第2章光纤传输09-2

计算机网络课后习题第2章物理层

第二章 物理层

2-01 物理层要解决哪些问题？物理层的主要特色是什么？

答：物理层要解决的主要问题：

（ 1）物理层要尽可能地障蔽掉物理设施和传输媒体，通讯手段的不一样，使数据链路层感觉不到这些差别，只考虑达成本层的协讲和服务。

（ 2）给其服务用户（数据链路层）在一条物理的传输媒体上传递和接收比特流（一般为串

行按次序传输的比特流） 的能力， 为此，物理层应当解决物理连结的成立、 保持和开释问题。

（ 3）在两个相邻系统之间独一地表记数据电路。物理层的主要特色：

①因为在 OSI 以前，很多物理规程或协议已经拟订出来了，并且在数据通讯领域中， 这些物

理规程已被很多商品化的设施所采纳，加之，物理层协议波及的范围宽泛， 所以致今没有按

OSI 的抽象模型拟订一套新的物理层协议，而是沿用已存在的物理规程，将物理层确立为描

述与传输媒体接口的机械、电气、功能和过程特征。

②因为物理连结的方式好多，传输媒体的种类也好多，所以，详细的物理协议相当复杂。

2-02 归层与协议有什么差别？

答：规程专指物理层协议。

2-03 试给出数据通讯系统的模型并说明其主要构成建立的作用。

答：源点：源点设施产生要传输的数据。源点又称为源站。

发送器：往常源点生成的数据要经过发送器编码后才能在传输系统中进行传输。

接收器：接收传输系统传递过来的信号，并将其变换为能够被目的设施办理的信息。

终点：终点设施从接收器获取传递过来的信息。终点又称为目的站。

传输系统：信号物理通道。

2-04 试解说以下名词：数据，信号，模拟数据，模拟信号，基带信号，带通讯号，数字数

据，数字信号，码元，单工通讯，半双工通讯，全双工通讯，串行传输，并行传输。 计算机网络课后习题第2章物理层

答：数据：是运送信息的实体。

信号：则是数据的电气的或电磁的表现。

模拟数据：运送信息的模拟信号。

光纤通信的传输技术应用

摘要：光纤通信传输主要就是利用光纤设施传导，实际传输质量与效率更为显著。随当前通信环境日渐复杂，光纤通信技术及光纤传输系统也需要在未来建设中以增加容量为主，适当延长传输距离，从根本上保障信号传输质量，为大众提供高效通信服务。

关键词：光纤通信；传输；光波分复用

引言

光纤通信网络传输技术是通过光导纤维实现对光信号的传输，并经过光电转换设备进行光信号和信息的转换，进而实现信息传输的目的。具体原理图如图1所示。在具体应用中，需要将多根光纤聚集成一起，才能够组成用于信息传输的光缆。

1光纤通信系统特征与应用优势

1.1光纤通信系统特征

光纤通信系统与双向结构，具体包括正反两个方向。每一端发射机及接收机组合在一起被统称为光端机。光中继器也分为正反两个方向。光纤通信系统中的发射机可以将电端机送来的电信号转变为光信号，利用耦合方式是光线中的信号能够高质传输，内部还配合安装了半导体激光装置。光接收器中的光纤传输幅度值处于不断衰减状态，波形产生畸变，光信号又转变为电信号，用对于电信号进行放大与整形处理。再生后的光信号可以与发射端形成一致的电信号并输入到电机及电接收机中。光纤传输系统内中继器需要衰减与畸变的光信号进行放大、整形处理，同时生成具备一定长度的光信号，从根本上保障系统整体的通信质量水平。

1.2光纤通信系统应用优势 光纤通信系统用通信系统相比，存在的优势较为显著。

（1）容量大。与以往所用的铜线或者电缆相比，光纤的传输带宽有着非常大的优势，所以其在具体应用中能够进行更大容量信息的传输，这样即便对于多种不同大量信息的传输也可以获得良好的传输效果，有效避免了传输混乱的问题，大大提高通信传输效率。（2）抗干扰强。光纤是由石英制作而成，石英的强度和绝缘性能非常好，所以其在抵御电磁干扰方面有着极其良好的效果，无论是电气设备所产生的电磁干扰或是雷电等自然因素所引起的电磁干扰，都不会影响光纤的正常传输。并且由于石英的强度和耐磨性相对较好，所以光纤光缆在具体使用中也不易出现损坏。（3）中继距离长。信息全球化是当今时代发展的趋势，所以当下信息传输的覆盖范围也越来越广，这就对信息数据传输技术提出了更高的要求，由于传输距离增加会导致信息损耗增加，这就会大大降低信息传输的准确性和效率。但是光纤通信传输技术的中继距离相对较长，在信息传输中的损耗非常小，即便在进行长距离的信息传输，其损耗最大也不会超过20 dB[1]，这就能够大大提升信息传输的效率和准确性。（3）保密性强。在当下信息传输的最关键要求就是保密性，这是对信息传输技术的根本要求之一。光纤传输的破译难度非常大，不仅需要消耗较长的时间，同时技术成本投入也非常高，这就为各类商业信息、私人信息、国防信息等的安全传输提供了可靠保障。

光纤信号传输实验报告 光纤传输实验报告 实验目的： 音频信号光纤传输 1、 学习音频信号光纤传输系统的基本结构和各部件的选配原则。 2、 熟悉光纤传输系统中电光/光电转换器件的基本性能。 3、训练如何在音频信号光纤传输系统中获得较好的信号传输质量。 实验仪器 TKGT-1型音频信号光纤传输实验仪 信号发生器 双踪示波器 实验原理 光纤，又名光导纤维，是20世纪70年代为光通信而发展起来的一种新型材料，具有损耗低、频带宽、耐高温、绝缘性好、抗电磁干扰、光学特性好等优点。 1970年，美国康宁公司率先研制出了世界上第一根传输衰减损耗小于20dB/km的石英光纤。目前，普通单模光纤的传输损耗在工作波长为1550纳米窗口损耗小于0.2dB/km，在1310纳米窗口小于0.3 dB/km。目前商用光纤制作工艺多为渐变折射率芯层光纤。 从传输模式来说，光纤分为单模和多模两种；从结构上来说，分为普通光纤和特殊光纤，普通光纤包括单模和多模光纤，特殊光纤包括保偏光纤、单偏振光纤和塑料光纤等。普通光纤的外径

为125微米，单模光纤芯径为5-10微米，多模光纤芯径为50、62.5、80、100微米，加护套总直径约为1毫米。目前通信干线用光纤一般为单模光纤，光纤工作波长为1550纳米。 一般光纤的结构是由导光的纤芯和周围包覆的涂层组成。光纤的工作基础是光的全反射。由于纤芯的折射率大于涂层的折射率，当光从纤芯射向涂层，且入射角大于临界角，则射入的光在界面上产生全反射，成“之”字形前进，传播到圆柱形光纤的另一端而发射出去，这就是光纤的传光原理。 附：光的全反射原理 根据光的反射和折射定律，即?11 n1sin?1?n2sin?2 若n1n2，横线上为2，下为1介质，即光由光密介质射入光疏介质，且入射角大于临界角，即c时，就发生光的全反射现象。由于在临界状态下， 2 2 ，代入上式，则?c?arcsin?? n2 n1 ，称为全反射临界角。 ? 光波在光纤中传输，可以用两种不同的理论来解释。一种是电磁理论，或称模式理论；另一种是几何光学理论，或称为射线理论。

1 1．光波从空气中以角度133°投射到平板玻璃表面上，这里的1是入射光与玻璃表面之间的夹角。根据投射到玻璃表面的角度，光束一部分被反射，另一部分发生折射，如果折射光束和反射光束之间的夹角正好为90°，请问玻璃的折射率等于多少？这种玻璃的临界角又是多少？

解：入射光与玻璃表面之间的夹角133°，则入射角57i°，反射角57r°。由于折射光束和反射光束之间的夹角正好为90°，所以折射角33y°。

由折射定律sinsiniiyynn，10nni得到

33sin/67sinsin/sin1yiynn

69.1

其中利用了空气折射率1in。这种玻璃的临界角为

59.01.6911arcsinyn

2．计算11.48n及21.46n的阶跃折射率光纤的数值孔径。如果光纤端面外介质折射率1.00n，则允许的最大入射角max为多少？

解：阶跃光纤的数值孔径为

22max12sin0.24NAnn

允许的最大入射角

maxarcsin0.24自己用matlab算出来

3．弱导阶跃光纤纤芯和包层折射率分别为11.5n，21.45n，试计算

（1）纤芯和包层的相对折射率；

（2）光纤的数值孔径NA。

解：阶跃光纤纤芯和包层的相对折射率差为

2 2212210.032nnn

光纤的数值孔径为

22120.38NAnn

4．已知阶跃光纤纤芯的折射率为11.5n，相对折射（指数）差0.01，纤芯半径25am，若01m，计算光纤的归一化频率V及其中传播的模数量M。

解：光纤的归一化频率

221210022233.3Vannan

光纤中传播的模数量

25542VM

5．一根数值孔径为0.20的阶跃折射率多模光纤在850nm波长上可以支持1000个左右的传播模式。试问：