电信传输的基本概念
信息、通信、电信、电信传输的定义
信息
信息指的是消息中的有效信息量
通信
通信指的是利用传输媒质将信息从一段传输到另一端
电信
电信的意思是利用电子技术来将信息从一段传输到另一端
电信传输
电信传输的概念就是将含有信息的电信号进行传输
电信传输的特点：
① 电信传输是多频率的 ② 有线传输的功率比无线传输高，但是效率比无线传输低 ③ 电信传输整体的效率都是比较高的 ④ 电信传输一定会伴随着信号的转换
电信传输系统模型
一个最简单的传输系统，至少由一个发送器(变换器) 、一个接收器(反变换器)和把他们连接起来的传输媒质组成
一个完整的通信系统，由用户终端设备、交换设备、多路复用设备、传输终端设备、传输媒质组成
电磁波频段划分
微波的频率是300MHZ到300GHZ，波长是1m到1mm
通信传输的方式是由电磁波的频率所决定的，电通信的容量几乎与频率成正比。对通信容量的要求越高，使用的频率就越高
电磁波常见模式传输
TEM
Hz和Ez都为0，在**双导体传输线和无线传输(自由空间)**中存在
TE/TM
TE：Ez为0，Hz不为0，在金属波导中存在
TM：Ez不为0，Hz为0，在金属波导中存在
EH/HE
EH/HE：Ez不为0，Hz也不为0，在介质波导中存在(例如光纤)
信道的概念以及分类
常见的信道有：光缆、对称电缆、同轴电缆、金属波导、架空明线和无线信道
有线信道
对称电缆、光纤、金属波导
与无线信道相比，有线信道的传输特定稳定、传输质量好、灵活性较差
无线信道
常见的电磁波传播方式：例如微博视距通信
常见的单位换算
分贝和奈培*
奈培：
L P = 1 2 l n P 1 P 2 ( N p ) LP = \frac{1}{2}ln\frac{P_1}{P_2} (Np) LP=21lnP2P1(Np)
分贝：
L P = 10 l g P 1 P 2 ( d B ) LP = 10lg\frac{P_1}{P_2} (dB) LP=10lgP2P1(dB)
1Np = 8.686dB
传输特性
衰减、增益*
有线信道
有线信道的功率 小于无线信道；但是有线信道的效率大于无线信道
有线信道无失真传输的条件是：幅频响应是常数、相频响应是一条通过原点的直线
无线信道
无线信道对信号的衰减随时间而变化，传输的时延也随着时间而变化；并且存在多径传播现象
带宽*
从信息传输的本质而言，带宽指的是传输线上能够利用的有效频率的宽度 ，把该传输线输出的不同频率的功率衰减到最大值的一半所对应的频率宽度成为该传输线的带宽
色散*
将脉冲信号通过同样一段长度的传输线传输后，在其终端观察，发现出射端脉冲发生了时间展宽的现象被称为色散
传输电平、相对电平、绝对电平*
传输电平：传输电平就是用分贝或奈培这样的计量单位来表示信号的大小或者强弱，电平高意味着信号强、功率大、电压高、电流大，电平低则相反
相对电平：
绝对电平：
如果使用绝对电平，并且被测点的阻抗不为600 Ω \Omega Ω，此时需要加上一个修正值如下
K x = 10 l g R 0 R x K_x = 10lg\frac{R_0}{R_x} Kx=10lgRxR0
其中 R 0 R_0 R0是600 Ω \Omega Ω， R x R_x Rx是被测点的实际阻抗
金属传输线理论
常用的传输线的结构以及种类
传输TEM模式：
①平行双导线：平行双导线传输的行波是TEM波，且平行双导线只能传低频的信号，当TEM波的频率增加时，损耗会急剧上升 适用于千米波、米波的低频段
②同轴线：外导体具有屏蔽性，可以消除电磁辐射 适用于分米波的高频段 低频的时候传输TEM模式，高频的时候传输TE和TM模式
③带状线：适用于1GHZ以上的高频传输 主模为TEM模，也有TE、TM模式
④微波传输线：适用于1GHZ以上的高频传输 主模为TEM模，也有TE、TM模式
传输TE、TM模式：
金属波导
传输线分析法
短线*
短线的定义是
L ≤ λ m i n / 100 L \leq \lambda_{min}/100 L≤λmin/100
其中L是传输线的几何长度， λ m i n \lambda_{min} λmin表示工作波段中的最小波长
此时考虑集总参数：传输线上的电流、电压、相位均和位置无关
长线、一次参数*
长线的定义是
L ≥ λ m i n / 100 L \geq \lambda_{min}/100 L≥λmin/100
此时考虑分布参数，传输线上电压、电流不仅随时间变化而且还和传输线的长度有关。
分布参数利用 R 1 , L 1 , C 1 , G 1 R_1,L_1,C_1,G_1 R1,L1,C1,G1进行表示，并且分别表示为单位长度上的单位电阻，单位电感，单位电容，单位电导
如果长线的分布参数是随线均匀分布的，不随时间变化，则称传输线为均匀传输线，此时传输线的分布参数也被称为因此参数
集肤效应
导线的电阻，频率越高它就越大，其原因可以利用集肤效应来解释
R = ρ l s R = \frac{ρl}{s} R=sρl
频率高，则电流趋于表面流过，相当于横截面积减小，S减小，则R增大
二次参数*
特性阻抗Zc*
含义：传输线上电压波和电流波之间是存在密切关系的，描述其关系的参数就被成为特性阻抗
物理意义：传输线上特性阻抗为任一点 的电压入射波和电流入射波的比值，描述的是传输线上电压波和电流波之间的关系
Z c = U + I + = R 1 + j w L 1 G 1 + j w C 1 Z_c = \frac{U^+}{I^+}=\sqrt{\frac{R_1+jwL_1}{G1+jwC_1}} Zc=I+U+=G1+jwC1R1+jwL1
Zc的模和幅角随着频率的增加而下降，当频率无限高(大于30kHZ)的时候， ψ c \psi_c ψc趋近于0， ∣ Z c ∣ |Z_c| ∣Zc∣ 趋近于 L 1 C 1 \sqrt{\frac{L_1}{C_1}} C1L1
特性阻抗的幅频和相频曲线：
① 无损耗传输 R 1 = 0 , G 1 = 0 R_1=0,G_1=0 R1=0,G1=0
② 直流 Z c = R 1 G 1 Z_c=\sqrt{\frac{R_1}{G_1}} Zc=G1R1
传输常数*
含义：传输常数是描述单位长度传输线上入射波和反射波的衰减与相位变化的
参数
γ = α + j β \gamma = \alpha + j\beta γ=α+jβ
其中 α , β \alpha,\beta α,β分别表示电磁波在传输线上的衰减(Np/km)以及电磁波在传输线上的相位变化(rad/km)
物理意义：传输常数这一数值综合表征了信号的电磁波沿均匀匹配线路传输的时候，一个单位回路上幅度和相位上所发生的变化程度
e − γ z e^{-\gamma z} e−γz：沿着+z方向传播的衰减行波(入射波) e + γ z e^{+\gamma z} e+γz：沿着-z方向传播的衰减行波(反射波)
无损耗： α = 0 , β = w L 1 C 1 \alpha=0,\beta=w\sqrt{L_1 C_1} α=0,β=wL1C1
音频： α = w R 1 C 1 2 ∗ 8.686 , β = w R 1 C 1 2 \alpha=\sqrt{\frac{wR_1C_1}{2}}*8.686,\beta=\sqrt{\frac{wR_1C_1}{2}} α=2wR1C1 ∗8.686,β=2wR1C1
高频： α = ( R 1 2 C 1 L 1 + G 1 2 L 1 V 1 ) ∗ 8.686 , β = w L 1 C 1 \alpha=(\frac{R_1}{2}\sqrt{\frac{C_1}{L_1}}+\frac{G_1}{2}\sqrt{\frac{L_1}{V_1}})*8.686,\beta=w\sqrt{L_1C_1} α=(2R1L1C1 +2G1V1L1 )∗8.686,β=wL1C1
反射系数和驻波比
电压反射系数
反射系数
此时需要注意的是反射系数是反射电压/入射电压
终端负载反射系数
Zc：特性阻抗 Zl：负载阻抗
当特性阻抗和负载阻抗相等的时候，此时只有入射没有反射，即 τ 2 \tau_2 τ2为0
反射损耗
需要注意的是，此时是入射电压/反射电压
电压驻波比VSWR
VSWR的取值范围是[1,+∞]，没有反射波的是VSWR为1
相速度*
相速度的定义：单频信号 沿一个方向传输的行波(入射波或者是反射波)前进的速度，或单一频波 的等相位(面)点移动的速度成为相速度, V p V_p Vp
相速度的计算公式为：
V p = ω β V_p = \frac{\omega}{\beta} Vp=βω
对于高频而言
β = ω L 1 C 1 \beta = \omega \sqrt{L_1C_1} β=ωL1C1
所以可以得到对于高频而言的相速度为:
V p = c n V_p = \frac{c}{n} Vp=nc
即与频率无关，也就是无色散波
群速度*
含义：指多频信号包络上，某一恒定相位点推进的速度(能量的传播速度)
群速度的计算
V g = V p 1 − ω V p ∗ d V p d ω V_g = \frac{V_p}{1-\frac{\omega}{V_p}*\frac{dV_p}{d\omega}} Vg=1−Vpω∗dωdVpVp
以 d V p d ω \frac{dV_p}{d\omega} dωdVp为分界点:
等于0的时候，群速度和相速度是相等的，为无色散波
大于0的时候，群速度大于相速度，为负色散波
小于0的时候，群速度小于相速度，为正色散波
双线传输线的工作状态*
行波*
阻抗匹配 ：在有线的电信传输中，信源内阻Zg等于传输线的特性阻抗Zc，特性阻抗Zc等于负载阻抗Zl，此时负载获得最大的功率，成为传输线的阻抗匹配状态，此时传输线工作在行波状态
或者是传输线半无限长的时候，也是行波状态(易漏)
特点：没有反射波，纯行波；电压波和电流波同相(易漏掉)；VSWR=1； τ 2 = 0 \tau_2=0 τ2=0；A=∞，能量全部被负载吸收，传输效率最高，能接收到的最大功率只是发送信号的一半
终端短路或开路的纯驻波*
VSWR无穷大(全反射)，A=0(没有反射损耗，短路)
电磁波的全反射：线路上存在断线或者是短路故障，即Zl为无穷或Zl为0。当电磁波传输到终端的时候，既不能向前传播，也没有负载吸收能量，于是电磁波只能沿着线路从终端开始往回传播，被称为反射，而且是全反射
驻波的特点
① 驻波是简谐振动、并不是传输波 ② 驻波的电压和电流的振幅都是位置Z的函数 ③ 驻波的电压波和电流波相差 π / 2 \pi/2 π/2，所以驻波即没有能量的损耗也没有能量的传递 ④ 驻波的波节两侧是反极性的；两个波节之间是相同极性的
波导
当电磁波向理想导体斜入射 的时候，在理想导体的上半平面，出现由入射波和反射波叠加新城的沿着Z方向的行驻波
在与导体相平行的Z方向(即沿着理想导体的边界)呈行波状态
在与导体垂直的方向上是驻波状态
负载不匹配的行主播*
Zc < Zl < ∞
串音
串音的定义
架空明线或对称电缆，在多回路同时工作的时候，当某一回路在通话的时候可以同时听到相邻回路通话的声音的现象。
串音损耗值越大，其串音功率越小，对相邻回路的串音干扰越小，反之则串音干扰越大
串音损耗
串音损耗越大，串音功率越小
串音防卫度
防卫度越大，防卫能力越强，串音的影响越小
回路
① 被串回路：被串音干扰的回路
② 主串回路：引起串音干扰的回路
③ 近端串音损耗：被串回路发端和主端在相同一端所出现的串音
A 0 = 10 l g P 0 P 00 = L 0 − L 00 ( d B ) A_0 = 10lg\frac{P_0}{P_{00}} = L_0 - L_{00}(dB) A0=10lgP00P0=L0−L00(dB)
P0是主串回路发送端输出有用功率mw；P00是被串回路近端收到的串音功率mw
L0是主串回路发送端输出功率电平dBm；L00是被串回路近端收到的串音功率电平dBm
④ 远端串音损耗：被串回路收端出现串音
A L = 10 l g P 0 P 0 L = L 0 − L 0 L A_L = 10lg\frac{P_0}{P_{0L}} = L_0 - L_{0L} AL=10lgP0LP0=L0−L0L
P0是主串回路发送端输出有用功率mw；P00是被串回路远端收到的串音功率mw
L0是主串回路发送端输出功率电平dBm；L00是被串回路远端收到的串音功率电平dBm
⑤ 远端串音防卫度 A F A_F AF
A F = 10 l g p 2 l p o l = L 2 L − L 0 L = A L − α L ( d B ) A_F = 10lg\frac{p_{2l}}{p_{ol}} = L_{2L}-L{0L}=A_L-\alpha L (dB) AF=10lgpolp2l=L2L−L0L=AL−αL(dB)
金属传输线的应用*
① 对称电缆：构成回路的一对导线的特性是相同的被成为对称电缆。对称电缆用于固定电话的用户线 (双线传输线)
② 同轴电缆：同一轴线上内外两根导体组成，内外导体有绝缘介质。 同轴电缆用于有线电视的入户线以及早期的计算机网络
③ 双绞线：用于计算机网络 (双线传输线) 分为屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线，第五类双绞线最高传输频率100Mbps，最大网段100m，是最常用的以太网电缆
④ 泄露同轴电缆： 用于地铁等地下的设备
⑤ 金属波导：微波通信中天馈线系统的馈线部分
绞式
① 对铰式：两根线扭在一起
② 星铰式：四根线扭在一起(对角线上的是一个回路)
有线传输线的应用*
① 双线传输线：双导体结构，适合传输低频的电磁波，需要考虑阻抗匹配，当相速度不同的时候可能会发生色散现象，多路线聚合的时候会发生串音干扰。
应用：对称电缆用于固定电话的用户线。第五类以上的双绞线用于计算机网络中的局域网的连接
② 同轴电缆：双导体结构，适合传输高频率的电磁波，主模是TEM模式，相速度和频率无关只与传输的介质有关，希望传输TEM模式
应用：适合于大容量传输，适合于早期的计算机网络以及有线电视的入户线
③ 金属波导：中空的单导体结构，电磁波被束缚在中空导体中进行传输，传输TE和TM模式，需要考虑单模传输，适合于高频率大带宽的传输
应用：微波通信系统中的天馈线系统
④ 光纤：光信号被限制在纤芯中进行传输，多模光纤的传输距离近带宽小，单模光纤的传输距离远速率快
应用：多模光纤适合于短距离低速率的传输，例如局域网；单模光纤适合长距离高速率的传输，例如核心骨干网和城域网
波导传输线理论
波导的基本概念
定义
引导和限制电磁波传播的单导体结构的传输线
导波
定义：沿波导进行(传播)的波叫做导行波，简称为导波
导波的特性：
①电磁波的能量被限制在波导内部
②沿波导规定的Z方向前进
③传输效率高
金属波导中只有TE、TM波，不存在TEM波
应用
微波传输系统中的天馈线系统中的"馈线"部分是波导
模式在波导中的传播条件
λ < λ c f > f c \lambda < \lambda_c \\f > f_c λ<λcf>fc
其中 λ \lambda λ和f是工作波长和工作频率。
我们可以简单的总结为工作波长越短越容易传播；工作频率越大越容易传播
对模式而言，模式的截止波长大于工作波长即可传输
矩形波导*
矩形波导中仅仅存在TE和TM波
m和n的含义*
m、n分别是场强沿着x、y向变化的半波个数，即波形极大值的个数
对于 T M m n TM_{mn} TMmn模式而言，m和n的取值均不能为0
截止波长的计算公式
λ c = 2 π k c = 2 ( m a ) 2 + ( n b ) 2 \lambda_c = \frac{2\pi}{k_c} = \frac{2}{\sqrt{(\frac{m}{a})^2 + (\frac{n}{b})^2}} λc=kc2π=(am)2+(bn)2 2
其中 k c k_c kc是截止波束
常见的模式的截止波长为：
①TE10：2a ②TE20：a ③TE01：2b
截止频率的计算公式
f c = c 2 ( m a ) 2 + ( n b ) 2 f_c = \frac{c}{2}\sqrt{(\frac{m}{a})^2 + (\frac{n}{b})^2} fc=2c(am)2+(bn)2
相速度
根据公式 V p = ω β V_p=\frac{\omega}{\beta} Vp=βω，并且此时有 β = 2 π λ 1 − ( λ λ c 2 ) \beta = \frac{2\pi}{\lambda}\sqrt{1-(\frac{\lambda}{\lambda_c^2})} β=λ2π1−(λc2λ) ，并且此时的 β \beta β倍成为相移常数
所以可以有
V p = c 1 − ( λ λ c 2 ) = c 1 − ( f f c 2 ) V_p = \frac{c}{\sqrt{1-(\frac{\lambda}{\lambda_c^2})}} = \frac{c}{\sqrt{1-(\frac{f}{f_c^2})}} Vp=1−(λc2λ) c=1−(fc2f) c
同一波导中，不同的模式，其相速度不同
不同波导中，相同的m和n模式，相速度也不同
相速度和频率有关是色散系统
群速度
V g = d w d β = c 1 − ( λ λ c 2 ) V_g = \frac{dw}{d\beta} = c\sqrt{1-(\frac{\lambda}{\lambda_c^2})} Vg=dβdw=c1−(λc2λ)
波导波长
λ p = V p ∗ T = λ 1 − ( λ λ c 2 ) \lambda_p = V_p*T = \frac{\lambda}{\sqrt{1-(\frac{\lambda}{\lambda_c^2})}} λp=Vp∗T=1−(λc2λ) λ
波阻抗
Z T E = 120 π 1 − ( λ λ c ) 2 Z T M = 120 π 1 − ( λ λ c ) 2 Z_{TE} = \frac{120\pi}{\sqrt{1-(\frac{\lambda}{\lambda_c})^2}} \\ Z_{TM} = 120\pi{\sqrt{1-(\frac{\lambda}{\lambda_c})^2}} ZTE=1−(λcλ)2 120πZTM=120π1−(λcλ)2
矩形波导中可能存在哪些模式
除了 T E 00 TE_{00} TE00模式以外，其他的TE模都可能在矩形波导中存在。
除了 T E 00 , T M 0 n , T M m 0 TE_{00},TM_{0n},TM_{m0} TE00,TM0n,TMm0模以外，其他的 T M m n TM_{mn} TMmn模都可能在矩形波导中存在
单模传输条件*
① 当a > 2b的时候，满足 a < λ \lambda λ < 2a就可以实现单模传输
② 当a < 2b的时候，满足2b < λ \lambda λ <2a就可以实现单模传输
矩形波导的 T E 10 TE_{10} TE10模是主模
模式简并*
T E m n 和 T M m n TE_{mn}和TM_{mn} TEmn和TMmn具有相同的截止波长，我们称其为模式兼并
圆波导*
圆波导中也是存在TE和TM波
圆波导的相速度、群速度、波阻抗和矩形波导相同，但是其截止波长为
λ c = 2 π a μ m n \lambda_c = \frac{2\pi a}{\mu_{mn}} λc=μmn2πa
m和n的取值意义*
m表示导模的场分量在圆周方向上有m对 极大值，n表示在r方向上有n个极大值
n不可以为0
单模传输条件*
2.62 a = λ c T M o 1 < λ 0 < λ c T E 11 = 3.41 a 2.62a=\lambda_{cTM_{o1}}<\lambda_0 < \lambda_{cTE_{11}}=3.41a 2.62a=λcTMo1<λ0<λcTE11=3.41a
此时TE11模为主模(基模)，TM01为次主模，a指的是圆波导的半径
模式兼并*
① T E 0 n 和 T M 1 n TE_{0n}和TM{1n} TE0n和TM1n是模式兼并的
② T E m n 和 T M m n TE_{mn}和TM_{mn} TEmn和TMmn的正弦和余弦模式是极化兼并的
波导传输特性
参数计算
单模传输条件的意义
不同的模式传输速度不同，从而使得同一信号到达接收端产生时延差，从而使得波形被展宽。为了保证通信质量，对通信系统而言，不希望出现多模传输
同轴线
基本结构
同轴线是不对称的双导体传输线
传输特性*
既可以传输高频也可以传输低频
同轴线的TEM波是主模。它既可以传输TEM模也可以传输TE和TM模
需要注意的是，同轴线属于金属传输线，但是不属于金属波导
单模传输条件
λ > π ( a + b ) \lambda > \pi(a+b) λ>π(a+b)
TEM模式是主模；次主模是 T E 11 TE_{11} TE11模， T E M TEM TEM模式是没有截止波长的， π ( a + b ) \pi(a+b) π(a+b)是TE11模式的波长
相速度
V p = ω β = 1 μ 1 ϵ 1 V_p = \frac{\omega}{\beta} = \frac{1}{\mu_1\epsilon_1} Vp=βω=μ1ϵ11
此时的相速度和频率无关，是无色散波的
波导长度
同轴线的波导长度为
λ p = μ 1 ϵ 1 \lambda_p =\sqrt{\frac{\mu_1}{\epsilon_1}} λp=ϵ1μ1
在空气中为120 π \pi π
金属波导知识点总结
主模*
主模：截止波长最大的模式被成为主模；其他的模式都被称为高次模
TEM：同轴线主模
TE10：矩形波导主模
TE11：圆形波导主模
介质光波导理论
光纤光缆的基本概念
光纤结构*
纤芯、包层、涂覆层
工作频段、光纤分类*
微波：300MHZ到300GHZ
光波：1550nm的近红外波
光纤通信系统：采用光波为载波，光纤为传输介质的通信系统 所以光纤通信是近红外波段的
光纤的分类：
三种基本的光纤分类：
① 阶跃型多模光纤 传输路径为折线 信号畸变大 ② 渐变型多模光纤 传输路径为正弦 信号畸变小 ③ 阶跃型单模光纤 传输路径为直线 信号畸变最小
常见的：
① 阶跃型光纤
折射率分布：
a就是纤芯的半径
光能量可以在光纤中传输的必要条件是 n 1 > n 2 n_1>n_2 n1>n2
② 渐变型光纤
相对折射率差
光缆的结构、分类*
光缆是由缆芯、护层和加强芯组成的
分类：层绞式光缆(目前流行)、骨架式光缆(抗压能力强，没有吊线结构的话，光缆受力会使得光纤形变)、中心束管式光缆(抗压能力强)、带状结构光缆(接入网常用)
射线理论分析光纤导光原理
基本概念*
子午面：经过光纤轴线的平面 子午面在光纤横截面上的投影为一过轴心的直线。
子午线：在子午面上并与光纤轴线相交的射线
临界角：
θ c = a r c s i n ( n 2 n 1 ) \theta_c = arcsin(\frac{n_2}{n_1}) θc=arcsin(n1n2)
此时可以进行分类讨论：
① θ i < θ c \theta_i < \theta_c θi<θc的时候，此时有能量从包层泄露出去
② θ i = θ c \theta_i = \theta_c θi=θc，此时处于临界状态，光沿着纤芯和包层的边界进行传输
③ θ i > θ c \theta_i > \theta_c θi>θc，此时光全部被束缚在纤芯内部进行传输，发生全反射现象
当光线从空气耦合进光纤端面的最大入射角：
φ 0 = a r c s i n ( ( n 1 2 − n 2 2 ) \varphi_0 = arcsin(\sqrt{({n_1}^2-{n_2}^2)} φ0=arcsin((n12−n22)
一般的情况满足的要求是：
n 0 s i n φ 0 = ( n 1 2 − n 2 2 ) n_0sin\varphi_0=\sqrt{({n_1}^2-{n_2}^2)} n0sinφ0=(n12−n22)
光线端面的最大入射角为 φ 0 \varphi_0 φ0，当 φ 1 < φ 0 \varphi_1 < \varphi_0 φ1<φ0的时候，光纤就可以发生全反射
光纤对光线最大的可接受角是 2 φ 0 2\varphi_0 2φ0
阶跃光纤中的射线法
数值孔径NA*
定义：入射介质折射率与最大入射角的正弦值之积
N A = n 0 s i n φ 0 = ( n 1 2 − n 2 2 ) NA = n_0sin\varphi_0 =\sqrt{({n_1}^2-{n_2}^2)} NA=n0sinφ0=(n12−n22)
当n1 和n2近似相等的时候 N A = n 1 2 Δ NA = n_1\sqrt{2\Delta} NA=n12Δ
数值孔径的物理意义：反应了光纤接受光的能力。
增大NA，对提高光纤耦合效率有利，但是会使得光纤的另一重要传输特性"通信容量"降低
模场直径*
模场直径的物理意义：光信号的传输质量与通信性能
单模光纤特有的参数
子午光纤最大时延差
渐变光纤中的射线法
本地数值孔径*
某点的数值孔径越大，收集到的光功率就越多。
在光纤的轴线上，折射率最大，数值孔径最大
波动理论分析光纤导光原理
光纤中电磁场分布
LP模的含义：LP模的基本出发点是不考虑TE，TM，HE，EH模的具体区别，仅仅关注它们传输常数，可以证明，若将TE，TM，HE，EH模线性叠加，得到的是直角坐标系中线极化模。
LP模在弱导光纤( n 2 / n 1 ≈ 1 n_2/n_1≈1 n2/n1≈1)中的传播的模式近似为TEM波
LP模式场的横向分量是线偏振的
归一化频率V
V表示归一化频率，它是表示光波频率大小的无量纲的量
V = ( U 2 + W 2 ) 1 / 2 = 2 π n 1 a 2 Δ λ 0 V = (U^2+W^2)^{1/2} = \frac{2\pi n_1a\sqrt{2\Delta}}{\lambda_0} V=(U2+W2)1/2=λ02πn1a2Δ
V与光纤的结构参数a，相对折射率差 Δ \Delta Δ， n 1 n_1 n1以及工作波长有关，对于V做出如下分类讨论：
① V的值越大，说明导波数越多，越容易满足导行条件
② V->∞的时候，导波完全被束缚在纤芯中，在包层为0
U：导波径向归一化相位常数
W：导波径向归一化衰减常数
对于W我们可以做出如下分类：
① W->0的时候，此时包层对导波几乎不衰减，此时被成为导波截止
② W->∞的时候，此时包层对导波的衰减达到最大，此时导波远离截止
③ W = 0的时候，此时属于导波临界截止状态
到导波变为辐射波的时候，我们认为导波截止
LP模传输特性*
Vc表示归一化截止频率
V c = U c = 2 π n 1 a 2 Δ λ c λ c = 2 π n 1 a 2 Δ V c Vc = Uc =\frac{2\pi n_1a\sqrt{2\Delta}}{\lambda_c} \\ \lambda_c = \frac{2\pi n_1a\sqrt{2\Delta}}{Vc} Vc=Uc=λc2πn1a2Δ λc=Vc2πn1a2Δ
当光纤的V<Vc的时候，该模式截止，当V>Vc的时候，该模式可以传输
当工作波长 λ 0 < λ c \lambda_0<\lambda_c λ0<λc的时候，该模式可以传输
LP01模是没有截止波长，无截止情况的
在LPmn模式中，m和n具有明确的物理意义，m表示圆周方向极大值的对数，n表示半径方向极大值的个数
光纤的主模LP01模式，次主模为LP11模式
单模传输条件*
损耗*
损耗的分类
传输信号的衰减，影响光信号传输距离
光本身的传输损耗：吸收损耗、散射损耗
吸收损耗分为：① 本征吸收：红外吸收、紫外吸收 ② 杂质吸收：铁离子、氢氧根离子等
散射损耗分为：① 线性散射：瑞利散射和米氏散射 ② 非线性散射为：受激布里渊散射(存在光能密度超过某一高值)和拉曼散射
光纤使用时候的损耗：接续损耗、弯曲损耗和微弯曲损耗
波动解释：波会有衰减 射线解释：会发生折射现象，不能发生全反射
损耗的解释
瑞利散射：光纤在制造的过程中，由于熔融态玻璃分子的热运动引起其内部结构的密度不均匀和折射率起伏，所以对光产生散射，比光波长小得多的粒子引起的散射
米氏散射：与光波同样大小粒子引起的散射
损耗的计算
光纤损耗系数计算公式：
光纤损耗系数：
α = 10 L l g p ( 0 ) p ( L ) ( d B / k m ) \alpha = \frac{10}{L}lg\frac{p(0)}{p(L)} (dB/km) α=L10lgp(L)p(0)(dB/km)
当工作波长为 λ \lambda λ的时候，在光纤两端相距L的总损耗A为
A ( λ ) = α ( λ ) × L ( d B ) A(\lambda) = \alpha(\lambda) \times L (dB) A(λ)=α(λ)×L(dB)
引起光纤损耗的散射主要是瑞利散射，瑞利散射具有与光波长的四次方成反比的性质，比例系数B和玻璃结构、玻璃组成有关
a R = A / λ 4 a_R = A/\lambda^4 aR=A/λ4
色散*
造成脉冲信号展宽、信号畸变；光纤的色散表示为光脉冲在传输过程中展宽的现象；色散限制了传输带宽，影响了传输速率和传输距离
模式色散
存在于多模光纤中
材料色散
材料色散的计算：
波导色散(与光纤的结构有关)
偏振模色散
单模光纤特有的色散
多模光纤
模式色散、材料色散、波导色散
单模光纤
材料色散、波导色散、偏振模色散
带宽*
L千米光纤带宽的计算：
常见的光纤
单模
G.652光纤：1550nm处的色散比较大
G.653光纤：不适合波分复用
G.654光纤：超低损耗，制造困难
G.655光纤：适合波分复用
G.656光纤：更宽的工作波长
G.657A光纤：弯曲不敏感
多模
G.651光纤是多模光纤的标准
适用于短距离传输、局域网、数据链路和楼内布线等
SDH光同步数字传输网络
SDH基本概念(灵活的电层调度，强大的开销能力)
PDH主要特点：3种地区标准、缺少统一光接口、异步复用需要逐级解复用；用于网络管理开销少
SDH主要特点：标准光接口，强大的网络管理功能，世界统一的数字信号速率和帧结构标准，兼容PDH、灵活的电层调度，强大的开销能力，同步字节复用
同步传输模块STM-N
STM-1；STM-4；STM-16；STM-64
复用方式：字节间插复用
STM-1: 155.520Mbps
STM-N: 155.520Mbps的N倍
块状帧结构：
9 ∗ 270 ∗ N 9*270*N 9∗270∗N字节，段开销(SOH)，管理单元指针(AU-PTR)，信息净负荷(POH)
STM-N帧频8000帧/s，帧周期125us。
STM-1速率计算公式为：
9 ∗ 270 ∗ 8000 ∗ 8 = 155.520 M b p s 9*270*8000*8 = 155.520Mbps 9∗270∗8000∗8=155.520Mbps
光网络以及光缆工程
光通信基本概念
F5G和5G区别
F5G：基于光纤通信的固定通信网络技术 智能化、差异化、快部署、提升用户感知
F5G的应用场景：智能医疗、数据中心、远程办公、物联网
5G：专注于无线技术的移动通信网络技术
OSU OTN
最小PDF 2Mbps接入 单波200Gbps/400Gbps
10GPON
1-5Gbps
GPON
100-500Mbps
波段
C波段和L波段光纤传输损耗最小，所以WDM系统中信号光通常选择在C波段和L波段
C波段：1530nm-1565nm
L波段：1565nm-1625nm
F5G 的三大特征
光通信系统的基本组成
光发送器(信源)、传输介质(信道)、光接收机(信宿)
在发送端电信号通过光发送器转换为光信号，进入传输介质传输，中途可能经过光放大器放大，最后抵达接收端，由光接收器再转换为电信号。
三大发明
半导体激光器、光纤、光放大器
有源器件/无源器件以及作用
有源器件：光发送机、光接收机、光模块、光放大器、EDFA放大器
无源器件：阵列波导光栅、梳状滤波器、耦合器/分光器、隔离器、光纤连接器、光纤适配器
全光传送网
WDM*(大带宽的承载，波长级别的电层调度)
基本概念：把不同的彩光信号（波长）复用到同一根光纤中进行传送，这种方式称为"波分复用"（简称波分）。
工作原理：
分类：CWDM/DWDM
DWDM*
DWDM是将1550nm窗口附近承载不同业务信号的不同波长的光信号耦合到一根光纤中传输，在接收端对其解复用后再分别进行接收。可以将DWDM技术看作是一种"虚拟光纤"技术。
DWDM是在光域上实行的频分复用技术。
OTN
当前的OTN骨干网传输系统主要实现：① 互联网业务 ② 政企专线 也就是可以实现行业用户和企业用户专线等业务、大带宽长距离传输业务
OTN大容量节点调度：
① 光层调度：ROADM调度和OXC调度 ② 电层调度：集群电层调度和传统电层调度
MS-OTN
最小颗粒度为1.25G
OSU-OTN
最基本的WDM/OTN框图以及其各个部分功能
光线路组成部分
① 线路板 ② 合波/分波 ③ 光放大 ④ 光接口 ⑤ 光传输链路
OTN站点类型*
光传输系统主要指标*
光功率：光功率（发光功率、收光功率、接收灵敏度）：光模块发送端发出光能量，经过传输衰减后，到收端的能量需大于接收灵敏度。 接收光功率=发送光功率-衰减
OSNR：光信噪比 O S N R 余量（ d B ） = 接收 O S N R （ d B ）-- O S N R 容限（ d B ） OSNR 余量（dB）=接收 OSNR（dB）--OSNR 容限（dB） OSNR余量（dB）=接收OSNR（dB）--OSNR容限（dB）
色散：光脉冲沿光纤传输时的展宽，导致脉冲与脉冲重叠现象。色散需满足色散容限要求
OTDR工作原理
利用光传播时会发生瑞利散射（Rayleigh backscattering）以及菲涅尔反射（Fresnel reflection）的原理，采集光脉冲的在通路中的背向散射及反射而制成的高精密的光电一体化仪表。
如果发生瑞利散射，则是一条向下倾斜的曲线。如果是菲涅尔反射，则是一个凸起的鼓包。
骨干网新型组网方式*
骨干网络长距组网
影响因素*
提高性能
① 减少跨段距离，减缓OSNR劣化程度
② 使用拉曼放大器，有效提高系统的OSNR值，实现更远距离的传输
城域网
城域网MAN（Metropolitan Area Network），是在一个城市范围内所建立的通信网络
与骨干网的区别：城域网是介于局域网和广域网之间的网络，通常覆盖一个城市或大都市区域，主要用于城市内部的网络互联和数据传输，连接企业、政府、学校等组织的局域网，为本地用户提供高速、稳定的网络服务。而骨干网是支撑整个互联网或大型网络的重要核心网络，负责大规模数据传输，具有高带宽、低延迟和强大的容错能力，连接多个城域网和广域网，起到数据流量中转和汇聚的作用。简单来说，城域网侧重于区域内的互联，而骨干网则是更高层次的网络，确保全国乃至全球范围的网络通信畅通。
全光接入网
名词解释
CO/SN：端局/业务节点
OLT：光线路终端
ODN：光分配网络
ONU：光网络单元
接入网的定义、作用、特点
接入网：家庭和企业用户终端与汇聚层之间的所有有源和无源设备
接入网的光纤选择：双绞线(电话线)、同轴电缆(电视线)、LAN网线、光纤
F5G全光接入网基本结构
全光接入网部件和主要功能*
智能管理平台：具有管理、控制、分析等功能
光线路终端OLT：① OLT位于根节点，通过PON或者是ODN和 各个ONU相连接 ② 在下行方向(即ONU方向)，OLT提供面向无源光纤网络的光纤接口(PON口) ③在上行方向(即向城域骨干网方向)，OLT将提供GE接口或者是10GE以太网的高速接口
光分配网络ODN：在OLT和ONU/ONT之间提供光传输通道。 ODN从局端到客户端两点三线：光分配点、用户接入点、馈线天线、配线天线和用户光缆
ONU设备：ONU是无源光网络的信息接入设备，可以提供各种各样的接入服务类型，并且提供10GE、GE、FE、POTS、WIFI、PoE、CATV、USB等接口，其中10GE、GE、FE、WIFI是可以上网的
ONT：光网络终端，在终端设备，通常部署在用户家中或办公室，用于连接光纤到用户终端设备，主要作用是光电转换和带宽接入
主从光猫：主光猫 通常是连接到光纤网络并负责调制解调的设备，而 从光猫 则用来扩展网络覆盖范围或增加端口数量
F5G全光接入网逻辑架构
网络层、业务层、接入cp层、管控析层
ODN中是否含有有源
PON
在OLT和ONU之间没有任何有源的设备而只使用光纤等无源器件。
特点：覆盖范围和传输距离更小，可靠性更高，价格更低，安装维护更方便，透明性更好
PON的标准使用的光波长位于红外光波段
只有TDM PON规模商用，不加前缀的PON通常指的是TDM PON
PON的分类
APON：ATM信元承载的技术
EPON：上下对称1.25Gbps传输速率，以太帧承载的技术
GPON：通用帧承载的技术
AON
用有源设备或网络系统的ODT代替无源光网络中的ODN
特点：传输距离和容量大大增加，灵活性大，但是需要供电
ONU的位置可以将OAN分为三种应用类型
① FTTC：光纤到路边
② FTTB：光纤到大楼
③ FTTH/O：光纤到家/办公室(应用最广泛)
距离
OLT到ONU之间的距离实际上是PON的传输距离
EPON(PON)的工作原理*
① 下行采用广播技术：OLT给ONU分配一个唯一的LLID，OLT以广播的方式发送信息到所有的ONU，ONU接收数据的时候，仅仅接收符合自己的LLID的帧或者是广播帧。
所有用户终端共享OLT和光纤，所以每个用户终端的可用带宽也是共享的。可共享的总带宽取决于分光器的分支比。例如EPON分支比为1：32的时候，每个ONU的平均可用带宽为32Mbps(1250/32)
② 上行采用TDMA技术：每个ONU在由OLT统一分配的时隙中发送数据，避免了各个ONU上行数据之间的碰撞。
光缆线路工程以及电缆线路工程(工程设计)
OTDR的功能
一般用于测量光纤的衰减和损耗、故障点位置光纤的长度以及沿线长度损耗点的分布情况
OTDR的原理
由OTDR光源发送一个检测光到光纤，然后通过检测该光纤上返回的微弱信号得到OTDR曲线，不同的光纤状态返回光强度不同，根据曲线判断，可以判断光纤的损耗、故障
设t为入射和反射来回用的时间，c是光速，n1是光纤纤芯折射率，则测量距离可以计算为：
L = t × c 2 n 1 L = \frac{t \times c}{2n_1} L=2n1t×c
光源、光功率计对全程光纤损耗(插入法)
光缆敷设方式
管道、直埋、架空、水底
中继段长度的计算
衰减受限距离
色散受限距离
中继段个数计算
(距离/中继距离)向下取整
光纤的使用
核心网络建设的时候可以选用G.655或者是G.656光纤(适合波分复用)
城域本地网建设的适合可以选用G.652或者是G.656光纤(传播距离远，速度快)
光纤接续损耗来源
操作不当和光纤参数不一致(轴芯错位、端面倾斜、纤芯变形等)
非技术因素考虑
无线通信传输基本理论
电磁波在自由空间的传播*
传播特征：① 直线传播：电磁波在均匀介质中沿着直线传播，具有光似性(微波通信是视距直线传播)
② 绕射：电磁波具有一定的绕射能力，所以可以绕过高低不平的地面或者一定高度的障碍物然后到达接受点
③ 反射和折射 ④ 电波的干涉
按照传输特性参数随外界因素影响变化的快慢，信道可分为恒参信道和变参信道
恒参信道：有线信道 变参信道：无线信道
无线传输基本理论*
无线通信是利用电磁波可以在空间中传播的特性，进行信息交换的一种通信方式
➢无线通信传输的是信息，电磁波只是载体（相当于邮差）
无限传输损耗
自由空间传播损耗*
在整个无线传输损耗中占绝大部分
自由空间本身不吸收电磁能量，是由辐射能量的扩散引起的
自由空间传播损耗定义为：
如果由发送增益和接收增益：
单位换算：
自然现象引起的损耗
① 大气吸收损耗
② 雨雾引起的散射损耗
③ 大气折射引起的损耗：自由空间是均匀媒质，大气不是均匀媒质，传播路径出现弯曲
④ 电离层、对流层给闪烁引起的损耗
多径传播引起的损耗*
地面和环境设施对信号的反射，会造成信号的多径传播。对于天线高度低、增益小的移动终端更容易出现这样的情况
衰落因子：取值范围[0,2]
无线传输模型
定义：传播模型可以理解为一种数学公式，利用这些模型，可以估算一些传播环境中的传播损耗和其他有关的传播参数
意义：为了了解和掌握无线电波的传播规律，把握传播损耗与空间之间的关系，给通信系统的规划和设计提供依据，需要建立无线电波的传播模型
无线信道中的噪声*
无线信道中的噪声是客观存在的，且基本上难以消除的。
按噪声来源分类：
人为噪声：人类活动所产生的噪声
自然噪声：自然界中存在的各种噪声
人为噪声和自然噪声被成为外部噪声(突发性短促脉冲)，频谱覆盖整个无限波段，能量谱集中在20MHZ以下的波段，对米波以上不会有干扰
内部噪声：通信设备本身存在的噪声
按噪声性质分类：
单频噪声：电磁干扰，频谱特性单一/窄带谱
脉冲噪声：时域上无规则脉冲
起伏噪声：频带宽，是影响通信性能的主要因素。讨论噪声对通信系统的影响的适合，主要考虑起伏噪声(主要热噪声)
起伏噪声是连续波随机噪声，分为热噪声、散弹噪声、宇宙噪声
衰落*
衰落的定义为：电磁波在传播过程中，由于传播介质以及传播途径随时间变化而引起的接收信号强弱变化的现象
原因
气象条件的不稳定变化引起
多径传播引起的衰落
衰减：线性减少 衰落：强弱变化
按衰落周期时间分类
慢衰落：衰落周期以秒计算 大气折射的缓慢变化引起的
快衰落：衰落次数约为30-40次/秒 大气中存在的波导、湍流和多径传播有关
抗衰落技术*
分集技术：将同一个信号在发射端分散发送，接收端接收的技术
自适应均衡技术：均衡器幅频特性和信道特性动态互补
多址连接*
多址连接和多路复用
多路复用是一条信道被不同信号共用的问题(两个站点之间同一条信道发送不同信号互不干扰的技术)
多址连接的目的是实现多个站之间的相互通信问题
多址连接的分类
FDMA：频分复用：将传输频段分为宽的互不干扰的子频段
TDMA：时分复用：在传输频带速度最大值一定的情况下，将传输时间分为若干个时间间隙
CDMA：码分复用 具有很强的抗干扰能力和保密性：利用信号结构的正交性来判断多址
SDMA：空分复用 一般不单独使用，和FDMA、TDMA、CDMA结合使用：卫星天线有很多的窄波束(点波束)指向不同的方向，可以根据波束指向的不同方向来判断地球站的位置
微波通信传输信道特征
微波中继传输系统
微波频段300M-300GHZ，波长为1m-1mm
无限传播方式：视距直线传播
微波中继传输系统 通信容量大(不是和光纤通信对比)，投资费用省，建设速度快，抗灾能力强
微波传输系统的组成*
微波传输线路组成
天馈线系统
定向天线发出平行平面波
分为两种天线：
①抛物面天线
②卡塞格林天线：主反射面、副反射面、辐射器
菲涅耳区的原理
惠更斯原理
惠更斯菲涅尔原理：关于光波或电磁波波动性学说：光和电磁波都是一种振动，振动源周围的媒质是有弹性的，故一点的振动可通过媒质传递给邻近的质点，并依次向外扩展，而成为在媒质中传播的波。
菲涅耳区的概念和特点
无遮挡的时候，各个菲涅耳区在R点处产生的总场强为
E = E 1 − E 2 + E 3 − E 4 + . . . = 1 2 E 1 E = E_1-E_2+E_3-E_4+...=\frac{1}{2}E_1 E=E1−E2+E3−E4+...=21E1
菲涅耳区半径计算公式：
F n = n λ d 1 d 2 d F 1 = λ d 1 d 2 d F_n = \sqrt{\frac{n\lambda d_1d_2}{d}} \\ F_1 = \sqrt{\frac{\lambda d_1d_2}{d}} Fn=dnλd1d2 F1=dλd1d2
余隙
定义：障碍物顶端到TR线的垂直距离hc
障碍物在TR线之下，hc为正被称为正余隙；如果在TR线之上，hc为负数，被称为负余隙
自由空间余隙 h 0 = 0.577 F 1 h_0=0.577F_1 h0=0.577F1，此时阻挡引起损耗正好是0dB
微波链路设计：自由空间余隙/第一菲尼尔区内不存在任何障碍物
遮挡条件下接收功率计算：
P R ( d B m ) = P T ( d B m ) + G T + G R − L r − L t − L p − L P_R(dBm)=P_T(dBm) + G_T+G_R-L_r-L_t-L_p-L PR(dBm)=PT(dBm)+GT+GR−Lr−Lt−Lp−L
其中PT是发送功率，GT和GR是收发天线的增益，Lr和Lt是收发天线馈线系统损耗，L是遮挡损耗
大气对无线电波的折射
通过折射率梯度可以确定电波射线的曲率半径以及开口方向
等效地球半径
等效地球半径 R e R_e Re，K是等效地球半径系数
K = R e R K = \frac{R_e}{R} K=RRe
等效地球半径的定义：电波直射线分析的结果不成立，使用弯曲线分析又相当的困难，为了解决这一个问题，在工程上引入等效地球半径的概念。引入Re后，可以把电波仍然视为直射线。
等效条件：等效前后电磁射线轨迹上各点与地面之间垂直距离处处不变。或者说是电波路径和地面之曲率差应相等。
我们可以总结一下规律如下：
当 d n d h > 0 的时候，此时是开口向上的抛物线， ρ < 0 ， K < 1 负折射 当 d n d h = 0 的时候，此时是一条直线， ρ = ∞ ， K = 1 无折射 当 d n d h < 0 的时候，此时是开口向下的抛物线， ρ > 0 ， K = 4 3 标准折射 当\frac{dn}{dh}>0的时候，此时是开口向上的抛物线，ρ<0，K<1 负折射\\ 当\frac{dn}{dh}=0的时候，此时是一条直线，ρ=∞，K=1 无折射\\ 当\frac{dn}{dh}<0的时候，此时是开口向下的抛物线，ρ>0，K=\frac{4}{3} 标准折射 当dhdn>0的时候，此时是开口向上的抛物线，ρ<0，K<1负折射当dhdn=0的时候，此时是一条直线，ρ=∞，K=1无折射当dhdn<0的时候，此时是开口向下的抛物线，ρ>0，K=34标准折射
地面凸起高度计算
无折射凸起高度
h = d 1 d 2 2 R h = \frac{d_1d_2}{2R} h=2Rd1d2
R是地球的半径
有折射凸起高度
h e = d 1 d 2 2 K R h_e = \frac{d_1d_2}{2KR} he=2KRd1d2
等效天线最小高度计算
无障碍物(中点为反射点)
H m i n = h 0 + h e H_{min} = h_0+h_e Hmin=h0+he
有障碍物
此时需要考虑中点和所有反射点后比较选择最高
H m i n = h 0 + h e + h x H_{min} = h_0+h_e+h_x Hmin=h0+he+hx
工作频率提高，天线高度可以降低
卫星通信
系统组成
地面段：所有的地球站、用户终端设备
空间段：通信卫星(中继放大和转发作用)和地面的卫星控制中心，跟踪、遥测以及指令站
多址接入技术
频分多址，时分多址，空分多址(点波束)
优缺点
优点：(与地面微波比)
① 通信距离远，且成本和距离无关
② 覆盖面积大，可以进行多址通信
③ 通信频带宽，传输容量大
④ 通信灵活性好
⑤ 通信质量好
缺点：
① 信号传输时延大
② 外界干扰噪声多
③ 控制较为复杂
接收机载噪比C/N
决定一条卫星通信线路传输质量的主要指标(接收系统输入端的载波功率与噪声功率之比，简称载噪比)
C N = P T + G T − L t − L p − L a − L R − L r − k T r B \frac{C}{N}=P_T+G_T-L_t-L_p-L_a-L_R-L_r-kT_rB NC=PT+GT−Lt−Lp−La−LR−Lr−kTrB
卫星有效全向辐射功率:
E I R P = P T + G T EIRP = P_T+G_T EIRP=PT+GT
P T 是发送机输出， G T 是发送增益。 ( 这俩也可以是接收的 ) ， G R 是接收站的增益， k 一般是 − 228.6 d B w / ( K ∗ H Z ) P_T是发送机输出，G_T是发送增益。(这俩也可以是接收的)，G_R是接收站的增益，k一般是-228.6dBw/(K*HZ) PT是发送机输出，GT是发送增益。(这俩也可以是接收的)，GR是接收站的增益，k一般是−228.6dBw/(K∗HZ)
同时，也可以写成
C N = 10 l g C N = [ E I R P ] + [ G R T r ] − [ L ] − [ k ] − [ B ] \frac{C}{N} = 10lg\frac{C}{N} = [EIRP] + [\frac{G_R}{T_r}] - [L] - [k] - [B] NC=10lgNC=[EIRP]+[TrGR]−[L]−[k]−[B]
并且，此时 [ G R T r ] = [ G R ] − [ T r ] [\frac{G_R}{T_r}]=[G_R]-[T_r] [TrGR]=[GR]−[Tr]，此时G/T的值直接关系到卫星接收性能的好坏，不必考虑带宽，可以把G/T成为卫星接收机性能指数或者是品质指数
C/T 计算
C/T相当于是C/N的另一种表达形式
C T = C N + k + B \frac{C}{T}=\frac{C}{N}+k+B TC=NC+k+B
B：接收系统带宽
卫星传输系统的全线路传输质量主要决定于上行、下行线路和交调噪声对应的C/T值
课后习题
第一章
简要描述有线信道和无线信道各自的特点
有线信道：
①需要人造传输媒质来传输信号
②理想导体(传输线)内部的电磁场都等于0，所以电磁波只能在导体周围的有限空间内沿着有线介质定向传播
③有线信道无失真传输条件为：幅频响应为常数，相频响应为一条过原点的直线
④有线信道相较于无线信道而言：灵活性较差但是传输质量和传输特性较为稳定
无线信道：
①无线信道是利用电磁波在大气层的传播来实现的
②不受导线控制，具有方便灵活，通信者可移动等优点
③无线信道对信号的衰减随时间变化，对传输的时延也随时间变化，并且存在多径传播
④运载信息能力和信道带宽成正比。信号的载波频率越大，信道的带宽就越大
简述绝对电平和相对电平的意义以及两者之间的关系
相对电平：
如果任意选择一点的功率、电压和电流作为基准值，则所求得的某一点的电平
以功率为例
L P = 10 l g P 1 P 2 L_P = 10lg\frac{P_1}{P_2} LP=10lgP2P1
其中 P 1 P_1 P1就是被测点的功率， P 2 P_2 P2就是某参考点的电平
绝对电平：
绝对电平和相对电平不同的是：基准值是固定值而不是任意值
以功率为例，相对于基准功率1mW的某一点功率电平被称为绝对功率电平：
L P = 10 l g P X ( m W ) 1 m W L_P = 10lg\frac{P_X(mW)}{1mW} LP=10lg1mWPX(mW)
0dbW=30dBm
三四题为计算题
第二章
什么是长线和短线
长线的定义是：
L > λ m i n 100 L > \frac{\lambda_{min}}{100} L>100λmin
短线的定义是：
L < λ m i n 100 L<\frac{\lambda_{min}}{100} L<100λmin
其中L是传输线的几何长度， λ m i n \lambda_{min} λmin是工作波段中的最小波长
如何理解相速度、群速度、色散，他们之间有什么联系
①相速度：
单频信号沿着某一个方向前进的速度或单一频波的等相位面移动的速度被成为相速度 V P V_P VP
相速度的计算公式：
V P = ω β V_P = \frac{\omega}{\beta} VP=βω
②群速度：
在多频信号包络上，某一恒定相位点移动的速度被称为群速度 V g V_g Vg
群速度的计算公式为：
V g = V P 1 − ω V P d V P d w V_g = \frac{V_P}{1-\frac{\omega}{V_P}\frac{dV_P}{dw}} Vg=1−VPωdwdVPVP
③色散
当不同频率的信号经过传输线时候，信号到达接收端的时间不一样，会出现时间展宽现象，这个现象被成为色散现象。
④ 关系：
d V P d w = 0 \frac{dV_P}{dw}=0 dwdVP=0的时候，相速度和频率无关，此时群速度和相速度相等，是无色散波
d V P d w < 0 \frac{dV_P}{dw}<0 dwdVP<0的时候，频率越高相速度越小，此时群速度小于相速度，是正色散波
d V P d w > 0 \frac{dV_P}{dw}>0 dwdVP>0的时候，频率越高相速度越大，此时群速度大于相速度，是负色散波
双线传输线一般有几种工作状态，各有什么特点
① 行波工作状态
此时处于阻抗匹配工作状态，即系统的负载阻抗 Z L Z_L ZL和信源内阻 Z g Z_g Zg和特性阻抗 Z c Z_c Zc相等的时候，此时双线传输线工作在行波状态。
此时负载的功率最大，传输线的传输效率最高，但是最高也只有发送功率的一半；此时电磁波只有入射波没有反射波，即A=∞，VSWR=1， τ 2 \tau_2 τ2=0，电流波和电压波同相。
或者是传输线为半无限长的时候，也工作在行波状态
② 驻波工作状态
当传输线上发生短路或者断路的时候，此时工作在驻波状态，此时 Z L 等于 0 或者是 ∞ Z_L等于0或者是∞ ZL等于0或者是∞，此时A=0，VSWR=∞
③ 行驻波工作状态
此时 Z c < Z L < ∞ Z_c<Z_L<∞ Zc<ZL<∞，则反射情况必然存在，但是也不会发生全反射现象，叠加形成行驻波
通信回路的串音损耗和串音防卫度的物理意义是什么
串音损耗：当串音损耗越大的时候，串音功率就会越小，此时对相邻回路的干扰就会越小，线路就会越好
串音防卫度：串音防卫度越高，队相邻回路的干扰就越小
后面是计算题
第三章(计算题)
第四章(计算题)
第五章
简要描述光纤的主要参数和含义
光纤的主要参数分为几何参数、数值孔径、模场直径、截止波长
①几何参数：几何参数有纤芯直径(多模光纤)、外径(多/单模光纤)、芯/包层同心度和不圆度
②数值孔径：一般是用于多模光纤
描述的是光纤吸收光的能力，计算公式为
N A = n 1 2 − n 2 2 NA = \sqrt{n_1^2-n_2^2} NA=n12−n22
数值孔径并不是越大越好，当数值孔径越大的时候，光纤的另一个指标通信容量就会越小。
③模场直径：单模光纤特有的参数。在基模场 E 01 ( r ) E_{01}(r) E01(r)传输函数和横轴径向r的关系曲线上两个1/e点之间的宽度就是模场直径
④截止波长
单模光纤保证单模传输的条件
理论截止波长 λ c t \lambda_ct λct，光纤截止波长 λ c \lambda_c λc，成缆光纤截止波长 λ c c \lambda_{cc} λcc，跳线光纤的截止波长 λ c j \lambda_{cj} λcj
四种截止波长的关系为 λ c t > λ c > λ c j > λ c c \lambda_{ct}>\lambda_c>\lambda_{cj}>\lambda_{cc} λct>λc>λcj>λcc
简要描述活动连接器、光衰减器、光缆接头盒、光配线架、光缆交接箱的特点和用途(有的是非考纲)
活动连接器：活动连接器是一种用于光纤连接的器件，通常用于光纤与设备或光纤与光纤之间的可拆卸连接。它具备插拔方便、损耗低、重复性好等特点，广泛应用于光纤通信系统、光纤传感器等领域。
光衰减器：光衰减器是一种用于减少光信号强度的无源器件，可以精确调节光纤链路中的光功率。其特点是衰减量可控、稳定性高，主要用于长距离传输或设备对光功率有特定要求的场合，防止光信号过强损坏设备。
光缆接头盒：光缆接头盒是一种用于保护光缆接续点的设备，提供机械保护和环境密封，防止接头受外部因素影响。它的特点是密封性强、容量大，主要用于光缆敷设过程中中间接续点的保护和维护。
光配线架：光配线架是一种用于光纤通信系统中光纤的端接、分配和管理的设备。它具备端口标识清晰、操作方便、布线整齐等特点，广泛用于机房或数据中心的光纤分配和调度。
光缆交接箱：光缆交接箱是一种用于室外光缆分配和交接的设备，提供光纤接续、存储及调度功能。其特点是结构坚固、适应恶劣环境，主要用于光缆与用户光纤的连接点，方便光网络的分配和维护。
第六章
简要描述光通信的发展历程，并给出你的想法、感受和收获
烽火台 - 电话 - 激光概念 - 红宝石激光器 - 光纤 - 光纤放大器/波分复用
根据自己的了解，你认为F5G队当前人类社会带来哪些改变和影响
围绕F5G的智能化、差异化、快部署、提升用户感知方面进行回答
同时结合F5G的FFC(全光连接)，eFBB(固定增强带宽)，GRE(可靠的用户体验)
简要回答光通信系统的基本组成以及各部分作用
光通信系统的基本组成是光发送机，光接收机，以及传输介质。
光发送机将电信号转换为光信号后送入到传输线路中，在传输线路的过程中可能存在光放大器，然后在接收端光接收机将光信号重新转换为电信号。
谈谈你对光通信的有源器件和无源器件的理解*
有源和无源的区别在于是否需要电源
有源器件：光发送机、光接收机、光放大器
①光发送机的作用是将电信号加载到光源所发出的光波上，从而在光纤中进行传输。
②光接收机的作用是以最小的附加噪声和失真恢复处光载波携带的信息。光接收机的作用是检测微弱的光信号后重新整合为电信号
③光放大器：在光域上直接提升信号功率。分为EDFA(掺铒光纤)放大器，RA(拉曼)放大器，SOA(半导体)放大器
无源器件：光纤连接器、光分路/耦合器、光衰减器、光缆接头盒
①光纤连接器：实现光纤之间活动连接的无源器件，将光纤和各种器件连接
②光分路/耦合器：功能相反的无源器件，按照特定比例将不同端口的功率分开或者合波，不能进行波长的选择(和复用器的差异)
③光衰减器：光衰减器是一种用于减少光信号强度的无源器件，可以精确调节光纤链路中的光功率。防止光信号过强破坏仪器，光通信系统和测试系统指标
④光缆接头盒：光缆接头盒是一种用于保护光缆接续点的设备，提供机械保护和环境密封，防止接头受外部因素影响
简要分析现代光通信三项技术在光传送网中的作用
光源：半导体激光器
信道：低损耗光纤
中继：掺铒光纤放大器(EDFA)
什么是DWDM？主要特点是什么？
DWDM是密集波分复用，将1550nm附近业务的多种彩色的光在发送端通过合光器合成白光后在同一根光纤中进行传输，然后在接收端处将白光通过分光器分成多种彩光。
分为80波系统和40波系统。80波系统的波中心距离0.4nm；40波系统的波中心距离0.8nm
可以将DWDM技术看作是一种"虚拟光纤"技术。
DWDM是在光域上实行的频分复用技术。
为什么要引入OTN？简要分析OTN和SDH、WDM的关系
早期的OTN是用来解决SDH的大带宽长距离的传输任务，业务先承载在SDH上，再由SDH承载到OTN上面。SDH解决小颗粒度的任务，OTN定义波长级的交叉调度。
OTN同时将支路板和线路板进行分离，在支路板上进行业务的接入，然后通过光层调度到线路板上进行OTN的封装成帧，这样可以提高带宽的利用率。
OTN和WDM可以组成WDM/OTN的通信系统，在这个通信系统中的组成部分如下：
① 支路板：用于业务的接入 ② OLU波长转换板：用于业务的接入以及光层的调度 ③ 交叉板：用于业务交叉调度 ④ 线路板：负责OTN的成帧 ⑤ MUX：光合波器 ⑥ DMUX：光分波器 ⑦ FIU：光纤和设备连接 ⑧ OA：光线路放大
OTN系统的主要站点有哪些？各自有什么作用*(难背)
OTN的主要站点有：OTM、OADM、OLA、REG
OTM：光终端复用站，完成网络末端用户业务的上下
OADM：完成本地业务的上下，以及到其他方向业务的调度
OLA：完成线路光信号放大
REG：中继站完成分波、光电转换以及电信号整形
OTN骨干网采用什么方式组网，有什么好处
① Mesh化组网方式：各个骨干网节点灵活连接，自主选择最短路由
② 扁平化组网方式：将一些DC业务节点、其他业务节点也纳入到骨干网中，不需要接到网络层进行转发处理，降低网络的层次
③ 立体化组网方式：骨干网核心节点之间流量较大，建立一条高速高质量链路
影响OTN骨干网长距离传输的因素有哪些，采用的是什么技术？
影响因素有：OSNR容限、光放大器的噪声系数、系统代价(非线性、色散等因素)
OSNR容限：线路侧的OSNR容限越低，则系统的OSNR容限越低，则可以传输更远的距离
光放大器的噪声系数：光放大器的噪声系数越小，则通过每一个光放大器的OSNR下降就越小，就可以传输更多的跨段
系统代价越小，OSNR的余量就越多
采用何种技术进行处理：① 减少跨段，使得OSRN减少的较少 ② 使用拉曼放大器，放大OSNR
城域智能全光网采用什么组网策略？
采用四点+一个管控部件的策略
四点：全光流量接入点、全光业务接入点、全光调度、全光云接入点
简要说明什么是接入网，有何作用和特点
接入网是家庭和企业用户终端与汇聚层之间的有源和无源设备，通过各种传输介质(光纤、双绞线、同轴电缆、LAN网线)为用户提供各种业务。
接入网的作用：业务接入、汇聚上传
接入网的特点：业务接口丰富、接入方式灵活、覆盖范围广
用简洁的文字描述你对OAN、PON的理解
OAN：光接入网，是在接入网中采用光纤为主要传输媒质来实现信息传送的网络形式。不是传统意义的光纤传输系统，而是针对接入网环境设计的光纤传输系统。
AON：利用有源设备或者系统的ODT代替ODN，传输距离与覆盖范围都比较大，灵活性比较强，但是需要电源
PON：在OLT到ONU之间使用光纤等无源设备，传输距离与覆盖范围比较小，对各种业务透明，易于升级和管理
全光接入网有哪些部件？其主要作用各是什么
① 智能管理平台：负责管理、控制、分析的功能
② OLT：OLT位于根节点，利用无源光纤通信网络接口(PON)或者是ODN与ONU进行连接。对于下行方向，即面向ONU方向，OLT提供无源光纤通信网络接口PON口；对于上行方向，即面向城域骨干网方向，OLT提供GE/10GE的高速以太网接口
③ ODN：在OLT和ONU之间的光传输通道。分为两点三点：光分配点、用户接入点、馈线光缆、配线光缆和用户光缆
④ ONU：无源光网络的用户接入设备，可以提供GE、10GE、FE、WIFI等接口
⑤ ONT：光网络终端，在终端设备，通常部署在用户家中或办公室，用于连接光纤到用户终端设备，主要作用是光电转换和带宽接入
⑥ 主从光猫：主光猫 通常是连接到光纤网络并负责调制解调的设备，而 从光猫 则用来扩展网络覆盖范围或增加端口数量
用文字简要描述EPON的结构和工作原理
EPON是利用以太帧的
① 下行采用广播技术：OLT给ONU分配一个唯一的LLID，OLT以广播的方式发送信息到所有的ONU，ONU接收数据的时候，仅仅接收符合自己的LLID的帧或者是广播帧
② 上行采用TDMA技术：每个ONU在由OLT统一分配的时隙中发送数据，避免了各个ONU上行数据之间的碰撞
第七章
第八章
为什么会产生自由空间传播损耗
当电磁波离开天线的时候，就会向着四面八方进行扩散，随着传播距离的增加，电磁波能量分布在越来越大的面积上，在天线辐射总能量一定的时候，距离天线越远，空间电磁场就越来越弱
如何理解衰减和衰落，无线电波传播中常见的损耗和衰落有哪些
衰减：(线性)减少 衰落：强弱变换
常见的损耗：自由空间传播损耗、大气吸收损耗、雨雾引起的损耗、电磁波折射引起的损耗、对流层电离层闪烁引起的损耗
衰落的产生原因：由于气候不均匀引起的衰落、由于多径传输引起的衰落
工程中按照快衰落的产生机制分为：① K型衰落 ② 波导型衰落 ③ 闪烁衰落 ④ 散射型衰落 ⑤ 大气雨雾的吸收衰落
简要辨析多址和复用
多址连接：实现多个站点之间的相互通信
多路复用：一条信道被不同信号公用的问题
第十章
通信卫星有哪些运行轨道？ 静止卫星轨道上的卫星一定是静止的吗？为什么
按照卫星轨道的倾角来分： 赤道轨道、极轨道、倾斜轨道
按照卫星距离地面最大高度h来分：低轨道、中轨道、高轨道
静止卫星轨道上的卫星并不是静止的，它运行方向和地球自转方向相同且和地球自传一周的时间相同，从地球看去，卫星就如同是静止的一般。