的噪聲，于是載噪比為c _ 0.5(麗2n = 4ktf,be(f/re(把尸=odbm = mw代入可以求出其值。光纖通信課后習題復習資料對于設(shè)計較好的光電二極管，與中等強度的接收光信號的散彈(量子)噪聲相比，體暗電流和表面暗電 流產(chǎn)生的噪聲很小。因此在中等強度接收光信號條件下，系統(tǒng)噪聲主要是光電二極管的量子噪聲，此時有： _ 0.5(?”)2 _ 0

37、.5(麗2 _ 0.5(1而丫 _ 而rpn 2e(ip + id)be(/ 2eipbcq 2erpbeq 4ebeq把=odbm = mw代入可以求出其值。如果激光器的rin值很高，反射噪聲將超過其他噪聲項，成為起主要作用的噪聲因素，于是載噪比為c _ 0.5(麗2n rin(rp)2beq把=odbm = mw代入可以求出其值。當r9 = 75。時，熱噪聲為4立耳/勺：量子噪聲為2grpb把把巨= 08? = l?w代入，得到 aktfbjr2erpb,q.即任何接收光功率電平下，熱噪聲都超過量子噪聲而成為起決定作用的噪聲因 素。2 .假設(shè)我們想要頻分復用60路fii信號，如果其中30路

38、信號的每一個信道的調(diào)制指數(shù)外=3% ,而另外30路信號的每一個信道的調(diào)制指數(shù)町=4% ,試求出激光器的光調(diào)制指數(shù)。(n ,;2,解：由？= x 得到=(30x0.03+ 40x0.03)”。 j-173 .假設(shè)一個scm系統(tǒng)有120個信道，每個信道的調(diào)制指數(shù)為2.3%；鏈路包括一根損耗為1db/km的12km長 的單模光纖,每端有一個損耗為0. 5db的連接器;激光光源耦合進光纖的功率為2mw,光源的rih=-135db/hz； pin光電二極管接收機的響應(yīng)度為0.6a/w, b=5ghz, la=10na, req=50q, ft=3db,試求本系統(tǒng)的載噪比。解：由?得到m= (120x0.

39、023) z-17激光耦合進光纖的功率為e = 2mw ,用dbm表示月=1g 2(db。，光檢測器接收到的功率為p,根據(jù)al + 2x0.5 = q a,得至ija = qal-2x0.5其中損耗系數(shù)a =長度l = 120k，2x0.5為兩個連接器的損耗由于是pin,所以載噪比為 0.5(戚)2小=rin(rp)2+ 2式i p +1 d)beq + 4ktfbeq/ r,.q把參數(shù) e = l.6xl0tc , r = 0.6a/w , rin =-db/hz, , % =5ghz , id=0na ,光纖通信課后習題復習資料z = l.38xlo-j/k, t = 290k, r=50

40、q,4=38代入上式，就得出 c/n 的值。4 .如果將題3中的pin光電二極管用一個m =10和b(m) = m7的。goas雪崩光電二極管替代，那么 系統(tǒng)教噪比又是多少？解：用加gxas雪崩光電二極管作為光檢測器，那么系統(tǒng)載噪比為c _0.5(mrmp)2n = rin(rp)2 beg + 2e(ip + id2f(m )bcg + tftbeq / req其中雪崩增益m= 10,雪崩光電二極管過剩噪聲系數(shù)廣(m) = m,，其他參數(shù)不變，代入上式便得到系統(tǒng) 的載噪比05 .假設(shè)一個有32個信道的fdm系統(tǒng)中每個信道的調(diào)制指數(shù)為4.4%,若rin = - 135db/ hz, pin光電

41、二極 管接收機的響應(yīng)度為0.6a/w, 8 = 5ghz, = req = 50q , =38。(1)若接收光功率為-10”囪，試求這個鏈路的載噪比；(2)若每個信道的調(diào)制指數(shù)增加到7%,接收光功率減少到-1348，試求這個鏈路的載噪比。/ n /解：(1)由帆=得到? = (32xo.o33)2 ,參數(shù) 6 = 1.6x10790 , /? = 0.6a/w ,f= - 10dbm , rin = 135db/hz, beq = 5ghz, , id=0na , /; = 1.38xl0-23j/at , 丁 = 290k,r“ = 50q , = 348代入上式，就得出c/n的值。,c _

42、0.5(慶尸尸斤=rin(rp)? % + 2e(lp + /)% + 4攵次 / rq(2)將上式的? = (32x0.07)2,聲= 13dbm ,代入上式很容易就求出載噪比。6 . 一直有一個565mb/s單模光纖傳輸系統(tǒng)，其系統(tǒng)總體要求如下：(1)光纖通信系統(tǒng)的光纖損耗為0.1 db/km,有5個接頭，平均每個接頭損耗為0. 2db,光源的入纖功 率為-3dbm,接收機靈敏度為-56dbm (ber=1(t)。(2)光纖線路上的線路碼型是5b6b,光纖的色散系數(shù)為2ps/ (km. nm),光源光譜寬度為1. 8nm.求：最大中繼距離是多少？注：設(shè)計中選取色散(功率)代價為1db,光連

43、接器損耗為1db (發(fā)送和接收端各一個)，光纖富于度為 0.1db/km,設(shè)備富于度為55db解：(1)把 r = -3dbm , pr = -56dbi, ac = db , as = 02/8 , m = 55db , a f = o.ldb / km , am = o.ldb/km 代入光纖通信課后習題復習資料r ppr _ 2a. - af -1l = -其中右邊分子上的1是指色散(功率)代價。于是可通過計算得到損耗限制的最大中繼距離。 (2)受色散限制的最大傳輸距離為,xlo6 l =8血由于是單模光纖，所以 = 0.100, d = 2ps/(hn.nm),分子上的1()6是為了和

44、分母的臺的 單位相匹配，8的單位一定要用mb/s。代入數(shù)據(jù)就可以求出l的值來。其中3 = 565x9 = 678m/s。求出受色散限制的最大傳輸距離，然后與損耗限制的最大中維距離相比，取最小值，就是最大中繼距離。7 . 一個二進制傳輸系統(tǒng)具有以下特性：(1)單模光纖色散為15ps/(nm. km),損耗為0. 2db/km,(2)發(fā)射機用力 = 1551?的gaas激光源，發(fā)射平均光功率為5mw,譜寬為2nm.(3)為了正常工作，apd接收機需要平均1000個光子/比特。(4)在發(fā)射機和接收機處耦合損耗共計3db。求：a.數(shù)據(jù)速率為10和100mb/s時，找出受損耗限制的最大傳輸距離。b.數(shù)據(jù)

45、速率為10和100mb/s時，找出受色散限制的最大傳輸距惠。c.對這個特殊系統(tǒng)，用圖表示最大傳輸距離與數(shù)據(jù)速率的關(guān)系，包括損耗和色散兩種限制。解：a。由“為了正常工作，apd接收機需要平均1000個光子/比特”得到apd的接收功率為r = 1000x ab其中。是普朗克常數(shù)，c是光速，丸是波長。又已知ps= 5mw ,把發(fā)射功率和接收功率用dbm表示出來。受損耗限制的最大傳輸距離為1_ps-pr-3af其中 a, =0.2db/kmb.受色散限制的最大傳輸距離為,xlo6l =bd%由于是單模光纖，所以 = 0.100,。= 15/拈/(“，.&?)，b/ =2,分子上的106是為了和分母的8的單位相匹配，8的單位一定要用mb/s。代入數(shù)據(jù)就可以求出l的值來。c.對這個特殊系統(tǒng)，用圖表示最大傳輸距離與數(shù)據(jù)速率的關(guān)系，包括損耗和色散兩