红色：重点、绿色：了解 第1章 1、光纤通信的基本概念：以光波为载频，用光纤作为传输介质的通信方式。光纤通信工作波长在于近红外区：0.85～2.00μm的波长区，对应频率: 167～375THz。 对于SiO2光纤，在上述波长区内的三个低损耗窗口，是目前光纤通信的实用工作波长，即0.85μm、 1.31μm 1.55μm及 1.625μm 2、光纤通信系统的基本组成：P5 图1-3 目前采用比较多的系统形式是强度调制/直接检波（IM/DD）的光纤数字通信系统。该系统主要由光发送设备（光发射机）、光纤传输线路、光接收设备（光接收机）、光中继器以及各种耦合器件组成。 各部件功能： 电发射机：对来自信源的信号进行模/数转换和多路复用处理； 光发送设备：实现电/光转换； 光接收机：实现光/电转换； 光中继器：将经过光纤长距离衰减和畸变后的微弱光信号放大、整形、再生成具有一定强度的光信号，继续送向前方，以保证良好的通信质量。 3、光纤通信的特点：（可参照P1、2） 优点：（1），传输容量大。（2）传输损耗小，中继距离长。 （3）保密性能好：光波仅在光纤芯区传输，基本无泄露。 （4）抗电磁干扰能力强：光纤由电绝缘的石英材料制成，不受电磁场干扰。（5）体积小、重量轻。（6）原材料来源丰富、价格低廉。 缺点：1）弯曲半径不宜过小；2）不能远距离传输；3）传输过程易发生色散。 4、适用光纤：P11 G.652 和G.654：常规单模光纤，色散最小值在1310nm处，衰减最小值在1550nm 处。常见的结构有阶跃型和下凹型单模光纤。 G.653：色散位移光纤，色散最小值在1550nm处，衰减最小值在1550nm处。难 以克服FWM混频等非线性效应带来的影响。 G.655：非零色散光纤，色散在1310nm处较小，不为0；衰减最小值在1550nm 处。可以尽量克服FWM混频等非线性效应带来的影响。 补充：1、1966年7月，英籍华人（高锟）博士从理论上分析证明了用光纤作为传输介质以实现光通信的可能性。 2、数字光纤通信系统有准同步数字体系（PDH）和同步数字体系（SDH）两种传输体制。
第8章第3节作业 1、系统在什么条件下受损耗限制？此时决定的因素是什么？ 答：当光纤带宽与信号速率之比足够大时，传输距离主要受到光纤损耗的限制。 即当系统的工作频宽远小于光纤带宽，当码速较低(B<100Mb／s)时，光纤色散对灵敏度的影响较小时。限制决定于下列因素： (dBm)； (1)发送端耦合入光纤的平均功率P T (2)光接收机的接收灵敏度Pmin (dBm)； (dB)。 (3)光纤线路的总损耗 T 2、系统在什么条件下受色散限制？此时决定的因素是什么？ 答：当系统的损耗足够小，传输码速高时，传输距离主要受光纤色散等的限制。 即在光纤损耗较低，码速较高时，对传输距离的限制往往主要来自色散造成的系统上升时间的限制，这种系统称为色散限制系统。 3、从传输带宽角度看，NRZ和RZ码，哪一个占用带宽宽？参数是多少？ 答： NRZ码所需的传输带宽仅为RZ码的一半。即RZ码占用传输带宽宽。 NRZ码：B（bit/s）＝Bc（Hz） RZ码：B（bit/s）＝2Bc（Hz） Bc（Hz）＝1/2 B（bit/s） 4、有一长距离单模光纤传输系统，工作波长1300 nm，其他参数如下： LD光源平均入纤功率 0 dBm 光缆损耗 0.4 dB／km 熔接头损耗 0.1 dB／km 活动连接器损耗 1dB／个 APD接收机灵敏度： B=35 Mb／s时(BER=10-9) - 55 dBm B=500 Mb／s时(BER=10-9) - 44 dBm 系统富余度 9 dB 试计算损耗限制传输距离。 解：（a）当B=35Mb/s时 （b）当B=500Mb/s时
5、有一条1.3 m光波系统，设计工作码速为lGb／s，拟采用单模光纤，中继距离5Okm。发送机和接收机上升时间分别为0.25ns和O.35ns，光源谱宽3nm，光纤平均色散在工作波长上为2ps／(nm·km)：计算RZ和NRZ码时的系统上升时间预算。 解：
光纤通信网络风险评估 光纤具有抗干扰、数据传输快、损耗小等优点，成为当前网络的主要 通信介质，在很多领域得到了广泛应用［1，2］。不过光纤通信网络 与其它类型的网络一样，也存有安全隐患问题［3］，如果出现数据被 窃取、网络入侵等行为，那么会给人们带来巨大的经济损失，为此， 如何提升光纤通信网络的安全，一直是网络安全管理领域中的研究热 点［4］。近几年来，学者们对光纤通信网络的风险评估进行广泛研究，最原始风险评估模型是引用其它类型的网络评估模型，如双绞线网络等，但是光纤通信网络具有其自身的特殊性，这些模型的风险评估结 果不可靠［5］。近些年，一些研究机构提出了基于层次分析法、德尔 斐法、决策树、神经网络、支持向量机等光纤通信网络的风险评估模 型［6－10］。层次分析法、德尔斐法属于定性分析或简单定量方法， 评估结果的好坏与专家经验和知识直接相关，评估精度不太稳定，时 高时低，而且评估结果含有一定的主观性［11］。决策树、神经网络、支持向量机等属于定量分析方法，根据光纤通信网络风险的评估指标，采用神经网络等建立相对应的评估模型，评估精度比较高，在光纤通 信网络风险评估中应用最为广泛［12］。在实际应用中，这些方法均 没有考虑评估指标选择问题，导致评估指标过多，评估结果和效率均 有待进一步改善［13］。为了提升光纤通信网络风险评估精度，有效 保证光纤网络的数据传输可靠性，提出一种因子分析法的光纤通信网 络风险评估模型，采用并通过具体实例对其有效性和优越性进行分析。 1建立光纤通信网络风险的数学模型 在光纤通信网络风险评估过程中，有两个步骤对评估结果的影响十分 关键，其中一个是评估指标的选择，另一个是光纤通信网络风险值的 预测算法。假设选择第i个样本的评估指标为{xi1，xi2，…，xin}， 相对应的光纤通信网络值为yi，那么光纤通信网络风险评估的数学模 型可以描述。 2因子分析法选择光纤网络风险评估指标
光纤通信大作业 1.选择一个你认为合适的方案 供选方案：NRZ、RZ调制格式，直接调制或者外调制，APD管或者PIN管，low pass rectangular filter或者low pass gauss filter。请选择你认为实际中可实现的通信性能最好的一组方案。并给出相应的理由。 答：选择NRZ调制格式，直接调制，APD管，low pass gauss filter。选择这个方案的理由是：为了使得整个系统得到最好的信噪比，并且保证系统误码率在可接受的范围内。具体理由分析如下： 选择NRZ调制格式，因为经NRZ调制的光信号具有紧凑的频谱特性，调制和调解结构简单，在10G和一部分40G系统中得到广泛应用，一直被作为中短距离光纤通信系统中的主要调制格式，通过色散管理和终端可调色散补偿技术，NRZ调制格式在终端传输距离普通光纤获得良好的光传输性能。 选择直接调制，因为直接强度调制是用信号直接调制激光器的驱动电流，使其输出功率随信号变化.这种方式设备相对简单，研究较早，现已成熟并商品化.外调制则常用于要求较高的通信系统。 选择APD管，因为由书上的P264页的图8.3可知，PIN管接收灵敏度适用于低数据速率光纤通信，当系统通信数据速率为10G时，PIN灵敏度管不适于应用，我们优选ADP管。 选择low pass gauss filter（低通高斯响应滤波器），因为low pass rectangular filter（低通矩形响应滤波器）是理想的低通滤波器的模型，在幅频特性曲线上呈现矩形。在现实中，如此理想的特性是无法实现的，所有的设计只不过是力图逼近矩形滤波器的特性而已。而low pass gauss filter（低通高斯响应滤波器）采用时域法测量有效带宽，具有直观、简便的优点，而采用时域法能够显著缩短有效带宽测量时间。 实验过程： 本次实验中，由NRZ调制格式、直接调制、APD管和low pass gauss filter构成的光纤通信系统。 1）.根据实验要求，连接实验电路。同时为了实时地观察系统的运行状态，必须在系统外围增加监测及显示装置，将系统运行结果显示出来，便于观察和分析。因此，在系统中加入了Eye Diagram Analyzer、BER Analyzer、Optical Time Domain Visualizer、Optical Power Meter、Optical Spectrum Analyzer、Oscilloscope Visualizer。通过这些监测及显示器件，可以较为直观地观察到入纤光功率、调制前后的光信号频谱与时域波形、解调后的信号波形、信号眼图及误码率等系统的运行状态和运行结果。整个光纤通信系统的架构如下图示：
光纤通信课后习题答案 第一章习题参考答案 1、第一根光纤是什么时候出现的？其损耗是多少？ 答：第一根光纤大约是1950年出现的。传输损耗高达1000dB/km 左右。 2、试述光纤通信系统的组成及各部分的关系。 答：光纤通信系统主要由光发送机、光纤光缆、中继器和光接收机组成。 系统中光发送机将电信号转换为光信号，并将生成的光信号注入光纤光缆，调制过的光信号经过光纤长途传输后送入光接收机，光接收机将光纤送来的光信号还原成原始的电信号，完成信号的传送。 中继器就是用于长途传输时延长光信号的传输距离。 3、光纤通信有哪些优缺点？ 答：光纤通信具有容量大，损耗低、中继距离长，抗电磁干扰能力强，保密性能好，体积小、重量轻，节省有色金属和原材料等优点；但它也有抗拉强度低，连接困难，怕水等缺点。 第二章 光纤和光缆 1．光纤是由哪几部分组成的？各部分有何作用？ 答：光纤是由折射率较高的纤芯、折射率较低的包层和外面的涂覆层组成的。纤芯和包层是为满足导光的要求；涂覆层的作用是保护光纤不受水汽的侵蚀和机械擦伤，同时增加光纤的柔韧性。 2．光纤是如何分类的？阶跃型光纤和渐变型光纤的折射率分布是如何表示的？ 答：（1）按照截面上折射率分布的不同可以将光纤分为阶跃型光纤和渐变型光纤；按光纤中传输的模式数量，可以将光纤分为多模光纤和单模光纤；按光纤的工作波长可以将光纤分为短波长光纤、长波长光纤和超长波长光纤；按照ITU-T 关于光纤类型的建议，可以将光纤分为G.651光纤（渐变型多模光纤）、G .652光纤（常规单模光纤）、G .653光纤（色散位移光纤）、G.654光纤（截止波长光纤）和G.655（非零色散位移光纤）光纤；按套塑（二次涂覆层）可以将光纤分为松套光纤和紧套光纤。 （2）阶跃型光纤的折射率分布 () 2 1 ?? ?≥<=a r n a r n r n 渐变型光纤的折射率分布 () 2121? ????≥
本实验指导书为《数字传输技术（A）》《光纤通信系统》《光纤通信测量技术》《光同步传输技术》课程的实验用书，其有关内容也可以配合《数字传输技术（A）》《光纤通信系统》《光纤通信测量技术》《光同步传输技术》等课程教材使用。 本实验指导书用于光纤数字传输系统性能测试和光纤传输网络的设备与网络管理操作几方面的必做实验，主要是光纤数字线路系统传输性能测试、SDH 设备认识和SDH网络管理系统及操作。其中光纤数字线路系统传输性能测试是最基本的实验项目。 光纤数字线路系统包括光端机、光中继机和光纤线路等，其性能参数包括设备和系统光接口参数和电接口传输性能，光接口参数主要是光设备光接口参数、光通道（光纤线路）传输特性，电接口传输性能主要包括误码性能、定时性能和可用性等，需要测试的项目较多，涉及多种测试仪表和测试方法。本指导书重点介绍光纤线路接续和接续损耗的监测、光纤衰减测试实验、光接口参数测试和光纤数字传输系统的传输性能测试实验。 选做实验的指导书另行编写。
实验一光纤接续和监测 1 实验二光纤衰减测试 3 实验三光接口参数测试 5 实验四电接口传输性能测试10 实验五SDH设备认识17 实验六SDH网络管理系统及操作19
实验一 光纤的接续和监测 一． 试验目的 掌握光纤接续原理 掌握光纤接续损耗的测试原理 学习使用熔接机和了解光纤接续过程 二．试验原理 光纤接续的常用方法有热熔法和冷接法等，热熔法的主要步骤如下：连接光纤端面的制备，端面的定位和对准，熔接。 光纤接续损耗A s 的定义为 t r s p p A lg 10?= （dB ） 式中 p t 为发射光纤发出的光功率，W p r 为接收光纤接收的光功率，W 监测光纤接续损耗的方法有多种，如：光时域反射计(OTDR)监测和四功率法测试等，目前都采用光时域反射计监测法，其测试系统原理土如图1.1所示。 测试时OTDR 发出测试光脉冲，并测得连接光纤的背向色散曲线如图1.2所示，根据所得曲线设置五个测试点（即采用五点法）即得到接续损耗值。 三． 试验仪器和设备 1.TYPE35SE 光纤熔接机， 1台 2.光时域反射计， 1台 3.光纤， 2盘，2Km/盘 四． 测试步骤
第一章作业 1、光纤通信与电通信有什么不同？在光纤通信中起主导作用的部件是什么？ 光纤通信，就是用光作为信息的载体、以光纤作为传输介质的一种通信方式。起主导作用的是激光器和光纤。 2、常规的光纤的三个的低损耗窗口是在哪个波段？其损耗值各为多少？ 850nm 3db/km ；1310nm 0.4db/km；1550nm 0.2db/km 3、光纤通信有哪些优点？ （1）频带宽，通信容量大（2）损耗低，中继距离长（3）抗电磁干扰（4）无窜音干扰，保密性好（5）光纤线径细，重量轻，柔软（6）光纤原材料丰富，用光纤可节约金属材料（7）耐腐蚀，抗辐射，能源消耗小 4、PDH和SDH各表示什么？其速率等级标准是什么？ PDH表示准同步数字序列，即在低端基群采用同步，高次群复用采用异步，SDH表示同步数字序列 PDH速率标准 SDH速率等级标准：STM-1：155.520Mbit/s STM-4：622.080 Mbit/s STM-16：2.5 Gbit/s STM-64：10 Gbit/s 5、图示光纤通信系统，解释系统基本结构。 光纤通信系统由光发送机、光纤光缆与光接收机等基本单元组成。系统中包含一些互连与光信号处理部件，如光纤连接器、隔离器、调制器、滤波器、光开关及路由器等。在长距离系统中还设置有中继器(混合或全光)。 第2章1节布置的作业 1、光纤的主要材料是什么？光纤由哪几部分构成？各起什么作用？ SiO2；芯区、包层、图层； 芯区：提高折射率，光传输通道；包层：降低折射率，将光信号封闭在纤芯内，并保护纤芯；图层：提高机械强度和柔软性
2、光纤中的纤芯折射率与包层折射率的关系？单模光纤和多模光纤中两者的纤芯直径一般分别为多少？ 纤芯折射率较高，包层折射率较小 单模光纤纤芯直径：2a=8μm～12μm，包层直径：2b=125μm；多模光纤纤芯直径：2a=50μm，包层直径：2b=125μm。 3、根据芯、包折射率分布及模式传播情况，指出有哪些典型形式光纤？ 折射率在纤芯与包层介面突变的光纤称为阶跃光纤；折射率在纤芯内按某种规律逐渐降低的光纤称为渐变光纤；根据模式传播情况不同分为多模光纤和单模光纤 4、什么是全反射？它的条件是什么？ 指光从光密介质入射到光疏介质是，全部被反射会原介质的现象 条件：光从光密介质入射至光疏介质；入射角大于或等于临界角（=arcsin（n2/n1）） 在光纤端面：要求入射角θ < θo 全；在芯包界面：要求入射角θ1 > θC芯包界面全反射 5、数值孔径NA的物理意义？表达式是什么？ 反映光纤对光信号的集光能力，定义入射临界角的正弦为数值孔径N A ，N A越大，对光信号的接受能力越强 N A=sin= 6、什么是光纤的自聚焦？产生在何种类型光纤里？ 如果折射率分部合适，就用可能使以不同角度入射的全部光线以同样的轴向速度在光纤中传播，同时到达光纤轴上的某点，即所有光线都有相同的空间周期L，这种现象称为自聚焦。出现在渐变光纤里。当折射率分布按平方率分布（即双曲正割变化），可形成自聚焦特性。 7、阶跃光纤的纤芯和包层折射率分别为n1＝1.46和n2＝1.45，试计算： (a)相对芯包折射率差△； (b)若该光纤的端面外为空气，计算允许的最大入射角θ0及数值孔径NA； (c)若该光纤浸于水中，n0=1.33，计算θ0及NA的大小。 解：（a） （b）由得=9.8°N A=sin=0.17 （c）同上 8、有一SI型多模光纤的芯径（纤芯直径）为50 μm，芯包折射率分别为nl=1.465和n2=1.46。计算与光纤轴线夹角最大的那条子午射线，在1m的传输距离上共要反射多少次? 解：=85.3°反射一次的轴向距离L=2*a/2*tan=2*50/2*tan85.3°=604μm 反射次数=（1*106）/604=1656 第2章2节布置的作业 1、导模的传播常数应满足什么条件？ k2<β 摘要 光纤通信系统是以光为载波，利用纯度极高的玻璃拉制成极细的光导纤维作为传输媒介，通过光电变换，用光来传输信息的通信系统。随着国际互联网业务和通信业的飞速发展，信息化给世界生产力和人类社会的发展带来了极大的推动。光纤通信作为信息化的主要技术支柱之一，必将成为21世纪最重要的战略性产业。 关键词：通信系统光导纤维 Abstract Optical fiber communication system is based on the carrier, the use of high purity glass drawn into very fine optical fiber as a transmission medium by photoelectric conversion, light to transmit information in communication systems. With the Internet business and communications industry, the rapid development of information technology to the world's productive forces and the development of human society has brought great promotion. Optical fiber communication technology as the main pillars of information, one will become the 21st century's most important strategic industry. Keywords: optical fiber communication system 光纤通信大作业 1、选择一个您认为合适的方案 供选方案:NRZ、RZ调制格式,直接调制或者外调制,APD管或者PIN管,low pass rectangular filter或者low pass gauss filter。请选择您认为实际中可实现的通信性能最好的一组方案。并给出相应的理由。 答:选择NRZ调制格式,直接调制,APD管,low pass gauss filter。选择这个方案的理由就是:为了使得整个系统得到最好的信噪比,并且保证系统误码率在可接受的范围内。具体理由分析如下: 选择NRZ调制格式,因为经NRZ调制的光信号具有紧凑的频谱特性,调制与调解结构简单,在10G与一部分40G系统中得到广泛应用,一直被作为中短距离光纤通信系统中的主要调制格式,通过色散管理与终端可调色散补偿技术,NRZ调制格式在终端传输距离普通光纤获得良好的光传输性能。 选择直接调制,因为直接强度调制就是用信号直接调制激光器的驱动电流,使其输出功率随信号变化、这种方式设备相对简单,研究较早,现已成熟并商品化、外调制则常用于要求较高的通信系统。 选择APD管,因为由书上的P264页的图8、3可知,PIN管接收灵敏度适用于低数据速率光纤通信,当系统通信数据速率为10G时,PIN灵敏度管不适于应用,我们优选ADP管。 选择low pass gauss filter(低通高斯响应滤波器),因为low pass rectangular filter(低通矩形响应滤波器)就是理想的低通滤波器的模型,在幅频特性曲线上呈现矩形。在现实中,如此理想的特性就是无法实现的,所有的设计只不过就是力图逼近矩形滤波器的特性而已。而low pass gauss filter(低通高斯响应滤波器)采用时域法测量有效带宽,具有直观、简便的优点,而采用时域法能够显著缩短有效带宽测量时间。 实验过程: 本次实验中,由NRZ调制格式、直接调制、APD管与low pass gauss filter构成的光纤通信系统。 1)、根据实验要求,连接实验电路。同时为了实时地观察系统的运行状态,必须在系统外围增加监测及显示装置,将系统运行结果显示出来,便于观察与分析。因此,在系统中加入了Eye Diagram Analyzer、BER Analyzer、Optical Time Domain Visualizer、Optical Power Meter、Optical Spectrum Analyzer、Oscilloscope Visualizer。通过这些监测及显示器件,可以较为直观地观察到入纤光功率、调制前后的光信号频谱与时域波形、解调后的信号波形、信号眼图及误码率等系统的运行状态与运行结果。整个光纤通信系统的架构如下图示: 完整的光纤通信系统 光纤通信阶段作业 道小题，共100.0分）一、单项选择题（共20 1310nm1.目前光纤通信的长波长低损耗工作窗口是 A 和 nm 。 A. 1550 B. 1480 C. 980 D. 1510 光纤通信的三个低损耗窗口是1310nm、2. 850nm、___C_______μm。 A. 1560 B. 1550 C. 1.55 D. 1.51 3. 渐变型光纤是指_____B______是渐变的。 A. 纤芯和包层的折射率 B. 纤芯的折射率 C. 包层的折射率 D. 模式数量 4. 当光纤纤芯的折射率与包层的折射率 C 时，称为弱导波光纤。 A. 差2倍 B. 相差很大 C. 差别极小 D. 相等 5.在阶跃型光纤中，导波的特性参数有 D 。 A. B. C. D. 6.阶跃型光纤中的主模是 B ，其截止时归一化频率 为。 A. B. C. D. 。在子午面上的光射线在一个周期内和该平面中心轴交叉两次，这种射线被称为B 7. A. 反射线 B. 子午线 C. 斜射线 D. 折射线阶跃型光纤中数值孔径的计算式为8. 。____C________________ A. B. C. D. 因素的影响。___________和9. 渐变型光纤子午线的轨迹方程受纤芯的折射率分布、___A________ A. 光线入射点处的折射率、光线入射点处的轴向角 B. 光线入射点处的折射率、光线入射点处的半径光线入射点处的轴向角、光线入射点处的NC. 0光线入射点处的轴向角、纤芯和包层发生全反射的入射角 D. 的折射指数分布光纤为多模渐变型光纤的最佳折射指数分布形式。 A 10. 渐变指数A. 2 ∞B. 1 C. 3 D. 渐变型光纤的最佳折射指数分布是指11. 型折射指数分布。___D_______ A. 立方线 B. 常数C. D. 平方光纤可以消除光纤中由于色散的存在使得光脉冲信号发生的展宽和畸____D_______12. 利用一段变。 A. 色散位移单模光纤非零色散光纤B. 色散平台光纤C. D. 色散补偿光纤 色散位移单模光纤是将零色散点从13. ______B_____移到___________处的光纤。 A. 1.55μm、1.31μm B. 1.31μm、1.55μm C. 1.3μm、1.31μm D. 0.85μm、1.55μm 14. 从时延差公式可见，多模阶跃型光纤的时延差与____成正比，多模渐变型光纤的时延差与____成正比，因此， ____D_______光纤的色散较小。 2、Δ、阶跃型Δ A. 2、阶跃型、ΔΔB. 光纤通信系统的仿真分析(Optisystem仿真附程序) 摘要光纤通信系统的计算机仿真, 是对此类系统进行规划设计、可行性论证以及研制新型系统的重要手段,可用于对已设计的光纤传输系统在硬件实现之前进行性能评估和可行性论证, 可节约大量时间和经费; 同时在分析中可随时改动参数值, 便于理论研究。要建立一个... 摘要 的的不同, 调整模型的选取。在对光纤通信系统分析的基础上，利用Optisystem仿真软件，建立了高速大容量光纤系统的仿真模型，得到了高速光纤通信系统特性与激光器的调制频率、偏置电流的关系，光纤的损耗和色散以及其他参数的仿真结果。并对传输速率为10Gb/s的光纤通信系统进行仿真设计和分析。 光纤通信系统概述 DWDM技术的现状与发展 摘要;随着公用通信网及国际互联网的飞速发展,人们对宽带通信提出了前所未有的要求,一些原有的通信技术,如时分复用(TDM)和波分复用(WDM)等已不能满足宽带通信的要求。在这种情况下,密集波分复用(DWDM)作为一种新兴的通信技术即应运而生。本文介绍了DWDM 技术出现的历史背景，分析了DWDM的基本原理，然后对DWDM的技术特点进行阐述，再介绍了DWDM的关键技术，研究DWDM在未来的发展趋势。 密集型光波复用（DWDM：Dense Wavelength Division Multiplexing）是能组合一组光波长用一根光纤进行传送。这是一项用来在现有的光纤骨干网上提高带宽的激光技术。更确切地说，该技术是在一根指定的光纤中，多路复用单个光纤载波的紧密光谱间距，以便利用可以达到的传输性能。这样，在给定的信息传输容量下，就可以减少所需要的光纤的总数量。 一、应用背景 传统的光纤通信技术用一根光纤只传播一种波长的光信号，这无疑是对光纤容量的一种浪费。而 DWDM 系统是在现有的光纤骨干网上通过提高带宽，利用光纤丰富的带宽来进行不同波长光的传输，大大提高了光纤的负载能力。作为一种区别于传统光纤的激光技术，它通过利用单个光纤载波的紧密光谱间距，以达到在一根指定光纤中多路复用的目的，这样就可以更好的控制信号在传播过程中的色散和信号衰减，实现在一定数量光纤下传递信息容量最大化。这是一项用来在现有的光纤骨干网上提高带宽的激光技术。这项技术的产生是对原先光钎数据传输技术的缺点的改进。原先光钎数据传输技术主要有两种：空分复用（SDM）和时分复用（TDM）。 空分复用（SDM）是靠增加光纤数量的方式线性增加传输的容量，传输设备也线性增加。如果没有足够的光纤数量，通过重新敷设光缆来扩容，工程费用将会成倍增长。而且，这种方式并没有充分利用光纤的传输带宽，造成光纤带宽资源的浪费。作为通信网络的建设，不可能总是采用敷设新光纤的方式来扩容，事实上，在工程之初也很难预测日益增长的业务需要和规划应该敷设的光纤数。因此，空分复用的扩容方式十分受限； 时分复用（TDM）可以成倍地提高光传输信息的容量，极大地降低了每条电路在设备和线路方面投入的成本，并且采用这种复用方式可以很容易地在数据流中插入和抽取某些特定 光纤通信系统与网络试卷及答案 浙江师范大学《光纤通信》考试卷 （2013----2014 学年第一学期） 考试形式闭卷使用学生 sample 考试时间120分钟出卷时间2013年12月27日 说明：考生应将全部答案都写在答题纸上，否则作无效处理。 一、选择题（10％） 1 半导体光源中，由以下哪个电路模块解决其对温度变化敏感的问题（B） A.APC B.ATC C.过流保护 D.时钟控制 2 ECL激光器是利用以下哪个器件对工作波长进行选择。（A） A.光栅 B.棱镜 C.透镜 D.波导 3 STM-16的标准速率为（C） A.155Mb/s B.622Mb/s C. 2.5Gb/s D.10Gb/s 4.下列哪些指标是系统可靠性指标（D） A.HRDL B.HRDS C.BER D.MTTR 5如果原始码序列为100010001，采用3B1P奇校验进行编码，则变换后的码序列为（C） A.100101010010 B.100101000010 C.100001000010 D.1000100010 二、是非判断题(28％) 1.由于LED具有阈值电流，所以不适合模拟调制 2.光纤通信系统的带宽主要由其色散所限制 3.光纤通信系统所采用的波长的发展趋势是向短波方向转移的 4.激光是光纤通信系统所采用的主要光源 5.在通信中，我们通常使用弱导光纤 6.本征半导体中掺入施主杂质，称为N型半导体 7.光纤的数值孔径越大，集光能力越强，所以在通信中我们采用大数值孔 径光纤 8.在光纤中，比光波长大的多的粒子引起的散射称为瑞利散射 9.光电效应产生的条件是入射波长大于截止波长 10.SRS现象总是由于光信号和介质中的声子相作用产生 11.OXC节点和OADM节点是全光网中的核心节点 光纤通信仿真 光纤通信仿真实验 光纤模型实验：自相位效应姓名：万方力 学号：2013115030305 班级：1303班 指导老师：胡白燕 院系：计算机科学与技术学院 光纤模型实验：自相位效应 一、实验目的 1、通过进行本次实验，加深光纤结构以及特性的理解，通过实验现象的分析，结合理论知识获得进一步的认识。 2、本次实验是对自相位调制在脉冲传播上的模型进行模拟和验证，是基于光纤性质上的实验，通过本次实验，了解自相位效应的产生及影响，加深光纤相关知识的理解。 二、实验原理 1、光纤的色散特性 色散（Dispersion）是在光纤中传输的光信号，由于不同成分的光的传输时间不同而产生的一种物理效应。色散一般包括模式色散、材料色散和波导色散。 1）模式色散 光纤的模式色散只存在于多模光纤中。每一种模式到达光纤终端的时间先后不同，造成了脉冲的展宽，从而出现色散现象。 2)材料色散 含有不同波长的光脉冲通过光纤传输时，不同波长的电磁波会导致玻璃折射率不相同，传输速度不同就会引起脉冲展宽，导致色散。 3）波导色散 由光纤的几何结构决定的色散，其中光纤的横截面积尺寸起主要作用。光在光纤中通过芯与包层界面时，受全反射作用，被限制在纤芯中传播。但是，如果横向尺寸沿光纤轴发生波动，除导致模式间的模式变换外，还有可能引起一少部分高频率的光线进入包层，在包层中传输，而包层的折射率低、传播速度大，这就会引起光脉冲展宽，从而导致色散。 2、自相位调制 信号光强的瞬时变化引起其自身的相位调制,即自相位调制。 在单波长系统中光强变化导致相位变化时,自相位调制效应使信号频 谱逐渐展宽。这种展宽与信号的脉冲形状和光纤的色散有关。在光纤的正常色散区中,由于色散效应,一旦自相位调制引起频谱展宽,沿着光纤传输 的信号将经历暂时的较大展宽。但在异常色散区,光纤的色散效应和自相 位调制效应可能会相互补偿,从而使信号的展宽小一些。 在一般情况下,SPM效应只在高累积色散或超长系统中比较明显。受色散限制的系统可能不会容忍自相位调制效应。在信道很窄的多通道系统中,由自相位调制引起的频谱展宽可能在相邻信道间产生干扰。 在G.652光纤中的低啁啾强度调制信号的自相位调制效应将引起脉冲的压缩,但同时使传输光谱展宽。采用G.652光纤时,把信道设置在零色散波长附近将有利于减少自相位调制效应的影响。在长距离系统中,这种光 纤可采用以适当间隔作色散补偿的方法来控制自相位调制效应的影响,当然,也可通过减少输入光功率的方法来减少自相位调制效应的影响。 光纤通信作业 第一章：光纤通信 1、什么是光纤通信？系统的组成有哪些？ 光纤通信是利用光导纤维（SiO2）作为传输光波信号的通信方式 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。 2、什么是光通信？ 3、光纤通信的优点？《每句话前半部分重要》 传输频带宽，通信容量大。 传输衰减小，传输距离长。 抗电磁干扰，传输质量好。 体积小、重量轻、便于施工。 原材料丰富，节约有色金属，有利于环保。 4、光纤通信的工作波长？ 5、WDM是指什么？DWD指什么？ 时分复用(TDM)方式。波分复用(WDM)方式。密集波分复用（DWDM）。 6、光纤从材料上可以分为哪几种？ 从材料上分为石英光纤、多组分玻璃光纤、氟化物光纤、塑料光纤等。 7、光纤活动连接器从连接方式来看分为哪几种？常见的插针端面有哪几种？12页 一种是永久性连接，一种是活动性连接。 从连接方式看光纤通信应用广泛的是：FC型、ST型、SC型 8、按缆芯结构分，光缆分为哪几种？ 9、光纤的制造分哪几个步骤？ 10、按材料分光纤分几种？与前题重复 11、无源器件的种类 无源器件包括：连接器、分路器与耦合器、衰减器、隔离器、滤波器、波分复用器、光开关和光调制器等。 本章注意： 1、 2、 3、 4、 5、 6、 第二章：光纤通信的物理学基础 1、通过哪些现象可以证明光具有波动性。 光的波动性可以从光的干涉、光的衍射、光的偏振等现象得到证明。 2、什么叫光电效应？光电效应具有哪些试验规律？ 由于光的照射，使电子从金属中溢出的现象称为光电效应。 光电效应具有如下实验规律： 3、什么是光的吸收、光的色散和光的散射？ 光的吸收是指光波通过介质后，光强减弱现象。 光的色散是介质的折射率n 随光波波长λ变化的现象。()λf =n 当光通过介质时，偏离原来的方向而向四周传播，这种现象称为光的散射。 4、什么是自发辐射、受激吸收和受激辐射？ 1．光纤通信的优缺点各是什么？ 答：优点有：带宽资源丰富，通信容量大；损耗低，中继距离长；无串音干扰，保密性好；适应能力强；体积小、重量轻、便于施工维护；原材料来源丰富，潜在价格低廉等。 缺点有：接口昂贵，强度差，不能传送电力，需要专门的工具、设备以及培训，未经受长时间的检验等。 2．光纤通信系统由哪几部分组成？各部分的功能是什么？ 答：光纤通信系统由三部分组成：光发射机、光接收机和光纤链路。 光发射机由模拟或数字电接口、电压—电流驱动电路和光源组件组成。光源组件包括光源、光源—光纤耦合器和一段光纤（尾纤或光纤跳线）组成。 模拟或数字电接的作用是实现口阻抗匹配和信号电平匹配（限制输入信号的振幅）作用。光源是LED或LD，这两种二极管的光功率与驱动电流成正比。电压—电流驱动电路是输入电路与光源间的电接口，用来将输入信号的电压转换成电流以驱动光源。光源—光纤耦合器的作用是把光源发出的光耦合到光纤或光缆中。 光接收机由光检测器组件、放大电路和模拟或数字电接口组成。光检测器组件包括一段光纤（尾纤或光纤跳线）、光纤—光检波器耦合器、光检测器和电流—电压转换器。 光检测器将光信号转化为电流信号。常用的器件有PIN和APD。然后再通过电流—电压转换器，变成电压信号输出。模拟或数字电接口对输出电路其阻抗匹配和信号电平匹配作用。 光纤链路由光纤光缆、光纤连接器、光缆终端盒、光缆线路盒和中继 器等组成。 光纤光缆由石英或塑料光纤、金属包层和外套管组成。光缆线路盒：光缆生产厂家生产的光缆一般为2km一盘，因而，如果光发送与光接收之间的距离超多2km时，每隔2km将需要用光缆线路盒把光缆连接起来。光缆终端盒：主要用于将光缆从户外（或户内）引入到户内（或户外），将光缆中的光纤从光缆中分出来，一般放置在光设备机房内。光纤连接器：主要用于将光发送机（或光接收机）与光缆终端盒分出来的光纤连接起来，即连接光纤跳线与光缆中的光纤。 3．假设数字通信系统能够在高达1%的载波频率的比特率下工作，试问在5GHz的微波载波和 1.55μm的光载波上能传输多少路64kb/s的音频信道？ 解：根据题意，求得在5GHz的微波载波下，数字通信系统的比特率为50Mb/s，则能传输781路64kb/s的音频信道。 根据题意，求得在 1.55μm的光载波下，数字通信系统的比特率为1.935Gb/s，则能传输30241935路64kb/s的音频信道。 4．SDH体制有什么优点？ 答：（1）SDH传输系统在国际上有统一的帧结构，数字传输标准速率和标准的光路接口，使网管系统互通，因此有很好的横向兼容性，它能与现有的准同步数字体制（PDH）完全兼容，并容纳各种新的业务信号，形成了全球统一的数字传输体制标准，提高了网络的可靠性； （2）SDH接入系统的不同等级的码流在帧结构净负荷区内的排列非常有规律，而净负荷与网络是同步的，它利用软件能将高速信号一次直接分插出低速支路信号，实现了一次复用的特性，克服了PDH准同步复用方 光纤通信仿真实验 光纤模型实验：自相位效应姓名：万方力 学号：2013115030305 班级：1303班 指导老师：胡白燕 院系：计算机科学与技术学院 光纤模型实验：自相位效应 一、实验目的 1、通过进行本次实验，加深光纤结构以及特性的理解，通过实验现象的分析，结合理论知识获得进一步的认识。 2、本次实验是对自相位调制在脉冲传播上的模型进行模拟和验证，是基于光纤性质上的实验，通过本次实验，了解自相位效应的产生及影响，加深光纤相关知识的理解。 二、实验原理 1、光纤的色散特性 色散（Dispersion）是在光纤中传输的光信号，由于不同成分的光的传输时间不同而产生的一种物理效应。色散一般包括模式色散、材料色散和波导色散。 1）模式色散 光纤的模式色散只存在于多模光纤中。每一种模式到达光纤终端的时间先后不同，造成了脉冲的展宽，从而出现色散现象。 2)材料色散 含有不同波长的光脉冲通过光纤传输时，不同波长的电磁波会导致玻璃折射率不相同，传输速度不同就会引起脉冲展宽，导致色散。 3）波导色散 由光纤的几何结构决定的色散，其中光纤的横截面积尺寸起主要作用。光在光纤中通过芯与包层界面时，受全反射作用，被限制在纤芯中传播。 但是，如果横向尺寸沿光纤轴发生波动，除导致模式间的模式变换外，还有可能引起一少部分高频率的光线进入包层，在包层中传输，而包层的折射率低、传播速度大，这就会引起光脉冲展宽，从而导致色散。 2、自相位调制 信号光强的瞬时变化引起其自身的相位调制,即自相位调制。 在单波长系统中光强变化导致相位变化时,自相位调制效应使信号频谱逐渐展宽。这种展宽与信号的脉冲形状和光纤的色散有关。在光纤的正常色散区中,由于色散效应,一旦自相位调制引起频谱展宽,沿着光纤传输的信号将经历暂时的较大展宽。但在异常色散区,光纤的色散效应和自相位调制效应可能会相互补偿,从而使信号的展宽小一些。 在一般情况下,SPM 效应只在高累积色散或超长系统中比较明显。受色散限制的系统可能不会容忍自相位调制效应。在信道很窄的多通道系统中,由自相位调制引起的频谱展宽可能在相邻信道间产生干扰。 在G.652光纤中的低啁啾强度调制信号的自相位调制效应将引起脉冲的压缩,但同时使传输光谱展宽。采用G.652光纤时,把信道设置在零色散波长附近将有利于减少自相位调制效应的影响。在长距离系统中,这种光纤可采用以适当间隔作色散补偿的方法来控制自相位调制效应的影响,当然,也可通过减少输入光功率的方法来减少自相位调制效应的影响。 经过自相位调制后，脉冲的波形（即：|E(z,t)|2=|E(z=0,t)|2）不受影响。而相位变化项ΦNL =|E(z=0,t)|2表明经过自相位调制后，脉冲的瞬时 频率相对原先载波的频率ω0已有所改变。频率改变量δω(t)由式子给出： (3.3) )(t t NL ?=δφδω 该频率的改变和时间的关系导致了啁啾声的产生。 第一章 1. 光纤通信有哪些优点 容许频带很宽，传输容量很大； 损耗很小，中继距离很长且误码率很小； 重量轻，体积小； 抗电磁干扰性能好； 泄露小，保密性能好； 节约金属材料，有利于资源合理使用。 2. 光纤通信系统有哪几部分组成？简述各部分作用。 信息源：把用户信息转换为原始电信号，这种信号称为基带信号。 电发射机：把基带信号转换为适合信道传输的信号，这个转换如果需要调制，则其输出信号称为已调信号。 光发射机：把输入电信号转换为光信号，并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路。 光纤线路：把来自光发射机的光信号，以尽可能小的畸变和衰减传输到光接收机。 光接收机：把从光纤线路输出、产生畸变和衰减的微弱光信号转换为电信号，并经放大和处理后恢复成发射前的电信号。 电接收机：功能和电发射机的功能相反，它把接收的电信号转换为基带信号。 信息宿：恢复用户信息。 第二章 1均匀光纤芯与包层的折射率分别为:45.1,50.121 ==n n 试计算： （1）光纤芯与包层的相对折射率差△=？ （2）光纤的数值孔径NA=? （3）在1米长的光纤上，由子午线的光程差所引起的最大时延差?max =?τ 解：()121n n n -=? NA= ?≈-212 221n n n ()?≈= =?c L n NA c n L c n L c 12121max 22θτ 2.目前光纤通信为什么采用以下三个工作波长 ?55.1,31.1,85.0321m m m μλμλμλ=== 损耗：在1.31，1.55存在低损耗窗口 色散：随波长增加，色散减小，带宽增加 所以采用1.31,1.55,0.85 3.光纤通信为什么向长波长、单模光纤方向发展？ 长波长、单模光纤比短波长、多模光纤具有更好的传输特性。（1）单模光纤没有模式色散，不同成分光经过单模光纤的传播时间不同的程度显著小于经过多模光纤时不同的程度． ( 2 ）由光纤损耗和波长的关系曲线知，随着波长的增大，损耗呈下降趋势，且在1.31μm 和1 . 55μm 处的色散很小，故目前长距离光纤通信一般都工作在1 . 55μm. 4.光纤色散产生的原因及其危害是什么？ 答 光纤色散是由光纤中传输的光信号。由于不同成分的光时间延迟不同而产生的。光纤色散对光纤传输系统的危害有：若信号是模拟调制的，色散将限制带；是数字脉冲，色散将使脉冲展宽，限制系统传输速率（容量） . 5.光纤损耗产生的原因及其危害是什么？ 答 光纤损耗包括吸收损耗和散射损耗。吸收损耗是由SiO2材料引起的固有吸收和由杂质引起的吸收产生的。散射损耗主要由材料微观密度密度不均匀引起的瑞利散射和光纤结构缺陷（如气泡）引起的散射产生的。光纤损耗使系统的传输距离受到限制．大损耗不利于长距离光纤通信。 第三章 1.设激光器的高能级和低能级的能量各为 12E E 和,频率为f ，相应能级上的粒子密度 12N N 和。计算 (1)当f=3000MHZ,T=300K 时，?12=N N (2)当?300,112===N N K T m 时，μλ (3)当 ，若.10,112==N N m μλ环境温度 T=？ ??? ? ???????-?? ? ??----====-30010381.110300010628.61111 2 216341 2e e e N N h f E E KT hf KT E E （2）6104.2124 .1?== =λ g E hf光纤通信的基本概念
光纤通信optisystem实验
光纤通信阶段作业
光纤通信系统的仿真分析(Optisystem仿真附程序)
光纤系统的计算机仿真, 是对此类系统进行规划设计、可行性论证以及研制新型系统的重要手段,可用于对已设计的光纤传输系统在硬件实现之前进行性能评估和可行性论证, 可节约大量时间和经费; 同时在分析中可随时改动参数值, 便于理论研究。要建立一个方便可靠的光纤系统的仿真平台, 有赖于对系统各模块物理特性进行推导和归纳, 建立起系统各模块的数学模型。建模的基本原则是既要能描述器件的特性, 具有一定的精确度, 同时又要兼顾计算的复杂度, 要有较快的分析速度。同时, 还应能根据研究目
关键词 光纤 仿真 optisystem 模型 误码率 信道
为此，本文设计了光通信系统的仿真模型，并利用这些模型来研究光通信系统的性能。基于加拿大Optiwave公司的Optisystem是一款创新的光通讯系统模拟软件包，它集设计、测试和优化各种类型宽带光网络物理层的虚拟光连接等功能于一身，从长距离通信系统到LANS和MANS都能使用。为此，设计光通信系统的仿真模型，并利用这些模型来研究光通信系统的性能，可以用OptiSystem这一仿真软件来实现。
光纤通信系统是以光为载波，利用纯度极高的玻璃拉制成极细的光导纤维作为传输媒介，通过光电变换，用光来传输信息的通信系统。随着国际互联网业务和通信业的飞速发展，信息化给世界生产力和人类社会的发展带来了极大的推动。光纤通信作为信息化的主要技术支柱之一，必将成为21世纪最重要的战略性产业。光纤通信技术和计算机技术是信息化的两大核心支柱，计算机负责光纤通信大作业
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