光纤通信(第3版)第7章 光纤传输系统

第一章 概述1 用光导纤维进行通信最早在哪一年由谁提出? 1966年由英籍华人高锟提出。

2 光纤通信有哪些优点?频带宽、传输容量大；损耗小、中继距离长；重量轻、体积小； 抗电磁干扰性能好；泄漏小、保密性好；节约金属材料，有利于资源合理使用。

3 光纤通信系统由哪几部分组成？简述各部分作用。

点对点光纤通信系统通常由光发射机、光纤、光中继器和光接收机四部分组成，如下图所示：光放大器光纤信息光发射机的作用是把电信号转变为光信号注入光纤传输，它通常由复用器、调制器和光源组成。

复用器的作用是把多路信息信号复用为时分复用（TDM ）信号或频分复用（FDM ）信号。

调制器的作用是用复用信号直接调制（IM ）激光器（LD ）的光强，或通过外调制器调制 LD 的相位。

光源是把电信号转换为光信号，以便在光纤中传输。

光接收机的作用是把经光纤传输后的微弱光信号转变为电信号，对其放大并解调出原基带信号。

光中继器的作用是对经光纤传输衰减后的信号进行放大。

光中继器有光-电-光中继器和全光中继器。

如需对业务进行分出和插入，可使用光-电-光中继器；如只要求对光信号进行放大，则可以使用光放大器。

光纤是光信号传输的介质。

4 简述通信网络的分层结构。

P125 简述通信网络的发展过程。

P8第二章 光纤和光缆1 用光线光学方法简述多模光纤导光原理。

当入射角超过临界角时，没有透射光，只有反射光，这就是多模光纤波导传输光的原理。

2 作为信息传输波导，实用光纤有哪两种基本类型？多模光纤和单模光纤3 什么叫多模光纤？什么叫单模光纤？如果光纤只支持一个传导模式，则称该光纤为单模光纤。

相反，支持多个传导模式的光纤称为多模光纤。

4 光纤传输电磁波的条件有哪2个？光纤传输电磁波的条件除满足光线在纤芯和包层界面上的全反射条件外，还需满足传输过程中的相干加强条件。

5 造成光纤传输损耗的主要因素有哪些？哪些可以改善的？最小损耗在什么波长范围内？引起光纤衰减的原因是光纤对光能量的吸收损耗、散射损耗和辐射损耗。

全书习题参考答案第1章概述1.1 填空题（1）光导纤维（2）掺铒光纤放大器(EDFA) 波分复用(WDM) 非零色散光纤(NIDSF) 光电集成(OEIC)（3）0.85µm 1.31µm 1.55µm 近红外（4）光发送机 光接收机 光纤链路（5）光纤 C=BW×log2(1+SNR) 信道带宽（6）大 大（7）带宽利用系数（8）可重构性可扩展性透明性兼容性完整性生存性1.2 解：利用光导纤维传输光波信号的通信方式称为光纤通信。

即以光波为载频，以光纤为传输介质的通信方式称为光纤通信。

1.3 解：（1）传输频带宽，通信容量大（2）传输距离长（3）抗电磁干扰能力强，无串音（4）抗腐蚀、耐酸碱（5）重量轻，安全，易敷设（6）保密性强(7) 原料资源丰富1.4 解：在光纤通信系统中，最基本的三个组成部分是光发送机、光接收机和光纤链路。

光发送机由电接口、驱动电路和光源组件组成。

其作用是将电信号转换为光信号，并将生成的光信号注入光纤。

光接收机是由光检测器组件、放大电路和电接口组成。

其作用是将光纤送来的光信号还原成原始的电信号。

光纤链路由光纤光缆、光纤光缆线路(接续)盒、光缆终端盒、光纤连接器和中继器等构成。

光纤光缆用于传输光波信息。

中继器主要用于补偿信号由于长距离传送所损失的能量。

光缆线路盒：将光缆连接起来。

光缆终端盒：将光缆从户外引入到室内，将光缆中的光纤从光缆中分出来。

光纤连接器：连接光纤跳线与光缆中的光纤。

1.5解：“掺铒光纤放大器(EDFA)+波分复用(WDM)+非零色散光纤(NIDSF)+光电集成(OEIC)”正成为国际上光纤通信的主要发展方向。

1.6 解：第一阶段（1966~1976年），实现了短波长（0.85µm）、低速（45或34 Mb/s）多模光纤通信系统，无中继传输距离约10km。

第二阶段（1976~1986年），光纤以多模发展到单模，工作波长以短波（0.85um）发展到长波长，实现了波长为1.31µm、传输速率为140~165Mb/s的单模光纤通信系统，无中继传输距离为50~100km。

第一章概论光纤通信系统是以光纤为传输媒介，光波为载体的通信系统，主要由光发电机、光纤光缆、中继器和光接收机组成。

光线通信系统可以传输数字信号，也可以传输模拟信号。

不管是数字系统，还是模拟系统，输入到光发射机的带有信息的电信号，都可以调制转换为光信号。

光载波经过光纤线路传输到接收端。

再由光接收机把光信号转换为电信号。

光纤的主要作用：利用光的全反射原理传递光学信号，其优点是信号损耗小，抗干扰能力强。

与电缆或微波等电通信方式相比，光通信优点：（1）通信容量大（2）中继距离长（3）保密性能好（4）适应能力强（5）体积小、重量轻，便于施工维护（6）原材料资源丰富，节约有色金属和能源，潜在价格低廉。

光纤通信中常用的三个低功耗窗口的中心波长为：0.85微米 1.31微米 1.55微米其中后两个的应用更为广泛。

基本光纤传输系统作为独立的“光信道”单元，若配置适当的接口设备，则可以插入现有的数字通信系统或模拟通信系统，有线通信系统或无线通信系统的发射与接收之间。

光发射机、光纤线路和光接收机，若配置适当的光器件，可以组成传输能力更强、功能更完善的光纤通信系统。

光发射机的功能是把输入的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。

光发射机由光源、驱动器和调制器组成。

其中，光源是光发射机的核心。

光发射机的性能基本上取决于光源的特性，对光源的要求是输出光功率足够大，调制频率足够高，谱线宽度和光束发散角尽可能小，输出功率和波长稳定，器件寿命长。

光纤线路的功能是把来自光发射机的光信号，以尽可能小的畸变（失真）和衰减传输到光接收机。

光纤线路由光纤、光纤接头和光纤连接器组成。

光纤是光纤线路的主体，接头和连接器是不可缺少的器件。

实际工程中使用的是容纳多根光纤的光缆。

光接收机的功能是把从光纤线路输出、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。

光接收机由光检测器、放大器和相关电路组成，光检测器是光接收机的核心，对光检测器的要求是响应度高、噪声低和响应速度快。

光纤通信系统第三版课程设计1. 概述本文档描述了光纤通信系统第三版课程的设计要求和实现方法。

该课程旨在帮助学生了解光纤通信中相关理论知识的基本概念和应用，通过实现完整的光纤通信系统，来深入学习光纤通信的原理和技术。

2. 课程设计要求在该课程设计中，学生需要完成以下任务：•设计并实现光纤通信系统的硬件平台，包括光源、调制器、传输介质和检测器等组成部分。

•设计并实现光纤通信系统的基础软件平台，包括信号调制、信道编解码和误码率检测等功能。

•实现基于该系统的数据通信，包括基本的数据传输、错误控制和恢复等功能。

•进行性能测试和评估，对系统的特性和性能进行深入分析和研究。

3. 系统设计与实现3.1 硬件平台设计光纤通信系统的硬件平台是整个系统的核心部分，由光源、调制器、传输介质和检测器等组成。

在系统设计中，需要考虑以下因素：•光源：选择合适的激光器或发光二极管作为光源，并确定其光强度、光束宽度和波长等参数。

•调制器：通过调制器对光信号进行调制，实现数字信号的转换和传输。

可以考虑使用振荡器、调制芯片或电工效应等实现。

•传输介质：光纤作为传输介质，需要选择合适的光纤材料和传输距离，并确定光损耗和色散等参数。

•检测器：选择合适的探测器，接收传输过来的光信号，并将其转换成电信号输出。

3.2 软件平台设计在组成了完整的光纤通信系统之后，需要实现软件平台，实现信号调制、信道编解码和误码率检测等功能。

在系统设计中，需要考虑以下因素：•信号调制：通过异步调制、同步调制或多级调制等方式，将数字信号转换为合适的光纤信号进行传输。

•信道编解码：通过纠错编码、解码、互补码等方式，实现信道的编解码和控制错误。

可以考虑使用卷积码、汉明码等技术实现。

•误码率检测：通过比较接收到的光信号和原始信号，计算误码率，评估光纤通信系统的性能和效果。

3.3 数据通信实现在软件平台实现后，需要实现基于该系统的数据通信，包括基本的数据传输、错误控制和恢复等功能。

光纤通信第三版习题答案光纤通信第三版习题答案光纤通信是一种高速传输信息的技术，它利用光信号在光纤中传输数据。

光纤通信的发展已经进入到第三版，为了帮助读者更好地理解和掌握相关知识，本文将提供一些光纤通信第三版习题的答案。

第一章：光纤通信基础知识1. 什么是光纤通信？光纤通信是利用光纤作为传输介质，将信息以光信号的形式传输的一种通信方式。

2. 光纤通信的优点有哪些？光纤通信具有大带宽、低损耗、抗干扰能力强等优点。

3. 光纤通信的基本组成部分有哪些？光纤通信的基本组成部分包括光源、调制器、光纤、解调器和接收器等。

4. 光纤通信的工作原理是什么？光纤通信的工作原理是利用光的全反射特性将光信号在光纤中传输，通过调制器和解调器的处理，将光信号转换为电信号进行传输和接收。

第二章：光纤通信系统设计1. 光纤通信系统的设计包括哪些方面？光纤通信系统的设计包括光源的选择、光纤的布线和连接、调制器和解调器的设计等方面。

2. 光纤通信系统中如何选择合适的光源？选择合适的光源需要考虑光源的功率、频率范围和调制方式等因素。

3. 光纤通信系统中如何设计光纤的布线和连接？光纤的布线和连接需要考虑光纤的长度、弯曲半径和连接方式等因素，以保证光信号的传输质量。

4. 光纤通信系统中如何设计调制器和解调器？调制器和解调器的设计需要考虑调制方式、解调方式和信号处理的算法等因素，以实现光信号的调制和解调。

第三章：光纤通信的性能评估1. 光纤通信系统的性能评估指标有哪些？光纤通信系统的性能评估指标包括传输速率、误码率、信噪比和带宽等。

2. 如何评估光纤通信系统的传输速率？光纤通信系统的传输速率可以通过测量单位时间内传输的比特数来评估。

3. 如何评估光纤通信系统的误码率？光纤通信系统的误码率可以通过发送和接收的比特数之间的差异来评估。

4. 如何评估光纤通信系统的信噪比？光纤通信系统的信噪比可以通过测量信号和噪声的功率之间的比值来评估。

第四章：光纤通信的应用1. 光纤通信在哪些领域得到了广泛应用？光纤通信在通信、互联网、电视传输和医疗等领域得到了广泛应用。

第1章概述1－1、什么是光纤通信？参考答案：光纤通信(Fiber-optic communication)是以光作为信息载体，以光纤作为传输媒介的通信方式，其先将电信号转换成光信号，再透过光纤将光信号进行传递，属于有线通信的一种。

光经过调变后便能携带资讯。

光纤通信利用了全反射原理，即当光的注入角满足一定的条件时，光便能在光纤内形成全反射，从而达到长距离传输的目的。

1－2、光纤通信技术有哪些特点？参考答案：(1)无串音干扰，保密性好。

(2)频带极宽，通信容量大。

(3)抗电磁干扰能力强。

(4)损耗低，中继距离长。

(5)光纤径细、重量轻、柔软、易于铺设。

除以上特点之外，还有光纤的原材料资源丰富，成本低;温度稳定性好、寿命长等特点。

1－3、光纤通信系统由哪几部分组成？简述各部分作用。

参考答案：光纤通信系统最基本由光发送机、光接收机、光纤线路、中继器以及无源器件组成。

其中光发送机负责将信号转变成适合于在光纤上传输的光信号，光纤线路负责传输信号，而光接收机负责接收光信号，并从中提取信息，然后转变成电信号，最后得到对应的话音、图象、数据等信息。

(1)光发送机：由光源、驱动器和调制器组成，实现电/光转换的光端机。

其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。

(2)光接收机：由光检测器和光放大器组成，实现光/电转换的光端机。

其功能是将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，然后，再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平，送到接收端的电端机去。

(3)光纤线路：其功能是将发信端发出的已调光信号，经过光纤或光缆的远距离传输后，耦合到收信端的光检测器上去，完成传送信息任务。

(4)中继器：由光检测器、光源和判决再生电路组成。

它的作用有两个：一个是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减;另一个是对波形失真的脉冲进行整形。

(5)无源器件：包括光纤连接器、耦合器等，完成光纤间的连接、光纤与光端机的连接及耦合。

1.1 光纤通信有哪些特点？1、光纤通信的优点：（1）传输容量大。

（2）传输损耗小，中继距离长。

（3）信号泄漏小，保密性好。

（4）节省有色金属。

（5）抗电磁干扰性能好。

（6）重量轻，可挠性好，敷设方便。

2、光纤通信的缺点：（1）抗拉强度低。

（2）连接困难。

（3）怕水。

1.2 简述光纤通信系统的主要组成部分。

光纤通信系统的主要组成部分为：（1）光纤光缆、（2）光源（光发送机）、（3）光检测器（光接收机）、（4）无源器件、（5）光放大器（光中继器）。

1.4为什么使用石英光纤的光纤通信系统中，工作波长只能选择850nm、1310nm、1550nm三种？由于目前使用的光纤均为石英光纤，而石英光纤的损耗——波长特性中有三个低损耗的波长区，即波长为850nm、1310nm、1550nm 三个低损耗区。

为此，光纤通信系统的工作波长只能是选择在这三个波长窗口。

2.1 光纤传输信号产生能量衰减的原因是什么？光纤的损耗系数对通信有什么影响？1、光纤产生能量衰减的原因包括：（1）吸收、（2）散射和（3）辐射。

2、光纤的损耗系数会导致信号功率损失，造成信号接收困难。

2.2 在一个光纤通信系统中，光源波长为1550nm，光波经过5km 长的光纤线路传输后，其光功率下降了25%，则该光纤的损耗系数为多少？2.3 光脉冲在光纤中传输时，为什么会产生瑞利散射？瑞利散射损耗的大小与什么有关？瑞利散射是由于光纤内部的密度不远匀引起的，从而使折射率沿纵向产生不均匀，其不均匀点的尺寸比光波波长还要小。

光在光纤中传输时，遇到这些比波长小，带有随机起伏的不均匀物质时，改变了传输方向，产生了散射。

2、瑞利散射损耗的大小与成正比。

2.4 光纤中产生色散的原因是什么？色散对通信有什么影响？1、光纤的色散是由于光纤中所传输的光信号不同的频率成分和不同模式成分的群速度不同而引起的传输信号畸变的一种物理现象。

2、色散会导致传输光脉冲的展宽，继而引起码间干扰，增加误码。

光纤通信课后习题解答第7章光放大器参考题答案第七章光放大器复习思考题答案1．光放大器在光纤通信中有哪些重要用途？答：（1）利用光放大器代替原有的光电光再生中继器，能够大幅度延长系统传输距离。

（2）在波分复用系统中，它一方面可以同时实现多波长的低成本放大，另一方面，可以补偿波分复用器，波分解复用器、光纤光缆等无源器件带来的损耗。

（3）光放大器在接入网中使用，可以补偿由于光分支增加带来的损耗，使得接入网服务用户增加，服务半径扩大。

（4）光孤子通信必须依靠光放大器放大光信号，使光脉冲能量大到可以在光纤中满足孤子传输条件，从而实现接近无穷大距离的电再生段传输。

（5）光放大器在未来的光网络中必将发现越来越多的新用途。

2．光放大器按原理可分为几种不同的类型？答：光放大器按原理不同大体上有三种类型。

（1）掺杂光纤放大器，就是将稀土金属离子掺于光纤纤芯，稀土金属离子在泵浦源的激励下，能够对光信号进行放大的一种放大器。

（2）传输光纤放大器，就是利用光纤中的各种非线性效应制成的光放大器。

（3）半导体激光放大器，其结构大体上与激光二极管（Laser Diode，LD）相同。

如果在法布里－派罗腔（Fabry-Perot cavity，F-P）两端面根本不镀反射膜或者镀增透膜则形成行波型光放大器。

半导体光放大器就是行波光放大器。

3．光放大器有哪些重要参数？答：光放大器参数主要有（1）增益；（2）增益带宽；（3）饱和输出光功率；（4）噪声指数。

4．简述掺杂光纤放大器的放大原理。

答：在泵浦源的作用下，掺杂光纤中的工作物质粒子由低能级跃迁到高能级，得到了粒子数反转分布，从而具有光放大作用。

当工作频带范围内的信号光输入时，信号光就会得到放大，这就是掺杂光纤放大器的基本工作原理。

只是掺杂光纤放大器细长的纤形结构使得有源区能量密度很高，光与物质的作用区很长，有利于降低对泵浦源功率的要求。

5．EDFA有哪些优缺点？答：EDFA之所以得到迅速的发展，源于它的一系列优点：（1）工作波长与光纤最小损耗窗口一致，可在光纤通信中获得广泛应用。

光纤通信系统的工作原理与信号传输光纤通信是一种利用光的传导进行信息传输的技术，它在现代通信领域扮演着重要的角色。

本文将介绍光纤通信系统的工作原理以及信号传输的过程。

一、光纤通信系统工作原理光纤通信系统由发射机、光纤传输线和接收机三部分组成。

它的工作原理基于光的全内反射和折射现象。

发射机的作用是将电信号转化为光信号。

首先，电信号经过调制器，根据需要调制成不同的形式，例如振幅调制或频率调制。

然后，调制后的电信号输入到激光器中，激光器产生一束高度准直、高能量的光束。

接下来，这束光通过耦合器连接到光纤传输线上。

光纤传输线起着光信号的传输通道作用。

它由多层不同材料构成，其中核心层是光信号传输的主要区域。

光信号由发射机输入到光纤中，通过全内反射的方式在光纤内部传输。

光在光纤内部的传输速度非常快，且几乎无衰减。

光纤的外层通常有一层保护层，以保护光纤免受机械损坏或污染。

接收机的作用是将光信号转换为电信号。

光信号通过光纤传输后，进入到接收机中。

接收机中的光检测器会将光信号转换为电信号，并经过放大和解调等处理后，输出原始的电信号。

这样，光信号就被成功传输和转换为电信号。

二、信号传输的过程信号传输是光纤通信系统中至关重要的一个环节。

光信号在光纤中的传输过程中受到多种因素的影响，例如衰减、色散和非线性等。

下面将分别介绍这些影响因素。

衰减是指光信号在光纤中传输过程中逐渐减弱的现象。

光信号在光纤中的传输距离越长，衰减也就越大。

为了解决衰减问题，可以采用光纤增益器来增强信号强度。

色散是指光信号在传输过程中不同波长的光频率会有不同程度的延迟现象。

这会导致信号失真和扭曲，降低传输质量。

为了解决色散问题，可以采用光纤色散补偿器来补偿不同波长的延迟。

非线性是指光信号在光纤中传输时遇到非线性介质产生的非线性效应。

非线性效应会使信号发生变形和失真，限制了信号的传输距离和传输速率。

为了解决非线性问题，可以采用非线性光纤和非线性效应抑制技术。

光纤通信原理与系统第三版课程设计课程设计背景光纤通信技术是目前最先进的通信技术之一，它具有很高的传输速率、大容量、抗干扰性好的特点，逐渐取代了传统的铜缆通信技术。

在此背景下，本次课程设计旨在通过对光纤通信原理与系统的学习和实验，提高学生对光纤通信技术的理论和实践能力，为培养实用型人才打下基础。

课程设计目标1.了解光纤通信的基本原理和系统结构2.熟悉光纤通信的信号调制、光源特性等实验技术3.学会进行光纤通信系统性能测试和性能分析4.掌握光纤通信的布线和调试技术5.能够独立分析和解决光纤通信实际问题课程设计内容理论学习1.光纤通信基础–光纤通信系统的分类和应用–光纤通信系统的基本结构–光纤通信系统的参数和指标2.光源技术–LD和LED的原理–光源参数和指标–光源的调制技术3.光纤传输特性–光纤的基本结构和分类–光纤的光学特性和传输性能–光纤的衰减和色散4.光纤接收器–光检测器的原理和特性–光接收器的结构和性能5.光纤通信系统中的数字信号处理–光纤与数字信号交互的过程–数字信号的调制和解调技术–数字信号的误码率计算方法实验部分1.光源特性测试–测试LD和LED的输出功率和波长–测试不同光源的调制性能2.光纤传输特性测试–测量不同长度的光纤衰减系数和色散–测试不同波长光信号的传输性能3.光纤通信系统性能测试–测试系统的带宽和噪声等参数–测试系统的误码率和误码率性能4.光纤通信系统实际调试–进行光纤通信系统的布线和组装–对系统进行实际测试和调试，解决实际问题结束语通过本次课程设计，可以使学生了解光纤通信的基本原理和系统结构，掌握光纤通信的信号调制、光源特性等实验技术，学会进行光纤通信系统性能测试和性能分析，掌握光纤通信的布线和调试技术，能够独立分析和解决光纤通信实际问题，为其以后在实际工作中的应用打下基础。