通信系统： 从一个地方到另一个地方的所有技术设备和信道的总和

考虑阶跃折射率光纤，n1=1.50，n2=1.49.这种光纤的数位孔径NA该光纤系统的容量BL

由公式：

得：△ = (1.50 - 1.49) / 1.50 = 0.0067

NA = 1.50×(2×0.0067)^1/2 = 0.17

BL < 1.49 / 1.50 × 1.8 × 10^8 / 0.0067 = 29.7Mb/s*km

假如阶跃光纤n1=1.520，△=0.002，a=5μm，求：

1. λ1=1.50μm光纤能支持多少种模式？
2. λ2=0.85μm光纤能支持多少种模式？
3. λ3=1.50μm下面，找出光斑的大小，找出光纤芯中携带的光功率与总光功率的比率

由公式：V：综合参数可以描述光纤结构和性能

λ1=1.50μm：V = 2π/1.5×5×1.52×(2×0.002) ≈ 2.013 < 2.4035

光纤只支持HE11模式

λ2=0.85μm：V ≈ 3.553

光纤支持HE11、TE01、TM01、HE21四种模式

由公式：

得：W = 5.7004μm

Pcore / Ptotal ≈ 78.53％

光纤最基本的特性是什么？它们对传输信号有什么影响？

• 色散和损失是光纤最基本的特征。

• 色散导致光脉冲宽度和光信号能量损失，限制了光通信的传输速率和传输距离。

自发辐射和受激辐射有什么区别？受激辐射和受激吸收有什么区别？

• 自发辐射与受激辐射的区别：
  自发辐射产生的光子方向是随机的，出射光是非相干光；受激辐射产生的光子方向与发射光子相同，出射光是相干光。

• 受激辐射与受激吸收的区别：
  受激辐射是在高能态电子向低能态跳跃，发射光子；受激吸收是在低能态电子向高能态跳跃。

双异质结的作用是什么？掩埋异质结对光子的限制作用是什么？

• 双异质结对载流子和波导结构的限制。

• 通过折射率分布实现对光子的限制。

单纵模半导体激光器的设计理念是什么？

采用特殊结构(如分布式光栅)只对某一模式提供正反馈，可实现半导体激光单纵模工作。

单纵模半导体激光器的设计理念是基于纵模损耗差，使纵模损耗最小(净增益最大)，达到振荡条件。

光纤通信系统中常用的光电探测器有哪些类型？它们的特点是什么？

目前有哪些类型的光放大器？

• 半导体激光放大器
• 非线性光纤放大器(光纤喇曼放大器)
• 三种混合光纤放大器

为什么半导体光放大器的增益通常依赖于偏振态？如何消除这种依赖？

• 限制因子参数和微分增益系数参数在半导体激光放大器有关。

• 消除方法:
  设计接近放大器宽度和厚度的尺寸；
  大光腔结构(对称放大)。

在 EDFA 在设计过程中需要考虑哪些因素？为什么？ EDFA 在多信道信号放大过程中，一般不考虑信道间的串扰？

为什么会出现 SDH 的传输体制？

传统 PDH 的缺陷需要改善，美国贝尔通信研究所提出了同步网络机制（SONET）改善了PDH 的性能。

PDH 的缺陷如下：

• 电接口规范未世界性标准化；

• 光接口规范未世界标准化；

• 从高速信号中分/插出低速信号要一级一级进行；

• 层层复用和解复用造成的损伤加大，裂化传输性能；

• 帧结构用于网络运行维护工作的开销字节少；

• 网管接口不统一。

简述 SDH 的帧结构及其各个组成部分的功能。

• SDH 的帧结构：信息净负荷、段开销和管理单元指针。

  信息净负荷（业务信号+通道开销）

• POH 功能：对低速信号进行通道性能监视、管理和控制。

• 段开销（RSOH 和 MSOH）功能：保证信息净负荷正常灵活传送所附加的供网络运行、管理和维护使用的字节，实现了

  层层监控。

• RSOH：监控 STM-16 信号的传输状态；

• MSOH：监控 STM-16 中 STM-1 信号的传输状态；

• POH：每个 STM 中低速支路信号。

• 管理单元指针功能：指示信息净负荷的第一字节在 STM-N 帧内准确位置的指示符。

简述 PDH 各速率级别信号复用进 STM-N 信号的方法和步骤以及各种信息结构大致的作用，例如 C、VC、TU、TUG、AU 及 AUG。

• 比特塞入法

  • 方法：固定位置的比特塞入。
  • 步骤：帧中有比特塞入指示和比特塞入；比特塞入和去塞入过程。

• 固定位置映射法

  • 方法：低速信号在高速信号中的特殊位置。
  • 步骤：低速信号与高速信号同步，帧频一致；125us 缓存器来进行频率校正和相位对准。

• C（信息容器）：将常用的 PDH 信号适配进入标准容器；

• VC（虚容器）：支持通道层连接；

• TU（支路单元）：为低阶通道层与高阶通道层提供适配功能的信息结构；

• TUG（支路单元组）：汇聚在低阶 VC 净负荷中占有固定位置的 TU；

• AU（管理单元）：为高阶通道层与复用段层提供适配功能；

• AUG（管理单元组）：汇聚在 STM 帧中占有固定位置的 AU。

说明 2.048Mbps 到 STM-1 的映射、定位及复用过程。

• 将 2.048Mbps 的 PDH 信号经过速率适配装载到对应的标准容器 C-12 中;
• 将 C-12 再打包并加入相应的通道开销，使其成为 VC-12 的信息结构;
• 在 VC-12 复帧的 4 个缺口上再加上 4 个字节的 TU-PTR，变成 TU-12 信息结构;
• 3 个 TU-12 经过字节间插复用合成 TUG-2;
• 7 个 TUG-2 经过字节间插复用合成 TUG-3 的信息结构;
• 3 个 TUG-3 复用进一个 VC-4;
• 一个 VC-4 复用进 1 个 STM-1。

AU-PTR 和 TU-PTR 是如何对 VC-4 和 VC-12 定位的？

• AU-4 PTR 指示 VC-4 在 AU-4 帧中的位置;

• 每个复帧包括 4 个子帧，前两个子帧的 TU-12PTR 依次为 V1 和 V2，V1 字节的第 7、8 比特和 V2 字节的 8 个比特组成 10 比特指针，指示 VC-12 在复帧内的位置。

简述 SDH 网的基本网元及其功能。

• 基本网元有：终端复用器（TM）、分插复用器（ADM）、再生器（REG）、数字交叉连接设备（DXC）。
• 终端复用器：把 PDH/SDH 支路信号复用成 SDH 线路信号，或相反操作；
• 分插复用器：网络的中间局站，完成直接上、下电路功能；
• 再生器：设在网络的中间局站，延长传输距离，但不能上、下电路；
• 数字交叉连接设备：兼有同步复用、分插、交叉连接、网络的自动恢复与保护等多项功能的SDH 设备。

说明同步网的等级结构。

在网络中最高一级的时钟称为——基准主时钟或基准时钟

经过同步分配网分配给 基准主时钟、转接局时钟、端局从时钟和 SDH 网元时钟。

阐述波分复用的基本概念，并说明其特点。

• 基本概念：来自不同信道的高速数字信号调制到不同的光载波上，多个光载波通过波分复用器耦合在一起。

• 特点:

  • 充分利用光纤的巨大带宽资源;
  • 可同时传输多种不同类型的信号;
  • 可实现单根光纤双向传输以节省资源;
  • 多种应用形式;
  • 节约线路投资;
  • 降低对器件的超高速要求;
  • 方便地增加 IP 传送通道;
  • 高度的组网灵活性、经济性和可靠性。

举例说明光波分复用器有哪些，并简述其基本特点。

• 光波分复用器类型：

  • 熔锥光纤型

    难以大批量生产，具有可逆性;

  • 介质膜干涉型

    原理简单，有成熟的镀膜工艺，有两个可调整的因素便于调试，但各波长成分的插损差异较大;

  • 光栅型

    具有理想的滤波特性，温度稳定性优良，便于设计制造，成本效率高;

  • 波导型

    AWG 型光波分复用器：波长间隔小，信道数多，通带平坦。

请简单讨论三种不同的光交换模式之间的区别。

• 光路交换（光波长路由交换）OCS：

  将原本在 SDH/SONET 层完成的某些功能（如业务适配等）移到光网络层上来完成。无光电转换；不需要实时解析每帧的帧头，根据波长选择路由。

  交换粒度粗糙，带宽利用率低，应用性较少，接续时延高，网络灵活性、适应性低，实现难度和复杂性低。

• 光分组交换 OPS：

  模仿电域交换的处理过程，将电处理通过光处理来实现。从源节点到目的节点，净荷信号始终在光域存在。

  交换粒度好，带宽利用率高，应用性高，接续时延低，网络灵活性、适应性高，实现难度和复杂性高，技术还不成熟。

• 光突发交换 OBS：

  粒度上，突发包，介于光波长粒度和光分组粒度之间；技术上，光的传输（净荷），电的处理（控制分组）；实现上，偏置时间和调度。

  交换粒度介于光路和分组之间的折中技术，交换粒度中等，带宽利用率较高，应用性中等，接续时延低，网络灵活性、适应性高，实现难度和复杂性中等。

  发展趋势：OCS ——>OBS——> OPS

在使用 JET 协议的 OBS 网络中突发数据和其头部的偏置时间应该是多少？对于不同优先级的突发数据如何调整该偏置？

• 控制分组中含有突发长度信息和偏置时间信息，信源发出控制分组后，等待一个偏置时间 T再发送突发数据，T 的大小刚好足以补偿控制分组在各个中间节点所经历的处理时间，即 T>=n* δ，其中 n 是中间节点数目，δ 是每个节点平均的控制分组处理时间。

• 对于不同优先级的突发数据，采取区别预约（DIR：Differentiated Reservation.），出于对优先级别的支持。高优先级可预约时间长；低优先级可预约时间短。

OPS 和 OBS 的差异是什么？考虑到当前光硬件技术的限制，哪种方案（OPS 或 OBS）看起来更有希望现实化？

• 差异：OBS 交换粒度稍大，技术实现较 OPS 简单。

• OPS 作为光交换的理想形式，由于目前缺乏的相关的支撑技术，暂时不能实用化。考虑到当前光硬件技术的限制，OBS 看起来更有希望现实化。

请比较 OPS 网络中各种竞争解决机制的特性。你有什么样的方法可以有效地解决 OPS 网络中的竞争问题吗？

比较各种路由方案的特性。

• 方法 1：固定路由，基本思想是无论什么时候，一个节点对之间的光路需求都用一条事先计算好的路径来承载 。
  • 方法：如采用最短路径算法（Dijkstra 算法）
  • 优点：方法简单易用，复杂度低 。
  • 缺点：负载不均衡，无保护功能。
• 方法 2：固定备份路由，其基本思想是为每个节点对事先多准备几条路径，而不是只准备一条路径。
  • 方法：Ⅰ 路由表中有到每一个目的节点的一定数量的固定路由；Ⅱ 主路径部分重叠，也可以链路分离（link-disjoint）。
  • 优点：提供了简单地拆除和建立光路的方法，也可以用来在链路失效的情况下提供一定程度的容错，降低了阻塞率，具有一定的保护功能 。
  • 缺点：动态适应网络变化能力不足 。
• 方法 3：自适应路由，其基本思想是根据当前网络状况，实时计算和选路。
  • 方法：Ⅰ 最不拥塞路径（Least-Congested-Path，LCP）；Ⅱ 跳数最小（最短路径）；Ⅲ 前 K 跳拥塞情况。
  • 优点：阻塞率更低，动态适应网络变化，性能比固定备份路由更好。
  • 缺点：必须依靠控制和管理协议来持续更新各个链路上的状态，计算复杂。

比较各种波长分配方案的特性。

请解释什么是接入网，并描述光纤接入网的类型和特点。

接入网是由业务节点接口（SNI）和相关用户网络接口（UNI）之间的一系列传送实体组成，为电信业务提供所需传送承载能力的实施系统（AN）。

• 光纤到路边（FTTC）和光纤到楼（FTTB）

  用户接入线是每个用户专用的，可使用现有的同轴电缆或双绞线，具有较好的经济性；光纤干线采用 V5 接口，利用双绞线以及 ADSL 技术向用户提供用户；但干线光纤的宽带与接入部分双绞线或电缆的带宽存在巨大的反差。

• HFC 和 SDV

  HFC 兼顾了带宽业务的带宽和建立网络的开支，可由原有 CATV 网的基础上改造而成；SDV 综合了 FTTC 和 HFC 的优点，通过交互式数字信道为用户提供电话、多媒体信息和数据信息服务，同时通过 HFC 网络与模拟 CATV 网络结合，提供模拟视频业务。

• PON

  业务透明性较好，适用于任何制式和速率的信号、抗电磁干扰和易于维护等优点，被大量应用。而且减少网络维护管理费用和故障率；提供增值业务；减少光节点、提高覆盖率；充分利用光纤带来的宽带和低损耗；透明、低成本接入用户。

• FTTH

  用户拥有极大的传输带宽，可满足任何宽带综合业务的接入；但经济性能欠佳。

• 综合接入网

  实现任何人在何时何地都能与任意一个人在任意地方以任意信息量进行通信。

画出光纤接入网的拓朴结构，并讨论它们的优缺点。

• 总线型
  结构简单，增减用户节点方便，性价比高；但安全性能较差，总线故障将影响全部用户。

• 星型
  单星型结构：各用户节点相对独立，保密性好，业务适应性强，易于升级扩容。
  多星型结构：有源和无源的灵活配合，可提高性能，降低成本，使组网更灵活。

• 树型
  无源光网络对业务透明，可支持各种带宽业务，平均接入成本低。

• 环型
  安全性好，可构成双总线（内外环）；但成本高，实施困难。

描述 HFC 传输系统的组成和工作原理。

• HFC 传输系统主要由下行收发光端机、上行收发光端机、调制解调器和网管系统等部分组成。

• 工作原理：前端信号经下行收发光端机送向用户端，用户端反向信号经上行收发光端机送向中心前端;同一台光端机下的用户被分为 4 个电缆小区，各个电缆小区的回传信号经过电频分复用后经上行光纤传输系统传输到中心前端;传输系统的工作状态由网管系统进行监控和管理，前端设备和网管主机的数据传输用双绞线，用户端设备和网管主机之间通信经过上下光纤传输系统来实现双向传输。

阐述 PON 的结构和工作原理。

• PON 主要由光纤线路终端（OLT）、光纤分配网络（ODN）和光网络单元（ONU）组成。

• 工作原理：PON 技术是一种点对多点的光纤传输和接入技术，OLT 将全部下行信号广播下去，通过 ODN 分配到各 ONU;每个 ONU 接收到所有信号，但只取出属于自己的信号。

EPON 的工作原理和特点是什么？描述 EPON 的上下行帧结构。APON 和EPON 有哪些异同？

• EPON
  工作原理:使用无源光网络（PON）的拓扑结构实现以太网的接入。
  特点：低成本、高带宽和与 Ethernet 兼容。
• EPON 上行采用 TDMA 传输方式，下行采用 TDM 传输方式。
• EPON 与 APON 异同点：
  帧结构不同，EPON 上下行传输速率高，提供较大的带宽和较低的用户设备成本；
  其他技术与 G.983 建议中的许多内容类似，上行采用 TDMA 传输方式，下行采用 TDM 传输方式，皆可应用于 FTTB 和 FTTC，最终目标是在一个平台上提供全业务服务。

PON 物理层光传输的关键技术有哪些？论述光突发接收和光突发同步技术的工作原理。