光纤通信的简介

现代通信技术辅导6第六章光纤通信一、知识点•光纤通信概述。•光纤与光缆。•光纤通信系统。二、重点难点内容（一）光纤通信概述本节介绍光纤通信的概念、发展、实用工作窗日以及光纤通信的特点。光纤即为光导纤维的简称。光纤通信是以光纤为传输媒质，以光信号为信息载体的通信方式。光纤通信的发展史1966年，英籍华人高馄指出：如果能够减少玻璃中的杂质含量，就可以制造出损耗低于20dB/km的光纤。1970年是使光纤通信发展出现跨越的一年，美国康宁公司研制出了损耗系数为20dB/km的光纤。同年，美贝尔公司研制出使用寿命长达几小时的半导体激光器，光纤通信从此进入飞速发展。通过以上的发展时期可以把光纤通信的发展归纳为三个阶段：1966〜1976年：从基础研究到商业应用的开发时期；1976〜1986年：以提高传输速率和增加传输距离为目的和大力推广的发展阶段；1986〜1996年：以实现超大容量超长距离为目标，全面深入开展新技术的援救阶段。目前光纤通信的实用工作波长光纤通信传输的信号是光波信号，光波是人们熟悉的电磁波，其波长在微米级，频率为1014Hz〜1015Hz数量级。根据电磁波潜可知，紫外线、可见光、红外线均属于光波的范畴，目前光纤通信使用的波长范围是在近红外区，即波长为0.8卩m〜1.8卩m。可分为短波长波段和长波长波段，短波长波段是指波长为0.85卩m,长波长波段是指波长为1.31卩m和1.55卩m,这是目前光纤通信所采用的只个工作波长，也叫工作窗口。光纤通信的特点目前光纤通信己经成为通信中的最主要的传输技术，以下优点。(l)传输频带宽，通信容量大由信氨论知道，载波频率越高，通信容量越大。它与其他通信传输系统相比，具有目前光纤通信使用的光载波频率在1014Hz〜1015Hz数量级，比常用的微波频率高104倍〜105倍，因而，通信容量原则上比微披通信高104倍〜105倍。(2)传输衰减小，传输距离长普通传输线的传输损耗，主要是由铜线的电阻以及导线间电容的漏电引起的，要想降低损耗，就得增大传输线的尺寸。而光纤传输损耗不同于普通传输线，其损耗几乎与光纤尺寸无关，且在使用的光波段内，光纤对每一频率的损耗几乎是相同的，提高纯度可以降低损耗。目前，通信用的普通石英光纤损耗一般都低于l0dB/km。使用1・55波长时，损耗可以降为0.2dB/km。(3)抗电磁十扰，传输质量好制造光纤的材料石英是绝缘介质，它不受输电线、电气化铁路的馈电线和高压设备等电器干扰的影响，不会在光纤中产生感应电磁干扰，也可避免雷电等自然因素产生的损害和危险。(4)体积小、重量轻、便于施光纤真正传光的是线芯，多模光纤的线芯直径为50卩m〜85卩m,单模光纤的线芯直径为5卩m〜10卩m,国际上规定通信光纤的包层自径为125卩m,当然，外面还要有保护层，再将若干光纤制成光缆。与电缆相比，无论是尺寸还是重量都少得多，由于光缆线径细，重量轻，可以节约地下管道建设投资，而且便于敷设、运输和施工。(5)原材料丰富，节约有色金属有利于环保制造光纤的原材料是石英，材料丰富，并且可以代替光缆的铜线或铝线，节约有色金属，也有利于环保。光纤本身也有缺点：如光纤质地脆，机械强度低；光纤的切断和接续需要一定的工具设备和技术，光缆的歪曲半径不能过小等等。但总的说来，光纤技术比其他通信方式优越，大力发展光纤通信己成趋势。光纤与光缆本节介绍光纤的结构与分类、光纤的导光原理、光缆的结构与分类、光纤的损耗和色散。1.光纤的结构与分类1）光纤的结构目前通信用的光纤大多采用石英玻璃（SiO2）制成的横截面很小的双层同心圆柱体，未经涂覆和套塑时称为裸光纤，如1所示。从图l中可以看出，光纤由纤芯和包层两部分组成，纤芯的材料是SiO2,掺杂微量的其他材料，掺杂的作用是为了提高材料的光折射率。包层的材料一般用纯SiO2,也有掺杂的，掺杂的作用是降低材料的光折射率。所以纤芯的折射率略高于包层的折射率，目的在于使进入光纤的光有可能全部限制在纤芯内部传输。由于石英玻璃质地脆、易断裂，为保护光纤不受损害，提高抗拉度，一般需要在裸光纤外面指经过两次涂敷。它的剖面结构如图2所示。包层图一光纤的结构图图从图2中可以看出：纤芯位于光纤中心，直径Qa）为5卩m〜75卩m,作用是传输光波。包层位于纤芯外层，直径（b）为100卩m〜150卩m,作用是将光波限制在纤芯中。为了使光波在纤芯中传送，包层材料折射率nQ比纤芯材料折射率nl小,即光纤导光的条件是n]>nQ。一次涂敷层是为了保护裸纤而在其表面涂上的聚氨基甲酸乙脂或硅酮树脂层，厚度一般为30卩m〜150卩m。套层又称二次涂覆或被覆层，多采用聚乙烯塑料或聚丙烯塑料、尼龙等材料。经过二次涂敷的裸光纤称为光纤芯线。

2b纤芯包层一次涂數二2b纤芯包层一次涂數二次涂敷（套塑）图二光纤剖向结构图2）光纤的分类光纤可按组成材料、纤芯折射率分布及传输模式数等划分。其详细分类情况如3所示。r按光纤组成材料划分\”石英系列光纤（以SiO?r按光纤组成材料划分\'阶跃型光纤（SIF）按光纤纤芯折射率分布划分｛渐变型光纤（GIF）、W型光纤I按光纤传输模式数划分\I按光纤传输模式数划分\单模光纤（SMF）多模光纤（MMF）图三光纤的分类在上面涉及的光纤种类中，下面给以简单的介绍。所谓模式，实质上是电磁场的一种分布形式。模式不同，其分布不同，根据光纤中传输模式数量来分，可分为单模光纤和多模光纤。阶跃型光纤（SIF）：纤芯折射率呈均匀分布，纤芯和包层相对折射率差为1%〜2%。渐变型光纤（GIF）：纤芯折射率呈非均匀分布，在轴心处最大，而在光纤横截面内沿半径方向逐渐减小，在纤芯与包层的界面上降至包层折射率n2。W型光纤（双包层光纤）：在纤芯与包层之间设有一折射率低于包层的缓冲层，使包层折射率介于纤芯和缓冲层之间。可以实现在1.3卩m〜1・6卩m之间色散变化很小的色散平坦光纤或把零色散波长移到1・55卩m的色散位移光纤。另外，ITU-T建议的光纤分类如下：G・651光纤：渐变多模光纤，工作波长为1.31卩m和1・55卩m,在1・31卩m处光纤有最小色散，而在1.55卩m处光纤有最小损耗，主要用于计算机局域网或接入网。G・652光纤：常规单模光纤，也称为非色散位移光纤，其零色散波长为1・31卩m，在1・55卩m处有最小损耗，是目前应用最广的光纤。G・653光纤：色散位移光纤，在1・55卩m处实现最低损耗与零色散波长一致，但由于在1・55卩m处存在四波混频等非线性效应，阻碍了其应用。G・654光纤：性能最佳单模光纤，在1・55卩m处具有极低损耗（大约0・18dB/km）且弯由性能好。G・655光纤：非零色散位移单模光纤，在1・55卩m〜1・65卩m处色散值为（0・1〜6・0）ps/km用以平衡四波混频等非线性效应，适用于高速（10Gbit/s以上）、大容量、高密集波分复用系统（3）光缆的结构光缆一般由缆芯、加强元件和护层三部分组成。（a）缆芯：由单根或多根光纤芯线组成，有紧套和松套两种结构。紧套光纤有二层和三层结构。（b）加强元件：用于增强光缆敷设时可承受的负荷，一般是用金属丝或非金属纤维制作。（c）护层：具有阻燃、防潮、耐压、耐腐蚀等特性，主要是对己成缆的光纤芯线进行保护。根据敷设条件可由铝带/聚乙烯综合粘接外护层（LAP），钢带（或钢丝）销装和聚乙烯护层等组成。（4）实际使用的光缆分类实际使用的光缆分类如表1所示。表一实际使用的光缆分类分类力法光缴种类按所使川的光线分类单模光缆、多模允缆、（阶跃型、渐变世）按缆芯结构划分层绞武、骨架式、人束管式、带式、也元式按外护套结构分类无铠装、钢带铠装、钢丝铠装按允缆屮仃无金属分类fj金属光缆、无金属光缆按维护方式分类充油光缆、充气光缆按敷设方式分类宜埋朮缆、管道光缆、架空光统、水底光缆按适川范用分类中继光缆、海底光缆、用八比缆、局内光缆、长途光缆2.光纤的导光原理分析光纤的导光原理，一般可采用两种方法：一种是波动理论法，另一是射线法。波动理论法是根据电磁场理论，用麦氏力程求解光纤的场方程、特征方程，根据解答式分析其传输特性；射线法是将光波看成是一条条几何射线，用光射线理论分析光纤的传输特性。后者比较简单、自观。在这里，我们仅用射线法分析光波在光纤中的传输。当媒质的儿何尺寸远大于光波波长时，光可用一条表示光的传播方向的几何线来表示，这条几何线就称为光射线。用光射线来研究光波传输特性的方法，称为射线法。（1）光波在两介质交界面的反射和折射光波属于电磁波的范畴，在均匀介质中传输时，其轨迹是一条自线，当光射线射到两种介质交界面时，将发生反射和折射。如图4所示。图四光的反射和折射由电磁场理论知道，反射和折射的基本规律是由斯涅尔定律和菲涅尔公式来表示的。下面以斯涅尔定律说明其物理概念。斯涅尔定律主要包括以下两个关系式：«isin^i=”2sin〃2产生全反射的条件是：4>“2； 90°>倂>&阶跃型光纤折射率是沿径向呈阶跃分布，在轴向呈均匀分布，n2是包层折射率，n1是纤芯折射率。假设阶跃型光纤为理想的圆柱体，光线若垂直于光纤端面入射，并与光纤轴线重合或平行，这时光线将沿纤芯轴线方向向前传播。若光线以某一角度入射到光纤端面时，光线进入纤芯会发生折射。当光线到达纤芯与包层的界面上时，发生全反射或折射现象。若要使光线在光纤中实现长距离传输，必须使光线在纤芯与包层的界面上发生全反射，即入射n—2角大于临界角。由前面分析已知光纤的临界角为c=arcsinn1，阶跃型光纤就是利用光波的全反射原理，将光波限制在纤芯中向前传播。为了分析渐变型光纤中光的传播，将纤芯划分成若干同轴的薄层，假设各层内折射率均匀分布，而每层折射率从里到外逐渐减小，即有n11>nl2>n13>n14>„。若光以一定的入射角从轴心处第一层射向与第二层的交界面时，由于是从光密介质射向光疏介质，折射接角大于入射角，光线将折射进第二层射向与第三层的交界面，并再次发生折射进入第三层，依次类推，由于光线都是从光密介质射向光疏介质，入射角将随折射次数增大。当在某一界面处（图中是在第三层和第四层的界面上），入射角大于临界角时，光线将出现全反射，方向不再朝向包层而是朝向轴心。之后光线是从光疏介质射向光密介质，入射角逐渐减小，直至穿过轴心后，光线又出现从光密介质射向光疏介质，重复上述折射过程。因此，当纤芯分层数无限多，其厚度趋于零时，渐变型光纤纤芯折射率呈连续变化，光线在其中的传播轨迹不再是折线，而是一条近似于正弦形的曲线。渐变型光纤的导光原理如图5所示。图五渐变型光纤的导光原理(2)光纤中光射线的分析采用射线法讨论阶跃型光纤和渐变型光纤的导光原理，两种类型光纤的光射线分析如下。(a)阶跃型光纤中光射线的分析在光纤中可存在如下不同形式的光射线：子午线和斜射线。子午面上和轴线相交的光射线，就称为子午射线，简称为子午线。除子午线外其他的光射线称为斜射线。(b)阶跃型光纤的主要特性参数①相对折射指数差n1和n2差的大小直接影响着光纤的性能，我们引入“相对折射指数差”这样一个物理量来表示它们相差的程度，用表示，即当片与n2的差别极小时，这种光纤称为弱导波光纤，经过简单推导，可知其相对折射指数差可用近似式表示：②数值孔径对于阶跃型光纤，当光线在纤芯与包层界面上发生全反射时，光波在纤芯中传播轨迹为折线，相应的端面入射角记为光纤波导的孔径角(或端面临界角)。即只有光纤端面入射角大于光纤波导的孔径角的光线才能在光纤中传播，故光纤的受光区域是一个圆锥形区域，圆锥半锥角的最大值就等于光纤波导的孔径角。为表示光纤的集光能力大小，定义光纤波导孔径角的正弦值为光纤的数值孔径(NA),即NA—sin%=J町—局由于2局上式可简化为可见,光纤的数值孔径与纤芯与包层直径无关,只与两者的相对折射率差有关。若纤芯和包层的折射率差越大,NA值就越大,即光纤的集光能力就越强。对于阶跃型光纤,由于纤芯折射率均匀分布,纤芯端面各点的数值孔径都相同,即各点收光能力相同。(3)渐变型光纤分析渐变型光纤中的射线分析渐变型光纤中的射线也分为子午线和斜射线两种,下面只讨论子午线。渐变型光纤的导光机理：非均匀光纤是靠折射原理将子午线限制在纤芯中向前传播。在渐变型光纤中,如果选用合适的折射指数n(r)分布,就有可能使纤芯中的不同射线以同样的轴向速度前进,从而可以减小光纤中的模式色散,此时的射线指数分布叫做最佳折射指数分布。在渐变型光纤中，不同射线具有相同轴向速度的这种现象，称为自聚焦现象，具有这种自聚焦现象的光纤称为自聚焦光纤。经过理论分析和推导得出，纤芯中的折射指数按平方律型分布的渐变型光纤具有较小的模式色散，因此，可认为平方律型折射指数分布光纤的折射率分布形式接近于最佳折射率分布。其折射指数分布表达式为”(r)=“(0)1- f—2~_ &丿_数值孔径对于渐变型光纤，纤芯折射率分布不均匀，光线在其端面不同点入射，光纤的收光能力不同，因此，渐变型光纤本地数值孔径的表达式为NA(r)= r)2-w22=w(r)y[^A3．单模光纤(1)光纤中的模式电磁波的传播遵从麦克斯韦方程，而在光纤中传播的电磁场，还要满足光纤这一传输介质的边界条件。因此，根据由光纤结构决定光纤的边界条件，光纤中可能传播的模式有横电波、横磁波和混合波。(a)横电波纵轴方向只有磁场分量，没有电场分量；横截面上有电场分量的电磁波。(b)横磁波纵轴方向只有电分量，没有磁场分量：横截面上有磁场分量的电磁波。(c)混合波纵轴方向既有电分量又有磁场分量，是横电波和横磁波的混合。m表示电场沿圆周方向的变化周数，n表示电场沿径向方向的变化周数，当m和n的组合不同时，表示的模式也不同。(2)归一化截止频率归一化截止频率是为表征光纤中所能传播的模式数目多少而引入的一个特征参数。其方程为：其中，a――是光纤的纤芯半径；九一一是光纤的工作波长；n1和一一分别是光纤的纤芯和包层折射率；0—一真空中的波数；A—一光纤的相对折射率差。从式中可看出，V值的大小决定于光纤的参数，而且它是一个直接和光的频率成正比的无量纲的量，因此，称为归一化频率。单模传输条件：当0<V<2.405时，光纤中除主模(或基模)以外，其余模式均截止，此时可实现单模传输。截止波长是单模光纤特有的参数，是对应于第一高阶模的归一化截止频率时的波长。即4．光纤的损耗特性及色散特性(1)光纤的损耗特性光波在光纤中传输，随着传输距离的增加而光功率逐渐下降，这就是光纤的传输损耗光纤本身损耗的原因，大致可以分为吸收损耗、散射损耗和其他损耗。(a)吸收损耗吸收损耗是指光波通过光纤材料时，有一部分光能变成热能，造成光功率的损失。吸收损耗可以分为本征吸收和杂质吸收两类。由于光纤材料本身吸收光能量产生的损耗叫本征吸收损耗，主要存在红外波段的分子振动吸收和紫外波段的电子跃迁吸收。杂质吸收损耗主要是由于光纤中含有的各种过渡金属离子和氢氧根(OH一)离子在光的激励下产生振动，吸收光能量造成的。(b)散射损耗散射损耗是由于光纤的材料、形状、折射率分布等的缺陷或不均匀，使光纤中传导的光发生散射，从而使一部分光不能到达收端所产生的损耗。主要包含瑞利散射损耗、非线性散射损耗和波导效应散射损耗。瑞利散射损耗是由于光纤材料折射率分布尺寸的随机不均匀性所引起的木征损耗。瑞利散射损耗与波长的四次方成反比，即波长越短，损耗越大。因此，对短波长窗口影响较大。非线性散射损耗是当光强度大到一定程度时，产生非线性喇曼散射和布里渊散射，使输入光信号的能量部分转移到新的频率成分上而形成损耗。因此，非线性散射损耗是随光波频率变化的。在常规光纤中由于半导体激光器发送光功率较小，该损耗可忽略。波导效应散射损耗是由于光纤波导结构缺陷引起的损耗，与波长无关。光纤波导结构缺陷主要由熔炼和拉丝工艺不完善造成。(c)其他损耗其他损耗主要是连接损耗、弯曲损耗和微弯损耗。连接损耗是由于进行光纤接续时端面不平整或光纤位置未对准等原因造成的接头处出现的损耗。其大小与光纤连接使用的工具和操作者技能有密切关系。弯曲损耗是由于光纤中部分传导模在弯曲部位成为辐射模而形成的损耗。它与弯曲半径成指数关系，弯曲半径越大，弯曲损耗越小。微弯损耗是由于成缆时产生不均匀的侧压力，导致纤芯与包层的界面出现局部凹凸引起。(2)光纤的色散特性光纤的色散是在光纤中传输的光信号，随传输距离增加，由于不同成分的光传输时延不同引起的脉冲展宽的物理效应。色散主要影响系统的传输容量，也对中继距离有影响。色散的大小常用时延差表示，时延差是光脉冲中不同模式或不同波长成分传输同样距离而产生的时间差。(a)光纤色散的概念简单地说，光纤的色散就是由于光纤中光信号中的不同频率成分或不同的模式，在光纤中传输时，由于速度的不同而使得传播时间不同，因此，造成光信号中的不同频率成分或不同模式的光到达光纤终端有先有后，形成时间的展宽，从而产生波形畸变的一种现象。从光纤色散产生的机理来看，它包括模式色散、材料色散和波导色散三种。(b)光纤中的色散类型模式色散是指在多模光纤中，不同模式在同一频率下传输，各自的相位常数不同，群速不同，模式之间存在时延差形成的色散；材料色散是由于光纤材料本身的折射率随频率而变化使得信号各频率成分的群速不同，引起的色散；由于光纤的几何结构、形状等方面的不完善，使得光波一部分在纤芯中传输，而另一部分在包层中传输，由于纤芯和包层的折射率不同，这样造成脉冲展宽的现象，称为波导色散或称结构色散。在单模光纤中只有基模传输，因此不存在模式色散，只有材料色散和波导色散。光纤通信系统1．光源与光发送机光纤通信中用到的光源有半导体激光器和发光三极管两种。(1)半导体激光器的一般工作原理激光器是只能够产生激光的自激振荡器。它包括以下三个部分：必须有能够产生激光的工作物质；必须有能够使工作物质具有放大作用的激励源；必须有能够完成频率选择及反馈作用的光学谐振腔。半导体激光器从结构上可分为同质结半导体激光器、单异质结半导体激光器和双异质结半导体激光器等三种。半导体激光器有如下工作特性。阈值特性：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，这时将产生激光振荡，这个电流值称为阈值电流。光谱特性：半导体激光器的光谱，随着激励电流变化。当I<It时，发出的是荧光,因此，光谱很宽，当I>It时，发射光谱突然变窄，谱线中心强度急剧增加，表明发出激光。温度特性：激光器的闽值电流和光输出功率随温度变化的特性为温度特性。转换效率：半导体激光器是把电功率直接转换成光功率的器件，衡量转换效率的高低常用功率转换效率表示。在光纤通信中使用的光源，除了半导体激光器以外，还有半导体发光二极管。它除了没有光学谐振腔以外，其他方面与激光器相同，它是无阂值器件，它的发光只限于自发辐射，发出的是荧光。(2)光发送机光发送机是将电脉冲信号变换成光脉冲信号，然后，经码型变换成适当的波形再经光缆进行传输。光发送机的原理方框图如图6所示。图六光发射机的原理方框图(a)输入接口电路由均衡器和码型变换设备两部分电路组成，首先对电端机送来的信号码流进行均衡，然后，进行码型变换以便适合于光路的传输。(b)扰码器扰码是指在输入码流随机插入“0”或者“1”。使输入信号流序列中“0”和“1”统计分布均匀，便于时钟信号的提取。(c)编码器为了便于不间断业务的误码监测以及克服直流分量的波动，需要对扰码后的信码进行重新编码，并且要适合光纤传输。(d)驱动器光源驱动电路是光发送盘的核心。它用经过编码以后的数字信号调制发光部件的发光强度，完成电／光转换任务。(e)光源一般采用的是半导体激光器。⑴自动功率控制(APC)和自动温度控制(ATC)如果光源采用激光器，由于阈值电流会随着激光器温度的升高而加人，会使的输出光功率发生变化。为了稳定输出光功率，一般用ATC,APC电路来稳定激光器的阈值电流。2．光电检测器与光纤数字接收机(1)半导体光电检测器由于光纤传输过来的光信号，到达接收端遇到的第一个器件就是光电检测器，它的功能是实现光信号转换为电信号。半导体光电检测器是利用半导体材料的光电效应来实现光电转换的。光电检测器是利用外加反向偏压的PN结，当入射光作用时，发生受激吸收产生光生电子一空穴对，这些电子一空穴对在耗尽层内建电场作用下形成漂移电流，同时在耗尽层两侧部分电子一空穴对由于扩散运动进入耗尽层，在电场作用下形成扩散电流，这两部分电流之和为光生电流。常用的光电检测器分为PIN光电二极管和APD雪崩光电二极管两种。(a)PIN光电二极管它工作于反偏压，器件由PIN三层组成，基本结构是PN结。PIN光电检测器是为提高光电转换效率而在PN结内部设置一层掺杂浓度很低的本征半导体(I层)以扩大耗尽层宽度的光电二极管。(b)APD雪崩光电二极管APD光电检测器件的结构基本部分与PIN光电二极管相同，仍是PN结，不同之处是在P层和N层中掺杂量增大，再外加很高的反向偏压，在其结构中构造一个强电场区，当光入射到PN结后，光子被吸收产生电子一空穴对，这些电子一空穴对运动进入强电场区后获得能量做高速运动，与原子晶格产生碰撞电离出新的电子一空穴对，该过程反复多次后使载流子雪崩式倍增，进而形成大的光电流。(c)光电检测器的特性光电检测器的特性用以下指标进行衡量。①响应度尺0和量子效率。响应度和量子效率都是描述这种器件光电转换能力的一种物理量。②响应时间。响应时间是指半导体光电二极管产生的光电流跟随入射光信号变化快慢的状态。③暗电流。在无光情况下，光电检测器仍有电流输出，这种电流称为暗电流。(2)光接收机光纤数字接收机组成光纤数字接收机组成方框图如图7所示。组成方框图中各部分的功能如下。光电检测器。将光纤传输过来的光信号转换为电信号。前置放大器。前置放大器是与光电检测器紧密相连，故称之为前置放大器。在一般的光纤通信系统中，经光电检测器输出的光电流是十分微弱的，为了使光接收机中的判决电路正常工作，必须将这种微弱的电信号经过多级放大器进行放大。放大器在将信号放大的过程中，放大器本身的电阻将引入热噪声，放大器的晶体管将引入散粒噪声。不仅如此，在一个多级放大器中，后一级放大器还会将前一级放大器输出的噪声和信号同样放大。因此，对于多级放大器的前级就有特别要求，它应是低噪声、高增益放大器，这样才能得到较大的信噪比。图七光纤数字接收机组成方框图主放大器。主要作用是将前置放大器输出的信号放大到判决电路所需的信号电平，它是一个增益可调节的放大器。当光电检测器输出的信号出现起伏时，通过光接收机的自动增益控制电路对主放大器的增益进行调整，以使主放大器的输出信号的幅度在一定范围内不受输入信号的影响。均衡器。具有无线带宽的矩形波数字信号在经过带宽受限的信道后，会产生拖尾现象以至于产生误码。均衡器的作用就是经过均衡器以后的波形成为有利于判决的波形，如余弦频谱脉冲。判决器和时钟恢复电路。判决器由判决电路和码形成电路构成。判决器和时钟恢复电路合起来构成脉冲再生电路，即把均衡器输出的信号恢复为“1”或“0”数字信号。自动增益控制电路。用反馈环路来控制主放大器增益。当信号强时，通过反馈环路使上述增益降低；当信号弱时，通过反馈环路使上述增益提高，从而使传送到判决器的信号稳定，以利于判决。输出接口电路。由解码、解扰和码型反变换组成，将信息变换为原来适合于PCM传输的码型。（b） 光接收机的主要技术指标反映光接收机的技术指标有多种，这里主要介绍光接收机灵敏度和光接收机的动态范围。光接收机灵敏度。光接收机灵敏度这个指标是描述接收机被调整到最佳状态时，在满足给定的误码率指标条件下，接收机接收微弱信号的能力。光接收机的动态范围。光接收机的动态范围用D表示，是在保证系统的误码率指标要求下，接收机的最低输入光功率（用dBm来描述）和最大允许输入光功率（用dBm来描述）之差（dB）。光接收机噪声的主要来源光电检测器引入的噪声：•量子噪声；•光电检测器的暗电流噪声；•雪崩管倍增噪声。光接收机的电路噪声。3．光纤通信系统(1)系统方框图光纤通信系统由光发送端机、光接收端机和光缆传输线三部分组成，其系统组成方框图如图8所示。均衛器刿决器(71码无纤I龙纤优码解码门动増益輕制电時脉冲时钟提取解扰输岀至电瑙机脉冲分接主放丸器光屮第器监揑一公务一区间通怙一其他一(APC)■一监控—嚳务均衛器刿决器(71码无纤I龙纤优码解码门动増益輕制电時脉冲时钟提取解扰输岀至电瑙机脉冲分接主放丸器光屮第器监揑一公务一区间通怙一其他一(APC)■一监控—嚳务"•一区何通佔<—其他(ATC)□动沮度控制电信号临桂系统豚冲播入M监涮口动功承控制均放k—km采fi电瑞机光电倒廉系统图八光纤通信系统组成方框图从图8中可以看出，一个完整的光纤通信系统包括光发送机、光中继器、光接收机和网络控制监视系统组成。其中光发送机、光接收机在前面已经作了介绍，下面只介绍光中继器和监控系统。2)光中继器(a)光中继器的作用光脉冲信号从发送机输出经光线传输若干距离后，由于光纤损耗和色散的影响，光脉冲信号的幅度受到衰减，波形出现失真，这样就限制了光脉冲信号在光纤中作长距离的传输为此就要在光信号传输一定距离时，加设一个中继器，以放大衰减信号，恢复失真的波形使光脉冲得到再生。(b)中继器的组成目前采用的一般为光一电一光中继器，它的构成方框图如图9所示。从图9中可以看出，光信号进入光中继器进行放大前，首先，要经过电／光转换，然后，对电信号进行放大，然后，再进行电／光转换再送道光纤信道传输。光中继器以后的发展方向是全光放大器，如掺饵光纤放大器，可以直接实现对光信号的放大，这样可以省去为电、电／光之间的相互转换。图九光中继器的构成方框图(3)监视控制系统监视控制系统简称监控系统，其作用是监视通信系统运行状况，保证网络的正常运行可靠通信。监控系统的墓本类型有：①对一个数字段进行监控：②对多方向进行监控；③对跨越数字段进行监控。4．光纤通信系统的码型（1）光纤对所传信号码型的要求光纤数字传输系统并不是直接传输由电端机传送过来的数字信号，而是要经过编码处理变换成码速略高一点的适合在光纤数字传输系统中传的线路码型。同时由于光电转换器件的特性，光源不可能发射负的光脉冲，因而，其线路码型一般只考虑二电平码，对于线路传输码型的具体要求是：①能限制信号带宽，减小功率谱中的高低频率分量；②能给光接收机提供足够的定时信息；能提供一定的冗余码，实现主辅信号同时传输。（2）常用光纤线路码型（a）分组变换码（mBnB码）把输入的二进制原始码流按m比特为一组进行分组，然后，把每个分组变换成一个特的二进制码，并在同样大小的时隙内输出。特点：①码流中“l”,“0”码概率相等，连“1”或连“0”的数目减少，定时信息丰富；②高低频分量少，基线漂移小；码流中引入一定冗余度，便