光纖通信第二版劉增基參考答案要點(diǎn)

1、2301111光纖通信的優(yōu)缺點(diǎn)各是什么？答與傳統(tǒng)的金屬電纜通信、磁波無線電通信相比，光纖通信具有如下有點(diǎn)：（1）通信容量大。首先，光載波的中心頻率很高，約為21014Hz，最大可用帶寬一般取載波頻率的10%，則容許的最大信號(hào)帶寬為20000GHz（20THz）；如果微波的載波頻率選擇為20GHz，相應(yīng)的最大可用帶寬為2GHz。兩者相差10000倍。其次，單模光纖的色散幾乎為零，其帶寬距離（乘）積可達(dá)幾十GHzkm；采用波分復(fù)用（多載波傳

2、輸）技術(shù)還可使傳輸容量增加幾十倍至上百倍。目前，單波長的典型傳輸速率是10Gb／s，一個(gè)采用128個(gè)波長的波分復(fù)用系統(tǒng)的傳輸速率就是1.28Tb／s。（2）中繼距離長。中繼距離受光纖損耗限制和色散限制，單模光纖的傳輸損耗可小于0.2dB／km，色散接近于零。（3）抗電磁干擾。光纖由電絕緣的石英材料制成，因而光纖通信線路不受普通電磁場的干擾，包括閃電、火花、電力線、無線電波的干擾。同時(shí)光纖也不會(huì)對(duì)工作于無線電波波段的通信、雷達(dá)等設(shè)備產(chǎn)生干

3、擾。這使光纖通信系統(tǒng)具有良好的電磁兼容性。（4）傳輸誤碼率極低。光信號(hào)在光纖中傳輸?shù)膿p耗和波形的畸變均很小，而且穩(wěn)定，噪聲主要來源于量子噪聲及光檢測器后面的電阻熱噪聲和前置放大器的噪聲。只要設(shè)計(jì)適當(dāng)，在中繼距離內(nèi)傳輸?shù)恼`碼率可達(dá)109甚至更低。此外，光纖通信系統(tǒng)還具有適應(yīng)能力強(qiáng)、保密性好以及使用壽命長等特點(diǎn)。當(dāng)然光纖通信系統(tǒng)也存在一些不足：(1)有些光器件(如激光器、光纖放大器)比較昂貴。(2)光纖的機(jī)械強(qiáng)度差。為了提高強(qiáng)度，實(shí)際使用時(shí)

4、要構(gòu)成包含多條光纖的光纜，在光纜中要有加強(qiáng)件和保護(hù)套。(3)不能傳送電力。有時(shí)需要為遠(yuǎn)處的接口或再生的設(shè)備提供電能，光纖顯然不能勝任。為了傳送電能，在光纜系統(tǒng)中還必須額外使用金屬導(dǎo)線。(4)光纖斷裂后的維修比較困難，需要專用工具。1212光纖通信系統(tǒng)由哪幾部分組成簡述各部分作用。答光纖通信系統(tǒng)由發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和光纖線路三個(gè)部分組成(參看圖14)。發(fā)射機(jī)又分為電發(fā)射機(jī)和光發(fā)射機(jī)。相應(yīng)地，接收機(jī)也分為光接收機(jī)和電接收機(jī)。電發(fā)射機(jī)的作用是將信

5、(息)源輸出的基帶電信號(hào)變換為適合于信道傳輸?shù)碾娦盘?hào)，包括多路復(fù)接、碼型變換等：光發(fā)射機(jī)的作用是把輸入電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，并用耦合技術(shù)把光信號(hào)最大限度地注入光纖線路。光發(fā)射機(jī)由光源、驅(qū)動(dòng)器、調(diào)制器組成，光源是光發(fā)射機(jī)的核心。光發(fā)射機(jī)的性能基本取決于光源的特性；光源的輸出是光的載波信號(hào)，調(diào)制器讓攜帶信息的電信號(hào)去改變光載波的某一參數(shù)(如光的強(qiáng)度)。光纖線路把來自于光發(fā)射機(jī)的光信號(hào)，以盡可能小的畸變(失真)和衰減傳輸?shù)焦饨邮諜C(jī)。光纖線路由光

6、纖、光纖接頭和光纖連接器組成。光纖是光纖線路的主體，接頭和連接器是不可缺少的器件。光接收機(jī)把從光纖線路輸出的產(chǎn)生畸變和衰減的微弱光信號(hào)還原為電信號(hào)。光接收機(jī)的功能主要由光檢測器完成，光檢測器是光接收機(jī)的核心。電接收機(jī)的作用一是放大，二是完成與電發(fā)射機(jī)相反的變換，包括碼型反變換和多路分接等。1313假設(shè)數(shù)字通信系統(tǒng)能夠在高達(dá)1%的載波頻率的比特率下工作，試問在5GHz的微波載波和1.55m的光載波?上能傳輸多少64kbs的話路解在5GHz

7、微波載波上能傳輸?shù)?4kbs的話路數(shù)935101%781()6410k?????路在1.55的光載波上能傳輸?shù)?4kbs的話路數(shù)m?8678310()1%1.55103.024210()6410k????????路1414簡述未來光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢及關(guān)鍵技術(shù)。答未來光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨于智能化、全光化。其關(guān)鍵技術(shù)包括：長波長激光器、低損耗單模光纖、高效光放大器、WDM復(fù)用技術(shù)和全光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。1515光網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)是什么答光網(wǎng)絡(luò)具有如下的主要優(yōu)點(diǎn)：(

8、1)可以極大地提高光纖的傳輸容量和結(jié)點(diǎn)的吞吐量，以適應(yīng)未來寬帶(高速)通信網(wǎng)的要求。232得cos0.198c??由01sincosccnn???得10cos1.520.198sin0.2261.33ccnn??????13c???（2）2222121.521.490.3NAnn?????2929一階躍折射率光纖，折射率n1=1.5，相對(duì)折射率差=1%，長度L=1km。求：?（1）光纖的數(shù)值孔徑；（2）子午線的最大時(shí)延差；（3）若將光纖

9、的包層和涂敷層去掉，求裸光纖的NA和最大時(shí)延差。解（1）2212120.212NAnnn?????（2）1max81.510000.0150310nLnsc?????????（3）若將光纖的包層和涂敷層去掉，則此時(shí)n1=1.5，n2=1.0，所以222121.511.118NAnn?????112max22.5nLnnscn???????210210一階躍折射率光纖的相對(duì)折射率差=0.005，n1=1.5，當(dāng)波長分別為0.85、1.31

10、、1.55時(shí)，?m?m?m?要實(shí)現(xiàn)單模傳輸，纖芯半徑應(yīng)小于多少？a解由單模傳輸?shù)臈l件221222.405aVnn?????推導(dǎo)出22122.4052ann?????2212120.15nnn????當(dāng)時(shí)，0.85m???622122.4052.4050.85102.16420.152amnn?????????????同理，當(dāng)時(shí)，；當(dāng)時(shí)，。1.31m???3.343am??1.55m???3.955am??212212一個(gè)階躍折射率光纖，