《《光纤通信》第7章课后习题答案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《光纤通信》第7章课后习题答案.docx（15页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、光纤通信第7章课后习题答案光纤通信第7章课后习题及答案 习题七 1商业级宽带接收机的等效电阻Req=75W。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016dBm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Req=75W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G=1，由CN=0.5(mRGP)RIN(RP)Beq+2e(IP+ID)G2222+xBeq+4kTFtBeq/Req得到 CN=0.5(mRP)2RIN(RP)Beq+2e(IP+ID)Beq+4kTFtB
2、eq/Req再由一次光生电流IP=RP，得到 CN=0.5(mRP)22RIN(RP)Beq+2eRPBeq+2eIDBeq+4kTFtBeq/Req其中P是光检测器接收到的平均光功率。 把参数e=1.610-19C，R=0.6A/W，RIN=-143dB/Hz，Beq=10MHz，ID=10nA，k=1.3810-23J/K，T=290K，Req=75W，Ft=3dB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 CN=0.5(mRP)24kTFtBeq/Req把P=0dBm=1mW代入可以求出其值。 对于设计较好的
3、光电二极管，与中等强度的接收光信号的散弹噪声相比，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： CN=0.5(mRP)22e(IP+ID)Beq=0.5(mRP)2eIPBeq2=0.5(mRP)2eRPBeq2=mRP4eBeq2把P=0dBm=1mW代入可以求出其值。 如果激光器的RIN值很高，反射噪声将超过其他噪声项，成为起主要作用的噪声因素，于是载噪比为 CN=0.5(mRP)22RIN(RP)Beq把P=0dBm=1mW代入可以求出其值。 1 光纤通信第7章课后习题及答案 当Req=75W时，热噪声为4kTFtBeq
4、/Req；量子噪声为2eRPBeq。把把P=0dBm=1mW代入，得到4kTFtBeq/Req2eRPBeq。即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。 2假设我们想要频分复用60路FM信号，如果其中30路信号的每一个信道的调制指数mi=3%，而另外30路信号的每一个信道的调制指数mi=4%，试求出激光器的光调制指数。 N解：由m=mi2i=11/2得到m=(300.03+400.03)1/2。 3假设一个SCM系统有120个信道，每个信道的调制指数为2.3%；链路包括一根损耗为1dB/km的12km长的单模光纤，每端有一个损耗为0.5dB的连接器；激光光源耦合进
5、光纤的功率为2mW，光源的RIN=-135dB/Hz；PIN光电二极管接收机的响应度为0.6A/W，B=5GHz，ID=10nA，Req=50,Ft=3dB。试求本系统的载噪比。 N2解：由m=mii=11/2得到m=(1200.023)1/2。 激光耦合进光纤的功率为Pt=2mW，用dBm表示Pt=lg2(dBm)，光检测器接收到的功率为P，根据aL+20.5=Pt-P，得到 P=Pt-aL-20.5 其中损耗系数a=1dB/km，长度L=120km，20.5为两个连接器的损耗。由于是PIN，所以载噪比为 CN=0.5(mRP)22RIN(RP)Beq+2e(IP+ID)Beq+4kTFtB
6、eq/Req-19把参数e=1.610k=1.3810-23C，R=0.6A/W，RIN=-143dB/Hz，Beq=5GHz，ID=10nA，J/K，T=290K，Req=50W，Ft=3dB代入上式，就得出C/N的值。 0.74如果将题3中的PIN光电二极管用一个M=10和F(M)=M的InGaAs雪崩光电二极管替代，那么系统载噪比又是多少？ 解：用InGaAs雪崩光电二极管作为光检测器，那么系统载噪比为 CN=0.5(mRMP)222RIN(RP)Beq+2e(IP+ID)MF(M)Beq+4kTFtBeq/Req0.7其中雪崩增益M=10，雪崩光电二极管过剩噪声系数F(M)=M统的载噪
7、比。 ，其他参数不变，代入上式便得到系5假设一个有32个信道的FDM系统中每个信道的调制指数为4.4%，若RIN=-135dB/Hz，PIN光电二极管接收机的响应度为0.6A/W，B=5GHz，ID=10nA，Req=50W，Ft=3dB。 2 光纤通信第7章课后习题及答案 若接收光功率为-10dBm，试求这个链路的载噪比； 若每个信道的调制指数增加到7%，接收光功率减少到-13dBm，试求这个链路的载噪比。 N解：由m=mi2i=11/2得到m=(320.03)3，参数e=1.610-19C，R=0.6A/W，1/2-23P=-10dBm，RIN=-135dB/Hz，Beq=5GHz，ID=
8、10nA，k=1.3810J/K，T=290K，Req=50W，Ft=3dB代入上式，就得出C/N的值。， CN=0.5(mRP)22RIN(RP)Beq+2e(IP+ID)Beq+4kTFtBeq/Req1/2将上式的m=(320.07)，P=-13dBm，代入上式很容易就求出载噪比。 6一直有一个565Mb/s单模光纤传输系统，其系统总体要求如下： 光纤通信系统的光纤损耗为0.1dB/km，有5个接头，平均每个接头损耗为0.2dB，光源的入纤功率为-3dBm，接收机灵敏度为-56dBm。 光纤线路上的线路码型是5B6B，光纤的色散系数为2ps/，光源光谱宽度为1.8nm。 求：最大中继距离
9、是多少？ 注：设计中选取色散代价为1dB，光连接器损耗为1dB，光纤富于度为0.1dB/km，设备富于度为5.5dB。 解：把PS=-3dBm，PR=-56dBm，ac=1dB，as=0.2dB，M=5.5dB，af=0.1dB/km，am=0.1dB/km代入 L=PS-PR-2ac-5as-M-1af+am其中右边分子上的1是指色散代价。于是可通过计算得到损耗限制的最大中继距离。 受色散限制的最大传输距离为 L=e106BDsl6由于是单模光纤，所以e=0.100，D=2ps/(km.nm)，sl=1.8nm，分子上的10是为了和分母的B的单位相匹配，B的单位一定要用Mb/s。代入数据就可
10、以求出L的值来。其中B=56565=678Mb/s。 求出受色散限制的最大传输距离，然后与损耗限制的最大中继距离相比，取最小值，就是最大中继距离。 7一个二进制传输系统具有以下特性： 单模光纤色散为15ps/(nm.km)，损耗为0.2dB/km。 发射机用l=1551nm的GaAs激光源，发射平均光功率为5mW，谱宽为2nm。 为了正常工作，APD接收机需要平均1000个光子/比特。 在发射机和接收机处耦合损耗共计3dB。 求： a数据速率为10和100Mb/s时，找出受损耗限制的最大传输距离。 3 光纤通信第7章课后习题及答案 b数据速率为10和100Mb/s时，找出受色散限制的最大传输距
11、离。 c对这个特殊系统，用图表示最大传输距离与数据速率的关系，包括损耗和色散两种限制。 解：a。由“为了正常工作，APD接收机需要平均1000个光子/比特”得到APD的接收功率为 lB其中h是普朗克常数，c是光速，l是波长。 PR=1000hc又已知PS=5mW，把发射功率和接收功率用dBm表示出来。 受损耗限制的最大传输距离为 L=PS-PR-3af其中af=0.2dB/km b受色散限制的最大传输距离为 L=e106BDsl由于是单模光纤，所以e=0.100，D=15ps/(nm.km)，sl=2nm，分子上的106是为了和分母的B的单位相匹配，B的单位一定要用Mb/s。代入数据就可以求出
12、L的值来。 c对这个特殊系统，用图表示最大传输距离与数据速率的关系，包括损耗和色散两种限制。用matlab很容易表示。 8画图比较下面两个速率为100Mb/s的系统其损耗受限的最大传输距离。 系统1工作在850nm： GaAlAs半导体激光器：0dBm(1mW)的功率耦合进光纤； 硅雪崩光电二极管：灵敏度为-50dBm； 渐变折射率光纤：在850nm处的损耗为3.5dBm/km； 连接器损耗：每个连接器为1dB。 系统2工作在1300nm： InGaAsPLED：-13dBm的功率耦合进光纤； InGaAsPIN光电二极管：灵敏度为-38dBm； 渐变折射率光纤：在300nm处的损耗为1.5d
13、Bm/km； 连接器损耗：每个连接器为1dB。 每个系统均要求6dB的系统富于度。 解：系统1：把PS=0dBm，PR=-50dBm，ac=1dB，M=6dB，aL=PS-PR-2ac-Mf=3.5dB/km代入 af可得到损耗受限的最大传输距离。 系统2：把PS=-13dBm，PR=-38dBm，ac=1dB，M=6dB，aL=PS-PR-2ac-Mf=1.5dB/km代入 af 4 光纤通信第7章课后习题及答案 可得到损耗受限的最大传输距离。 9简述PDH和SDH的特点与不同。 答：PDH逐级复用造成上下路复杂而不灵活；预留开销很少，不利于网络运行、管理和维护；T系列和E系列的帧结构和线路
14、码特性不同，难以兼容，转换比较复杂；点对点传输基础上的复用结构缺乏组网的灵活性，难以组建具有自愈能力的环形网等。 与PDH相比，SDH有以下特点：有统一的标准传输速率等级；有国际标准化的网络节点接口；具有一次完成同步复用的功能；具有强大的网络管理功能。 10SDH设备在规范方法上有什么不同？ 答：SDH体制对网络节点接口作了统一的规范。接口的规范化与否是决定不同厂家的设备能否互连的关键。规范的内容有数字信号速率等级、帧结构、复接方法、线路接口、监控管理等。于是这就使SDH设备容易实现多厂家互连，也就是说在同一传输线路上可以安装不同厂家的设备，体现了横向兼容性。 11如何理解误码性能参数？ 答：
15、为了满足测量要求，在实际中，通常采用误码性能参数来表示系统的误码性能，采用超过每个阈值的时间百分数来表征。通过测量可判断出该系统的优劣，并且可以根据误码性能指标判别出传输系统问题出现在哪个段落。具体来说有下列指标： 误码个数记录：以发送端的二进制数和接收端的二进制数逐比特比较凡属相异的即为误码，可在短时间内判断出该系统的优劣。 -6劣化分(DM)：每次测量时间T0=1分钟，门限平均误码率Pe=10，当分钟平均误码率低于这一门限值时称为劣化分钟 DM%=100% T劣化分钟-3严重误码秒(SES)：每次测量时间T0=1秒，门限平均误码率Pe=10，当秒平均误码率低于这一门限值时称为严重误码秒 SES%=100% TSES误码秒(SES)：每次测量时间T0=1秒，门限平均误码率Pe=0，即在每个测量周期内只要出现误码就叫误码秒 ES%=100% TES平均误码率：是在一段相当长的时间间隔内，传输系统出现误码的概率 Pe=m12有一个由4信道组成的WDM传输系统。如果假设信道具有零带宽，信道间隔应多大，才能保证被选信道的检测功率比检测到的相邻信道的功率大10倍？假设采用一个标准的FP滤波器作为解复用器，其通带为30GHz。 解：信道间隔为100GHz(0.8nm)。 5
