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1、第一章习题1-1 什么是光纤通信? 目前使用的通信光纤大多数采用基础材料为SiO2的光纤,它是工作在电磁波的哪个区?波长范围是多少?对应的频率范围是多少?光纤通信是利用光导纤维传输光波信号的通信方式。目前使用的通信光纤大多数采用基础材料为SiO2的光纤。它是工作在近红外区，波长为0.81.8m，对应的频率为167375THz。1-2 试画出光纤通信系统组成的方框图。一个光纤通信系统通常由电发射机、光发射机、光接收机、电接收机和由光纤构成的光缆等组成。1-3 通信系统的容量用BL积表示，B和L分别是什么含义?系统的通信容量用比特率距离积表示，B为比特率，L为中继间距。1-4 光纤通信的主要优点是
2、什么?光纤通信之所以受到人们的极大重视，是因为和其他通信手段相比，具有无以伦比的优越性。(1) 通信容量大(2) 中继距离远 (3) 抗电磁干扰能力强，无串话 (4) 光纤细，光缆轻(5) 资源丰富，节约有色金属和能源。光纤还具有均衡容易、抗腐蚀、不怕潮湿的优点。因而经济效益非常显著。1-5 请查阅最新资料论述光纤通信的发展趋势。略第二章习题2-1 一个频率为Hz的光源，其发射功率为10W，它一秒内发射多少个光子?解：2-2 如下两种光纤，临界角满足什么条件可以保持光在纤芯中传播?（1） 对于石英光纤，纤芯的折射率，包层的折射率。（2） 对于塑料光纤，纤芯的折射率，包层的折射率。解：由 得（1
3、）（2）2-3 一单色光垂直照在厚度均匀的薄油膜上。油的折射率为1.3，玻璃的折射率为1.5 ，若单色光的波长可由光源连续调节，并观察到500nm与700nm这两个波长的单色光在反射中消失，求油膜的厚度。解：由于空气的折射率小于油的折射率，油的折射率小于玻璃的折射率，薄油膜的上、下两表面反射而形成相干光，由于两束光的路程不同而引起的光程差为2 n2e；由于薄油膜的上、下两表面反射光都发生位相突变而不引起额外的光程差。所以总的光程差为 当反射光因干涉而减弱，则有 由上式得 k1 ，k2=1，2，3 所以k1 =4，k2=3把n2=1.3代入得到油膜的厚度为干涉加强的光波波长为：e=673.08n
4、m 2-4 一波长为=600nm的单色平行光垂直照射一个光栅上，光栅常数为d=6m，问第二级明纹所对应的衍射角为多少?解：光衍射角满足光栅方程时： k=0,1,2 式中d=a+b，k=2得 2-5 一束线偏振光入射到偏振片上，光矢量方向与偏振化方向分别成30角和60角，问透过偏振片的光强之比是多少?解：利用马吕斯定律： 2-6 光从空气中入射到玻璃会发生光的反射和折射，已知玻璃的折射率n=1.48，空气的折射率近似为1，试求反射光为线偏振光时所对应的入射角。解：由布儒斯特定律可得2-7 有一介质，吸收系数为，透射光强分别为入射光强的10%、50%及80%时，介质的厚度各多少?解：光束穿过厚度为
5、z的介质后强度为可得： 当透射光强分别为入射光强的10%时，介质的厚度为7.196cm；当透射光强分别为入射光强的50%时，介质的厚度为2.166cm；当透射光强分别为入射光强的10%时，介质的厚度为0.607cm；2-8 构成激光器的三个基本条件是什么?构成一个激光器需要如下三个要素如图所示：（1） 激光工作物质（2） 激励（3） 光学谐振腔2-9 HeNe激光器的中心频率 Hz，自发辐射谱线宽度为 Hz，若想获得单模输出，腔长应为多少?解：纵模个数N为 当单模输出时N=1，即 Hz由得4m第三章习题答案： （1）石英，纤芯，包层（2）数值孔径，NA（3）LP01，LP11 （4）0V2.4
6、05 （5）光纤的自聚焦现象3-2 试分析阶跃型光纤和渐变型光纤的导光原理。阶跃折射率光纤的导光原理比较简单，如图3-1-3所示。图3-1-3 阶跃折射率光纤的导光原理按照光的全反射理论，如果光线满足1大于临界角由式（3-1-3）确定的C ，将会在纤芯与包层界面上发生全反射，当全反射的光线再次入射到纤芯与包层的分界面时，又会再次发生全反射而返回纤芯中传输形成导波。采用渐变型折射率光纤的目的是为了降低模间色散，其导光原理如图3-1-4所示。图中给出了梯度折射率光纤中三条不同路径的光线沿光纤传播的情况，与轴线夹角大的光线经过的路径要长一些，然而它的折射率的较小，光线速度沿轴向的传播速度较大；而沿着
7、轴线传播的光线尽管路径最短，但传播速度却最慢。这样如果选择合适的折射率分布就有可能使所有光线同时到达光纤输出端。这样人们很容易理解为什么采用梯度折射率光纤可以降低模间色散。 图3-1-4 渐变型折射率光纤的导光原理3-3 阶跃型光纤纤芯折射率n1=1.48，包层折射率n2=1.46，试计算光纤的数值孔径?解：由得3-4 什么是光纤的归一化频率?写出表达式。光纤的归一化频率V是由U和W得出的一个重要参数，由光纤的结构和波长决定。3-5 阶跃型光纤纤芯折射率n1=1.48，包层折射率n2=1.46，在工作波长为1.31m条件下，要保证单模传输，纤芯半径应如何选择。由可知纤芯半径应小于2.09m3-
8、6 什么是渐变型光纤的最佳折射指数分布?写出平方律型折射指数分布光纤的折射指数表达式。从渐变型光纤的导光原理可知：只要n(r)取得合适，那么不同模式的光线就会具有相同的轴向速度。即具有不同条件的子午射线，从同一地点出发，达到相同的终端。利用渐变型光纤n随r变化的特点，可以减小模式色散。这种现象称为光纤的自聚焦现象，相应的折射指数分布称为最佳折射指数分布。折射指数选取平方律型分布形式 （3-3-1）式中： n(0)光纤轴线处（r=0）的折射率a纤芯半径3-7 写出光纤的衰减系数表达式。衰减系数的单位是什么？衰减常数用单位长度光纤引起光功率衰减的分贝来表示，定义为单位为dB/km。3-8 对于NA
9、=0.275，n1=1.487的多模阶跃型光纤，一个光脉冲传输了8km，求光脉冲展宽了多少？解：3-9 对于N1=1.487，=1.71%的多模渐变型光纤，一个光脉冲传输了2km，求光脉冲展宽了多少？解：3-10 材料色散和波导色散引起的时延差与色散系数D的关系是什么？色散系数D工程通常采用什么单位？材料色散和波导色散引起的时延差与色散系数D成正比，色散系数D工程上单位采用ps/(nmkm)。3-11 普通单模光纤的零色散波长大约为多少？色散位移光纤(DSF) 是利用什么原理制成的？图3-6-3普通单模光纤的材料色散系数Dm、波导色散系数Dw和总色散D随波长变化的曲线，总色散在1.31m附近为
10、零，这个波长称为零色散波长。而在1.55m附近色散系数D=1518ps/(kmnm)。在1.55m附近的损耗最低，如果合理地设计光波导的结构就可以把零色散波长位移到1.55m附近，这样1.55m附近色散也最小，利用这种原理制成色散位移光纤(DSF)。无疑对长距离大容量的光纤通信是十分有利的。图3-6-3 普通单模光纤的DM、Dw和D随波长的变化曲线3-12 查阅资料，论述单模光纤的最新进展。略第四章习题4答案：（1）价带 导带 禁带（2）N P（3）激光 阈值（4）截止（5）光波 载流子4-2 LED的光谱有什么特点，可以用于何种光纤系统？发光二级管又称LED，广泛应用在各类电子设备中，也是光
11、纤通信中经常使用的光源。它的优点在于较小的尺寸和较长的使用寿命。但它也具有发光亮度低，光谱宽等缺陷，故发光二极管(LED)通常使用在低速、短距离光通信系统。4-3 试画出LED的光输出功率P与注入电流I的关系曲线，即P-I曲线。LED是无阈值器件，它随注入电流的增加，输出光功率近似的线性增加。通常使用使用光输出功率P与注入电流I的关系，即P-I曲线，来描述LED的输出光功率特性，如图4-2-5所示。图4-2-5 LED的P-I特性曲线4-4 光纤通信对半导体激光器有哪些主要要求？半导体激光器（LD）是光纤通信最主要的光源，非常适合于高码速率长距离的光纤通信系统的基本要求有以下几点：（1）光源应
12、在光纤的三个低损耗窗口工作，即发光波长为0.85m、1.31m或1.55m。（2）光源的谱线宽度较窄，=0.11.0nm。（3）能提供足够的输出功率，可达到10mW以上。（4）与光纤耦合效率高，30%50%。（5）能长时间连续工作，工作稳定，提供足够的输出光功率。4-5 半导体激光器也由三个部分构成，试分别加以说明。半导体激光器由如下三个部分组成：产生激光的工作物质（激活物质） 能够产生激光的工作物质，也就是处于粒子数反转分布状态的工作物质，它是产生激光的必要条件。能够使工作物质处于粒子数反转分布状态的激励源（泵浦源） 使工作物质产生粒子数反转分布的外界激励源，称为泵浦源。物质在泵浦源的作用下
13、，使粒子数从低能级跃迁到高能级，使得在这种情况下受激辐射大于受激吸收，从而有光的放大作用。这时的工作物质已被激活，成为激活物质或增益物质。有能够完成频率选择及反馈作用的光学谐振腔。 激活物质只能使光放大，只有把激活物置于光学谐振腔中，以提供必要的反馈及对光的频率和方向进行选择，才能获得连续的光放大和激光振荡输出。4-6 试画出InGaAsP双异质结条型激光器剖面图。目前，光纤通信用的激光器大多采用如图4-3-2所示的铟镓砷磷（InGaAsP）双异质结条型激光器。由剖面图中可以看出，它由5层半导体材料构成。其中NInGaAsP是发光的作用区，作用区的上、下两层称为限制层，它们和作用区构成光学谐振
14、腔。限制层和作用层之间形成异质结。最下面一层NInP是衬底，顶层P+InGaAsP是接触层，其作用是为了改善和金属电极的接触。顶层上面数微米宽的窗口为条型电极。图4-3-2 InGaAsP双异质结条型激光器剖面图4-7 法布里珀罗腔GaAlAs-GaAs半导体激光器在高速调制情况下的输出光谱，与在直流或低码速调制情况下的输出光谱有什么不同？法布里珀罗腔半导体激光器(FP-LD)输出的激光在低码速情况下一般具有良好的单纵模性，然而在高码速情况下，其光谱呈多纵模性，光谱线较宽。在光纤长距离、大容量的传输过程中，多纵模的存在将使光纤中的色度色散增加。4-8 画出DFB-LD结构示意图。DFB-LD单
15、模光谱与LD多模光谱有何不同？分布反馈半导体激光器(DFB-LD)，它是在异质结激光器具有光放大作用的有源层附近，刻上波纹状的周期的光栅来构成的，如图4-3-4所示。图4-3-4 分布反馈半导体激光器结构示意图LD多模光谱和单模光谱的比较可以看出，单纵模LD中除了一个主模外，其它纵模都被抑制了，同时主模的谱线宽度非常窄，通常小于1nm，用于高速光纤通信系统是非常理想的。4-9 半导体激光器的温度变化对阈值电流有什么影响?温度对激光器阈值电流影响很大，阈值电流随温度升高而加大。所以为了使光纤通信系统稳定、可靠地工作，一般都要采用自动温度控制电路，来稳定激光器的阈值电流和输出光功率。4-10 光源
16、的外部调制是如何实现的？ 光源的间接调制通常称为光源的外部调制，它是由恒定光源输出激光后，外加光调制器对光进行调制来实现的。目前可以使用的外部调制方式有电光调制、声光调制和磁光调制。电光调制最容易实现，在光纤通信系统广泛使用。4-11 试说明LD的电光延迟和张驰振荡的产生原因。电光延迟就是在电信号到来时，光信号相对于电信号的时间延迟，用延迟时间t d来表示，电光延迟的原因是由于载流子浓度达到激光阈值需要一定的时间(约0.52.5ns)。当注入电流从零快速增大到阈值以上时，经电光延迟后产生激光输出，并在脉冲顶部出现阻尼振荡，经过几个周期后达到平衡值，这种特性称为张驰振荡特性。当电子密度增加到阈值
17、时，激光器开始发射，但光子密度的增加也有一定的过程，只要光子密度还没有达到它的稳态值，电子密度将继续增加。光子密度迅速上升同时使电子密度开始下降，持续一段时间，使电子密度继续下降到n th之下，从而引起光子密度也开始迅速下降。当电子密度下降到最低点时，发射可能停止或减弱，于是重新开始上述过程。4-12 对光发送机的主要要求有哪些？（1）有合适的输出光功率（2）良好的消光比 （3）调制特性要好4-13 直接调制的光发送机较为简单，所以目前使用的光发送机大多数是直接调制的光发送机，试画出它的结构框图。直接调制的光发送机较为简单，所以目前使用的光发射机大多数是直接调制的光发送机，它的原理如图4-5-
18、1所示。 图4-5-1 直接调制的光发送机组成框图4-14 输入电路的功能是实现电端机（PCM）输入的信号转换成能在光纤线路传输码型的信号，试说明各部分的作用。输入电路的功能是实现电端机（PCM）输入的信号转换成能在光纤线路传输码型的信号，原理框图见图4-5-3。均衡放大编码扰码复用码型变换输入接口时钟图4-5-3 输入电路原理框图输入接口 电端机（PCM）输入的信号应该符合CCITT G.703建议，这个接口通常称为电接口。均衡放大 由PCM端机送来的HDB3或CMI码流，首先要进行均衡，用以补偿由电缆传输所产生的衰减和畸变，以便正确译码。时钟提取 由于码型变换和扰码过程都需要以时钟信号作为
19、依据。因此，在均衡电路之后，由时钟提取电路提取出时钟信号，供给码型变换和扰码电路使用。码型变换 由均衡器输出的HDB3码(又称三阶高密度双极性码)或CMI码(又称传号反转码)，前者是三值双极性码(即+1，0，-1)，后者是归零码，在数字电路中为了处理方便，需通过码型变换电路，将其变换为非归零码(即NRZ码)。复用 是指利用大容量传输信道来同时传送多个低容量的用户信息及开销信息的过程。扰码与编码 若信码流中出现长连“0”或长连“1”的情况，将会给时钟信号的提取带来困难，为了避免出现这种情况，需加一扰码电路，它可有规律地破坏长连“0”和长连“1”的码流。从而达到“0”、“1”等概率出现。扰码以后的
20、信号再进行线路编码。在实际的光纤通信系统中，除了要满足光纤通信线路码型变换的基本要求，还要实现不间断业务的误码监测、区间通信联络、监控等功能。第五章习题答案：（1）光电效应；（2）I层（本征耗尽层）；（3）前置放大器 低噪声、高增益；（4）“1” “0”（5）dBm5-2 什么是半导体的光电效应?半导体光检测器是利用半导体的光电效应制成。半导体材料的PN结上，当加上反向偏压，即半导体材料的PN结的P区接负，N区接正，此时耗尽层变宽。强大的内建电场组，阻碍着电子从N区流向P区，空穴从P区流向N区，因此在耗尽层缺少自由载流子。当光照射到半导体的PN结上，若光子能量足够大，则半导体材料中价带的电子吸
21、收光子的能量，从价带越过禁带到达导带，在导带中出现光电子，在价带中出现光空穴，即形成光电子-空穴对，它们总起来称作光生载流子。光生载流子在外加负偏压和内建电场的作用下，分别向P区和N区迅速漂移，这样在外电路中出现光电流，如图5-1-1(a)所示，由图可见，外加负偏压产生的电场方向与内建电场方向一致，有利于耗尽层的加宽。这样，就实现了输出电压跟随输入光信号变化的光电转换作用。图5-1-1 半导体材料的光电效应5-3 光电检测器的响应度和量子效率是如何定义的?二者有什么联系?响应度是描述这种器件光电转换能力的物理量。定义为 量子效率，定义为产生的光生电子-空穴对数占入射光子数的百分比。响应度和量子
22、效率虽然都是描述器件光电转换能力的物理量，但是分析的角度不同，二者的关系为 5-4 直接检测数字光接收机有哪些组成部分，试画出组成方框图。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三个部分，如图5-3-1所示。图5-3-1 直接检测数字光纤通信接收机框图5-5 为什么在光接收机线性通道中要加入均衡滤波器?均衡器的作用是对主放大器输出的失真的数字脉冲信号进行整形，使之成为最有利于判决、码间干扰最小的波形。通常将输出波形均衡成具有升余弦频谱函数特性， 此时码间干扰最小，最有利于判决。5-6 数字光纤通信系统中，按照“1”码时码元周期T的大小可分哪两种码型?它
23、们的占空比分别是什么?按照“1”码时码元周期T的大小，分为归零码(RZ码)与非归零码(NRZ码)两种，见图5-4-1。显然，RZ码的占空比为0.5，而NRZ码的占空比为1。图5-4-1 数字光纤通信系统中的码元5-7 什么是量子噪声?量子噪声是与光信号有关，出现这种噪声的原因可以这样解释：光信息的传播是由大量的光量子传播来进行的，这些大量的光量子其相位都是随机的，因此光电检测器在某个时刻实际接收到的光子数，是在一个统计平均值附近浮动，因而产生了噪声。5-8 某光接收机接收的光功率为0.1W，光波长为1.31m，求所对应的每秒钟接收的光子数。解：5-9 某光纤通信系统光发送端机输出光功率为0.5
24、mW，接收端机灵敏度为0.2W，若用dBm表示分别是多少?(提示lg20.3)解：5-10 一数字光纤接收端机，在保证给定误码率指标条件下，最大允许输入光功率为0.1mW，灵敏度为0.1W，求其动态范围。解：所以动态范围D为30dB第六章习题答案：（1）频分复用传输方式 时分复用方式 （2）mBnB 它是把输入信码流中每m比特码分为一组，然后变换为n比特(nm)输出 （3）误码率(BER)定义为传送错误的码元数占传送的总码元数的百分比 有严重误码秒(SES) 误码秒(ES) （4）引起误码率的增加 （5）155.520Mb/s，622.080Mb/s，2488.320Mb/s，9953.280
25、Mb/s6-2 试画出IM-DD光纤通信系统结构框图。点对点IM-DD数字光纤通信系统结构。图6-1-1 点对点IM-DD数字光纤通信系统结构6-3 光纤通信系统中，为什么选择线路码型是十分必要的?PCM系统与光纤通信系统接口的两种码型并不都适合在光纤数字通信系统中传输，因为在光纤数字通信系统中使用了光源发出光信号，传输手段是光导纤维，由此会带来的新问题。例如HDB3码有+1，0，-1三种状态，而在光纤数字通信系统中，光源只有发光和不发光两种状态，没有发负光这种状态。因此，在光纤系统中无法传输HDB3码。为此，在光发射机中传输140Mb/s以下码速率时，必须将HDB3解码，变为单极性的“0”，
26、“1”码。但是HDB3解码后，这种码型所具有的上述误码监测等功能都将失去。以上是需要重新编码的一个原因。另一方面，在光纤线路中，除了需要传输主信号外，还需增加一些其他的功能，如传输监控信号、区间通信信号、公务通信信号、数据通信信号，当然也仍需要有不间断进行误码监测功能等。为此，需要在原来码速率基础上，提高一点码速率，以增加一些信息余量(冗余度)从而实现上述目的。具体作法是在原有码流中插入脉冲，这也需要重新编码。6-4 在PDH光纤通信系统和SDH光纤通信系统分别采用什么线路码型？在PDH光纤通信系统中，常用的码型有分组码和插入比特码；在SDH光纤通信系统中广泛使用加扰NRZ码。6-5 什么是分
27、组码?经过分组编码，线路上的速率提高了多少?分组码常用mBnB表示，它是把输入信码流中每m比特码分为一组，然后变换为n比特(nm)输出。分组码有1B2B，2B3B，3B4B，5B6B，5B7B，6B8B等。线路上的速率提高了线路上的速率提高了线路上的速率提高了线路上的速率提高了线路上的速率提高了（n-m）/m6-6 什么是插入码，插入码的类型有几种?插入比特码是将信码流中每m比特划为一组，然后在这一组的末尾一位之后插入一个比特码输出，根据插入码的类型分为：mB1P码，mB1C码，mB1H码。6-7 有一个光纤通信系统，其码速率为622.080Mb/s，平均发送光功率PT的最大值0dBm，活动连
28、接器ACT和ACR为0.4dB，设备富余度ME为3dB，光纤衰减系数Af取值1550nm取0.2dB/km，平均熔接接头损耗AS/Lf为0.05dB/km，线路富余度MC为0.06dB/km。接收机灵敏度PR为-31.2dBm，试估算最大中继距离。解：6-8 SLM光源的3dB为0.388nm，系统所用常规光纤，在1310nm工作波长范围内的最大色散系数Dmax=3.5ps/nmkm，估计STM-1、STM-4、STM-16系统的最大色散受限距离。解：由得STM-1系统L=1493.40STM-4系统L=373.35STM-16系统L=93.34第七章习题7-1 PDH的主要有哪些缺点，试画图
29、说明PDH是如何实现从低次群信号复接成高次群信号，又是如何实现从高次群信号到低次群信号的分接的？PDH的主要缺点有：(1) PDH有两大体系种系列，即以2.048Mb/s为基群及以1.544Mb/s为基群的体系，相互间难以互通和兼容。(2) 由于没有统一规范的光接口，不同厂家的设备在光路上不能互通，必须转换成标准电接口才能互通，限制了联网应用。(3) PDH高次群信号中的低次群信号位置没有指示，因此要从中取出/插入一个低次群信号(俗称上/下电路)很不方便，必须逐级分接、复接才能实现，需要设备多，上下业务费用高，如图7-1-1所示。图7-1-1 PDH和SDH中分插信号流图的比较(4) PDH各
30、等级的帧结构中预留的插入比特(开销)很少，网络结构缺乏灵活性，同时PDH主要是为话音业务设计，使网络无法适应不断演变的管理要求，更难以支持新一代的网络。为此，CCITT根据世界各国间通信联网的需要，制定了同步数字系列SDH(Synchronous Digital Hierarchy)的建议。使之成为不仅适合光纤通信，也适合微波和卫星通信的数字体系。从而揭开了现代信息传输崭新的一页，得到了空前的应用和发展。7-2 试说明SDH网具有哪些主要特点？SDH网具有同步复用、标准光接口和强大的网络管理能力。有如下主要特点：(1) 使24路制和30路制两种PDH数字系列在STM-1等级上实现了统一，使之成
31、为数字传输体制上的世界标准；(2) 由于采用了同步复用和映射方法，各种不同等级的码流在帧结构净负荷内的排列是有规律的，而净负荷与网络同步。因此可以方便地从高速信号中一次分出低速支路信号，省去PDH中全套背靠背的数字复用/去复用设备，及相应的多次码速调整与变换，这不仅使上下业务变得非常容易，而且便于业务的管理及改善网络的业务透明性；(3) 在帧结构中安排了丰富的开销比特，因而使网络的运行、管理和维护(OAM)能力大大加强，而且便于将部分网络管理能力分配到网络单元，实现分布式管理以及实现高可靠性的自愈环网结构；(4) 确定了世界统一的光纤网络接口，可以在光路上实现横向兼容，便于网络的组织和调度，使
32、网络投资成本节约10%20%以上；(5) SDH网具有信息净负荷和定时的透明性。所谓信息净负荷的透明性指的是网络可以传送各种净负荷及其它们的组合，而与信息的具体结构无关；(6) SDH网具有后向和前向兼容性。它与传统的PDH网完全兼容。另外它还能容纳新的业务信号，如B-ISDN中的ATM信元、高速局域网的光纤分布式数据接口(FDDI)信号和分布排队双总线(DQDB)信号等。7-3 STM-N的速率分别是多少？它们是如何得出来的？STM-1 155.520Mbit/sSTM-4 622.080Mbit/sSTM-16 2488.320Mbit/sSTM-64 9953.280Mbit/sSDH的
33、块状帧由9行和270N列字节组成，1字节为8比特；帧重复周期为125s，即每秒传输8000帧。因此STM-N的速率为9270N88000。7-4 画出SDH的帧结构图，并说明各个区域的功能。整个帧结构可以分为三个主要区域：(1) 段开销(SOH)区域(2) 信号净负荷区域(3) 管理单元指针区域7-5 计算STM-16每帧中，信息净负荷区域的字节数和比特数。STM-16的字节数为926116STM-16的比特数为92611687-6 试画出我国目前采用的复用映射结构图。并回答一个是STM-1能够提供多少个2.048Mb/s的接口，多少个34.368Mb/s的接口和多少个139.264Mb/s的
34、接口？一个是STM-1能够提供63个2.048Mb/s的接口，3个34.368Mb/s的接口和1个139.264Mb/s的接口。7-7 ADM的特点是什么？被称作什么设备？分插复用器(ADM)是SDH网络中最具特色，也是应用最为广泛的设备。ADM是一个三端口设备，它的功能如图7-4-2所示，有两个线路(也称群路)口，输出和输入均为SIM-N信号，和一个支路口，支路信号可以是各种准同步信号，也可以是同步信号。图7-4-2 ADM功能示意图ADM的特点是可从主流信号中分出一些信号并接入另外一些信号。与TM相同，ADM既能连接不同的信号也能分支具有比主流信号更低容量的电或光信号。7-8 画出在SDH
35、网络中，线形、星形、树形、环形或网孔形网络的结构示意图。在SDH网络中，通常采用点对点线形、星形、树形、环形或网孔形网络结构，如图7-5-3所示。图7-5-3 SDH网络的基本拓扑类型7-9 画出二纤单向通道保护环的结构图，若BC节点间光缆中的这两根光纤同时被切断，如何实现保护功能？若BC节点间光缆中的这两根光纤同时被切断，则来自W1的AC信号丢失，则在节点C将通过开关转向接收来自P1的信号，从而使AC业务信号不会丢失。而CA信号此时仍然可以从W1提取。故障排除后，开关返回原来位置。7-10 什么是电信管理网（TMN）？它与传统意义上的电信网不同？电信管理网（TMN）是利用一个具备标准接口(包
36、括协议和消息规定)的统一体系结构，使各种不同类型的操作系统(网管系统)与电信设备互连，从而实现电信网的自动化和标准化的管理，并提供大量的各种管理功能。它的基本目标是为电信管理提供一种框架性结构，引入通用网管模型后，利用通用信息模型和标准接口可以实现多种不同设备的统一管理。电信管理网（TMN）与传统意义上的电信网不同，TMN在概念上是一个独立的网络。但是它与电信网有若干不同的接口，可以接收来自电信网的信息并控制电信网的运行。TMN也常常利用电信网的部分设施来提供通信联络，因而两者可以有部分重叠。7-11 误块(EB)是如何定义的。误块秒比(ESR)的含义是什么？当某一秒具有一个或多个误块，或至少
37、有一种缺陷时，则该秒称为误块秒(ES)。在规定测量时间间隔内，出现的ES与总的可用时间(在测试时间内扣除其间的不可用时间)之比，称为误块秒比(ESR)。7-12 试从表7-8-1高比特率全程27 500km通道端到端的误码特性规范要求得出表7-8-2中 420kmHRDS误码特性指标。为了将27 500 km端到端光纤通信系统的指标，分配到更小的组成部分,G.826采用了一种新分配方法，即在按区段分段的基础上结合按距离分配的方法。将全程分为国际部分和国内部分。我国国内标准最长假设参考通道(ERP)为6 900 km ，按照G.826的分配策略，我国国内部分共分得24.5%的端到端指标。国内网可
38、分成两部分，即接入网和转接网（由长途网和中继网组成），转接网按距离线性分配直到再生段为止，即按规定每公里可以分得G.826规定的端到端指标的0.0055%。实际系统设计指标和工程验收指标指标还要严格，一般为理论估计值的1/10。第八章习题8-1通信的容量的大小通常用BL积表示，用什么方法可以增加B和L。利用电信号的时分复用技术使通信容量极大提高，采用光放大和色散补偿技术将会增加通信距离。8-2光纤放大器又主要包括哪两种，分别说明它们的工作原理。光纤放大器又主要包括非线性光纤放大器和掺杂光纤放大器两种。非线性光纤放大器，是利用强的光源对光纤进行激发，使光纤产生非线性效应，在这种受激发的一段光纤的
39、传输过程中得到放大。其中有受激喇曼散射(Stimulated Raman Scattering，SRS)光纤放大器、受激布里渊散射(Stimulated Brilliouin Scattering，SBS)光纤放大器和利用四波混频效应(FWM)的光放大器等。它的主要缺点是需要大功率的半导体激光器作泵浦源(约0.51W)，因而实用化受到一定的限制。掺杂光纤放大器是利用稀土金属离子作为激光工作物质的一种放大器。将激光工作物质掺与光纤芯子即成为掺杂光纤，在泵浦光的作用下可直接对某一波长的光信号进行放大。目前最成功的典型是掺铒光纤放大器，由于它具有一系列优点，因此近年来得到迅速发展，被广泛采用。8-3
40、 试说明EDFA具有哪些主要优点。EDFA具有如下优点：(1)工作波长处在1.521.56m范围，与光纤最小损耗窗口一致；(2)对掺铒光纤进行激励的泵浦功率低，仅需要几十毫瓦，而拉曼放大器需0.51W的泵浦源进行激励；(3)增益高、噪声低、输出功率大。它的增益可达40dB，噪声系数可低至34dB，输出功率可达1420dBm；(4)连接损耗低，因为它是光纤型放大器，因此与光纤连接比较容易，连接损耗可低至0.1dB。8-4 画出EDFA的工作能级图，简述EDFA的工作原理。如图8-2-2所示，EDFA的工作能级在和之间，能级分离成一个能带，铒粒子先跃迁到该能带的顶部，并迅速以非辐射跃迁的形式由泵浦
41、态变至亚稳态(即能级)，在该能级上，粒子有较长的存活时间，由于源源不断地进行泵浦，粒子数不断增加，从而实现了粒子数反转。当具有1 550nm波长的光信号通过这段掺铒光纤时，亚稳态的粒子以受激辐射的形式跃迁到基态，并产生出和入射光信号中的光子一模一样的光子，从而大大增加了信号光中的光子数量，即实现了信号光在掺铒光纤的传输过程中不断被放大的功能，掺铒光纤放大器也由此得名。发出的光的波长为15201570nm，即EDFA对15201570nm的光信号有放大作用。8-5画出双向泵浦掺铒光纤放大器结构示意图。8-6什么是喇曼散射效应？ 喇曼散射效应是物质内部的分子无时无刻都在振动着，但它们只能在某几个固
42、定的频率上振动，这些频率叫喇曼频率，不同的振动频率对应于不同的分子能量。当外界光照射时，外来光子能与振动分子发生能量交换，这时在入射光光谱线(称为母线)两边出现一些强度很弱的新谱线，这种效应称为喇曼散射效应。这些新出现的谱线叫伴线，其中比母线波长长的叫斯托克斯(Strokes)线，比母线波长短的叫反斯托克斯线。它们两个与母线波长的间隔相等，其值等于相应的分子振动频率，约十几个THz。8-7光纤喇曼放大器可分为哪两类？各有什么特点？光纤喇曼放大器可分为分立式喇曼放大器和分布式喇曼放大器（DRA）两类。分立式喇曼放大器所用的光纤增益介质比较短，一般在10km以内泵浦功率要求很高，一般在几瓦到几十瓦
43、，可产生40dB以上的高增益，像EDFA一样用来对信号光进行集中放大，因此主要用于EDFA无法放大的波段。分布式喇曼放大器要求的光纤比较长，可达l00km左右，泵浦源功率可降低至几百毫瓦，主要辅助EDFA用于WDM通信系统的中继放大。8-8色散会使光纤通信系统的光信号发生怎样的变化，色散补偿的原理是什么？色散会使输出光信号在时间展宽，色散导致光信号展宽是由相位系数引起的，它使光脉冲经光纤传输时产生了新的频谱成分。所有的色散补偿方式都试图取消该相位系数，以便恢复原来的输入信号。第九章习题。答案：（1）光时分复用(OTDM)技术、光码分复用(OCDM)技术、副载波复用(SCM)技术、波分复用(WD
44、M)技术（2）193.10THz（3）波分复用（4）双向结构和单向结构（5）熔锥光纤型、介质膜干涉型9-2 简述OTDM的原理。光时分复用是指将多个通道的低速率数字信息以时间分割的方式插入到同一个物理信道（光纤）中，复用之后的数字信息成为高速率的数字流。光时分复用与电时分复用不同，光时分复用的电数字信号还是低速率的数字流，但是复用的光信号是高速率的数字流，这样就绕开了高速电子器件和半导体激光器直接调制能力的限制；而电时分复用是低速率的电数字信号直接复用成高速率的电数字信号。9-3 试画出WDM的双纤单向和单纤双向传输方式的示意图。9-4 试说明WDM光的发射为什么采用光转发器（OUT）技术？W
45、DM光的发射是采用光转发器（OUT）技术，OUT是WDM的关键技术之一。光转发器不仅可以用在光发送部分也可以用在光中继和光接收部分。开放式WDM系统在发送端采用OTU将非标准的波长转换为标准波长。9-5 可调光滤波器的作用是什么?WDM系统的光接收端均使用了波长可调的光滤波器，光滤波器也称为波长选择器。其作用是在接收端于接收器前从多信道复用的光信号中选择出一定波长的信号，以供接收机进行接收。9-6 用WDM技术所构成的光传送网。按照G.805建议的规定，从垂直方向上光传送网分为哪三个独立层网络，分别加以说明。最上层是业务层，各种不同业务网络提供不同的业务信号，如视频、音频和数据信号，业务层直接为电交换/复用层提供服务内容，最后要通过光传送/网络层在光域上进行信号传输。可见各层之间的关系与SDH传送网是相同的，即下层为上层提供支持手段，上层为下层提供服务内容。9-7 WDM系统的信道串扰中，两个以上不同波长的光信号在光纤的非线性影响下有四波混频(Four Wave Mixing，FWM)，说明如何减小FWM的影响？克服四波混频最有效的方法是采用非零色散光纤或光纤的非零色散窗口。第十章习题10-1 简述相干光纤通信