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光纤通信复习资料必看

光纤通信复习资料必看
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复习提纲

第一章知识点小结:

1.什么是光纤通信 3、光纤通信和电通信的区别。

2.基本光纤通信系统的组成和各部分作用。

第二章知识点小结

1、光能量在光纤中传输的必要条件(对光纤结构的要求)。

2、突变多模光纤数值孔径的概念及计算。

3、弱导波光纤的概念。

4、相对折射率指数差的定义及计算。

5、突变多模光纤的时间延迟。

6、渐变型多模光纤自聚焦效应的产生机理。

7、归一化频率的表达式。

8、突变光纤和平方律渐变光纤传输模数量的计算。

第三章知识点小结

1、纤通信中常用的半导体激光器的种类。

2、半导体激光器的主要由哪三个部分组成

3、电子吸收或辐射光子所要满足的波尔条件。

4、什么是粒子数反转分布

5、理解半导体激光产生激光的机理和过程。

6、静态单纵模激光器。

7、半导体激光器的温度特性。 8、DFB激光器的优点。

9、LD与LED的主要区别 10、常用光电检测器的种类。

11、光电二极管的工作原理。 12、PIN和APD的主要特点。

13、耦合器的功能。 14、光耦合器的结构种类。

15、什么是耦合比 16、什么是附加损耗

17、光隔离器的结构和工作原理。

第四章知识点小结

1、数字光发射机的方框图。

2、光电延迟和张驰振荡。

3、激光器为什么要采用自动温度控

4、数字光接收机的方框图。

5、光接收机对光检测器的要求。

6、什么是灵敏度

7、什么是误码和误码率 8、什么是动态范围

9、数字光纤通信读线路码型的要求。 10、数字光纤通信系统中常用的码型种类。

第五章知识点小结

1、SDH的优点。

2、SDH传输网的主要组成设备。

3、SDH的帧结构(STM-1)。

4、SDH的复用原理。

5、三种误码率参数的概念。

6、可靠性及其表示方法。

7、损耗对中继距离限制的计算。 8、色散对中继距离限制的计算。

第七章点知识小结

1、光放大器的种类

2、掺铒光纤放大器的工作原理

3、掺铒光纤放大器的构成方框图

4、什么WDM

5、光交换技术的方式

6、什么是光孤子

7、光孤子的产生机理 8、相干光通信信号调制的方式

9、相干光通信技术的优点

光纤通信复习

第一章

1.什么是光纤通信

光纤通信,是指利用光纤来传输光波信号的一种通信方式

2.光纤通信和电通信的区别。

(1)电通信的载波是电波,光纤通信的载波是光波。

(2)电通信用电缆传输信号,光通信用光纤传输信号。光缆具有比电缆更小的高频率传输损耗

3.基本光纤通信系统的组成和各部分作用。

基本光纤传输系统由光发射机、光纤线路和光接收机三个部分组成

1.光发射机

功能:是把输入电信号转换为光信号,并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路。核心:光源。要求光源输出光功率足够大,调制频率足够高,谱线宽度和光束发散角尽可能小,输出功率和波长稳定,器件寿命长。

2. 光纤线路

功能:把来自光发射机的光信号,以尽可能小的畸变(失真)和衰减传输到光接收机。

光纤线路由光纤、光纤接头和光纤连接器组成。

光纤线路的性能主要由缆内光纤的传输特性决定。

3. 光接收机

功能:把从光纤线路输出、产生畸变和衰减的微弱光信号转换为电信号,并经放大和处理后恢复成发射前的电信号。

核心:光检测器。对光检测器的要求是响应度高、噪声低和响应速度快。

光接收机把光信号转换为电信号的过程,是通过光检测器的检测实现的。检测方式有直接检测和外差检测两种。

第二章

1、光能量在光纤中传输的必要条件。

设折射率,纤芯为n1;包层为n2,则光能量在光纤中传输的必要条件是n1>n2。

2、突变多模光纤数值孔径的概念及计算。

1. 突变型多模光纤(全反射导光)

(1)相对折射率指数差(纤芯和包层折射率分别为n1和n2)

定义:

2

1

21212)

)((n n n n n +-=

弱导波光纤中n1和n2相差很少,则 n1+n2 =2 n1

定义临界角θc 的正弦为数值孔径(Numerical Aperture, NA)。根据定义和斯奈尔定律

设Δ=,n1=,得到NA=或θc=°。 NA 表示光纤接收和传输光的能力。

1)NA 越大,纤芯对光能量的束缚越强,光纤抗弯曲性能越好。 2)NA 越大 经光纤传输后产生的信号畸变越大

3、弱导波光纤的概念。

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。带宽只有10~20 MHz ·km ,一般用于小容量(8 Mb/s 以下)短距离(几km 以内)系统。

4、相对折射率指数差的定义及计算。 参考2

5、突变多模光纤的时间延迟。

现在我们来观察光线在光纤中的传播时间。根据图,入射角为θ的光线在长度为L(ox)的光纤中传输,所经历的路程为l(oy), 在θ不大的条件下,其传播时间即时间延迟为 式中c 为真空中的光速。由式得到最大入射角(θ=θc)和最小入射角(θ=0)的光线之间时间延迟差近似为

6、渐变型多模光纤自聚焦效应的产生机理。

21

2

2

212n n n -=?有:

1

21/)(n n n -≈??

≈-==2sin 12

22

1n n n NA C θ)2

1(sec 211111θθτ+≈==c L n c L n c l n ?≈==

?c

L n NA c n L c n L c 12121)(22θτ

渐变型多模光纤的光线轨迹是传输距离z 的正弦函数,对于确定的光纤,其幅度的大小取决

于入射角θ0, 其周期Λ=2π/A=2πa/ , 取决于光纤的结构参数(a, Δ), 而与入射角θ0无关。这说明不同入射角相应的光线,虽然经历的路程不同,但是最终都会聚在P 点上,这种现象称为自聚焦(Self

Focusing)效应。

渐变型多模光纤具有自聚焦效应,不仅不同入射角相应的光线会聚在同一点上,而且这些光线的时间延迟也近似相等。 这是因为

(1)光线传播速度v(r)=c/n(r)(c 为光速),入射角大的光线经历的路程较长,但大部分路程远离中心轴线,n(r)较小,传播速度较快,补偿了较长的路程。

(2)入射角小的光线情况正相反,其路程较短,但速度较慢。所以这些光线的时间延迟近似相等。

7、突变光纤和平方律渐变光纤传输模数量的计算。

对于突变型光纤,g →∞,M=V 2

/2; 对于平方律渐变型光纤,g=2,M=V 2

/4。

8、归一化频率的表达式。 V=

见书22应该没有小于等于的 9、单模条件和截止波长。

单模传输条件为 V=

可以看到,对于给定的光纤(n1、n2和a 确定),存在一个临界波长λc ,当λ<λc 时,是多模传输,当λ>λc 时,是单模传输,这个临界波长λc 称为截止波长。由此得到

?

22

2(2(2122v g g n k a g g M +=?+=405

.222

221≤-n n a λπ405

.222

221=-n n a C

λ

π

2.405

V 405

.2λλλλ==c C V 或405

.222

221≤-n n a λ

π

10、三种色散的定义。

模式色散是由于不同模式的时间延迟不同而产生的, 它取决于光纤的折射率分布,并和光纤材料折射率的波长特性有关。

材料色散是由于光纤的折射率随波长而改变,以及模式内部不同波长成分的光(实际光源不是纯单色光),其时间延迟不同而产生的。这种色散取决于光纤材料折射率的波长特性和光源的谱线宽度。

波导色散是由于波导结构参数与波长有关而产生的, 它取决于波导尺寸和纤芯与包层的相对折射率差。

11、3dB 带宽的表达式及相关计算。

(1)用脉冲展宽表示时, 光纤色散可以写成 Δτ=(Δτ2n+Δτ2m+Δτ2w)1/2

式中Δτn 、Δτm 、Δτw 分别为模式色散、材料色散和波导色散所引起的脉冲展宽的均方根值。

将归一化频率响应|H(f)/H(0)|下降一半或减小3dB 的频率定义为光纤3dB 光带宽f3 dB

f 3 dB = 课本是441(分子)

12、光纤损耗产生的机理。

光纤的损耗在很大程度上决定了系统的传输距离。

各种机理产生的损耗与波长的关系,这些机理包括吸收损耗和散射损耗两部分。 (1)吸收损耗

1)SiO2引起的固有吸收(本征损耗)

由电子跃迁引起的紫外吸收;由分子振动引起的红外吸收 2)杂质引起的吸收。

过渡金属(例如Fe2+、Co2+、Cu2+)、氢氧根(OH-)离子 (2)散射损耗

)

(440Z MH τ?

1)瑞利(Rayleigh)散射(本征损耗)

主要由材料微观密度不均匀引起,与波长λ四次方成反比。

2)由光纤结构缺陷(如气泡)引起的散射

13、非零色散光纤。

是一种改进的色散移位光纤。在密集波分复用(WDM)系统中,当使用波长μm色散为零的色散移位光纤时,由于复用信道多,信道间隔小,出现了一种称为四波混频的非线性效应。这种效应是由两个或三个波长的传输光混合而产生的有害的频率分量,它使信道间相互干扰。如果色散为零,四波混频的干扰十分严重,如果有微量色散,四波混频反而减小。这种光纤在密集波分复用和孤子传输系统中使用,实现了超大容量超长距离的通信

14、光缆缆芯的结构类型。

保护光纤固有机械强度的方法,通常是采用塑料被覆和应力筛选。光缆一般由缆芯和护套两部分组成,光缆的传输特性取决于被覆光纤。

1.缆芯通常包括:

被覆光纤(或称芯线)

加强件通常用杨氏模量大的钢丝或非金属材料例如芳纶纤维(Kevlar)做成。

2. 护套

护套起着对缆芯的机械保护和环境保护作用,要求具有良好的抗侧压力性能及密封防潮和耐腐蚀的能力

缆芯结构的特点,光缆可分为四种基本形式。

(1)层绞式把松套光纤绕在中心加强件周围绞合而构成,采用松套光纤的缆芯可以增强抗拉强度,改善温度特性

(2)骨架式把紧套光纤或一次被覆光纤放入中心加强件周围的螺旋形塑料骨架凹槽内而构成。这种结构的缆芯抗侧压力性能好,有利于对光纤的保护。

(3)中心束管式把一次被覆光纤或光纤束放入大套管中,加强件配置在套管周围而构成。这种结构的加强件同时起着护套的部分作用,有利于减轻光缆的重量。

(4)带状式 把带状光纤单元放入大套管内, 形成中心束管式结构,也可以把带状光纤单元放入骨架凹槽内或松套管内, 形成骨架式或层绞式结构。带状式缆芯有利于制造容纳几百根光纤的高密度光缆,这种光缆已广泛应用于接入网。

15、光纤特性参数的测量方法。(光纤的特性参数很多,基本上可分为几何特性、光学特性和传输特性三类。)每个特性参数有多种不同的测量方法 基准法:严格按照定义进行测量的方法。 替代法:在某种意义上与定义相一致的测量方法。 当两者有争议时,应以基准法为准。

光纤损耗测量有两种基本方法:一种是测量通过光纤的传输光功率,称剪断法和插入法;另一种是测量光纤的后向散射光功率,称后向散射法。 (看书) 第三章

1、光纤通信中常用的半导体激光器的种类。 半导体激光二极管(LD ) 发光二极管(LED ) DFB

2、半导体激光器的主要由哪三个部分组成 激励源、激光物质和谐振腔

3、电子吸收或辐射光子所要满足的波尔条件。电子在低能级E 1的基态和高能级E 2的激发态之间的跃迁有三种基本方式:受激吸收 自发辐射 受激辐射

电子在E1和E2两个能级之间跃迁,吸收的光子能量或辐射的光子能量都要满足波尔条件,

E2-E1=hf 12

式中,h=×10-34J ·s ,为普朗克常数,f 12为吸收或辐射的光子频率。

4、什么是粒子数反转分布

设在单位物质中,处于低能级E1和处于高能级E2(E2>E1)的原子数分别为N1和N2。当系统处于热平衡状态时,存在下面的分布: )ex p(1

22

E E N --

=

式中, k=×10-23J/K,为波尔兹曼常数,T为热力学温度。由于(E2-E1)>0,T>0,所以在这种状态下,总是N1>N2。

吸收物质:如果N1>N2,即受激吸收大于受激辐射。当光通过这种物质时,光强按指数衰减。激活物质:如果N2>N1,即受激辐射大于受激吸收,当光通过这种物质时,会产生放大作用。N2>N1的分布,和正常状态(N1>N2)的分布相反,所以称为粒子(电子)数反转分布。

5、理解半导体激光产生激光的机理和过程。

过程:由于限制层的带隙比有源层宽,施加正向偏压后,P层的空穴和N层的电子注入有源层。P层带隙宽,对注入电子形成了势垒,注入到有源层的电子不可能扩散到P层。同理,注入到有源层的空穴也不可能扩散到N层。有源层的折射率比限制层高,产生的激光被限制在有源区内。书本52页

机理:半导体激光器是向半导体PN结注入电流,实现粒子数反转,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。

6、静态单纵模激光器。

随着驱动电流的增加,纵模模数逐渐减少,谱线宽度变窄。这种变化是由于谐振腔对光波频率和方向的选择,使边模消失、主模增益增加而产生的。当驱动电流足够大时,多纵模变为单纵模,这种激光器称为静态单纵模激光器。

7、半导体激光器的温度特性。

注:激光器输出光功率随温度而变化有两个原因:一是激光器的阈值电流Ith随温度升高而增大,二是外微分量子效率ηd随温度升高而减小。温度升高时,Ith增大,ηd减小,输出光功率明显下降,达到一定温度时,激光器就不激射了。当以直流电流驱动激光器时,阈值电流随温度的变化更加严重。当对激光器进行脉冲调制时,阈值电流随温度呈指数变化。

8、DFB激光器的优点。

①单纵模激光器。

②谱线窄,波长稳定性好。

③动态谱线好。

④线性好。广泛用于模拟调制的有线电视光纤传输系统中。想详细点就看书(57)

9、LD与LED的主要区别(课件只是两点,可看课后小结)

(1)LD发射的是受激辐射光,LED发射的是自发辐射光。

(2)LED不需要光学谐振腔,没有阈值。

10、常用光电检测器的种类。

PIN光电二极管雪崩光电二极管(APD)

11、光电二极管的工作原理。

光电二极管(PD)把光信号转换为电信号的功能,是由半导体PN结的光电效应实现的。(课本61)

12、PIN和APD的主要特点。

由于PN结耗尽层只有几微米,大部分入射光被中性区吸收,因而光电转换效率低,响应速度慢。为改善器件的特性,在PN结中间设置一层掺杂浓度很低的本征半导体(称为I),这种结构便是常用的PIN光电二极管。

随着反向偏压的增加,开始光电流基本保持不变。当反向偏压增加到一定数值时,光电流急剧增加,最后器件被击穿,这个电压称为击穿电压UB。APD就是根据这种特性设计的器件参考课本66 有性能的比较,上面只是概念

13、耦合器的功能。

功能:把一个输入的光信号分配给多个输出,或把多个输入的光信号组合成一个输出。

对光纤线路的影响:插入损耗,反射和串扰噪声

14、光耦合器的结构种类。

1)T 形耦合器 功能是把一根光纤输入的光信号按一定比例分配给两根光纤,或把两根光纤输入的光信号组合在一起,输入一根光纤。主要用作不同分路比的功率分配器或功率组合器 2)星形耦合器 功能是把n 根光纤输入的光功率组合在一起,均匀地分配给m 根光纤, m 和n 不一定相等。这种耦合器通常用作多端功率分配器。

3)定向耦合器 其功能是分别取出光纤中向不同方向传输的光信号。。定向耦合器可用作分路器,不能用作合路器。

4)波分复用器/解复用器 这是一种与波长有关的耦合器,波分复用器的功能是把多个不同波长的发射机输出的光信号组合在一起,输入到一根光纤;解复用器是把一根光纤输出的多个不同波长的光信号, 分配给不同的接收机。

15、什么是耦合比

是一个指定输出端的光功率Poc 和全部输出端的光功率总和的比值,用%表示。

16、什么是附加损耗

由散射、吸收和器件缺陷产生的损耗,是全部输入端的光功率总和Pit 和全部输出端的光功率总和Pot 的比值,用分贝表示

Le=10lg

17、光隔离器的结构和工作原理。(必考)

隔离器就是一种非互易器件,其主要作用是只允许光波往一个方向上传输,阻止光波往其他方向特别是反方向传输。

主要用在激光器或光放大器的后面,以避免反射光返回到该器件致使器件性能变坏。 插入损耗和隔离度是隔离器的两个主要参数,对正向入射光的插入损耗其值越小越好,对反

∑===N

n on

oc

Ot OC p

p P P CR 1

?

?

??

??=∑∑==N n N

n ot it

Pin Pin

p P 1

1

lg 10

向反射光的隔离度其值越大越好

课本72 第四章

1、数字光发射机的方框图。(必考)

功能:把电端机输出的数字基带电信号转换为光信号,并用耦合技术有效注入光纤线路。 数字光发射机的方框图如图所示,主要有光源和电路两部分。光源是实现电/光转换的关键器件,在很大程度上决定着光发射机的性能。电路的设计应以光源为依据,使输出光信号准确反映输入电信号。 课本79

2、光电延迟和张驰振荡。

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td ,其数量级一般为ns 。

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,其振荡频率fr(=ωr/2π)一般为~2 GHz 。

张弛振荡和电光延迟通信系统的影响(限制调制速率):

(1)当最高调制频率接近张弛振荡频率时,波形失真严重,会使光接收机在抽样判决时增加误码率,因此实际使用的最高调制频率应低于张弛振荡频率。

(2)电光延迟要产生码型效应。当电光延迟时间td 与数字调制的码元持续时间T/2为相同数量级时,会使“0”码过后的第一个“1码的脉冲宽度变窄,幅度减小,严重时可能使单个“1”码丢失, 这种现象称为“码型效应”

3、激光器为什么要采用自动温度控制

拉弟转器

振器

射光

阻塞

入偏SO P

1)温度升高,阈值电流增加,外微分量子效率减小,输出光脉冲幅度下降。 2)由于激光器结区温度的变化使得输出光脉冲的形状发生变化,这种效应称为“结发热效应”,“结发热效应”将引起调制失真

4、数字光接收机的方框图。(必考)

直接强度调制、直接检测方式的数字光接收机方框图示于图,主要包括光检测器、前置放大器、主放大器、均衡器、 时钟提取电路、取样判决器以及自动增益控制(AGC)电路。

2)主放大器和AGC 决定着光接收机的动态范围

3)均衡器:目的是对放大器出来的已产生畸变(失真)的电信号进行补偿,使输出信号的波形适合于判决,以消除码间干扰,减小误码率。

4)再生电路:包括判决电路和时钟提取电路,它的功能是从放大器输出的信号与噪声混合的波形中提取码元时钟,并逐个地对码元波形进行取样判决,以得到原发送的码流。时钟提取的目的是为了实现收发同步。

5、光接收机对光检测器的要求。

光检测器是光接收机实现光/电转换的关键器件,其性能特别是响应度和噪声直接影响光接收机的灵敏度。对光检测器的要求如下:

(1) 波长响应要和光纤低损耗窗口 μm 、 μm 和 μm)兼容; (2) 响应度要高, 在一定的接收光功率下, 能产生最大的光电流; (3) 噪声要尽可能低, 能接收极微弱的光信号;

(4) 性能稳定, 可靠性高, 寿命长, 功耗和体积小。 目前,适合于光纤通信系统应用的光检测器有PIN 光电二极管和雪崩光电二极管(APD)。

6、什么是灵敏度

灵敏度Pr : 在保证通信质量(限定误码率或信噪比)的条件下, 光接收机所需的最小平均

光检测器

偏压控制

AGC 电路均衡器

判决器

时钟提取

再生码流

光信号

接收光功率〈P 〉min ,并以dBm 为单位。由定义得到

Pr=10lg 灵敏度表示光接收机调整到最佳状态时,能够接收微弱光信号的能力。提高灵敏度意味着能够接收更微弱的光信号

7、什么是误码和误码率

误码:把发射的“0”码误判为“1”码,或把“1”码误判为“0”码。误码率:光接收机对码元误判的概率称为误码率(在二元制的情况下,等于误比特率,BER), 用较长时间间隔内,在传输的码流中,误判的码元数和接收的总码元数的比值来表示

8、什么是动态范围

动态范围(DR)的定义是:在限定的误码率条件下,光接收机所能承受的最大平均接收光功率

〈P 〉max 和所需最小平均接收光功率〈P 〉min 的比值,用dB 表示。根据定义

DR=10lg

动态范围是光接收机性能的另一个重要指标,它表示光接收机接收强光的能力,数字光接收机的动态范围一般应大于15 dB 。 由于使用条件不同,输入光接收机的光信号大小要发生变化,为实现宽动态范围,采用AGC 是十分有必要的。AGC 一般采用直流运算放大器构成的反馈控制电路来实现。对于APD 光接收机,AGC 控制光检测器的偏压和放大器的输出; 对于PIN 光接收机,AGC 只控制放大器的输出。

9、数字光纤通信读线路码型的要求。

在光纤通信系统中,从电端机输出的是适合于电缆传输的双极性码。光源不可能发射负光脉冲,因此必须进行码型变换,以适合于数字光纤通信系统传输的要求。数字光纤通信系统普遍采用二进制二电平码,即“有光脉冲”表示“1”码, “无光脉冲”表示“0”码。 数字光纤通信系统对线路码型的具体要求有:

(1) 能限制信号带宽,减小功率谱中的高低频分量。这样就可以减小基线漂移、提高输出功率的稳定性和减小码间干扰, 有利于提高光接收机的灵敏度。

)](10

)min([3dBm w P -><)(min

max

dB p p ><>

<

(2) 能给光接收机提供足够的定时信息。因而应尽可能减少连“1”码和连“0”码的数目,使“1”码和“0”码的分布均匀,保证定时信息丰富。

(3) 能提供一定的冗余码,用于平衡码流、误码监测和公务通信。但对高速光纤通信系统,应适当减少冗余码,以免占用过大的带宽。

10、数字光纤通信系统中常用的码型种类。

扰码、mBnB码(特点可以查看94)插入码

第五章

1、SDH的优点。

与PDH相比, SDH具有下列特点:

(1) SDH采用世界上统一的标准传输速率等级。最低的等级也就是最基本的模块称为STM-1,传输速率为s; 4个STM1 同步复接组成STM-4,传输速率为4× Mb/s= Mb/s。

(2) SDH各网络单元的光接口有严格的标准规范。因此,光接口成为开放型接口,任何网络单元在光纤线路上可以互连,不同厂家的产品可以互通,

(3) 在SDH帧结构中,丰富的开销比特用于网络的运行、维护和管理,便于实现性能监测、故障检测和定位、故障报告等管理功能。

(4) 采用数字同步复用技术,其最小的复用单位为字节,不必进行码速调整,简化了复接分接的实现设备,由低速信号复接成高速信号,或从高速信号分出低速信号,不必逐级进行。

(5) SDH采用了DXC后,大大提高了网络的灵活性及对各种业务量变化的适应能力。

2、SDH传输网的主要组成设备。

SDH终端复用器TM、分插复用设备ADM、数字交叉连接设备DXC等网络单元以及连接它们的(光纤)物理链路构成。

3、SDH的帧结构(STM-1)。

SDH帧结构是实现数字同步时分复用、保证网络可靠有效运行的关键。图给出SDH帧一个STMN帧有9行,每行由270×N个字节组成。这样每帧共有9×270×N个字节,每字节为8 bit。

帧周期为125μs ,即每秒传输8000帧。对于STM1 而言,传输速率为9×270×8×8000= Mb/s 。字节发送顺序为:由上往下逐行发送,每行先左后右。

4、SDH 的复用原理。

看书作总结107

5、三种误码率参数的概念。

误码率是衡量数字光纤通信系统传输质量优劣的非常重要的指标,它反映了在数字传输过程中信息受到损害的程度。 BER 是在一个较长时间内的传输码流中出现误码的概率,它对话音影响的程度取决于编码方法。

(1)劣化分(DM) :误码率为1×10-6时,感觉不到干扰的影响,选为BERth 。选择取样时间T0为 1 min 。选择TL 为1个月。定义误码率劣于 1×10-6的分钟数为劣化分(DM)。HRX 指标要求劣化分占可用分(可用时间减去严重误码秒累积的分钟数)的百分数小于10%。 (2)严重误码秒(SES) :由于某些系统会出现短时间内大误码率的情况,严重影响通话质量,因此引入严重误码秒这个参数。选择监测时间TL 为1个月,取样时间T0为1s 。定义误码率劣于 1×10-3的秒钟数为严重误码秒(SES)。HRX 指标要求严重误码秒占可用秒的百

分数小于%。

图 SDH 帧的一般结构

SO H 1

2AU -P TR 345

SO H …

9

STM-N 载荷

(含P OH )

9×N

261×N 270×N

发送顺序

(3)误码秒(ES) :选择监测时间TL 为1个月,取样时间T0为1s , 误码率门限值BERth=0。定义凡是出现误码(即使只有1bit)的秒数称为误码秒(ES)。HRX 指标要求误码秒占可用秒的百分数小于8%。相应地,不出现任何误码的秒数称为无误码秒(EFS), 指标要求无误码秒占可用秒的百分数大于92%。

6、可靠性及其表示方法。

对光纤通信系统而言,可靠性包括光端机、中继器、光缆线路、辅助设备和备用系统的可靠性。

确定可靠性一般采用故障统计分析法,即根据现场实际调查结果,统计足够长时间内的故障次数,确定每两次故障的时间间隔和每次故障的修复时间。

可靠性:是指在规定的条件和时间内系统无故障工作的概率,它反映系统完成规定功能的能力。

1. 可靠性表示方法

(1) 可靠性R 和故障率φ。故障率φ:是系统工作到时间t ,在单位时间内发生故障(功能失效)的概率。φ的单位为10-9/h, 称为菲特(fit), 1fit 等于在109 h 内发生一次故障的概率。

(2) 故障率φ和平均故障间隔时间MTBF 。

(3) 可用率A 和失效率PF 。可用率A 是在规定时间内,系统处于良好工作状态的概率 (课件)

7、损耗对中继距离限制的计算。

如果系统传输速率较低,光纤损耗系数较大,中继距离主要受光纤线路损耗的限制。在这种情况下,要求S 和R 两点之间光纤线路总损耗必须不超过系统的总功率衰减,即

L(αf+αs+αm)≤Pt-Pr-2αc-Me 或者

L ≤

式中,Pt 为平均发射光功率(dBm),Pr 为接收灵敏度(dBm),αc 为连接器损耗(dB), Me 为

m

s f c c r t a a a M a p p ++---2

系统余量(dB),αf 为光纤损耗系数(dB/km), αs 为每km 光纤平均接头损耗(dB/km), αm 为每km 光纤线路损耗余量(dB/km), L 为中继距离(km)。

8、色散对中继距离限制的计算。

如果系统的传输速率较高,光纤线路色散较大, 中继距离主要受色散(带宽)的限制。为使光接收机灵敏度不受损伤, 保证系统正常工作,必须对光纤线路总色散(总带宽)进行规范。 我们要讨论的问题是,对于一个传输速率已知的数字光纤线路系统,允许的线路总色散是多少, 并据此计算中继距离。

对于数字光纤线路系统而言,色散增大,意味着数字脉冲展宽增加,因而在接收端要发生码间干扰,使接收灵敏度降低, 或误码率增大。

对于实际的单模光纤通信系统,受色散限制的中继距离L 可以表示为

式中, F b 是线路码速率(Mb/s),与系统比特速率不同,它要随线路码型的不同而有所变化。C 0是光纤的色散系数

(ps/(nm ·km)),它取决于工作波长附近的光纤色散特性。σλ为光

源谱线宽度(nm),对多纵模激光器(MLMLD),为rms 宽度,对单纵模激光器(SLMLD), 为峰值下降20 dB 的宽度。 ε是与功率代价和光源特性有关的参数,对于MLMLD, ε=, 对于

SLMLD ,ε=。

例子:以140 Mb/s 单模光纤通信系统为例计算中继距离。设系统平均发射功率Pt=-3 dBm, 接收灵敏度Pr=-42 dBm ,设备余量Me=3 dB ,连接器损耗αc=对,光纤损耗系数αf= dB/km, 光纤余量αm= dB/km ,每km 光纤平均接头损耗αs= dB/km 。把这些数据代入式, 得到中继距离

又设线路码型为5B6B, 线路码速率Fb=140×(6/5)=168 Mb/s, |C0|= ps/(nm ·km),σλ= nm 。把这些数据代入式,得到中继距离

λ

σε06

10c f L b ?=

)(741

.003.035.03.023)42(3km L ≈++?-----=)

(9710115.06km L ≈?=

在工程设计中,中继距离应取74 km。在本例中中继距离主要受损耗限制。

但是,如果假设|C0|= ps/(nm·km),σλ=3 nm,而上述其他参数不变,根据式计算得到的中继距离L≈65 km,则此时中继距离主要受色散限制,中继距离应确定为65 km。

注:对于波长为μm的多模光纤,由于损耗大,中继距离一般在20 km以内。单模光纤在长波长工作,损耗大幅度降低,中继距离可达100~200 km。在μm零色散波长附近,当速率超过1 Gb/s时,中继距离才受色散限制。在μm波长上,由于色散大,通常要用单纵模激光器,理想系统速率可达5 Gb/s,但实际系统由于光源调制产生频率啁啾,导致谱线展宽,速率一般限制为2 Gb/s。采用色散移位光纤和外调制技术,可以使速率达到20 Gb/s 以上。

第七章

1、光放大器的种类

(1)半导体光放大器(SOA)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。

(2)光纤放大器

掺铒光纤放大器(EDFA)

分布光纤拉曼放大器(DRA)——非线性光纤放大器

2、掺铒光纤放大器的工作原理

如图,在掺铒光纤(EDF)中,铒离子(Er3+)有三个能级:其中能级1代表基态,能量最低;能级2是亚稳态,处于中间能级;能级3代表激发态,能量最高。

1)当泵浦(Pump, 抽运)光的光子能量等于能级3和能级1的能量差时,铒离子吸收泵浦光从基态跃迁到激发态(1→3)。

(2)但是激发态是不稳定的,Er3+很快返回到能级2(无辐射跃迁)。

(3)如果输入的信号光的光子能量等于能级2和能级1的能量差,则处于能级2的Er3+将

光纤通信课程设计

《光纤通信》课程设计 学院: 姓名: 班级: 学号: 指导老师: 高速光纤通信中的偏振模色散及其补偿技术 目录

1.引言 (03) 2.光纤中偏振模色散的定义 (03) 3.偏振模色散的测量方法 (05) 4.偏振模色散的补偿技术 (05) 4.1光补偿方案之一 (05) 4.2光补偿方案之二 (05) 4.3电补偿方案之一 (06) 4.4电补偿方案之二 (06) 5.偏振模色散的研究动态 (07) 6.结束语 (08) 摘要偏振模色散已成为当前发展下一代高速长距离光纤传输系统的主要限制因素。 介绍了偏振模色散的概念、描述方法以及测试和补偿技术。根据国外的研究情况和我国的具 体实情,指出研究偏振模色散的测试和补偿技术对提高高速光纤通信技术的水平具有重大意 义。最后在此基础上提出了开展相关研究的建议。 关键词高速光纤通信,偏振模色散,补偿技术 1.引言 当代社会是信息化的社会,用户对通信容量的需求日益增加。在这种需求的推动下, 作为现代长途干线通信主体的光纤通信一直在朝着高速率、大容量和长距离的方向发展。在 单信道速率不断提升的同时,密集波分复用技术(DWDM)也已日趋成熟并商用化。 从技术的角度来看,限制高速率信号长距离传输的因素主要包括光纤衰减、非线性和 色散。掺铒光纤放大器(EDFA)的研制成功,使光纤衰减对系统的传输距离不再起主要限制作 用。而非线性效应和色散对系统传输的影响随着非零色散位移光纤(NZDSF)的引入也逐渐 减小和消除。随着单信道传输速率的提高和模拟信号传输带宽的增加,原来在光纤通信系统 中不太被关注的偏振模色散(PMD)问题近来变得十分突出。与光纤非线性和色散一样,PMD 能损害系统的传输性能,限制系统的传输速率和距离,并被认为是限制高速光纤通信系统传 输容量和距离的最终因素。正是由于PMD对高速大容量光纤通信系统有着不可忽视的影响, 所以

SDH光纤通信中环回测试技术的分析

SDH光纤通信中环回测试技术的分析 https://www.wendangku.net/doc/a712599654.html, ( 2010/7/5 09:34 ) 电力通信网是电网的重要基础设施,是为了保证电力系统的安全稳定运行应运而生的。它同电力系统的安全稳定控制系统、调度自动化系统被人们合称为电力系统安全稳定运行的三大支柱。 传输方式的演变是电力通信系统发展的主要表现形式之一,电力通信传输先后经历了载波通信、数字微波通信、光纤通信三种主要传输方式。它具有传输的信息量大、距离远、频带宽、质量高、抗干扰及辐射性强等许多优点,是集语音、图像、数据通信为一体的综合传输网。因此,如何有效地做好光通信设备的日常维护工作,确保其安全稳定地运行,是非常重要的。 本文主要将结合光纤通信设备在运行维护中所发生的常见故障以及相应的处理办法,针对SDH光纤通信中环回测试技术进行系统分析。 环回测试技术的分析 环回法,是SDH传输设备定位故障最常用、最行之有效的一种方法。对环回概念的正确理解有助于实际操作中有效地选用环回的方式。 根据环回后信号的流向,环回法分为内环回和外环回。内环回指在一物理端口将来自交叉连接单元的信号环回至交叉连接单元方向。内环回操作可用于测试信号在系统中的流向。外环回则指不改变信号结构,将物理端口接收的输入信号直接环回至其对应输出端口的环回操作。外环回可用于测试连接器。 对于支路接口,支路的内环回也称作远端环回,支路的外环回也称作本地环回;对于线路接口,恰好相反,线路的内环回也称作本地环回,线路的外环回也称作远端环回。 根据环回的手段,环回分为软件环回和硬件环回。软件环回指通过网管操作对线路板或支路板进行环回设置,网管中可对SDH光接口板的线路环回,对STM-N或对单个VC-4进行环回。硬件环回则是采用手工方法用尾纤、自环电缆对物理端口(光接口、电接口)的环回操作。 根据环回位置,SDH接口的硬件环回又分为本板自环和交叉自环。本板自环是指用一根尾纤将同一块光接口板上的收、发两个光接口连接起来。交叉自环是指用尾纤连接西向光接口板的输出端和东向光接口板的输入端,或者连接东向光接口板的输出端和西向光接口板的输入端,只能用于两块光接口板之间。 光接口板环回操作需注意:用尾纤对光口进行硬件环回测试时一定要加衰耗器,以防接收光功率太强导致接收光模块饱和,甚至光功率太强损坏接收光模块。 环回测试技术的操作

光纤通信课程设计

湖南工业大学 课程设计 资料袋 计算机与通信学院(系、部)2013 ~ 2014 学年第 2 学期课程名称数字光纤通信指导教师刘丰年职称副教授学生姓名专业班级学号 题目图像、声音的光纤传输系统 成绩起止日期2014 年05月16 日~2014年05月22 日 目录清单

湖南工业大学 课程设计任务书 2013—2014学年第2学期 计算机与通信学院通信工程专业班级课程名称:数字光纤通信 设计题目:图像、声音的光纤传输系统 完成期限:自 2014 年 5 月 16日至 2014 年5月22 日共 1 周 指导教师(签字):年月日 系(教研室)主任(签字):年月日

数字光纤通信 设计说明书 声音、图像光纤传输系统 起止日期: 2014年 05 月 16 日至 2014年 05 月 22 日 学生姓名 班级 学号 成绩 指导教师(签字) 计算机与通信学院 2014年 05 月 22 日

指导教师(签字):年月日系(教研室)主任(签字):年月日

图像、声音光纤传输系统 一、设计原理 1、GT-RC-II 型光纤通信实验系统简介: (1)、电源模块:提供实验箱各模块电源。 (2)、1310nm光发送模块:实现模拟信号、数字信号在1310nm光发送机中的光传输及自动光功率控制功能(采用电路来实现)。 (3) 1550nm光发送模块:实现模拟信号、数字信号在1550nm光发送机中的光传输及自动光功率控制功能(采用专用芯片来实现)。 (4) 1310nm光接收模块:实现1310nm光纤传输信号的接收,实现接收信号光电转换,滤波及放大,将其恢复为标准的电脉冲数据信号。 (5)1550nm光接收模块:实现1550nm光纤传输信号的接收,实现接收信号光电转换,滤波及放大,将其恢复为标准的电脉冲数据信号。 实验系统主要由光发模块、光收模块、光无源器件和辅助通信模块等组成。光发端机完成将电信号直接调制至光载波上去,采用强度调制(IM);光接收机完成光信号的解调,采用直接检测(DD),属于非相干解调。光载波由半导体光源产生,由半导体光检测器将光信号转换成电信号从而达到传输信号的目的。 2、模拟光纤通信系统的结构 模拟基带直接光强调制(DIM)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1所示。 图1 模拟光纤通信系统由以下五个部分组成: (1)光发送机:光发送机是实现电/光转换的光端机。它由光源、驱动器和调

光纤通信期末试题集

读书破万卷下笔如有神 习题1 一、填空题 1?写出在真空的速度c、在介质中的速度V、和折射率n之间的关 系。 --------- 2?光由折射率为n1的光密媒质向折射率为n2的光疏媒质传播时 (n 1>n2),则全反射临界角的正弦为sin B = 。________ 3. 光纤通信三个实用的低损耗工作窗口是0.85um、和 4. 在光纤通信中,中继距离受光纤和的制约_______ 5. 色散的常用单位是°G.652光纤的中文名称是 ---------------------- 它的0色散点在1.31um附近。 6. 光子的能量与其频率的关系为E= 。原子中电子因受激辐-------- 射发生光跃迁时,这时感应光子与发射光子是一模一样的, 是指发射光子和感应光子不仅相同、相位相同,而且偏振和传输方向都______ 相同。 7. 光缆,是以一根或多根光纤束制成符合光学、机械和环境特性的结构,它由、护层和组成。___________________ 8光衰减器按其衰减量的变化方式不同分衰减器和衰减器两------ 种。 9. 光纤通信的光中继器主要是补偿

读书破万卷下笔如有神 衰减的光信号和对畸变失真信号进行整形等,它的类型只要有 - 和。

10. 光电检测器的噪声主要包括 、热噪声__________________________ 和放大器噪声等。. 读书破万卷下笔如有神_____________________________________ 11. 光与物质作用时有受激吸收、和三个物理过________ ____________ 程。 12. WDM中通常在业务信息传输带外选用一特定波长作为监控波长, 优先选用的波长为。 __________ 13半导体激光器工作时温度会升高,这时会导致阈值电流 -------- 输出光功率。----------- 14. WDM系统可以分为集成式系统和两大类。 15. 对于SDH勺复用映射单元中的容器,我国采用了三种分别 是:、C3 禾口。 _________ ______ 16. 数字光纤传输系统的两种传输体制为和。 二、选择题 1. 光纤包层需要满足的基本要求是() A. 为了产生全反射,包层折射率必须比纤芯低 B. 包层不能透光,防止光的泄露 C必须是塑料,使得光纤柔软 D.包层折射率必须比空气低 2. 在激光器中,光的放大是通过() B.光学谐振腔来实现的C泵蒲光源来实现的

光纤通信实验报告2012301200003

武汉大学电工电子信息学院实验报告 电子信息学院通信工程专业2015年 9 月17日 实验名称光纤通信的光传输指导教师易本顺 姓名徐佑宇年级2012级学号2012301200003成绩 一、预习部分 1.实验目的 2.实验基本原理 3.主要仪器设备(含必要的元器件、工具) 一、实验目的 1、通过光传输系统课程设计使学生熟悉常见的几种传输网络的特点及应用场 合; 2、了解ZXMP S325的具体硬件结构,加深对于光传输的理解; 3、掌握 ZXMP S325 的组网过程以及网管工具的使用,培养学生在传输组网工 程方面的实际应用技能。 二、实验设备 1、SDH设备:ZXMP S325; 2、实验用维护终端 三、实验原理 SDH技术是目前通信网络的主流技术,它以其突出的技术优势为网络提供优质、高效、可靠的通信业务,能够满足带宽数据及图像视频等多业务的传输需求,自愈功能强。 1、光传输原理及优势 SDH 全称同步数字体系(Synchronous Digital Hierarchy), SDH 规范了数字信号的帧结构、复用方式、传输速率等级、接口码型特性,提供了一个国际支持框架,在此基础上发展并建成了一种灵活、可靠、便于管理的世界电信传输网。这种传输网易于扩展,适于新电信业务的开展,并且使不同厂家生产的设备互通成为可能,这正是网络建设者长期以来追求的目标。 其优势主要体现在以下几个方面: (1)接口方面 ·电接口:STM-1是SDH的第一个等级,又叫基本传输模块,比特率为155.520Mb/s,STM-N是SDH第N个等级的同步传送模块,比特率是STM-1的N倍(N=4n=1,4,16...)·光接口:仅对电信号扰码,光口信号码型是加扰的NRZ码,采用世界统一的7级扰码。 (2)复用方式 低速SDH信号以字节间插方式复用进高速SDH帧结构中,位置均匀、有规律,是可预见的

光纤通信试题汇总

1.光纤通信一般采用的电磁波波段为( )。 A. 可见光 B. 红外光 C. 紫外光 D. 毫米波 2.目前光纤通信三个实用的低损耗工作窗口是( )。 A.0.85 μm,1.27 μm,1.31 μm B.0.85 μm,1.27 μm,1.55 μm C.0.85 μm,1.31 μm,1.55 μm D.1.05 μm,1.31 μm,1.27 μm 3.限制光纤传输容量(积)的两个基本因素是( )和光纤色散。A.光纤色散B.光纤折射 C.光纤带宽D.光纤损耗 4.一光纤的模色散为20,如果一瞬时光脉冲(脉冲宽度趋近于0) 在此光纤中传输8,则输出端的脉冲宽度为( ) A.20 B.40 C.80 D.160 5.下列说法正确的是( ) A.为了使光波在纤芯中传输,包层的折射率必须等于纤芯的折射率 B.为了使光波在纤芯中传输,包层的折射率必须大于纤芯的折射率 C.为了使光波在纤芯中传输,包层的折射率必须小于纤芯的折射率 D.为了使光波在纤芯中传输,包层的折射率必须大于涂层的折

射率 6.对于工作波长为1.31μm的阶跃折射率单模光纤,纤芯折射率 为1.5,包层折射率为1.003(空气),纤芯直径的最大允许值为()。 A.0.34μm B.0.90μm C.3.0μm D.4.8μm 7.在阶跃型光纤中,导波的传输条件为( ) A.V>0 B.V> C.V>2.405 D.V< 8.下列现象是光纤色散造成的,是()。 A.光散射出光纤侧面 B.随距离的增加,信号脉冲不断 展宽 C.随距离的增加,信号脉冲收缩变窄 D.信号脉冲衰减 9.将光限制在有包层的光纤纤芯中的作用原理是()。 A.折射 B.在包层折射边界上的全内反 射 C.纤芯—包层界面上的全内反射 D.光纤塑料涂覆层的反射 10.1的光向光纤耦合时,耦合损耗为1.0,而在光纤输出端需要 0.1的信号,则在衰减为0.5的光纤中,可以将信号传输多 远?()。 A.1.8 B.10 C.18 D.20

《光纤通信》课程设计

《光纤通信》课程设计报告 设计名称:光纤中光孤子传输特性 专业:08光信息科学与技术 成员姓名:张XX、胡X、 成员学号: 指导老师:李X

光纤中光孤子传输特性 光孤子理论的出现,对于现代通信技术的发展起到了里程碑的作用。因为现代通信技术的发展一直朝着两个方向的努力:一是大容量的传输,二是延长中继距离。光孤子传输不变形的特点决定了他在通信领域的应用前景。普通的光纤通信必须每隔几十千米设立一个中继站,经对信号的脉冲整形放大误码检查后再发射出去,而用光孤子通信则可不设中继站,只要对光纤损耗进行增益补偿,即可把光信号无畸变的传输到很远的地方。 光孤子形成的机理 光孤子是光纤中两种最基本的物理现象,即群速度色散和SPM 共同的作用形成的。光纤中的强度引起的折射率非线性SPM效应(光学柯尔效应),在反常区导致的光脉冲压缩可以抵消GVD效应形成的光脉冲展宽,从而保持光脉冲传输过程中的形状不变。光孤子的形成机理是光纤中群速度色散和自相位调制效应在反常区的精确平衡。二而光纤耗损造成的脉冲能量的损失,则用每一段传输距离后的光放大器来补偿,保持其非线性效应作用的存在。 光孤子传输 1.系统的构成 将光孤子作为信息的载波可实现光孤子通信,其传输系统如下图: 图 光纤孤子传输系统的基本构成 该系统由5个基本功能组成: 1.光孤子发送终端(TX ) 2.光孤子接受终端(RX ) 3.光孤子传输光纤(STF ) 4.光孤子能量补偿放大器(OA,OA1-OAn) 5.光孤子传输控制装置(TCS) 图中SS为光孤子源,MOD为光调制器,TS为测试设备。 系统中的TX由超短脉冲半导体或掺饵光纤激光器,光调制器,信息源和光纤功率放大器构成,用于产生光孤子脉冲信号;RX由宽带光接收机或频谱分析仪,误码仪与条纹相机构成,用于测试系统的传输特性或通信能力;STF由普通单模光纤或色散位移光纤DSF构成,OA1--OAn由EDFA或SOA组成,TCS由导频滤波器,强度或相位调制器,非线性元件和色散补偿光纤等组成,设置在沿传输系统不同的区域,用于克服或降低由放大器放大带来的放大自 ss mod OA OA1 STF OA2 STF STF TCS OAn STF TS TX RX

光纤通信技术习题及答案12

光纤通信概论 一、单项选择题 1、光纤通信指的就是: A 以电波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式; B 以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式; C 以光波作载波、以电缆为传输媒介的通信方式; D 以激光作载波、以导线为传输媒介的通信方式。 2 光纤通信所使用的波段位于电磁波谱中的: A 近红外区 B 可见光区 C 远红外区 D 近紫外区 3 目前光纤通信所用光波的波长范围就是: A 0、4~2、0 B 0、4~1、8 C 0、4~1、5 D 0、8~1、6 4 目前光纤通信所用光波的波长有三个,它们就是: A 0、85、1、20、1、80 ; B 0、80、1、51、1、80 ; C 0、85、1、31、1、55 ; D 0、80、1、20、1、70。 6 下面说法正确的就是: A 光纤的传输频带极宽,通信容量很大;

B 光纤的尺寸很小,所以通信容量不大; C 为了提高光纤的通信容量,应加大光纤的尺寸; D 由于光纤的芯径很细,所以无中继传输距离短。 二、简述题 1、什么就是光纤通信? 2、光纤的主要作用就是什么? 3、与电缆或微波等电通信方式相比,光纤通信有何优点? 4、光纤通信所用光波的波长范围就是多少? 5、光纤通信中常用的三个低损耗窗口的中心波长分别就是多少? 光纤传输特性测量 一、单项选择题 1 光纤的损耗与色散属于: A 光纤的结构特性; B 光纤的传输特性; C 光纤的光学特性; D 光纤的模式特性。 2 光纤的衰减指的就是: A 由于群速度不同而引起光纤中光功率的减少; B 由于工作波长不同而引起光纤中光功率的减少; C光信号沿光纤传输时,光功率的损耗; D 由于光纤材料的固有吸收而引起光纤中光功率的减少。

毕业设计100光纤通信+课程设计报告

课程设计报告 课程名称光纤通信 课题名称通信系统综合实验 一、设计内容与设计要求 1、设计内容 1)多路数据+多路电话光纤综合传输系统的实现 2)多路数据+多计算机+单路图像/语音全双工光纤综合传输系统的实现3)*多路计算机+双路图像/语音全双工光纤综合传输系统的实现 2、设计目的 掌握变速率时分复用的原理、实现方法; 学习并掌握计算机RS232通信技术; 掌握时分复用技术和波分复用技术的灵活搭配使用; 实现数字和语音同时通信。 3、实验仪器与设备 1.光纤通信实验系统2台。 2.示波器1台。 3.波分复用器2个。 4.电话2部。 I

5.FC/FC光纤跳线2根。 6.计算机若干台串口通信电缆若干根。 7.1310nm/1550nm波长波分复用器2个。 8.摄像头1个。 9.监视器1个(或用电话代替)。 4、设计原理 《多路数据+多路电话光纤综合传输系统》综合了固定速率时分复用、解固定速率时分复用、PCM编译码、波分复用等几个子系统,具体的实验原理可以参看《光纤通信原理教学系统实验指导书》中的实验二十一、实验二十四、实验二十五、实验二十的方法; 《多路数据+多计算机+单路图像图像/语音全双工光纤综合传输系统》拟实现模拟图像、数据在同一光纤中传输。即在光纤中同时传输数字数据和模拟信号。一种解决方案综合了《光纤通信原理教学系统实验指导书》中的实验二十六、实验二十七、实验十六的知识; 《多路计算机+双路图像/语音全双工光纤综合传输系统》综合了固定速率时分复用、解固定速率时分复用、变速率时分复用、解变速率时分复用、位时钟提取(数字锁相环DPLL)原理及实现五个实验,具体的实验原理可以参看《光纤通信原理教学系统实验指导书》中的实验二十一、实验二十三、实验二十四、实验二十五、实验二十六、实验二十七。 5、设计要求 掌握结构化系统设计的主体思想,以自下而上逐步完善的方法实现指定的通信系统功能,并按要求测试相关参数、波形等实验数据,以积累一些典型的通信子系统的功能、性能、参数等知识以及系统集成的知识。 (1)在规定的时间内以小组为单位完成相关的系统功能实现、数据测试和记录并进行适当的分析。 (2)按本任务书的要求,编写《课程设计报告》(Word文档格式)。并用A4纸打印并装订; II

2008《光纤通信》试题及详解

2007-2008年度教学质量综合评估测验试卷 《光纤通信》试题 注:1、开课学院:通信与信息工程学院。 命题组:通信工程教研组·张延锋 2、考试时间:90分钟。 试卷满分:100分。 3、请考生用黑色或蓝色中性笔作答,考试前提前带好必要物件(含计算器)。 4、所有答案请写于相应答题纸的相应位置上,考试结束后请将试卷与答题 一、 选择题(每小题仅有一个选项是符合题意要求的,共10小题,每小题2分,共20分) 1、表示光纤色散程度的物理量是 A.时延 B.相位差 C.时延差 D.速度差 2、随着激光器使用时间的增长,其阈值电流会 A.逐渐减少 B.保持不变 C.逐渐增大 D.先逐渐增大,后逐渐减少 3、当平面波的入射角变化时,在薄膜波导中可产生的三种不同的波型是 A.TEM 波、TE 波和TM B.导波、TE 波和TM 波 C.导波、衬底辐射模和敷层辐射模 D.TEM 波、导波和TM 波 4、平方律型折射指数分布光纤中总的模数量等于 A. 121n n n - B. ?21n C. 22V D. 4 2 V 5、光接收机中将升余弦频谱脉冲信号恢复为“0”和“1”码信号的模块为 A. 均衡器 B. 判决器和时钟恢复电路 C. 放大器 D. 光电检测器 6、在光纤通信系统中,EDFA 以何种应用形式可以显著提高光接收机的灵敏度 A.作前置放大器使用 B.作后置放大器使用 C.作功率放大器使用 D.作光中继器使用 7、EDFA 中用于降低放大器噪声的器件是 A.光耦合器 B.波分复用器 C.光滤波器 D.光衰减器 8、关于PIN 和APD 的偏置电压表述,正确的是 A.均为正向偏置 B.均为反向偏置 C.前者正偏,后者反偏 D.前者反偏,后者正偏 9、下列哪项技术是提高每个信道上传输信息容量的一个有效的途径? A.光纤孤子(Soliton)通信 B. DWDM C. OTDM D. OFDM 10、光纤数字通信系统中不能传输HDB3码的原因是 A.光源不能产生负信号光 B.将出现长连“1”或长连“0” C.编码器太复杂 D.码率冗余度太大 二、 填空题(本题共三部分,每部分6分,共18分) (一)、基本概念及基本理论填空(每空1分,共4小题6小空,共6分)

光纤通信系统测量中的眼图分析方法

实验四 光纤通信系统测量中的眼图分析方法测试实验 一、实验目的 1、了解眼图的形成过程 2、掌握光纤通信系统中眼图的测试方法 二、实验仪器 1、ZYE4301F 型光纤通信原理实验箱1台 2、20MHz 模拟双踪示波器1台 3、万用表1台 三、实验原理 眼图是衡量数字光纤通信系统数据传输特性的简单而又有效的方法。眼图可以在时域中测量,并且可以用示波器直观的显示出来。图1是测量眼图的系统框图。测量时,将“伪随机码发生器”输出的伪随机码加在被测数字光纤通信系统的输入端,该被测系统的输出端接至示波器的垂直输入,用位定时信号(由伪随机码发生器提供)作外同步,在示波器水平输入用数据频率进行触发扫描。这样,在示波器的屏幕上就可以显示出被测系统的眼图。 伪随机脉冲序列是由n 比特长,2n 种不同组合所构成的序列。例如,由n=2比特长的4种不同有 组合、n=3比特长的8种不同的组合、n=4比特长16种不同的组合组成,直到伪随机码发生器所规定的极限值为止,在产生这个极限值以后,数据序列就开始重复,但它用作为测试的数据信号,则具有随机性。如图2所示的眼图,是由3比特长8种组合码叠加而成,示波器上显示的眼图就是这种叠加的结果。 分析眼图图形,可以知道被测系统的性能,下面用图3所示的形状规则的眼图进行分析: 1、当眼开度 V V V ?-为最大时刻,则是对接收到的信号进行判决的最佳时刻,无码间干扰、信号无畸变时的眼开度为100%。 2、由于码间干扰,信号畸变使眼开度减小,眼皮厚度V V ?增加,无畸变眼图的眼皮厚度应该等于零。 图1眼图的测试系统

3、系统无畸变眼图交叉点发散角b T T ?应该等于零。 4、系统信道的任何非线性都将使眼图出现不对称,无畸变眼图的正、负极性不对称度- +-++-V V V V 应该等 于零。 5、系统的定时抖动(也称为边缘抖动或相位失真)是由光收端机的噪声和光纤中的脉冲失真产生的,如果在“可对信号进行判决的时间间隔T b ”的正中对信号进行判决,那么在阈值电平处的失真量ΔT 就表示抖动的大小。因此,系统的定时抖动用下式计算: 定时抖动= %100??Tb T

光纤通信期末试题

光纤通信期中考试试题(简答) (开卷90分钟内完成,1~5题每题6分,6~15题每题7分,共100分) 1、光纤的结构分别由哪三部分构成,各部分作用是什么? 光纤由纤芯、包层和涂覆层3部分组成。 其中纤芯:纤芯位于光纤的中心部位。直径d 1=4μm ~50μm ,单模光纤的纤芯为4μm ~10μm ,多模光纤的纤芯为50μm 。纤芯的成分是高纯度SiO2,作用是提高纤芯对光的折射率(n 1),以传输光信号。包层:包层位于纤芯的周围。 直径d 2=125μm ,其成分也是含有极少量掺杂剂的高纯度SiO 2。略低于纤芯的折射率,即n 1>n 2,它使得光信号封闭在纤芯中传输。涂覆层:光纤的最外层为涂覆层,包括一次涂覆层,缓冲层和二次涂覆层。 涂覆的作用是保护光纤不受水汽侵蚀和机械擦伤,同时又增加了光纤的机械强度与可弯曲性,起着延长光纤寿命的作用。涂覆后的光纤其外径约1.5mm 。 2、光缆的结构分别由哪三部分构成,各部分作用是什么? 光缆由缆芯、护层和加强芯组成。 其中缆芯就是套塑光纤,护层对已成缆的光纤芯线起保护作用,避免受外界机械力和环境损坏。护层可分为内护层和外护层。内护层用来防潮。外护层起抗侧压、耐磨、抗紫外线、防湿作用,隔离外界的不良影响。加强芯主要承受敷设安装时所加的外力。 3、光纤的三个传输窗口是什么?光纤中的导波属于TM/TE/TEM/近似TEM 波? 0.85μm 、1.31μm 、1.55μm 。 光纤中得电磁场近似为横电磁波(TEM 波) 4、什么是归一化频率V ,V 取值多少时光纤单模传输?什么叫光纤的截止波长? 光纤的归一化频率V 012/1/)2(2λαπn ?=是一个综合性参数,与光纤的结构参数(纤芯的折射率n1、半径a 、折射率相对差△)和工作波长λ0有关。其数值大小决定了弱波导光纤中电磁场的分布和传输情况。 光纤单模传输的条件是0

光纤通信实验报告汇总

南京工程学院 通信工程学院 实验报告 课程名称光纤通信_________ 实验项目名称光纤通信实验_______ 实验学生班级通信(卓越)131_____ 实验学生姓名吴振飞_____ _____ 实验学生学号 208130429_________ 实验时间2016.6.15___ 实验地点信息楼C413_______ 实验成绩评定 ______________________ 指导教师签字 ______________________ 2016年 6月 19日

目录 实验一半导体激光器P-I特性测试实验 (1) 一、实验目的 (1) 二、实验仪器 (1) 三、实验原理 (1) 四、实验内容 (2) 五、实验步骤 (2) 六、注意事项 (2) 七、思考题 (3) 实验二光电探测器特性测试实验 (3) 一、实验目的 (3) 二、实验仪器 (3) 三、实验原理 (3) 四、实验内容 (4) 五、实验步骤 (4) 六、注意事项 (4) 实验三电话光纤传输系统实验 (4) 一、实验目的 (4) 二、实验内容 (5) 三、预备知识 (5) 四、实验仪器 (5) 五、实验原理 (5) 六、注意事项 (6) 七、实验步骤 (6) 九、思考题 (6)

实验一半导体激光器P-I特性测试实验 一、实验目的 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;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;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。 二、实验仪器 1、ZYE4301G 型光纤通信原理实验箱 1 台 2、光功率计1 台 3、FC/PC-FC/PC 单模光跳线 1 根 4、万用表(自带) 1 台 5、连接导线 20 根 三、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,(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。) 是一种阈值器件。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(Δλ =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。 对于线性度良好的半导体激光器,其输出功率可以表示为ηω (1-1) Pe=)(2thDIIq ?η其中intintaaamirmirD+=ηη,这里的量子效率ηint,表征注入电子通过受激辐射转化为光子的比例。在高于阈值区域,大多数半导体激光器的ηint接近于 1。 1-1 式表明,激光输出功率决定于内量子效率和光腔损耗,并随着电流而增大,当注入电流I>Ith时,输出功率与I成线性关系。其增大的速率即P-I曲线的斜率,称为斜率效率 dPη2DeqdIηω= (1-2) 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Ith尽可能小, Ith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,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。半导体激光器具有高功率密度和极高量子效率的特点,微小的电流变化会导致光功率输出变化,是光纤通信中最重要的一种光源,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。将开始出现净增益的条件称为阈值条件。一般用注入电流值来标定阈值条件,也即阈值电流Ith,当输入电流小于Ith时,其输出光为非相干的荧光,类似于LED发出的光,当电流大于Ith

光纤通信 期末考试试卷(含答案)

2、光在光纤中传输是利用光的(折射)原理。 5、光纤通信系统中最常用的光检测器有:( PIN光电二极管)、(雪崩光电二极管)。 6、要使物质能对光进行放大,必须使物质中的( 受激辐射 )强于( 受激吸收 ),即高能级上的粒子数多于低能级上的粒子数。物质的这一种反常态的粒子数分布,称为粒子数的反转分布。 7、在多模光纤中,纤芯的半径越( 大 ),可传输的导波模数量就越多。 9、(波导色散)是指由光纤的光谱宽度和光纤的几何结构所引起的色散。 11、PDH的缺陷之一:在复用信号的帧结构中,由于( 开销比特 )的数量很少,不能提供足够的运行、管理和维护功能,因而不能满足现代通信网对监控和网管的要求。 12、光接收机的主要指标有光接收机的动态范围和(灵敏度)。 13、激光器能产生激光振荡的最低限度称为激光器的(阈值条件)。 14、光纤的(色散)是引起光纤带宽变窄的主要原因,而光纤带宽变窄则会限制光纤的传输容量。 15、误码性能是光纤数字通信系统质量的重要指标之一,产生误码的主要原因是传输系统的脉冲抖动和(噪声)。 二、选择题:(每小题2分,共20分。1-7:单选题,8-10:多选题) 4、CCITT于()年接受了SONET概念,并重新命名为SDH。 A、1985 B、1970 C、1988 D、1990 6、掺铒光纤放大器(EDFA)的工作波长为()nm波段。 A、1310 B、1550 C、1510 D、850 7、发光二极管发出的光是非相干光,它的基本原理是()。 A、受激吸收 B、自发辐射 C、受激辐射 D、自发吸收 9、要精确控制激光器的输出功率,应从两方面着手:一是控制( B );

光通信课程设计

光通信技术课程设计 一、系统功能描述 此系统是一个通过红外通信进行简单信号传输的装置,分为发送和接收两部分。发送装置接有简易键盘,按下按键后,单片机采集信号处理后通过红外发送出去。接收装置收到信号后,进行解析,然后通过数码管显示出相应的码型。 二、系统所用元器件及设备 发送端: AT89C52×1、红外发射二极管×1、8050×1、按键开关×10、11.0592M晶振×1 电容:10μF×1、20pF×2 电阻:1k?×2、100?×1 接收端: 74LS273×1、AT89C52×1、按键开关×1、7段共阳极数码管×2、8550×2、11.0592M晶振×1、红外接收器SM0038×1 电容:10μF×2、20pF×2 电阻:100?×2、1k?×1、4.7k?×2 设备: 稳压电源5v 示波器 三、系统实现功能原理 发送端: 输入方式采用3×3阵列(9按键)键盘,一共6根信号线,接入单片机P1口。每个按键在单片机P1口上对应唯一8位2进制值。当按下键盘上的不同按键时,通过编码器产生与之相应的特定的二进制脉冲码信号。将此二进制脉冲码信号先调制在38KHz的载波上,经过放大后,激发红外发光二极管转发成波长940nm的红外线光传输出去。 接收端: 红外接收器采用一体化红外遥控接收器SM0038,红外线数字信号则经过红外接收器取出数字信号数据经单片机译码,最后送到显示电路。 主要芯片AT89C51: 引脚图: 功能介绍: AT89C51是一个低电压,高性能CMOS 8位单片机,片内含4K BYTES的可反复擦写的只

读程序存储器(PEROM)和128 BYTES的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器和FLASH存储单元,内置功能强大的微型计算机的AT89C51提供了高性价比的解决方案。 AT89C51是一个低功耗高性能单片机,40个引脚,32个外部双向输入/输出(I/O)端口,同时内含2个外中断口,2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,AT89C51可以按照常规方法进行编程,也可以在线编程。其将通用的微处理器和FLASH存储器结合在一起,特别是可反复擦写的FLASH存储器可有效地降低开发成本。 管脚说明: VCC:供电电压。 GND:接地。 P0口:P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门流。当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时,P0 口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。 P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL 门电流。P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。 P2口:P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL 门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口:P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,如下表所示: 口管脚备选功能 P3.0 RXD(串行输入口) P3.1 TXD(串行输出口) P3.2 /INT0(外部中断0) P3.3 /INT1(外部中断1) P3.4 T0(记时器0外部输入) P3.5 T1(记时器1外部输入) P3.6 /WR(外部数据存储器写选通) P3.7 /RD(外部数据存储器读选通) P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST:复位输入。当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 /ALE/PROG:当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是:每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可

本科光纤通信试题答案(卷一)

1) 为了得到较高的信噪比,对光接收机中的前置放大器的要求是______。 A. 高增益 B. 低噪声 C. 低增益、低噪声 D. 高增益、低噪声 2) 对于半导体激光器,当外加正向电流达到某一值时,输出光功率将急剧增加,这时输出 的光为______,这个电流称为______电流。 A. 自发辐射光,阈值 B. 自发辐射光,阀值 C. 激光,阈值 D. 激光,阀值 3) SDH线路码型一律采用______。 A. HDB3码 B. AIM码 C. NRZ码 D. NRZ码加扰码 4) 在SiO2单模光纤中,材料色散与波导色散互相抵消,总色散等于零时的光波长是______。 A. 0.85 μm B. 1.05 μm C. 1.27 μm D. 1.31 μm 5) 在阶跃型光纤中,导波的传输条件为______。 A. V>0 B. V>Vc C. V>2.40483 D. V<Vc 6) DFA光纤放大器作为光中继器使用时,其主要作用是______。 A. 使信号放大并再生 B. 使信号再生 C. 使信号放大 D. 降低信号的噪声 7) 目前,掺铒光纤放大器的小信号增益最高可达______。 A. 40 dB左右 B. 30 dB左右 C. 20 dB左右 D. 10 dB左右 8) 对于2.048 Mb/s的数字信号,1 UI的抖动对应的时间为______。 A. 488 ns B. 2048 ns C. 488 μs D. 2048 μs 9) 通常,影响光接收机灵敏度的主要因素是______。 A. 光纤色散 B. 噪声 C. 光纤衰减 D. 光缆线路长度 10) 在薄膜波导中,导波的基模是______。 A. TE0 B. TM0 C. TE1 D. TM1 2. 写出下列缩写的中文全称(共10分,每题1分) 1)GVD (群速度色散) 2)STS (同步转移信号) 3)ISDN (综合业务数字网) 4)AWG (阵列波导光栅) 5)OC (光载波) 6)WGA (波导光栅路由器) 7)GIOF (渐变折射率分布) 8)OTDM (光时分复用) 9)SCM副载波调制(SCM,Subcarrier modulation)。首先用信息信号调制一个比基带信号最高频率高几倍的载波,然后用该载波信号再去调制光波。因为信号是用光波传输的,载波对光波而言只扮演着副载波的作用,所以这种技术就称为副载波调制。 10)DBR (分布布拉格反射) 2.OTDR光时域反射仪OTDR(Optical Time Domain Reflectometer).OTDR是利用光线在光纤中传输时的瑞利散射和菲涅尔反射所产生的背向散射而制成的精密的光电一体化仪表。 3.光孤子通信 光孤子通信是一种全光非线性通信方案,其基本原理是光纤折射率的非线性(自相位调制)效应导致对光脉冲的压缩可以与群速色散引起的光脉冲展宽相平衡,在一定条件(光纤的反常色散区及脉冲光功率密度足够大)下,光孤子能够长距离不变形地(在传播过程中形状、幅度和速度都维持不变)在光纤中传输。 4.粒子数反转分布 在热平衡状态下,粒子数按能态的分布遵循玻耳兹曼分布律:处于高能态的原子数N2总是远少于处于低能态的原子数N1(N1 >> N2),并且能级间距越大,两能级上原子数的这种

光纤通信实验报告

OptiSystem实验 一、OptiSystem简介 OptiSystem是一款创新的光通讯系统模拟软件包,它集设计、测试和优化各种类型宽带光网络物理层的虚拟光连接等功能于一身,从长距离通讯系统到LANS 和MANS都适用。OptiSystem有一个基于实际光纤通讯系统模型的系统级模拟器,并具有强大的模拟环境和真实的器件和系统的分级定义。它的性能可以通过附加的用户器件库和完整的界面进行扩展,从而成为一系列广泛使用的工具。全面的图形用户界面提供光子器件设计、器件模型和演示。丰富的有源和无源器件库,包括实际的、波长相关的参数。参数扫描和优化允许用户研究特定的器件技术参数对系统性能的影响。OptiSystem满足了急速发展的光子市场对于一个强有力而易于使用的光系统设计工具的需求,深受系统设计者、光通信工程师、研究人员的青睐。 OptiSystem软件允许对物理层任何类型的虚拟光连接和宽带光网络的分析,从远距离通讯到MANS和LANS都适用。它可广泛应用下列场合: 1.物理层的器件级到系统级的光通讯系统设计; 2.CATV或者TDM?WDM网络设计; 3.SONET?SDH的环形设计; 4.传输装置、信道、放大器和接收器的设计; 5.色散图设计; 6.不同接受模式下误码率(BER)和系统代价(Penalty)的评估; 7.放大系统的BER和连接预算计算。 实验1 OptiSystem快速入门:以“激光外调制”为例 一、实验目的 1、掌握软件的简单操作 2、了解软件的元件库 3、掌握建立新的project(新的工作界面) 4、掌握搭建系统:将元件从元件库中拖入project、连线、搭建系统 5、掌握设置参数 6、掌握软件的运行、观察结果、导出数据 二、实验过程 1.建立一个新文件。(File>New) 2.将光学器件从数据库里拖入主窗口进行布局. 3.光标移至有锁链图标出现时,进行连线。(如图1所示) 4.设置连续波激光器参数。 (1)点击frequency>mode, 出现下拉菜单,选中script。 (2)在value中输入数据并作评估。 (3)点击单位,选择“THZ”,点击OK 回主窗口。(如图2所示)

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