哈工大 光纤通信答案第7章答案
《光纤通信》第7章复习思考题参考答案分解
第7章复习思考题参考答案7-1 光纤数字通信系统中，选择码型时应考虑哪几个因素答：光纤传输系统光源的发射功率和线性都有限，因此通常选择二进制脉冲传输，因为传输二进制脉冲信号对接收机SNR的要求非常低（15.6 dB，见5.5.2节），甚至更低（见7.7.2节），对光源的非线性要求也不苛刻。
信道编码的目的是使输出的二进制码不要产生长连“1”或长连“0”（Consecutive Identical Digits, CID），而是使“1”码和“0”码尽量相间排列，这样既有利于时钟提取，也不会产生因长连零信号幅度下降过大使判决产生误码的情况。
7-2 光纤数字通信系统中常用的线路码型是什么答：大多数高性能干线系统使用扰码的NRZ码，如SDH干线。
这种码型最简单，带宽窄，SNR高，线路速率不增加，没有光功率代价，无需编码。
在发送端只要一个扰码器，在接收端增加一个解扰码器即可，使其适合长距离系统应用。
扰码和解扰可由反馈移位寄存器和对应的前馈移位寄存器实现。
通过扰码器可将简单的二进制序列的“0”码和“1”码的分布打乱，并按照一定的规律重新排列，从而减少长串连“0”，或长串连“1”，并使“0”码和“1”码的分布均匀，使定时提取容易。
但是，扰码没有引入冗余度，还不能根本解决问题，所以在现代通信系统中，还需要进行码变换。
m B n B编码就是一种码变换。
另一种在ITU-T G.703建议中规定PDH接口速率139.264 Mb/s和SDH接口速率155.520 Mb/s的物理/电接口码型是CMI码，它规定输入码字为“0”时，输出为01；输入码字为“1”时，输出为00或11。
双二进制编码（Duo Binary，DB）技术能使“0”和“1”的数字信号，经低通滤波后转换为具有三个电平“1”、“0”和“ 1”的信号。
这种技术与一般的幅度调制技术比较，信号谱宽减小一半，这就使相邻信道的波长间距减小，可扩大信道容量，所以有的高速光纤通信系统采用双二进制编码。
(完整版)哈工大模电习题册答案
【2-1】 填空：1．本征半导体是 ，其载流子是 和 。
两种载流子的浓度 。
2．在杂质半导体中，多数载流子的浓度主要取决于 ，而少数载流子的浓度则与 有很大关系。
3．漂移电流是 在 作用下形成的。
4．二极管的最主要特征是 ，与此有关的两个主要参数是 和 。
5．稳压管是利用了二极管的 特征，而制造的特殊二极管。
它工作在 。
描述稳压管的主要参数有四种，它们分别是 、 、 、和 。
6．某稳压管具有正的电压温度系数，那么当温度升高时，稳压管的稳压值将 。
1. 完全纯净的半导体，自由电子，空穴，相等。
2. 杂质浓度，温度。
3. 少数载流子，(内)电场力。
4. 单向导电性，正向导通压降U F 和反向饱和电流I S 。
5. 反向击穿特性曲线陡直，反向击穿区，稳定电压（U Z ），工作电流（I Emin ），最大管耗（P Zmax ）和动态电阻（r Z ）6. 增大;【2-2】电路如图2.10.4所示，其中u i =20sinωt (mV)，f =1kHz ，试求二极管VD 两端电压和通过它的电流。
假设电容C 容量足够大。
-+-+C R+k 5ΩV 6iu VD+-D u Di a)(图2.10.4 题2-5电路图1．静态分析静态，是指u i =0，这时u i 视作短路，C 对直流视作开路，其等效电路如图1.4.2(a)所示。
不妨设U D =0.6V则D D 6V (60.6)V1.08mA 5kU I R --===Ω 对于静态分析，也可以根据二极管的伏安特性曲线，用图解法求解。
2．动态分析对于交流信号，直流电源和电容C 视作短路；二极管因工作在静态工作点附近很小的范围内，故可用动态电阻r d 等效，且D d D1ir u ∆=∆，由此可得等效电路如图1.4.2(b)所示。
二极管伏安特性方程：)1e (TD/S D -=U u I i (1.4.1)由于二极管两端电压U D ?U T =26 mV ，故式1.4.1可简化为：TD/S D e U u I i ≈TD D Dd d d 1U I u i r ≈=Ω==≈07.241.08mA26mVD T d I U r 所以d i d d d 0.02sin (V)0.83sin (mA)24.07()u u t i t r r ωω===≈Ω 3．交流和直流相叠加)(mA sin 83.008.1d D D t i I i ω+=+=)(V sin 02.06.0d D D t u U u ω+=+=4．u D 和i D 波形如图1.4.2(c)、(d)所示。
光纤通信原理参考答案
光纤通信原理参考答案第一章习题1-1 什么是光纤通信?光纤通信是利用光导纤维传输光波信号的通信方式。
1-2 光纤通信工作在什么区，其波长和频率是什么?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0.8～1.8μm，对应的频率为167～375THz。
1-3 BL积中B和L分别是什么含义?系统的通信容量用BL积表示，其含义是比特率—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。
主要有：(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 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。
1-5 试叙述光纤通信的现状和发展趋势。
略第二章习题2-1 有一频率为Hz 13103⨯的脉冲强激光束，它携带总能量W=100J ，持续 时间是τ=10ns(1ns=10-9s)。
此激光束的圆形截面半径为r=1cm 。
求：(1) 激光波长； (2) 平均能流密度； (3) 平均能量密度； (4) 辐射强度；（1）m c513810103103-=⨯⨯==νλ （2）213229/1018.3)10(1010100ms J S W S ⨯=⨯⨯⨯=∆=--πτ （3）s m J c S w 25813/1006.11031018.3⨯=⨯⨯== （4）213/1018.3ms J S I ⨯==2-2 以单色光照射到相距为0.2mm 的双缝上，双缝与屏幕的垂直距离为1m 。
（1） 从第一级明纹到同侧旁第四级明纹间的距离为7.5mm ，求单色光的波长； （2） 若入射光的波长为6×10-7m ，求相邻两明纹间的距离。
光纤通信课后答案
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。
光纤通信第7章课后习题答案
习题七1．商业级宽带接收机的等效电阻Ω=75eq R 。
保持发送机和接收机的参数和图7.5的例子相同，在接收机光功率范围内0~－16dBm 时计算总载噪比，并画出相应的曲线。
类似于7.2.2节的推导，推出其载噪比的极限表达式。
证明当Ω=75eq R 时，任何接收光功率电平下，热噪声都超过量子噪声而成为起决定作用的噪声因素。
解：因为是PIN ，所以1G =，由eqeq t eq xD P eq R B kTF B G I I e B P R RIN P mRG N C /4)(2)()(5.0222+++=+得到 eqeq t eq D P eq R B kTF B I I e B P R RIN P mR N C /4)(2)()(5.022+++=再由一次光生电流P I RP =，得到eqeq t eq D eq eq R B kTF B eI B P eR B P R RIN P mR N C /422)()(5.022+++= 其中P 是光检测器接收到的平均光功率。
把参数191.610e C -=⨯，0.6/R A W =，143/RIN dB Hz =-，10eq B MHz =，10D I nA =，231.3810/k J K -=⨯，290T K =，75eq R =Ω，3t F dB =代入上式，就得出/C N 随P 变化的关系曲线方程。
当接收机的光功率较低时，系统的噪声主要是前置放大器电路的噪声，于是载噪比为20.5()4/t eq eqC mRP N kTF B R =把01P dBm mW ==代入可以求出其值。
对于设计较好的光电二极管，与中等强度的接收光信号的散弹（量子）噪声相比，体暗电流和表面暗电流产生的噪声很小。
因此在中等强度接收光信号条件下，系统噪声主要是光电二极管的量子噪声，此时有：22220.5()0.5()0.5()2()224P D eq P eq eq eqC mRP mRP mRP m RPN e I I B eI B eRPB eB ====+ 把01P dBm mW ==代入可以求出其值。
《光纤通信基础》习题及答案
光栅技术
第二章部分
2.1、光纤的结构由哪几部分组成？各有什么作用？ 答：光纤（Optical Fiber）是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝。纤芯的 折射率比包层稍高，损耗比包层更低，光能量主要在纤芯内传输。包层为光的传输提供反射 面和光隔离，并起一定的机械保护作用。 2.2、简述光纤的类型包括哪几种以及各自特点？ 解：实用光纤主要有三种基本类型： 1）、突变型多模光纤（Step Index Fiber, SIF）， 纤芯折射率为 n1 保持不变，到包层突然 变为 n2。这种光纤一般纤芯直径 2a=50~80 μm，光线以折线形状沿纤芯中心轴线方向传播， 特点是信号畸变大。 2）、渐变型多模光纤（Graded Index Fiber, GIF）， 在纤芯中心折射率最大为 n1，沿径向 r 向外围逐渐变小，直到包层变为 n2。这种光纤一般纤芯直径 2a 为 50μm，光线以正弦形 状沿纤芯中心轴线方向传播，特点是信号畸变小。 3）、单模光纤（Single Mode Fiber, SMF），折射率分布和突变型光 纤相似，纤芯直径只有 8~10 μm，光线以直线形状沿纤芯中心轴线方向传播。因为这种光 纤只能传输一个模式（两个偏振态简并），所以称为单模光纤，其信号畸变很小。 2.3、色散的产生以及危害？ 答：由于光纤中所传信号的不同频率成分， 或信号能量的各种模式成分，在传输过程中， 因群速度不同互相散开，引起传输信号波形失真，脉冲展宽的物理现象称为色散；光纤色散 的存在使传输的信号脉冲畸变，从而限制了光纤的传输容量和传输带宽。 2.4、光缆的结构分类？ 答：(1) 层绞式结构：层绞式光缆的结构类似于传统的电缆结构方式，故又称为古典式光缆。 (2) 骨架式结构：架式光缆中的光纤置放于塑料骨架的槽中，槽的横截面可以是 V 形、U 形 或其他合理的形状，槽的纵向呈螺旋形或正弦形，一个空槽可放置 5~10 根一次涂覆光纤。 (3) 束管式结构：束管式结构的光缆近年来得到了较快的发展。它相当于把松套管扩大为整 个纤芯，成为一个管腔，将光纤集中松放在其中。 (4) 带状式结构：带状式结构的光缆首先将一次涂覆的光纤放入塑料带内做成光纤带，然后 将几层光纤带叠放在一起构成光缆芯。 2.5、光缆的种类？ 答：根据光缆的传输性能、距离和用途，光缆可以分为市话光缆、长途光缆、海底光缆和用
哈工大版信号检测与转换技术课后答案
第1章信号检测与转换技术概述思考题1.自动检测与转换系统的基本组成是什么？检测是指通过各种科学的手段和方法获得客观事物的量值；转换则是通过各种技术手段把客观事物的大小转换成人们能够识别、存贮和传输的量值。
一个典型的检测与转换系统基本组成如下：2.简述心电信号检测系统的基本组成及各部分功能。
功能略。
3.简述工业检测技术涉及的主要物理量有哪些？工业检测技术涉及主要内容包括：热工量：温度、压力（压强）、压差、真空度、流量、流速、物位、液位等。
机械量：直线位移、角位移、速度、加速度、转速、应变、力矩、振动、噪声、质量（重量）等。
几何量：长度、厚度、角度、直径、间距、形状、粗糙度、硬度、材料缺陷等。
物体的性质和成分量：空气的湿度（绝对、相对）；气体的化学成分、浓度；液体的粘度、浊度、透明度；物体的颜色等。
状态量：工作机械的运动状态（启停等）、生产设备的异常状态（超温、过载、泄漏、变形、磨损、堵塞、断裂等）。
电工量：电压、电流、电功率、电阻、电感、电容、频率、磁场强度、磁通密度等。
4.检测仪表和检测系统的技术性能有哪些？有什么含义？如何测量或计算？见书上相关部分，略。
5.测量误差来源有那些？按误差出现的规律，测量误差分哪几类？系统误差：简称系差，是按某种已知的函数规律变化而产生的误差。
随机误差：简称随差，又称偶然误差，它是由未知变化规律产生的误差，具有随机变量的一切特点，在一定条件下服从统计规律，因此经过多次测量后，对其总和可以用统计规律来描述，可以从理论上估计对测量结果的影响。
粗大误差：是指在一定的条件下测量结果显著地偏离其实际值时所对应的误差，简称粗差。
6.传感器的基本组成是什么？简述各部分主要功能。
敏感元件（弹簧管、波纹管、膜盒、膜片）能直接感受被测量，并将被测非电量信号按一定对应关系转换为易于转换为电信号的另一种非电量的元件。
传感元件（电位器）能将敏感元件输出的非电信号或直接将被测非电量信号转换成电量信号的元件。
通信电路基础第七章答案
第七章习题参考答案7－1采用图P7-1(a)、(b)所示调制信号进行角度调制时,试分别画出调频波与调相波的瞬时频率与瞬时相位变化波形图及已调波的波形图。
图P7-1解:(a)(b)图P7-1J7－2有一调角波数学表示式)10cos 03.010sin(12=48t t －v V ,试问这就是调频波求 中心角频率,调制角频率以及最大角频偏？[参考答案: rad/s 300=Δm ω] 解:一个角度调制波既可以就是调频波又可以就是调相波,关键就是瞧已调波中瞬时相位)(Δt φ的表达式与调制信号的关系,与调制信号成正比为调相波,与调制信号的积分成正比为调频波。
由调角波的表达式)10cos 03.010sin(12=48t t －v 得知t t φ410cos 03.0=)(Δ－, 若调制信号t ωV sin =m Ωv ,则)10cos 03.010sin(12=48t t －v 为调频波。
中心频率为rad/s 108C =ω,调制角频率为rad/s 10=4Ω,最大角频偏300rad/s =rad/s 10×0.03==Δ4f m ΩM ω7－3 一个调频波的载波频率就是10MHz ~7,频偏为00kHz 2,调制频率为0kHz 1,求调制指数。
若调制频率降为0Hz 2,求调制指数。
[参考答案:20=f1M ,4f210=M ] 解:由于调制频率为0kHz 1,属于单音调制。
ΩV k M mΩf f =,又3m Ωf m 10×200×π2==ΔV k ω, 所以 20=10×10×π210×200×π2=33f1M 当调制频率为20Hz 时,433f210=20×π210×200×π2=M 7－4 一个调相波的载波频率就是10MHz ~7,调制指数就是20。
调制频率同上题,求角频偏。
[参考答案:rad/s 10×26.1=Δ6m1ω,rad/s 10×5.2=Δ3m2ω] 解:同样属于单音调制。
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第7章答案
1.答：
光放大器是可将微弱光信号直接进行光放大的器件。
意义：
（1）使光波分复用技术实用化；
（2）使光接入网迅速成熟并得以商用；
（3）促进光孤子通信新技术发展；
（4）为未来的全光通信网，奠定了扎实的基础。
WDM+EDFA使光纤通信技术产生了质的飞跃。
2.答：
掺杂光纤放大器，传输光纤放大器，半导体光放大器。
3.答：
增益、放大器的带宽、增益饱和和饱和输出功率。
4.答：
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纤芯即成为掺杂光纤，目前最成功的典型是掺饵光纤放大器，掺谱光纤放大器。
它是依靠光激励(泵浦光)使工作物质发生粒子数反转分布，在外来信号光的作用下通过受激辐射进行光放大。
5.答：
优点：
(1)工作波长正好落在光纤通信最佳波段(1500～1600nm)。
其主体是一段光纤(EDF)，与传输光纤的耦合损耗很小，可达0.1dB。
(2)能量转换效率高。
激光工作物质集中在光纤芯子的近轴部分，而信号光和泵浦光也在近轴部分最强，则光与物质作用很充分。
(3)增益高，噪声低，输出功率大。
增益达40dB。
输出功率在单向泵14dBm，双向泵浦17dBm-20dBm，充分泵浦时，噪声系数可低至3－4dB，串话也很小
(4)增益特性不敏感。
对温度不敏感，在100°C内增益特性保持稳定；与偏振无关。
(5)可实现信号的透明传输。
在波分复用系统中，同时传输模拟信号和数字信号，高速率信号和低速率信号。
缺点：
(1)波长固定，只能放大1.55μm左右的光波。
换用不同基质的光纤时，铒离子能级也只能发生很小的变化，可调节的波长有限，只能换用其他元素。
(2)增益带宽不平坦。
在WDM系统中需要采用特殊的手段来进行增益谱补偿。
(1)EDFA用作前置放大器
光接收器之前，接收机灵敏度可提高10～20dB。
即，在光信号进入接收机前，得到放大，以抑制接收机内的噪声。
小信号放大，要求低噪声，但输出饱和功率则不要求很高。
(2)EDFA用作功率放大器
放在光发射机之后用来提升输出功率，将通信距离延长10-20km。
通信距离由放大器增益及光纤损耗决定，功率放大器除了要求低噪声外，还要求高饱和输出功率。
(3)EDFA用作线路放大器
非常适合用在海底光缆，没有电中继器的光-电-光过程。
另外，在WDM系统中，一只EDFA能放大全部的光信号，但所有的信号光必须落在EDFA的平坦增益带宽内。
(4)EDFA用作本地网放大器
EDFA可在宽带本地网，特别在电视分配网中得到应用。
它补偿由于分路带来的损耗及其他损耗，极大地扩大了网径和用户数量。
7.答：
因泵浦方式不同，分成同向、反向及双向。
(1)同向泵浦：泵浦光与信号光从同一端注入掺铒光纤，且泵浦光和信号光在EDF 中传输方向相同。
又称为前向泵浦
(2)反向泵浦：泵浦光与信号光从不同的方向输入掺杂光纤。
两者在EDF(掺饵光纤)中传播反向相反。
(3)双向泵浦：可用多个泵浦源从多个方向激励光纤。
多个泵浦源部分前向，部分后向，结合前两种方式，使泵浦光在光纤中均匀分布，从而使其增益在光纤中均匀分布
三种泵浦方式性能差异总结：
同向泵浦: 噪声性能好；
反向泵浦: 输出功率大；
双向泵浦:增益和噪声性能都优于单向泵浦，但成本高；
8.答：
喇曼散射的基本原理：物质内部分子不停振动，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，产生不同于入射光频率谱线，称为伴线。
其中比母线波长长的称为Strokes线，短的称为反Strokes 线。
他们与母线间隔相等。
在喇曼光纤放大器中，泵浦光通过受激喇曼散射产生的Strokes线等于输入信号光的谱线，因此对输入信号光产生了放大作用。
喇曼放大器分为分立式喇曼放大器和分布式喇曼放大器。
分立式喇曼放大器与EDFA一样集中放大，通常用于EDFA无法放大的波段。
下图是其应用框图。
分立式喇曼放大器的应用
分布式喇曼放大器(DRA)具有噪声低、增益带宽与泵浦波长和功率相关特点，经常与EDFA联合使用以降低系统的噪声系数，下图是其应用框图。
采用DRA+EDFA的典型WDM系统
10.答：
喇曼放大器的优点：
(1) 更宽的频段提供放大，增益波长由泵浦光波长决定，只要泵浦源的波长适当，理论上可以得到任意波长的信号放大，为波分复用进一步增加容量拓宽了空间。
(2) 增益介质可以为传输光纤本身，与EDFA相比，即使泵浦源失效，也不会增加额外的损失。
如此实现的FRA称为分布式放大，光纤中各处的信号光功率都比较小，从而可降低各种光纤非线性效应的影响。
(3) 噪声指数低，可提升原系统的信噪比。
(4) 喇曼增益谱比较宽，在普通色散位移光纤上单波长泵浦可实现40nm范围的有效增益；如果采用多个泵浦源，则可容易地实现宽带放大。
(5) FRA的饱和功率比较高，增益谱调节方式可通过优化配置泵浦光波长和强度来实现。
(6) 喇曼放大的作用时间短，为飞秒(10-15s)级，可实现超短脉冲的放大。
喇曼放大器的缺点：
（1）喇曼光纤放大器所需要的泵浦光功率高。
分立式几瓦到几十瓦，分布式几百毫
瓦；EDFA只有几十毫瓦。
（2）作用距离太长，增益系数偏低。
（3）对偏振敏感，泵浦光与信号光平行时增益最大，垂直时增益最小，但实际光纤非保偏，因此宏观表现为对偏振不敏感。