模拟光纤通信系统 (2)
光纤通信第二版课后答案顾畹仪.docx
光纤通信第二版课后答案顾畹仪【篇一：光纤通信系统中常用的调制方法】txt> 一．光纤通信概况1. 发展1966 年，美籍华人高锟(c.k.kao) 和霍克哈姆(c.a.hockham) 发表论文，预见了低损耗的光纤能够用于通信，敲开了光纤通信的大门，引起了人们的重视。
1970 年，美国康宁公司首次研制成功损耗为20db ／km 的光纤，光纤通信时代由此开始。
由于光纤通信具有损耗低、传输频带宽、容量大、体积小、重量轻、抗电磁干扰、不易串音等优点，备受业内人士青睐，发展非常迅速。
光纤通信系统的传输容量从1980 年到2000 年增加了近一万倍，传输速度在过去的10 年中大约提高了100 倍。
2. 基本组成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。
最基本的光纤通信系统由光发射机、光纤线路和光接收机组成，具体如下图所示二．光调制与解调1. 基本概念类似于电通信中对高频载波的调制与解调，在光通信中叶对光信号进行调制与解调。
不管是模拟系统还是数字系统，输入到光发射机带有信息的电信号，都通过调制转换为光信号。
光载波经过光纤线路传输到接收端，再由接收机通过解调把光信号转换为电信号。
2. 常用的调制方式根据调制和光源的关系，光调制可分为直接调制和间接调制两类。
直接调制方法是把要传送的信息转变为电信号注入ld 或led ，从而获得相应的光信号，是采用电源调制的方法。
间接调制是利用晶体的光电效应、磁光效应、声光效应等性质来实现对激光辐射的调制，有电光调制、磁光调制、声光调制、电吸收效应和共振吸收效应等。
本文将详细介绍现在常用的是电光调制和声光调制两种。
三、调制方式的详细介绍1. 直接调制(1)调制原理直接对光源进行调制，通过控制半导体激光器的注入电流的大小来改变激光器输出光波的强弱。
传统的pdh 和2.5gbit/s 速率以下的sdh 系统使用的led 或ld 光源基本上采用的都是这种调制方式。
光纤通信系统的设计
光纤通信系统设计所谓光纤通信系统，就是将从光源、光检测器、光放大器等有源器件到连接器、隔离器等无源器件通过光纤组合形成具有完整通信功能的系统。
光纤通信系统就传送的信号可以分为模拟光纤系统和数字光纤系统。
模拟光纤系统目前一般只应用于传送广播式的视频信号，最主要的应用是广电的HFC 网。
其他场合一般采用数字光纤系统，它具有传输距离长，传输质量高，噪声不累积等模拟光纤系统无法比拟的特点。
光纤通信系统的设计包括两方面的内容：工程设计和系统设计。
工程设计的主要任务是工程建设中的详细经费预算，设备、线路的具体工程安装细节。
主要内容包括对近期及远期通信业务量的预测；光缆线路路由的选择及确定；光缆线路铺设方式的选择；光缆接续及接头保护措施；光缆线路的防护要求；中继站站址的选择以及建筑方式；光缆线路施工中的注意事项。
系统设计的任务遵循建议规范，采用较为先进成熟的技术，综合考虑系统经济成本，合理选用器件和设备，明确系统的全部技术参数，完成实用系统的集成。
虽然光纤通信系统的形式多样，但在设计时，不管是否有有成熟的标准可循，以下几点是必须考虑的：①传输距离。
②数据速率或信道带宽。
③误码率（数字系统）或载噪比和非线性失真（模拟系统）。
下面分别介绍模拟光纤系统和数字光纤系统的设计。
模拟光纤通信系统多采用副载波复用技术，主要指标有：载噪比CNR(Carrier Noise Ratio)、组合二阶互调失真CSO(Composite Second Order Intermodulation)和组合三阶差拍失真CTB(Composite Triple Beat)。
后两项指标针对多路信道复用的使用情况。
对于模拟的HFC网的设计，主要需要考虑系统的CNR、CTB、CSO指标，其传输距离主要受限于链路的损耗。
在模拟的HFC网中，EDFA的引入可以延长传输距离且对CTB和CSO等非线性指标没有多大的影响，但对CNR影响较大，在系统设计时重点考虑。
光纤部分实验报告通信工程专业综合实验.
通信工程专业综合实验报告――光通信部分姓名学号通信班级上课时间周二下午16:20~18:10第8章光纤传输系统实验一激光器P-I特性测试实验1. 实验目的1、学习半导体激光器发光原理和光纤通信中激光光源工作原理2、了解半导体激光器平均输出光功率与注入驱动电流的关系3、掌握半导体激光器P （平均发送光功率）-I （注入电流）曲线的测试方法2. 实验仪器1、ZY12OFCom13BG型光纤通信原理实验箱1台2、FC接口光功率计1台3、FC/PC-FC/PC单模光跳线1根4、万用表1台5、连接导线20 根3. 实验原理半导体激光二极管（LD）或简称半导体激光器，它通过受激辐射发光，是一种阈值器件。
处于高能级E2的电子在光场的感应下发射一个和感应光子一模一样的光子，而跃迁到低能级E1,这个过程称为光的受激辐射，所谓一模一样，是指发射光子和感应光子不仅频率相同，而且相位、偏振方向和传播方向都相同，它和感应光子是相干的。
由于受激辐射与自发辐射的本质不同，导致了半导体激光器不仅能产生高功率（》10mW辐射，而且输出光发散角窄（垂直发散角为30〜50°,水平发散角为0〜30°），与单模光纤的耦合效率高（约30%〜50%），辐射光谱线窄（△入=0.1〜1.0nm）,适用于高比特工作，载流子复合寿命短，能进行高速信号（＞20GHZ直接调制，非常适合于作高速长距离光纤通信系统的光源。
P-I 特性是选择半导体激光器的重要依据。
在选择时，应选阈值电流I th尽可能小，I th对应P值小，而且没有扭折点的半导体激光器。
这样的激光器工作电流小，工作稳定性高，消光比大，而且不易产生光信号失真。
并且要求P-I曲线的斜率适当。
斜率太小，则要求驱动信号太大，给驱动电路带来麻烦；斜率太大，则会出现光反射噪声及使自动光功率控制环路调整困难。
半导体激光器可以看作为一种光学振荡器， 要形成光的振荡，就必须要有光放大机制，也即激活介质处于粒子数反转分布， 而且产生的增益足以抵消所有的损耗。
《模拟光纤通信系统》PPT课件
本章主要介绍一些已经实用化或者有重要应用前景
的新技术，如光放大技术，光波分复用技术，光交
换技术，光孤子通信，相干光通信，光时分复用技
术和波长变换技术等。
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7.1 光 纤 放 大 器
光放大器有半导体光放大器和光纤放大器两种类型。半 导体光放大器的优点是小型化，容易与其他半导体器件集成； 缺点是性能与光偏振方向有关，器件与光纤的耦合损耗大。 光纤放大器的性能与光偏振方向无关，器件与光纤的耦合损 耗很小， 因而得到广泛应用。
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7.2 光波分复用技术
在 光 纤 通 信 系 统 中 除 了 大 家 熟 知 的 时 分 复 用 (TDM) 技术外， 还出现了其他的复用技术，例如光时分复 用 (OTDM) 、 光 波 分 复 用 (WDM) 、 光 频 分 复 用 (OFDM)以及副载波复用(SCM)技术。 本节主要讲述 WDM技术。
信号分开(解复用)，并作进一步处理，恢复出原信号
后送入不同的终端，因此将此项技术称为光波长分割
复用， 简称光波分复用技术。
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衰 减 / (d B－·k)1 m
4.0 信 道间 隔
3.0 1~10 GHz
2.0
… 载00 1400 1600 1800
波 长 / nm
波长为980 nm的泵浦光转换效率更高，达10 dB/mW， 而且噪声较低，是未来发展的方向。
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8
增 益 / dB
35.0
30.0
增 益 / dB
25.0
20.0
15.0
输 出 光 功 率 / dBm
10.0
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I
I
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5.0
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0.0
光纤通信技术仿真实验
光纤通信技术仿真实验光纤通信技术仿真实验 1 光发送机(Optical Transmitters)设计1.1 光发送机简介1.2 光发送机设计模型案例:铌酸锂(LiNbO)型Mach-Zehnder调制器的啁啾(Chirp)3分析2 光接收机(Optical Receivers)设计2.1 光接收机简介2.2 光接收机设计模型案例:PIN光电二极管的噪声分析3 光纤(Optical Fiber)系统设计 3.1 光纤简介3.2 光纤设计模型案例:自相位调制(SPM)导致脉冲展宽分析4 光放大器(Optical Amplifiers)设计4.1 光放大器简介4.2 光放大器设计模型案例:EDFA的增益优化5 光波分复用系统(WDM Systems)设计 5.1 光波分复用系统简介5.2 光波分复用系统使用OptiSystem设计模型案例:阵列波导光栅波分复用器(AWG )的设计分析6 光波系统(Lightwave Systems)设计6.1 光波系统简介40G单模光纤的单信道传输系统设计 6.2 光波系统使用OptiSystem设计模型案例:7 色散补偿(Dispersion Compensation)设计8.1 色散简介8.2 色散补偿模型设计案例:使用理想色散补偿元件的色散补偿分析8 孤子和孤子系统(Soliton Systems)9.1 孤子和孤子系统简介9.2 孤子系统模型设计案例:1 光发送机(Optical Transmitters)设计1.1 光发送机简介一个基本的光通讯系统主要由三个部分构成，如下图1.1所示:图1.1 光通讯系统的基本构成 1)光发送机 2) 传输信道 3)光接收机作为一个完整的光通讯系统，光发送机是它的一个重要组成部分，它的作用是将电信号转变为光信号，并有效地把光信号送入传输光纤。
光发送机的核心是光源及其驱动电路。
现在广泛应用的有两种半导体光源:发光二级管(LED)和激光二级管(LD)。
数字光纤通信与模拟光纤通信的区别
数字光纤通信与模拟光纤通信的区别光纤通信是利用光波作载波，以光纤作为传输媒质将信息从一处传至另一处的通信方式。
１９６６年英籍华人高锟博士发表了一篇划时代性的论文，他提出利用带有包层材料的石英玻璃光学纤维，能作为通信媒质。
从此，开创了光纤通信领域的研究工作。
光纤通信分为“数字光纤通信”和“模拟光纤通信”两大类（1）数字光纤通信系统这是目前光纤通信主要的通信方式。
输入采用脉冲编码（PCM）信号。
数字光纤通信采用二进制信号，信息由脉冲的“有”和“无”表示，所以噪声不影响传输的质量。
而且，数字光纤通信系统采用数字电路，易于集成以减少设备的体积和功耗，转接交换方便，便于与计算机结合等，有利于降低成本。
数字通信的优点是，抗干扰性强，传输质量好。
中继器采用判决再生技术，消除传输过程中的噪声积累，延长传输距离。
数字通信的缺点是所占的频带宽，语音电话占用4kHz的带宽，而数字电话占用20kHz～64kHz的带宽。
而光纤的带宽比金属传输线要宽许多，弥补了数字通信所占频带宽的缺点。
（2）模拟光纤通信系统若输入电信号不采用脉冲编码信号的通信系统即为模拟光纤通信系统。
模拟光纤通信最主要的优点是占用带宽较窄，电路简单，不需要数字系统中的模-数和数-模转换，所以价格便宜。
目前电视传输，广泛采用模拟通信系统采用调频（FM）或调幅（AM）技术，传输几十至上百路电视。
避免了电视数字传输中复杂的编码和解码技术，设备价格昂贵等问题。
这种系统的缺点是光电变换时噪声较大。
在长距离传输时，采用中继站将使噪声积累，故只能应用在短距离传输线路上。
如果希望在较长距离上传输，则要先采取脉冲频率调制，然后再送到光发送机进行光强调制。
由于采用FPM调制后，改善了传输信噪比，故中继距离可达20km以上，而且可以加装中间再生中继器。
其传输总长度可达50km～100km。
数字光纤通信系统是一种通过光纤信道传输数字信号的通信系统。
由于数字信号只取有限个离散值，可以通过取样、判决而再生，所以这种通信系统对信道的非线性失真不敏感，再通信全程中，及时由多次中继、失真（包括线性失真和非线性失真）和噪声也并不会积累。
光纤通信系统(第2版)杨祥林 第一章答案(仅供参考)
《光纤通信系统》（第2版）杨祥林 主编第1章 导论 课后习题答案 维E 的常客 编（仅供参考，如有不足之处，请指正）1.1设光信号在损耗分别为0.2dB/km 、20dB/km 、2000dB/km 的3种光纤中传输，试求光功率衰减至1/10时的传播距离。
假定光功率按exp(−αL)减少，计算3种光纤的α(cm −1)值。
解：光的传输距离L =−10lg |p i p 0|/αdB ;0.2dB/km L =−10lg 1100.2=50km20dB/km L =−10lg 11020=0.5km2000dB/km L =−10lg 1102000=0.005km光功率p i =p 0exp(−αL)衰减系数α=ln (p 0p i )∗αdB 10lg (p 0p i )=αdB 10lge ≅αdB 4.343 则α(cm −1)=αdB10lge ×10−5cm −10.2dB/km α=4.61×10−7cm −1 20dB/km α=4.61×10−5cm −12000dB/km α=4.61×10−3cm −11.2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 音频信道？ 解：根据题意得5GHz 的微波载波上，数字通信系统的比特率为5×109×1%=5×107b/s ，能传输的音频信道的路数为5×10764×103≅781路；1.55μm 的光载波上，数字通信系统的比特率为3×1081.55×10−6×1%≅1.935×1012b/s ， 能传输的音频信道的路数为1.935×101264×103≅30241935路。
1.3以ASCII 格式存在于计算机硬盘的1h 演讲稿，假定传送速率为200字/min ，平均每字5个字母，试估计总比特数。
光纤通信期末考试简答
简答题1、画出光纤通信系统的基本组成框图.2、光纤通信系统中，电信号对光的调制的实现方式有哪两种？简述各自含义及特点。
答：电信号对光的调制的实现方式分别为直接调制和外调制。
直接调制是用电信号直接调制半导体激光器或发光二极管的驱动电流,使输出光随电信号变化而实现的。
这种方案的特点是技术简单，成本较低，容易实现，但调制速率受激光器的频率特性所限制。
外调制是把激光的产生和调制分开，用独立的调制器调制激光器的输出光而实现的。
外调制的特点是调制速率高，但技术复杂，成本较高。
因此只有在大容量的波分复用和相干光通信系统中使用.3、简述半导体激光器工作原理。
答：半导体激光器是向半导体PN结注入电流，实现粒子数反转分布,产生受激辐射，再利用谐振腔的正反馈，实现光放大而产生激光振荡的。
4、简述数字通信系统和模拟通信系统的区别。
答：数字通信系统用参数取值离散的信号（如脉冲的有和无、电平的高和低等）代表信息，强调的是信号和信息之间的一一对应关系；模拟通信系统则用参数取值连续的信号代表信息,强调的是变换过程中信号和信息之间的线性关系。
这种基本特征决定着两种通信方式的优缺点和不同时期的发展趋势。
5、什么是电光延迟和张弛振荡？会产生什么样的后果？答:（1)输出光脉冲和注入电流脉冲之间存在一个初始延迟时间，称为电光延迟时间t d,其数量级一般为ns；(2）当电流脉冲注入激光器后，输出光脉冲会出现幅度逐渐衰减的振荡，称为张弛振荡；（3）产生的后果：张弛振荡和电光延迟的后果是限制调制速率.6、光纤通信有哪些优点？答：(1）容许频带很宽，传输容量很大；（2）损耗很小,中继距离很长且误码率很小；(3) 重量轻、体积小；(4）抗电磁干扰性能好；(5）泄漏小，保密性能好；(6）节约金属材料，有利于资源合理使用。
7、基本光纤传输系统有哪几部分组成?简述各部分的主要功能及主要组成部分。
答：基本光纤传输系统由光发送机、光纤线路和光接收机三部分组成。
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光载波经光纤传输后，由远端接收机进行光/电转换和信号分 离。
因为传统意义上的载波是光载波，为区别起见，把受模拟基
带信号预调制的RF电载波称为副载波，这种复用方式也称为副载
波复用(SCM)。
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SCM模拟电视光纤传输系统的优点：
• 一个光载波可以传输多个副载波，各个副载波可以承载 不同类型的业务。
3. 方波频率调制(SWFM)
方波频率调制方式是先用承载信息的模拟基带信号对方波
进行调频，产生等幅、不等宽的方波脉冲调频信号，其方波脉
冲频率随输入的模拟基带信号的幅度而变化。然后用这个方波
脉冲调频信号对光源进行光强调制，形成SWFM-IM光纤传输
系统。
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采用模拟间接光强调制的目的:
提高传输质量和增加传输距离
由于模拟基带直接光强调制(D-IM)光纤传输系统的性能受到 光源非线性的限制，一般只能使用线性良好的LED作光源。LED 入纤功率很小，所以传输距离很短。
在采用模拟间接光强调制时，由于驱动光源的是脉冲信号， 它基本上不受光源非线性的影响，所以可以采用线性较差、入纤 功率较大的LD器件作光源。
因而PFM-IM系统的传输距离比D-IM系统的更长
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对于广播电视节目而言，视频信号带宽(最高频率)是6MHz， 加上调频的伴音信号，这种模拟基带光纤传输系统每路电视信号 的带宽为8 MHz。
用这种模拟基带信号对发射机光源(线性良好的LED)进行直 接光强调制，若光载波的波长为0.85 μm， 传输距离不到4 km, 若 波长为1.3 μm，传输距离也只有10 km左右。
D-IM光纤传输系统的特点是：
• 设备简单
• 价格低廉
因而在短距离传输中得到广泛应用。
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6.1.2 模拟间接光强调制
模拟间接光强调制方式
是先用承载信息的模拟基带信号进行电的预调制，然后用这 个预调制的电信号对光源进行光强调制(IM)。
这种系统又称为预调制直接光强调制光纤传输系统。
预调制主要有以下三种:
1. 频率调制(FM)
频率调制方式是先用承载信息的模拟基带信号对正弦载波进
行调频，产生等幅的频率受调的正弦信号，其频率随输入的模拟
基带信号的瞬时值而变化。然后用这个正弦调频信号对光源进行
光强调制， 形成FM-IM光纤传编输辑系ppt统。
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2. 脉冲频率调制(PFM)
脉冲频率调制方式是先用承载信息的模拟基带信号对脉冲 载波进行调频，产生等幅、等宽的频率受调的脉冲信号，其脉 冲频率随输入的模拟基带信号的瞬时值而变化。然后用这个脉 冲调频信号对光源进行光强调制，形成PFM-IM光纤传输系统。
• SCM系统灵敏度较高，又无需复杂的定时技术， 制造 成本较低。
• 前后兼容。不仅可以满足目前社会对电视频道日益增多 的要求，而且便于在光纤与同轴电缆混合的有线电视系统 (HFC)中采用。
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副载波复用的实质是:
利用光纤传输系统很宽的带宽换取有限的信号功率，也就 是增加信道带宽，降低对信道载噪比(载波功率/噪声功率)的要 求，而又保持输出信噪比不变。
调 制 器
发送机
发光 二极管
光纤
光检测器 放大器
恢复原信号 m(t)
接收机
图 6.1 模拟信号直接光强调制系统方框图
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6.2.1 特性参数
评价模拟信号直接光强调制系统的传输质量的最重要的特性 参数是信噪比(SNR)和信号失真(信号畸变)。
这些明显的优点，使FDM多路传输方式受到广泛的重视。
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6.1.3 频分复用光强调制
频分复用光强调制方式
用每路模拟电视基带信号，分别对某个指定的射频(RF)电信 号进行调幅(AM)或调频(FM)，然后用组合器把多个预调RF信号 组合成多路宽带信号，再用这种多路宽带信号对发射机光源进行 光强调制。
模拟基带直接光强调制(D-IM)
是用承载信息的模拟基带信号，直接对发射机光源(LED或 LD)进行光强调制，使光源输出光功率随时间变化的波形和输入 模拟基带信号的波形成比例。
20世纪70年代末期，光纤开始用于模拟电视传输时，采用 一根多模光纤传输一路电视信号的方式，就是这种基带传输方 式。
所谓基带，就是对载波调制之前的视频信号频带。
• 因而这种模拟光纤传输系统的信号质量与传输距离无关
• SWFM-IM系统的信噪比也比D-IM系统的信噪比高得多
上述光纤的传输方式都存在一个共同的问题：一根光纤只能传输 一路信号。
这种情况，既满足不了现代社会对大信息量的要求，也没有 充分发挥光纤带宽的独特优势。
因此，开发多路模拟传输系编统辑pp，t 就成为技术ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ展的必然。8
对于多模光纤，若波长为0.85 μm，传输距离可达10 km；若
波长为1.3 μm，传输距离可达30 km。对于单模光纤，若波长为
1.3 μm，传输距离可达50 km。编辑ppt
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SWFM-IM光纤传输系统不仅具有PFM-IM系统的传输距离 长的优点，还具有PFM-IM系统所没有的独特优点:
•在光纤上传输的等幅、不等宽的方波调频(SWFM)脉冲不含 基带成分
在副载波系统中，预调制是采用调频还是调幅，取决于所 要求的信道载噪比和所占用的带宽。
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6.2 模拟基带直接光强调制光纤传输系统
模拟基带直接光强调制(D-IM)光纤传输系统由光发射机(光 源通常为发光二极管)、光纤线路和光接收机(光检测器)组成， 这 种系统的方框图如图6.1所示。
基带信号 m(t )
实现一根光纤传输多路信号有多种方法
目前现实的方法是先对电信号复用，再对光源进行光强调制。 对 电 信 号 的 复 用 可 以 是 频 分 复 用 (FDM) ， 也 可 以 是 时 分 复 用 (TDM)。
FDM系统的优点： •电路结构简单、制造成本较低以及模拟和数字兼容等 •FDM系统的传输容量只受光器件调制带宽的限制，与所用 电子器件的关系不大
第 6 章 模拟光纤通信系统
6.1 调制方式 6.2 模拟基带直接光强调制光纤传输系统 6.3 副载波复用光纤传输系统
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返回主目录
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6.1
模拟光纤传输方式主要有以下几种方式： • 模拟基带直接光强调制(D-IM) • 模拟间接光强调制方式 • 频分复用光强调制方式
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6.1.1 模拟基带直接光强调制