光纖通信_第二版_劉增基_參考答案

1、230習(xí)題與思考題答案 習(xí)題與思考題答案1-1 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 2×1014Hz，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 20000 GHz（20 THz） ；如果微波的載波頻率選擇為 20 GHz，相應(yīng)的最大可用帶寬為 2GHz。兩者相差 10000 倍。其次，單模光

2、纖的色散幾乎為零，其帶寬距離（乘）積可達(dá)幾十 GHz*km；采用波分復(fù)用（多載波傳輸）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 10 Gb／s，一個采用 128 個波長的波分復(fù)用系統(tǒng)的傳輸速率就是 1.28 Tb／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 0.2 dB／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，

3、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(dá)等設(shè)備產(chǎn)生干擾。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(shè)計適當(dāng)，在中繼距離內(nèi)傳輸?shù)恼`碼率可達(dá) 10-9 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

4、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。1-2 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)

5、和光纖線路三個部分組成(參看圖 1．4)。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(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?fù)接、碼型變換等：光發(fā)射機(jī)的作用是把輸入電信號轉(zhuǎn)換為光信號，并用耦合技術(shù)把光信號最大限度地注入光纖線路。光發(fā)射機(jī)由光源、驅(qū)動器、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，調(diào)制器讓攜帶信息的電

6、信號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，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還原為電信號。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。1-3 假設(shè)數(shù)

7、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 5 GHz的微波載波和 1.55 m 的光載波上能傳輸多少 64 kb/s 的話路? ?解 在 5GHz 微波載波上能傳輸?shù)?64 kb/s 的話路數(shù)2322 21 2 2cca n nV? ? ? ?其中， 來自于 P23 表 2.1。因?yàn)?c V1 21n nn? ? ?所以2 1 1 1.5 0.01 1.5 1.485 n n n ? ? ? ? ? ? ?對于

8、LP01， 不存在。 c ?對于 LP11，6 2 22 21 22 2 3.14 25 10 1.5 1.485 11.28 2.405cca n n m V? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?對于 LP02， 2 21 22 7.084 3.832ca n n m ? ? ? ? ? ?對于 LP12 ， 2 21 22 4.918 5.520ca n n m ? ? ? ? ? ?(2) 2 21 22 27.14

9、a V n n Hz ?? ? ? ?2368.29 2V N ? ?2-3 均勻光纖，若 n1=1.50， ，試計算： 0 1.30 m ? ? ?(1) 若 =0.25，為了保證單模傳輸，其芯半徑應(yīng)取多大？ ?(2) 若取 ，為保證單模傳輸， 應(yīng)取多大？ 5 a m ? ? ?解 (1) 由單模傳輸條件2 21 22 2.405 a V n n ?? ? ? ?推導(dǎo)出2 21 22.4052an n??? ??其中， ， ，則