光纖通信第二版劉增基參考答案要點

1、2301111光纖通信的優(yōu)缺點各是什么？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：（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%，則容許的最大信號帶寬為20000GHz（20THz）；如果微波的載波頻率選擇為20GHz，相應的最大可用帶寬為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）積可達幾十GHzkm；采用波分復用（多載波傳

2、輸）技術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，一個采用128個波長的波分復用系統(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。同時光纖也不會對工作于無線電波波段的通信、雷達等設備產生干

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。只要設計適當，在中繼距離內傳輸?shù)恼`碼率可達109甚至更低。此外，光纖通信系統(tǒng)還具有適應能力強、保密性好以及使用壽命長等特點。當然光纖通信系統(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)光纖的機械強度差。為了提高強度，實際使用時

4、要構成包含多條光纖的光纜，在光纜中要有加強件和保護套。(3)不能傳送電力。有時需要為遠處的接口或再生的設備提供電能，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、接收機和光纖線路三個部分組成(參看圖14)。發(fā)射機又分為電發(fā)射機和光發(fā)射機。相應地，接收機也分為光接收機和電接收機。電發(fā)射機的作用是將信

5、(息)源輸出的基帶電信號變換為適合于信道傳輸?shù)碾娦盘?，包括多路復接、碼型變換等：光發(fā)射機的作用是把輸入電信號轉換為光信號，并用耦合技術把光信號最大限度地注入光纖線路。光發(fā)射機由光源、驅動器、調制器組成，光源是光發(fā)射機的核心。光發(fā)射機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，調制器讓攜帶信息的電信號去改變光載波的某一參數(shù)(如光的強度)。光纖線路把來自于光發(fā)射機的光信號，以盡可能小的畸變(失真)和衰減傳輸?shù)焦饨邮諜C。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。光接收機把從光纖線路輸出的產生畸變和衰減的微弱光信號還原為電信號。光接收機的功能主要由光檢測器完成，光檢測器是光接收機的核心。電接收機的作用一是放大，二是完成與電發(fā)射機相反的變換，包括碼型反變換和多路分接等。1313假設數(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1.55m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簡述未來光網絡的發(fā)展趨勢及關鍵技術。答未來光網絡發(fā)展趨于智能化、全光化。其關鍵技術包括：長波長激光器、低損耗單模光纖、高效光放大器、WDM復用技術和全光網絡技術。1515光網絡的優(yōu)點是什么答光網絡具有如下的主要優(yōu)點：(

8、1)可以極大地提高光纖的傳輸容量和結點的吞吐量，以適應未來寬帶(高速)通信網的要求。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折射率差=0.005，n1=1.5，當波長分別為0.85、1.31

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