发布时间 : 星期一 文章[光纤通信]西电第二版课后习题答案更新完毕开始阅读c0e9031b6edb6f1aff001fe1
1．光纤通信的优缺点各是什么？
答：优点有：带宽资源丰富，通信容量大；损耗低，中继距离长；无串音干扰，保密性好；适应能力强；体积小、重量轻、便于施工维护；原材料来源丰富，潜在价格低廉等。
缺点有：接口昂贵，强度差，不能传送电力，需要专门的工具、设备以及培训，未经受长时间的检验等。
2．光纤通信系统由哪几部分组成？各部分的功能是什么？
答：光纤通信系统由三部分组成：光发射机、光接收机和光纤链路。
光发射机由模拟或数字电接口、电压—电流驱动电路和光源组件组成。光源组件包括光源、光源—光纤耦合器和一段光纤（尾纤或光纤跳线）组成。
模拟或数字电接的作用是实现口阻抗匹配和信号电平匹配（限制输入信号的振幅）作用。光源是LED或LD，这两种二极管的光功率与驱动电流成正比。电压—电流驱动电路是输入电路与光源间的电接口，用来将输入信号的电压转换成电流以驱动光源。光源—光纤耦合器的作用是把光源发出的光耦合到光纤或光缆中。
光接收机由光检测器组件、放大电路和模拟或数字电接口组成。光检测器组件包括一段光纤（尾纤或光纤跳线）、光纤—光检波器耦合器、光检测器和电流—电压转换器。 光检测器将光信号转化为电流信号。常用的器件有PIN和APD。然后再通过电流—电压转换器，变成电压信号输出。模拟或数字电接口对输出电路其阻抗匹配和信号电平匹配作用。
光纤链路由光纤光缆、光纤连接器、光缆终端盒、光缆线路盒和中继器等组成。
光纤光缆由石英或塑料光纤、金属包层和外套管组成。光缆线路盒：光缆生产厂家生产的光缆一般为2km一盘，因而，如果光发送与光接收之间的距离超多2km时，每隔2km将需要用光缆线路盒把光缆连接起来。光缆终端盒：主要用于将光缆从户外（或户内）引入到户内（或户外），将光缆中的光纤从光缆中分出来，一般放置在光设备机房内。光纤连接器：主要用于将光发送机（或光接收机）与光缆终端盒分出来的光纤连接起来，即连接光纤跳线与光缆中的光纤。
3．假设数字通信系统能够在高达1%的载波频率的比特率下工作，试问在5GHz的微波载波和1.55μm的光载波上能传输多少路64kb/s的音频信道？
解：根据题意，求得在5GHz的微波载波下，数字通信系统的比特率为50Mb/s，则能传输781路64kb/s的音频信道。
根据题意，求得在1.55μm的光载波下，数字通信系统的比特率为1.935Gb/s，则能传输30241935路64kb/s的音频信道。
4．SDH体制有什么优点？
答：（1）SDH传输系统在国际上有统一的帧结构，数字传输标准速率和标准的光路接口，使网管系统互通，因此有很好的横向兼容性，它能与现有的准同步数字体制（PDH）完全兼容，并容纳各种新的业务信号，形成了全球统一的数字传输体制标准，提高了网络的可靠性；
（2）SDH接入系统的不同等级的码流在帧结构净负荷区内的排列非常有规律，而净负荷与网络是同步的，它利用软件能将高速信号一次直接分插出低速支路信号，实现了一次复用的特性，克服了PDH准同步复用方式对全部高速信号进行逐级分解然后再生复用的过程，由于大大简化了数字交叉连接（DXC），减少了背靠背的接口复用设备，改善了网络的业务传送透明性；
（3）由于采用了较先进的分插复用器（ADM）、数字交叉连接（DXC）、网络的自愈功能和重组功能就显得非常强大，具有较强的生存率。因SDH帧结构中安排了信号的5％开销比特，它的网管功能显得特别强大，并能统一形成网络管理系统，为网络的自动化、智能化、信道的利用率以及降低网络的维管费和生存能力起到了积极作用；
（4）由于SDH有多种网络拓扑结构，它所组成的网络非常灵活，它能增强网监，运行管理和自动配置功能，优化了网络性能，同时也使网络运行灵活、安全、可靠，使网络的功能非常齐全和多样化；
（5）SDH有传输和交换的性能，它的系列设备的构成能通过功能块的自由组合，实现了不同层次和各种拓扑结构的网络，十分灵活；
（6）SDH并不专属于某种传输介质，它可用于双绞线、同轴电缆，但SDH用于传输高数据率则需用
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光纤。这一特点表明，SDH既适合用作干线通道，也可作支线通道。例如，我国的国家与省级有线电视干线网就是采用SDH，而且它也便于与光纤电缆混合网(HFC)相兼容；
（7）从OSI模型的观点来看，SDH属于其最底层的物理层，并未对其高层有严格的限制，便于在SDH上采用各种网络技术，支持ATM或IP传输； （8）SDH是严格同步的，从而保证了整个网络稳定可靠，误码少，且便于复用和调整；
（9）标准的开放型光接口可以在基本光缆段上实现横向兼容，降低了联网成本。 5．简述未来光网络的发展趋势及关键技术。
答：全光网络将成为继纯电缆网络、光电耦合网络后的第三代网络。全光网络是指信号只是在进出网络时才进行电/光和光/电的变换，而在网络中传输和交换的过程中始终以光的形式存在，因此在整个传输过程中没有电的处理。
全光网络的关键技术主要有光放大中继技术、光复用技术、光交换技术、光分插复用技术等。 6．简述WDM的概念。
答：波分复用的基本思想是将工作波长略微不同、各自携带了不同信息的多个光源发出的光信号，一起注入到同一根光纤中进行传输。
7．解释光纤通信为何越来越多地采用WDM+EDFA方式。
答：采用WDM技术的原因是和它的优点分不开的，它有如下优点： （1）充分利用了光纤的巨大带宽资源； （2）同时传输多种不同类型的信号； （3）实现单根光纤双向传输； （4）多种应用形式；
（5）节约线路投资；
（6）降低器件的超高速要求。
采用EDFA技术的原因是和它的优点分不开的，它有如下优点： （1）中继器的价格下降了；
（2）对传送的数据速率和调制格式透明，这样系统只需改变链路的终端设备就很容易升级到高的速率；
（3）可以同时放大多个波长信号， 使波分复用（WDM）的实现成为可能；
（4）提供了系统扩容的新途径， 无需增加光纤和工作的速率， 只需通过增加波长就可提高系统的容量；
（5）最关键的是系统的成本下降了。 8．全光网络的优点是什么？
答：能充分利用光纤的带宽资源，故容量大，传输质量好，开放性，易于实现网络的动态结构，可扩展性，结构简单，透明性，可靠性高，可维护性好。
1．光波从空气中以角度?1?33°投射到平板玻璃表面上，这里的?1是入射光与玻璃表面之间的夹角。根据投射到玻璃表面的角度，光束一部分被反射，另一部分发生折射，如果折射光束和反射光束之间的夹角正好为90°，请问玻璃的折射率等于多少？这种玻璃的临界角又是多少？
解：入射光与玻璃表面之间的夹角?1?33°，则入射角?i?57°，反射角?r?57°。由于折射光束和反射光束之间的夹角正好为90°，所以折射角?y?33°。
由折射定律nisin?i?nysin?y，ni?n0?1得到
2
n1?ny?sin?i/sin?y?sin67/sin33
?1.69
其中利用了空气折射率ni?1。这种玻璃的临界角为
1ny?11.69?0.59
??arcsin2．计算n1?1.48及n2?1.46的阶跃折射率光纤的数值孔径。如果光纤端面外介质折射率n?1.00，则允许的最大入射角?max为多少？
解：阶跃光纤的数值孔径为
NA?sin?max?n1?n2?0.24
22允许的最大入射角
?max?arcsin?0.24?自己用matlab算出来
3．弱导阶跃光纤纤芯和包层折射率分别为n1?1.5，n2?1.45，试计算
（1）纤芯和包层的相对折射率?； （2）光纤的数值孔径NA。
解：阶跃光纤纤芯和包层的相对折射率差为
??n1?n22n2122?0.03
光纤的数值孔径为
NA?n1?n2?0.38
224．已知阶跃光纤纤芯的折射率为n1?1.5，相对折射（指数）差??0.01，纤芯半径a?25?m，若?0?1?m，计算光纤的归一化频率V及其中传播的模数量M。
解：光纤的归一化频率
V?2?2??0V2an1?n2?22?0a?n12??33.3
光纤中传播的模数量
M?2?554
5．一根数值孔径为0.20的阶跃折射率多模光纤在850nm波长上可以支持1000个左右的传播模式。试问：
（1）其纤芯直径为多少？
（2）在1310nm波长上可以支持多少个模？ （3）在1550nm波长上可以支持多少个模? 解：（1）由V1?2?2??1an1?n2?22?1a?NA，得到纤芯直径为
3
a??12??V1NA??12??2M1NA?0.852?20000.20?30.27
（2）当?2?1.31?m，有
?12??2M1NA??22??2M2NA
得到模的个数为
M2??122?2M1??0.85??1.31?22?1000?421
（3）当?2?1.55?m，得到模的个数为
?122M3??2M1??0.85??1.55?22?1000?354
6．用纤芯折射率为n1?1.5，长度未知的弱导光纤传输脉冲重复频率f0?8MHz的光脉冲，经过该光纤后，信号延迟半个脉冲周期，试估算光纤的长度L。
解：信号的周期为
T?1/f0
信号在纤芯中传输的速度为
v?c/n1
由于信号延迟半个脉冲周期，则光纤的长度L为
L?v?T2?cn1?12f0?3?101.5812?8?106?12.5m
7．有阶跃型光纤，若n1?1.5，?0?1.31?m，那么
（1）若??0.25，为保证单模传输，光纤纤芯半径a应取多大？ （2）若取芯径a?5?m，保证单模传输时，?应怎么选择？ 解：（1）由归一化频率V?a?2??0Van1?n2?222??0a?n12?得到
?02?n12?
为了保证光纤中只能存在一个模式，则要求V?2.405，则要求光纤纤芯半径
a??02.4052?n12??1.312?1.5?2.4052?0.25?0.47?m
（2）若取芯径a?5?m，保证单模传输时，则
1??V?1??02.405????0?????0.002
2?2?n1a?2?2?n1a?228．渐变光纤的折射指数分布为
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