光纤通信系统与网络

#用于期末复习。成功了，别人才会在意你来时的路。

目录

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课后作业

第一章

第三、四章

 第五章

 第六章

第七章

第八章

第九、十章

 第十一章

第十二、十三章

第十五章

光纤通信技术期末复习提纲_归一化频率计算公式-CSDN博客

1.光通信、光纤通信、光缆通信？

光通信和光纤通信都是基于光学传输原理的通信技术，它们之间的区别如下：

　　概念不同：光通信是指通过光信号进行通信传输的技术，它可以采用光纤传输，也可以采用其他形式的光学传输；而光纤通信则是指采用光纤作为主要传输介质的通信技术；光缆通信则是利用光缆作为传输介质，将电信号或光信号进行传输的通信方式。

　　应用范围不同：光通信可以应用于很多不同的领域，不限于在光纤通信中；而光纤通信主要应用于需要长距离传输和高速传输的领域。

　　技术原理不同：光通信是基于光学传输原理进行通信，可以采用各种光学材料和光源，而光纤通信则是通过将光信号通过光纤进行传输，利用光纤的高速传输和低耗损的特性来实现通信。

　　传输距离不同：光通信可采用不同的光学传输方法，传输距离不受限制；而光纤通信由于光纤的衰减和信号失真等原因，传输距离有限制，一般距离较远时需要进行光信号的中转或放大；光缆通信的传输距离比较短，一般在几百米以内。

        信号类型不同：光通信和光纤通信传输的是光信号；光缆通信传输电信号或光信号。

2.简述科学家高锟的人生经历和科学贡献。

光纤之父，高锟发表了一篇题为《光频率介质纤维表面波导》的论文，开创性地提出光导纤维在通信上应用的基本原理，描述了长途及高信息量光通信所需介质纤维的结构和材料特性。当光损耗下降到20dB/km时, 玻璃纤维就有实用价值。他通过对光在玻璃纤维中吸收、散射和弯曲损耗机理的深入分析后得出结论：只要解决好玻璃纯度和成分等问题，用熔石英制作的光学纤维可以成为实用的光通信传输媒质。

3.通信？电缆通信？电缆通信系统？

电缆通信，利用电缆作为传输媒质的有线电通信。通常采用复用技术实现电话、电报、图像、数据等的多路通信。

“电缆”：电缆是一种电能或信号传输装置，通常是由几根或几组导线组成

PK“光缆”：就是由多根光纤和加强构件以及外护层构成。

4.光通信？电通信？无线通信？

光通信：光作为信息传输载体，调制光的频率、相位、波长来传递信息；运用在光纤通信、激光通信、卫星通信；“高速、大容量、远距离、高精度”。

电通信：电信号作为信息传输载体，调制电压和电流的强度、频率、相位来传递信息；利用的是导线中电子的传导特性，传输的时候困难会受到电磁的干扰，产生信号失真或衰减；“低速、小容量、近距离”

无线通信：无线波作为信息传输载体，调制无线波的幅度、相位、频率、时间等参数来传递信息；运用在移动通信、卫星通信、无线局域网。

5.简述光纤通信系统组成及各部分功能。

5.1信息源：用户信息→原始电信号（基带信号）

5.2电发射机：基地信号→ 适合在信道传输的信号（若有调制，则称已调信号）

5.3光发射机：电信号→光信号

光发射机详细知识点：核心是光源和驱动电路；调制方式按与光源关系来分：直接调制和间接调制（外调制）

直接调制（内调制）：用电信号控制激光源的驱动电流，使输出光强(光幅度)随输入信号电压变化。

间接调制（外调制）：在激光源产生初始光信号输入到调制器，电信号在调制器中对光载波进行调制。

理解电信号在调制器中如何对光信号进行调制？

1.模拟信号调制：将电信号的特性经过模拟调制器（调幅调制-AM，调频调制-FM，相位调制-PM）转换为模拟信号的某种形式（幅度、频率、相位）；

2.光载波调制：是要使得上步的模拟信号调制到光载波上，一般是通过电光调制器/激光调制器来改变光信号的某些特性（振幅、频率、相位）。

5.4光纤线路：光纤、光纤接头和光纤连接器。实际工程使用 容纳许多根光纤的光缆。

5.5光接收机：光信号→电信号

（注：实用光纤通信系统普遍采用直接调制—直接检测方式） 

灵敏度：反映光纤通信系统的质量的重要指标。

5.6电接收机：电信号→基带信号

5.7信息宿：基带信号→原始用户信息

1.简述光的相关定律。

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1.什么是线性模LPum，简述角标u、m的物理意义。

LPum：线性偏振模，沿着光纤轴向传播的电磁波的偏振态。u：模式的振动方向，可以是任意角度；m：模式的阶数或振动的次数，表示了模式的复杂度或分布特征，通常是整数。

2.简述单模光纤的模场直径、截止波长和双折射现象。

2.1模场直径：单模光纤特有参数，描述单模光纤中光能量集中的程度。

2.2截止波长

2.3双折射现象：双折射和偏振都是单模光纤特有的现象。

3.简述使用过程中影响光纤损耗的因素。

光纤损耗：光纤对光信号在传输中产生的衰减作用。

造成原因：吸收损耗、散射损耗、附加损耗。

4.简述光纤色散的种类、产生的原因及其危害，并说明色散为什么会限制系统的通信容量。

色散：

4.1种类：根据色散产生的原因，光纤的色散主要分为：模式色散、 材料色散、波导色散和偏振模色散。

4.2产生原因

4.2.1模式色散：是指光在多模光纤中传输，因不同模式沿光纤轴向传播的速度是不同的，它们到达终端时， 必定会有先有后，出现时延差，从而引起脉冲宽度展宽与畸变，形成模式色散。当光纤的L长度越长， Δ越大，模式色散就越严重。

4.2.2材料色散：是由于构成纤芯材料对不同光波长呈现不同折射率而造成的，波长短则折射率大，使得光的传输速度随波长的变化而变化，从而造成传输的时延差。尽可能选择光谱宽度窄的光源。

4.2.3波导色散：是指光纤的波导结构对不同波长的光信号产生的色散。

5.色散的程度用什么表示?其单位是什么?

光纤的色散特性可以用脉冲展宽Δ、光纤的带宽 B0 和光纤的色散系数D。

定义光信号沿光波导传输时，沿单位长度传播后产生的延迟时间，单位是 ps/nm·km（皮秒/纳米·千米）

在多模光纤中存在着模式色散、材料色散和波导色散 三种色散，而且这三种色散之间存在：模式色散>材 料色散>波导色散的大小关系。

在单模光纤中，模式色散为零，其色散主要是材料色 散、波导色散和偏振模色散，而且材料色散占主导， 波导色散较小，偏振模色散一般可以忽略。

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4.写出费米分布函数表示式，并说明式中各符号含义。

5.简述光与物质相互作用的三种基本过程的特点。

6.构成激光振荡器要具备的条件有哪些。

产生激光必须具备光放大（激活）物质、频率选择及正反馈、满足一定阈值或相位特性这三个基本条件。

7.简述 LD 和 LED的工作原理、P-I特性曲线的差异。

半导体激光器-LD发光原理是基于受激辐射，对温度很敏感。

半导体发光二极管-LED发光原理是基于自发辐射。不存在阈值，输出功率与注入电流之间呈现线性关系

1.简述半导体PN结在零偏压和正偏压时的工作机理。

零偏压：当PN结处于静止状态时，电势垒会阻止电子和空穴的扩散运动，从而形成一个电子空穴密度分布的稳定状态。在PN结的P型半导体侧，电子和空穴会被电势差吸引，从而形成一个空穴的富集层；在PN结的N型半导体侧，电子和空穴会被电势差排斥，从而形成一个电子的富集层。

正偏压：当PN结处于正向偏置时，即在PN结的P型半导体侧加上正电压，N型半导体侧加上负电压时，电子和空穴将会向PN结的中央扩散，从而减小电势垒的高度。当电势垒的高度降低到一定程度时，电子和空穴就可以穿过PN结，从而形成电流。此时，PN结的电阻将变得很小，PN结的电流将呈现出线性增加的趋势。

2.简述光无源器件的种类，请针对每一种器件使用网络查阅实物照片并粘贴至少一张。

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8.光检测过程中都有哪些噪声？

9.简述半导体的光电效应和雪崩增益效应。

10.简述APD和PIN的工作原理及性能上的主要区别。

APD是有增益的光电二极管，在光接收机 灵敏度要求较高的场合，采用APD有利于 延长系统的传输距离。 灵敏度要求不高的场合，一般采用PIN。

11.简述EDFA的工作原理及主要特性。

特性：1.增益特性：

2.放大功率增益：

3.噪声增益：

1.简述光纤连接中产生插入损耗的原因，并介绍减少插入损耗的措施。

插入损耗可能是由于劣质组件或不良现场终端（如连接器未对准或光纤端面脏污）造成的。

2.简述光纤定向耦合器和光开关的种类及用途。

光开关的功能是转换光路，实现光交换。光开关分为两大类：机械光开关和固体光开关。

3.根据光隔离器的工作原理，设计一个三端口光环行器，并说明各元件的作用。

4.画出LD和LED直接调制原理图。

5.简述LD光发射机中APC、ATC的目的， 需要控制哪些量才能达到目的。

自动温度控制（ATC）：激光器的温度特性。“阈值电流Ith 和外微分量子效率ηd”

自动功率控制（APC）

6.简述LD光发射机中偏置电流Ib和驱动电流IP的取值依据。

1.简述劣化分、严重误码秒、误码秒在定义上的差异。

误码性能优劣的指标分为3类：①劣化分DM；②严重误码秒SES； ③误码秒ES。

2.简述HRX、HRP、HRDL、HRDS定义及之间的关系。

3.简述数字信号的抖动和滑动的概念，以及它们之间的区别。抖动单位UI表示的含义是什么。

抖动的定义：数字信号在各有效瞬时对标准时间位置的偏 差，是数字信号传输过程中产生的一种瞬时不稳定现象。

抖动单位：UI，表示单位时隙。当脉冲信号为二电 平NRZ时，1UI等于1比特信息所占时间，数值上等 于传输速率fb的倒数。

滑动（或漂移）的定义是数字信号的特定时刻（如最 佳抽样时刻）相对标准时间位置的长时间偏差。

4.简述线路编码的目的， mBnB码和mB1P的码结构、码速提高率是多少。

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1.比较PDH与SDH在特点上的差异。

光纤大容量数字传输目前都采用同步时分复用 （TDM）技术，复用又分为若干等级，先后出 现两种传输体制： 准同步数字系列（PDH）、同步数字系列（SDH）。

2.画出从2Mbit/s速率到SDH的STM-1复用映射结构。

3.解释SDH帧结构中，信息净负荷区、段开销区、管理单元指针的主要作用。

管理单元指针(AU-PTR) 指示符,：指示payload 第一个字节的位置，以便在接收端根 据这个指示符的值（指针值）正确分离信号净负荷。 指针技术是SDH的创新，结合VC，解决了低速信号复接高 速信号时，小的频率误差造成的载荷相对位置漂移的问题。

段开销（SOH）是为了保证信息净负荷正常、灵活地传送所必需 的附加字节，主要供网络运行、管理和维护使用。

4.计算STM-1段开销RSOH、MSOH的比特率、信息净负荷的比特率。

5.SDH网络的基本网元有哪些?并解释其主要功能。

SDH基本网络单元有终端复用器(TM) 、分插复用器(AD M) 、再生中继器(REG) 和同步数字交叉连接器(DXC)

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 2.简述MSTP的功能块模型主要功能及优势。

多业务传送平台(Multi Service Transport Platform, MSTP），实现SDH从纯传送网转变为传送网和业务网一体化的多业务平 台。

3.比较波分复用(WDM) 和密集波分复用(DWDM) 在定义上的差别。

4.画出实用DWDM系统基本结构图，并解释每一部分的功能。

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 9.OTN与SDH的分层主要区别是什么?OTN的主要技术优势有哪些?

OTN的主要特点是引入“光层”概念，在SDH 的传送网的电复用段层和物理层之间加入光层。

1.简述城域网的分层及各层作用。

2.画出光纤接入网的定界及功能参考配置，简述其中OLT、ODN和ONU各部分的作用。

OAN定界及参考配置应符合ITU-T G.982建议，接入链路实际是指网络侧的V接口（即业务节点接口SNI）到用户侧T接口（即用户网络接口UNI）之间的传输手段的总和。

OAN基本网元设备，一般按用途可分为：光线路终端设备（OLT），光分配网络（ODN）和光网络单元（ONU）3种类型。

3.说明EPON工作过程，并画出其帧结构。

概念：基于Ethernet（以太网）无源光网络（EPON）。

特点：以太网无源光网络（EPON）是一种采用点到多点（P2MP）结构的单纤双向光接入网络，其典型拓扑结构为树形。 

技术：EPON采用WDM技术实现单纤双向传输。上下行分别采用TDMA(时分多址) 和TDM (时分复用)技术，使用一条光纤就可以实现双向的接入，明显节约了光纤的用量和管理上的费用。

注意：EPON采用全双工方式；为了避免数据冲突并提高网络利用效率，采用仲裁机制。

帧结构：EPON帧分为下行帧和上行帧，均为定时长帧， 帧时长都是2ms。EPON的上行接入采用中央控制按需分配的MAC协议，使用标准的以太网帧结构。

下行帧：

上行帧：

4.请分析APON、GPON、EPON技术特点及区别。