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②可以用再生中继,传输距离长。
③适用各种业务的传输,灵活性大。
④容易实现高强度的保密通信。
⑤数字通信系统大量采用数字电路,易于集成,从而实现小型化、微型化,增强设备可靠性,有利于降低成本
8.实用光纤的基本类型
突变型多模光纤
渐变型多模光纤
单模光纤
9.NA
定义临界角θc的正弦为数值孔径(NumericalAperture,NA)。
式中Δ=(n1-n2)/n1为纤芯与包层相对折射率差。
★公式第一个n上下标换一下,即n1的平方★
NA表示光纤接收和传输光的能力,NA(或θc)越大,光纤接收光的能力越强,从光源到光纤的耦合效率越高。
对于无损耗光纤,在θc内的入射光都能在光纤中传输。
NA越大,纤芯对光能量的束缚越强,光纤抗弯曲性能越好。
10.色散的分类及原因特点
色散是在光纤中传输的光信号,由于不同成分的光的时间延迟不同而产生的一种物理效应。
模式色散:
是由于不同模式的时间延迟不同产生的。
取决于光纤折射率分布,并和光纤材料折射率的波长特性有关。
材料色散:
由于光纤的折射率随波长而改变,模式内部不同波长成分的光时间延迟不同产生的。
取决于光纤材料折射率的波长特性和光源的谱宽。
波导色散:
由于波导结构参数与波长有关产生的。
取决于波导尺寸,以及纤芯与包层的相对折射率差。
11.光纤中的电磁场是以离散的模式在光纤中传播(会计算模式数)
12.HE11模称为光纤的基模完全沿着光纤中心轴线传播的模式称为“基模”基模不会截止
13.双折射现象带来的影响,解决双折射问题的方法
双折射现象带来的影响:
1、如果纤芯是理想圆柱形,这两个正交的模式将以相同的速度传播,并同时到达输出端。
2、如果圆柱对称性出现了改变,这两个模式就会以不同的速度传播,导致脉冲展宽。
3、偏振的不确定性对相干通信系统对信号的检测、接收将产生不良影响。
解决双折射问题的方法:
1、减小单模光纤的不完善性。
2、采用保偏光纤(线偏振光沿一个主轴偏振)
14.后向散射法测量光纤损耗的原理与方法(OTDR的原理)
后向散射法测量光纤损耗:
原理:
由于瑞利散射光功率与传输光功率成比例,利用与传输光相反方向的瑞利散射光功率来确定光纤损耗系数的方法,称为后向散射法。
具体方法:
设在光纤中正向传输光功率为P,依次经过L1和L2点时分别为P1和P2,后向散射光功率分别为Pd(L1)、Pd(L2),则:
光时域反射仪(OTDR)是利用后向散射法的原理设计的测量仪器。
15.光有源和无源器件分别包括哪些?
16.半导体光源和光检测器优点
半导体光源和光检测器优点:
体积小、效率高、可靠性高、工作波长与光纤低损耗窗口相对应、便于光纤耦合、调制速率高
半导体光源:
在注入电流作用下,电子从低能级跃迁到高能态,形成粒子数反转,电子再从高能态跃迁到低能态产生光子而发光。
半导体光检测器:
注入光作用下,电子从低能态跃迁到高能态,并在外加电场作用下形成光生电流。
17.何为粒子数反转。
受激辐射大于受激吸收,当光通过这种物质时,产生放大作用。
这种分布和正常状态的分布相反,称为粒子数反转。
18.LD和LED的优缺点
19.产生激光的条件
产生激光的三个先决条件:
1、激励源是能量的提供者,实现粒子数反转。
2、激活物质是产生激光的物质基础,提供光放大。
3、光学谐振腔提供光反馈。
要产生激光还应满足如下两方面的条件:
1、光的增益和损耗间应满足平衡条件——阈值条件。
2、在谐振腔中,光波反复反射能得到加强,从而能够存在,应满足的条件——相位条件。
20.LD高速调制下出现的现象:
电光延迟:
输出光脉冲和注入电流脉冲之间存在一个初始延迟时间。
张弛振荡:
当电流脉冲注入激光器后,输出光脉冲会出现幅度逐渐衰减的振荡。
自脉动现象:
当注入电流达到某个范围时,输出光脉冲出现持续等幅的高频振荡。
21.SLM激光器设计的基本思想
1、是不同纵模具有不同的腔损耗。
2、具有最低光腔损耗的纵模最先达到阈值并成为支配模式。
3、其他邻模由于高损耗而被截止。
4、邻模携带的功率在总的辐射功率中只占很小一部分(<
1%)。
22.PIN和APD(雪崩光电二极管)二极管特点
23.隔离器工作原理
24.光发射机的电路
光发射机的控制电路(辅助电路)
光发射机的调制电路(主要电路)
光发射机的线路编码电路
控制电路:
消除温度变化和器件老化的影响,稳定发射机性能。
调制电路:
驱动电路完成的提供恒定的偏置电流和调制电流
线路编码电路:
变化为适合于光纤传输的单极性码
25.边模抑制比边模抑制比SMSR
SMSR的定义为:
在全调制的条件下主纵模的光功率M1和最大边模光功率M2之比。
即:
SMSR=10lg(M1/M2)
一般规定光发送机的SMSR大于30dB,即主纵模的光功率是最大边模光功率的1000倍以上。
26.直接检测数字光纤通信接收机一般组成。
直接检测数字光纤通信接收机一般由三个部分组成,即光接收机的前端、线性通道和数据恢复。
27.数字光接收机接收电路接收电路和判决电路两大部分组成
数字光接收机主要由接收电路和判决电路两部分组成。
接收电路由光电检测器和前置放大器、均衡器、主放大器、偏置电路和自动增益控制电路五部分组成。
判决电路由判决器、时钟恢复电路和译码器组成。
28.均衡滤波器的作用:
均衡滤波器是使经过均衡器以后的波形成为有利于判决的波形。
29.分析光接收机的噪声源
光接收机的噪声是与信息无关的随机变化量,噪声源从引入过程来分,可分为两类,即与信号光电检测器有关的噪声和与光电接收机电路有关的噪声。
与信号光电检测器有关的噪声包括:
量子噪声、雪崩倍增噪声、暗电流及漏电流噪声和背景噪声等等。
与光接收机电路有关的噪声包括:
放大器噪声、负载电阻热噪声等。
30.光波分复用的定义和基本形式。
光波分复用(WDM,WavelengthDivisionMultiplexing)技术是在一根光纤上能同时传送多波长光信号的一项技术。
它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,恢复出原信号送入不同的终端。
因此,此项技术称为光波长分割复用,简称光波分复用(WDM)技术。
WDM系统的基本形式:
1、双纤单向传输2、单纤双向传输3、光分路插入传输
31.WDM系统主要组成部分
组成部分:
光发送机、光中继放大、光接收机、光监控信道和网络管理系统。
32.WDM系统的应用代码一般采用以下方式构成:
nWx-y·
z,它的各个字母意义?
☐n是最大波长数目
☐W代表传输区段(W=L,V或U分别代表长距离、很长距离和超长距离)
☐x表示所允许的最大区段数(x>1)
☐y是该波长信号的最大比特率(y=4或16分别代表STM-4或STM-16)
☐z代表光纤类型(z=2,3,5分别代表G.652,G.653或G.655光纤)
33.光波分复用系统的关键技术和相应的技术问题有哪些?
WDM系统的应用对增加通信容量、信息网络的建设有重大意义。
但是目前还存在一些技术问题。
例如对于激光器的波长及其稳定性要求较高;
光纤的非线性对光放大器的输出功率有很大的限制;
“四波混频”效应会造成信道间的串扰;
光纤的色散效应限制了信道速率的提高;
如何监测线路光放大器等问题。
相应的技术问题:
1.光源的波长准确度和稳定度问题
2.光信道的串扰问题
3.光纤色散对传输的影响问题
4.光纤的非线性效应问题
5.EDFA的动态可调整增益与锁定问题
6.EDFA的增益平坦问题
7.EDFA的光浪涌问题
8.EDFA级联使用时的噪声积累问题
34.为什么要引入非零色散位移光纤NZDSF
重点考察的是G.655NZDSF在1550nm波长处的色散特性与非线性效应和色散效应的关系。
G.655NZDSF在1550nm波段有微量色散,解决了G.652的色散限制以及四波混频。
1、采用了EDFA后,衰减问题得到了解决,传输距离大大增加,但是色散也随之增加,因此对于高速光纤通信而言,光纤的色散效应成为一个主要的限制因素必须解决,否则无法实现长距离通信。
2、随着EDFA等放大器的使用,入纤的光功率显著增大,光纤在一定条件下将呈现非线性特性,会对系统的性能,包括信道间串扰和接收机灵敏度等产生影响。
非零色散位移光纤采用色散补偿技术和色散均衡技术
35.什么是“四波混频”效应?
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。
36.什么是OTDM?
实现OTDM的关键技术或难点有哪些?
OTDM(光时分复用)是指将通信时间分成相等的间隔,每一间隔只传输固定信道的一种技术。
OTDM的系统光源为超短光脉冲光源,由光分路器分成n束。
各支路的电信号分别被调制到各束的光脉冲上去,然后通过光时延线,每路之间间隙为T,使各支路光脉冲精确的按预定要求在时间上错开排队,再由合路器将这些支路光脉冲复接在一起,便完成了在光时域上的间插复用。
接收端的解复用器是一个高速开关,在时域上将各支路信号分开,分别接入相应的接收机。
37.叙述WDM系统的特点
1.可以充分利用光纤的带宽资源
2.可以完成多种电信业务的综合和分离
3.可实现单纤双向传输,节省大量投资。
4.节省大量光纤。
5.降低器件的超高速要求。
6.适用于多种网络形式。
7.引入宽带业务方便。
8.高度的组网灵活性、经济性和可靠性
38.光波分复用系统的工作波长范围为多少?
为什么这么取?
根据通路间隔的大小,光波分复用技术可以分为几种?
通路间隔的选择原则是什么?
光波分复用系统的工作波长应该在1530~1565nm。
目前在SiO2光纤上,光信号的传输都在光纤的两个低损耗区段,即1310nm和1550nm。
但由于目前常用的EDFA的工作波长范围为1530~1565nm。
因此,光波分复用系统的工作波长应该在1530~1565nm。
光波分复用技术可以分为32波、16波、8波的WDM系统。
(此问不确定)
通路间隔的选择原则:
1、至少可以提供16个波长通道2、波长数量又不能太多3、所有波长应该与放大器的泵浦波长无关
39.已知光纤参数为:
n1=1.45,Δ=0.01,λ=1.31μm,估算光纤的模场直径。
40.何谓模式截止?
光纤单模传输的条件是什么?
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?
模式截止:
介于传输模式和辐射模式的临界状态
单模传输的条件:
截止波长:
LP11模对应
41.何为副载波调幅-光强调制
原始的电信号先对某一电载波进行调幅,然后再对光源进行调制。
电载波区别于光载波,称为副载波。
这种方式占用频带窄,与现行的电缆电视及VHF、UHF电视接收机兼容,主要应用于有线电视光纤传输系统中。
42、PDH和SDH的概念
PDH通信系统称为准同步数字体系
1、复用/解复用是数字信号传输的重要部分
2、复用:
将低速信号按照一定的规则变成高速信号
3、解复用:
将收到的高速信号恢复成原来的低速信号
4、PDH基群信号为2Mb/s信号
SDH全称叫做同步数字传输体制;
它规范了数字信号的帧结构、复用方式、传输速率等级,接口码型等特性;
按SDH组建的网是一个高度统一的、标准化的、智能化的网络。
它采用全球统一的接口以实现设备多厂家环境的兼容。
43、PDH的固有缺陷是什么?
1、接口方面:
电接口无世界标准;
光接口无光接口规范2、PDH采用异步复用方式3、PDH信号帧中用于OAM的开销少,OAM功能弱;
系统安全性差4、无统一的网管接口,无法形成统一的TMN
44、SDH的帧结构
SDH帧结构是实现数字同步时分复用、保证网络可靠有效运行的关键。
一个STM-N帧有9行,每行由270个字节组成。
这样每帧共有9×
270×
N个字节,每字节为8bit。
帧周期为125μs,每秒传输8000帧
对于STM-1而言,传输速率为9×
8×
8000=155.520Mb/s。
字节发送顺序为:
由上往下逐行发送,每行先左后右。
45、SDH的系统性能指标
1、误码率是衡量数字光纤通信系统传输质量优劣的非常重要的指标,它反映了在数字传输过程中信息受到损害的程度。
误码率10-6时,感觉不到干扰。
2、抖动是数字信号传输过程中产生的一种瞬时不稳定现象。
抖动的定义是:
数字信号在各有效瞬时对标准时间位置的偏差
3、可靠性是一个重要指标,它直接影响通信系统的使用、维护和经济效益。
包括可靠性R和故障率φ
46、EDFA的优点(记上面)
47.光放大器的主要参数
增益、输出功率、噪声指数是表征光放大器性能的三项主要参数。
48.啁啾
啁啾(chirp)是指产生光脉冲(包括调制)时引入的附加线性调频,也即光脉冲的载频随时间变化。
预啁啾技术(Pre-chirp)是在发送端引入预啁啾(和传输光纤色散引起的啁啾相反),使发送的光脉冲产生预畸变,结果经光纤传输后抵消传输光纤色散引起的啁啾,延长了传输距离。
啁啾光纤光栅(ChirpedFiberGrating)是在光学波导上刻出一系列不等间距的光栅,光栅上的每一点都可以看成是一个本地布拉格波长的通带和阻带滤波器,不同波长分量光在其中传输的时延不同,且与光纤的色散引起的群时延正好相反,从而可补偿由于光纤色散引起的脉冲展宽效应。
啁啾光纤光栅的优点是体积小,插入损耗低。
49.色散补偿技术
它是利用双模光纤的第1高阶模(LP11)在截止波长附近具有很大负波导色散的特点来实现色散补偿的。
常规单模光纤在1550nm附近具有高的色散,不利于高速率光纤通信系统。
色散补偿光纤在1550nm附近具有负色散,可以抵消常规单模光纤的正色散。
DCF的品质因数FOM(FigureofMerit)定义为:
式中FOM为品质因数,单位(ps/nm·
dB);
D——色散系数,单位(ps/nm·
km)
α——衰减系数,单位(dB/km)。
FOM是DCF的重要参数,可以用来对不同类型的DCF进行性能比较
色散补偿光纤DCF的品质因数的物理意义是什么?
DCF的品质因素定义为色散系数和损耗系数之比,其物理意义表征的是DCF色散补偿能力的大小,即单位插入损耗(对应的DCF长度)下可以提供的负色散值。
FOM越大,表征的是DCF的补偿性能越好,即以较小的插入损耗实现较好的色散补偿。
50.色散补偿光纤和偏振模色散补偿
光纤中存在的残余应力会产生偏振模色散(PMD),信号在光纤中传输时两个垂直分量之间会产生延迟,从而使信号脉冲展宽。
当PMD引起的展宽过大时,就会导致误码率显著增加、系统性能的严重劣化。
理论研究和实践已经证明,当光通信脉冲传输码率达到10Gbit/s以上时,偏振模色散对高码率光通信系统的影响显得十分突出。
因此在长距离高速光纤通信系统中,PMD是限制传输速率和距离的一个主要因素,所以必须设法减小或消除光纤PMD对传输系统性能的影响。
51.相干光通信原理
目前使用的光纤数字通信系统,都属于强度调制、直接检测(IM/DD)系统,光电检测器的输出信号与光载波的强度成正比。
虽然这种方式继续向着高速率、大容量方向发展,但已经受到LD的极限调制速率、接收灵敏度难以提高等种种限制。
正像无线通信系统从直接调制、直接检测向超外差式发展那样,光通信也可利用外差技术发展为外差光纤通信或者称为相干光纤通信。
相干光纤通信在发送端可对光载波进行幅度、频率或相位调制;
在接收端则利用零差或外差检测,这种检测技术称为相干检测。
52.光交换原理
光交换技术按交换方式可分为电路交换和包交换。
电路交换又含有空分光交换、时分光交换、波分/频分光交换等方式;
包交换则有光分组交换和突发光交换等方式。
1、空分光交换(SpaceDivisionPhotonicSwitching)技术是指通过控制光选通元件的通断,实现空间任意两点(点到点、一点到多点、多点到一点)的直接光通道连接。
实现的方法是通过空间光路的转换加以实现。
最基本的元件是光开关及相应的光开关阵列矩阵。
2、光波长交换(OpticalWavelengthSwitching)技术是以波分复用原理为基础,采用波长选择或波长变换的方法实现交换功能的
3、光分组交换(OPS,OpticalPacketSwitching)是未来全光网的核心。
在OPS的全光网中,业务层的数据包(例如IP数据)直接映射在光域的光分组上,由光域的光路由器或光交换机对光分组直接进行处理,从而实现真正意义上的全光交换。
4、光突发交换OBS作为由电路交换到分组交换技术的过渡技术,结合了电路交换和分组交换两者的优点且克服了两者的部分缺点,已引起了越来越多人的注意。
光突发交换中的“突发”可以看成是由一些较小的具有相同出口边缘节点地址和相同QoS要求的数据分组组成的超长数据分组,这些数据分组可以来自于传统IP网中的IP包。
突发是光突发交换网中的基本交换单元,它由控制突发分组(BCP,BurstControlPacket,作用相当于分组交换中的分组头)与突发数据BP(净载荷)两部分组成。
突发数据和控制分组在物理信道上是分离的,每个控制分组对应于一个突发数据,这也是光突发交换的核心设计思想。
53.光孤子原理
光孤子(Soliton)是经光纤长距离传输后,其幅度和宽度都保持不变的超短脉冲(ps级脉冲)。
利用光孤子作为载体的通信方式称为光孤子通信。
光孤子通信的传输距离可达上万km,目前处于实用化的早期阶段。
当使用用大功率产生ps级窄脉冲的光源射出的光耦合进光纤,光纤中的非线性现象明显严重。
光纤的纤芯折射率随着光强增加而增加,这种折射率的非线性效应会造成光脉冲前沿速度变慢,后沿速度变快,脉冲自行缩窄。
在一定的条件下,当光纤的线性现象和非线性现象同时存在,使光纤的展宽和缩窄正好平衡,产生一种新的光脉冲,就会得到信号脉冲无畸变的传输。
这时的光脉冲仿佛是孤立的,不受外界条件影响,这种光脉冲称为光孤子。
采用光孤子脉冲承载信息的通信系统称为光孤子通信系统。
54.自由空间光通信原理
自由空间光通信(FSO,FreeSpaceOptics)又称无线光通信或大气光通信,是指以光波为载体,在真空或大气中传递信息的通信技术。
FSO按照应用环境的不同又可分为大气光通信(水平方向)、卫星间光通信和星地光通信(垂直方向)。
已经开始在短距离、中等传输速率、特别是室外的接入环境中得到广泛地应用。
自由空间光通信是光纤通信与无线通信相结合的产物。
它以大气为媒质,通过激光或光脉冲来传送数据信号。
概括说来,FSO具有下列优点:
☐不需频率许可证
☐频带宽
☐安装方便,成本低廉
☐安全性能好
一个FSO系统由光发射机、光接收机和空间光通道3部分组成。
由图中可以看出,它比光纤通信系统主要多了发射机光学天线和接收机光学天线两部分。
55.目前广泛使用的DXC设备有哪几种类型?
DXC1/0的含义是什么?
DXC数字交叉连接设备
配置类型通常用DXCX∕Y表示,其中X表示接入端口数据流的最高等级,Y表示参与交叉连接的最低级别,X和Y可以是数字0,1,2,3,4,5,6…其中0表示64kb∕s的电路速率,1,2,3,4分别表示PDH中的一至四次群速率
DXC1∕0,主要提供64kb∕s电路的数字交叉连接功能。
DXC配置类型常用的有:
DXC1∕0,DXC4∕1,DXC4∕4
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