《电信传输原理及应用》习题 答案完成版.docx

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1、第一章 电信传输的基本概念1、什么是通信、电信和电信传输？电信号有哪些种类？各有什么特征？答：从广义上说，无论采纳何种方法，使用何种传输媒质只要将信息从一地 传送到另一地，均可称为通信。电信号依据不同的角度可有不同的分类，依据电信号传载信息的形式的不 同，可分为：模拟信号和数字信号两种类型。模拟信号，是指模拟、仿照原有消 息变化的电信号，这种信号的幅度变化是时间的连续函数；数字信号在时间上和 幅度上的取值都是离散的。数字信号在传输上有很多优点，最主要的是它的抗干 扰性强。由于它是以1、0两种状态传输的，在接收端只要正确地推断是“1”或者 是“0”，就等于完全取消了干扰。2、完整的电信传输系统是

2、如何组成的？答：一个完整的电信传输系统除了必需具备传输信道部格外，还需要有用户 终端设施、交换机、多路复用设施和传输终端设施(收发信机)等。3、电信传输有些什么特点？答:一是传输信号的多频率;二是电信传输的功率在有线传输的功率比拟小, 它一般只有毫瓦量级；三是电信传输的效率，由于电信传输是弱电传输，其传输 效率特别重要；四是电信传输离不开信号的变换。4、常用传输介质的结构及用途是什么？答：电信号的传输实质是电磁波的传播，传播方式分有线传播和无线传播两 种，因此其传输介质也按此分类方式分为有线传输介质和无线传输介质。现有的传输线有架空明线、对称电缆、同轴电缆、金属波导管和光纤等；无 线电传播的传

3、输介质是对流层、平流层或电离层，传播方式有直射波，反射波， 地波，散射波等。用途：(1) 架空明线：架空明线是采用金属裸导线捆扎在固定的线担上的隔电 子上，是架设在电线杆上的一种通信线路，现今多用于专网通信， 如采用高压输电线实现载波通信；采用铁路电气汽车输电线实现载 波通信等；0.8*c/2bfl.2*c/2a or O.c/y/2a f1.2* c/2aSo : a6cm, b 1cm ,故可以存在。 C 1 lL 1 1= 2.06。= 2.06* 2.5cm = 5.15cm 7cm ，故不行以存在。v J 乙 147Moi - 2.624/ = 2.62 2.5cm = 6.55cm

4、 7cm ,不行以存在。综上，在工作波长为7cm时，波导中只能存在TEU波。同理可知，在工作波长为6cm时，可以存在的模式为TEU波和TM01波； 在工作波长为3cm时，可以存在的模式为TE11、TE21、TE01、TE31、TMOk TM11 以及 TM21。(3 次0 为 7cm 口寸主模为 TEI 1 波，且有 2TF11 = 3.4U = 3.41* 2.5cm = 8.525。% ,= 5.26e+8mzs ；= 5.26e+8mzs ；27r=12.265cm120万=660.50 o10、空气填充的圆形波导中传输主模，工作频率f = 5GHz,九o/K= 0.9,试求:(1)该波

5、导的内直径；= 6 67 cm= 6 67 cm(2) p和九p解：(1) f=5GHz,?io/K=0.9 知,由于是传输主模，那么为TE11波，有6.67cm=3.41a得至U a=L96cm,那么内直径为 2a=3.92cm。(2) B =2*5*1()93*108Jl (0.9)2 =45 65 ；=13.76cm11、设计一圆波导，工作波长九=7 cm,只容许TEu波传输。解：在波导中单模传输的条件是：2.62 X3Ala。得至I2.053cma有一同轴线内导体的半径a=0.5mm, b=1.75mm,假设绝缘材料的介电常数为Io该同轴线的特性阻抗为多少？并计算单模工作的工作频率范围

6、。冷刀 601.75= 75.17(0)解：Z =-ln VT 0.5单模传输有c/f7T（b+6z），代入数据得fv4.244GHz。第四章 介质光波传输理论1 .什么是光纤的数值孔径？答:光纤产生全反射时间纤端面最大入射角的正弦值sino称为光纤的数值 孔径。2 .阶跃型光纤场方程的推导思路是什么？答：请参考教科书与12。3 .用射线理论描述阶跃型光纤的导光原理是什么？画出示意图答：纤芯半径为Q,折射率包层折射率为2并且有12。当光线 以角从空气（加=1）入射到光纤端面时，将有一局部光进入光纤，此时 sin0= sin%。由于纤芯折射率nino空气，那么光线连续传播以a=（90、。） 角射

7、到纤芯和包层的界面处。假如8小于纤芯包层界面的临界角a=arcsin（2/i）, 那么一局部光线折射进包层最终被溢出而损耗掉，另一局部反射进入纤芯。但如此 几经反射、折射后，很快就被损耗掉了。假如0减小到的如光线，那么也减小 到%,即=（90。-&）,而，增大。假如6增大到略大于临界角合时，那么此光线 将会在纤芯和包层界面发生全反射，能量全部反射回纤芯。当它连续再传播再次 遇到芯包界面时，再次发生全反射。如此反复，光线就能从一端沿着折线传到另 XL14 一辆。4 .写出导波的径向归一化相位常数、径向衰减常数、归一化频率的表达式。 并简述其物理意义。答：为了使分析具有一般性，引入光纤几个重要的无

8、量纲参数。在纤芯和包 层中,令:U = （2尼一夕严2a和W =（62 碌帝”2。式中，U叫作导波径向归一 化相位常数；W叫作导波径向归一化衰减常数。它们分别表示在光纤的纤芯和包 层中导波场沿径向厂的分布状况。光纤的归一化频率）/ =（24）2 4%，在光纤中，以径向归一化衰减常数w来 衡量莫一模式是否截止。W=0是导波截止的临界状态，对应的归一化径向常数 Uc和归一化频率Vc的关系：Vc=Uc=|lm-l,n,是H1-1阶BeSSel函数的第n个根。5 .推断某种模式能否在光纤中传输的条件是什么？答：假设心弘时，该模式在传输中不会截止；假设VVc时，此模式截止。6 .阶跃型光纤的单模传输条件

9、是什么？答：通常把只能传输一种模式的光纤称为单模光纤，单模光纤只传输一种模 式即基模LPoi或HEh,所以它不存在模式色散且带宽极宽，一般都在几十 GHzkm以上，可有用于长距离大容量的通信。要保证单模传输，需要二阶模截 止即让光纤的归一化频率V小于二阶模LP”归一化截止频率，从而可得：0丫 K（LPoi）=2.4O48这一重要关系称为“单模传输条件”。7 .什么是单模光纤的截止波长？写出表达式。答：通常把只能传输一种模式的光纤称为单模光纤，单模光纤只传输一种模 式即基模LPoi或HEu。对某一光纤，每个模式，都对应有一个截止波长久，当 工作波长2V加时，该模式可以传输；当加时，该模式就截止了

10、。对于单模光/O纤，其截止波长为九二2兀%（2A） a/Ko8 .光纤产生的缘由及其危害是什么？9 .光纤损耗和色散产生的缘由及其危害是什么？为什么说光纤的损耗和色 散会限制系统的光纤传输距离？答：造成光纤损耗的缘由很多，主要有汲取损耗、散射损耗和附加损耗。汲 取损耗是光波通过光纤材料时，一局部光能被消耗（汲取）转换成其他形式的能 量而形成；散射损耗是由于材料的不匀称使光散射将光能辐射出光纤外导致的损 耗；附加损耗属于来自外部的损耗或称应用损耗，如在成缆、施工安装和使用运 行中使光纤扭曲、侧压等造成光纤宏弯和微弯所形成的损耗等。光纤的损耗将导 致传输信号的衰减，光纤损耗是打算光纤通信系统中继距

11、离的主要因素之一。光纤的损耗将导致传输信号的衰减，所以把光纤的损耗又称衰减。当光信号 在光纤中传输时，随着距离增长光的强度随之减弱，其规律为： P(z) =尸(0)10-az“。；在光纤中，信号的不同模式或不同频率在传输时具有不同的 群速度，因而信号到达终端时会消失传输时延差，从而引起信号畸变，这种现象 统称为色散。对于数字信号，经光纤传播一段距离后，色散会引起光脉冲展宽， 严峻时，前后脉冲将相互重叠，形成码间干扰，导致误码率增加。因此，色散打 算了光纤的传输带宽，限制了系统的传输速率或中继距离。10 .光纤中都有哪几种色散？解释其含义。答：依据色散产生的缘由，光纤的色散主要分为：模式色散、材

12、料色散、波 导色散和偏振模色散。下面分别赐予介绍。模式色散一般存在于多模光纤中。由于，在多模光纤中同时存在多个模式, 不同模式沿光纤轴向传播的群速度是不同，它们到达终端时，必定会有先有后， 消失时延差，形成模式色散，从而引起脉冲宽度展宽；由于光纤材料的折射率随光波长的变化而变化，使得光信号各频率的群速度 不同，引起传输时延差的现象，称为材料色散。这种色散取决于光纤材料折射率 的波长特性和光源的线谱宽度；波导色散是针对光纤中某个导模而言的，在不同的波长下，其相位常数 尸不同，从而群速度不同，引起色散。波导色散还与光纤的结构参数、纤芯与包 层的相对折射率差等多方面的缘由有关，故也称为结构色散；对于

13、抱负单模光纤，由于只传输一种模式(基模LPoi或HEn模)，故不存在 模式色散，但存在偏振模色散。偏振模色散是单模光纤特有的一种色散，偏振模 色散的产生是由于单模光纤中实际上传输的是两个相互正交的偏振模，它们的电 场各沿九，y方向偏振，分别记作LProi和LPvoi,其相位常数为，外不同(, 相应的群速度不同，从而引起偏振色散心。11 .渐变型光纤纤芯的折射率分布为=n(O)Jl- 2A(2)20ra求：光纤的本地数值孔径NA(r)。解:NA=JA -J = n(0)12 .匀称光纤芯与包层的折射率分别为：m=l. 50, n2=l. 45,试计算：(1)光纤芯与包层的相对折射率差?(2)光纤

14、的数值孔径NA?(3)在1km长的光纤上，由子午线的光程差所引起的最大时延差Atmax ?(4)假设在1km长的光纤上，将Atmax减小为1 Ons/km, n2应选什么值.解：(1) = (：%2)/2；=3.28e-2；= w =0.384；(3)由msinOi=2sina可求出sin3为1.45/1.5,那么列出方程并解得此时 所走的光程为 1.034483km,所max= (1.034483-1) /c=1.1494e-7s/mo更正：Armax = L/( sin Oc)-L/()n那么件=与(-1)c n2二(1000*1.5) /(3.0*108)* (1.5/1.45- 1)=

15、 172.35ns(4)由题可以先求出光走的光程L=1003m。sin9i=l/1.003= n2/1.5,带入 数据得到，112=1.4955。更正：由公式皿=幺(&1)可得，C %Ln+1)代入数据可得：几2 = 1.49713 .阶跃光纤纤芯的折射率ni= 1.465,相对折射率差A= 0.01,纤芯半径a=25|im试求:LPoi、LP02、LP11和LP12模的截止波长各为多少？解：查表可以得到对应的Vc值分别为:0, 3.8317, 2.4048, 5.5201,分 别带入公式加二2啊(2%/匕,得到以下各值：无截止波长； 9.624|im(8.493|im)； 13.533|Li

16、m； 5.896|im。14 .阶跃光纤，假设ni=L50, Xo=L3|im,试计算(1)假设A=0. 25,为了保证单模传输，其纤芯半径a应取多大？(2)假设取a=5|im ,为保证单模传输，应取多大？解：(1)单模传输的条件，0网吧叵2.4048 ,将数据带入解出 A)0a0.469|imo(2) 0丝妇叵 2.4048 ,带入数据得到，0A0, KV1时，ReR,此时电波射线折射向上弯曲，与 dh地球弯曲方向相反，故称负折射。当 1时，ReR,此时电波射线dh折射向下弯曲，与地球弯曲方向相同，故称正折射。在正折射中，K=oo称为临界折射。K=4/3, p=4R称为标准大气折射；K fc

17、=150.0MHzo 问当某用户移动台的接收频率为150.3MHz时，能否产生三阶互调干扰？解：由式(6.21)得 2fAfB = 150.3 MHz ； fA+fBfc= 150.3 MHz, 由此可知，它既受两信号三阶互调干扰，又受三信号三阶互调干扰。第七章微波通信传输信道的特征1、简述微波中继传输应用状况。答：当前微波中继传输系统的应用主要有准同步数字系列（PDH）微波传 输系统，同步数字系列（SDH）微波传输系统。其中以SDH微波中继传输系统 的应用最为典型。详细的应用有：微波中继传输系统在电信网中的应用，微波中 继传输系统移动通信网中的应用。2、简述余隙的概念以及在工程中的选择条件。答：障碍物顶部至TR （T为放射点，R为接收点）线的垂直距离he称为余 隙。3、简述微波通信常用频率。答：300MHz-3000GHz4、简述微波常用天线的种类及其特点。答：卡赛格林天线结构、抛物面天线结构、喇叭天线结构、微带天线结构、 智能天线结构。5、.数字微波的线路噪声分为哪几种？各包括哪几种？答：热噪声、各种干扰噪声波、波形失真噪声等其他噪声。6、微波天线高度的选取应考虑哪些因素？答：（1）云、雾、雨等小水滴对微波能量的热汲取以及氧分子对微波的谐 振汲取。