光接收机的特性研究论文

光接收机的组成及各部分功能光接收机的结构示意图输入部分直接从光纤中接收光信号，光信号变成电信号之后进行进一步的处理，处理过后对信号复原，复原成PCM系统中相关的码型，最后输出到PCM系统中。接下来，我们将对光接收机中各个部分的功能进行逐一介绍：（1） 光电检测器从光纤接收下来的光信号遇到的第一个器件就是光电检测器。光电检测器的作用是实现光到电的变换，而且这种变换是从光的信号到电的信号之间的变换。我们之前介绍过两种光电检测器，分别是PIN光电二极管和APD雪崩光电二极管，这两种光电检测器都可以实现从光信号到电信号的直接变换，所以说经过光电检测器之后就输出电信号了，后面的一系列电路处理的对象都是电信号。在电信号中要进行处理的话，我们主要的从两个方面来考虑：信号经过长距离光纤的跋涉到达接收端之后，这个信号由于受到光纤传输特性（损耗特性使得光的幅度下降功率下降、色散特性使得信号的波形失真）的影响，因此到达接收端以后的信号不仅幅度变小、功率变小了，波形也展宽了。所以，接收机中对信号的处理就要从这两个方面入手，一个是把由损耗引起的功率的降低、幅度的减小给放大了，二是色散特性把波形展宽之后，我们要通过均衡器对信号进行一定的均衡，然后再加以判决，恢复矩形脉冲。第一步处理就是放大，在这里，有两级不同的放大，一个是前置放大器、一个是主放大器。（2） 前置放大器和光电检测器紧紧相连，所以称为前置放大器。由于光电检测器输出的光电流十分微弱，应进行放大，在放大过程中，放大器本身的电阻会引入热噪声；放大器中的晶体管会引入散粒噪声。且除了放大器本身。如果是采用多级放大，那么在多级放大时，后一级放大器会把前一级放大器送出的信号和噪声同样放大。因此，要求前置放大器必须是（引入噪声很小）低噪声、（放大信号的能力很大）高增益的，这样一来，经过前置放大器才能将信号从噪声中分辨出来。所以，前置放大器不同于普通的放大器，它要求必须是低噪声、高增益的。（3） 主放大器主放大器输出的信号最终是要送给判决器的，判决器是将送过来的输入信号（不标准的）进行判决（比如判决是1码还是0码），最后输出矩形脉冲。判决器需要一个判决门限值，同时需要一个时钟电路，每一个时钟都指示一个要判决的1码或者是0码，并且，在时钟所指示的这一个瞬间，如果输入的信号超过了判决门限，判决器就会把它判为1，输出1 的矩形脉冲。如果输入的信号在时钟指示的这个瞬间低于判决门限，那么判决器就会把它判为0。所以判决器需要有一个门限值，可以理解为均值，还需要有一个一个的时钟，去指示每一个码的瞬间。判决器因为给定了判决门限，所以还需要限定信号的幅度值，即要求送过来的信号的信号幅度是个额定的幅度（比如说判决门限是5V，那么信号的幅度就应该是在0-10V以之间。）主放大器的作用就是将前置放大器输出的信号放大到判决电路所需要的信号电平。从光纤送过来的光信号经过长途跋涉，中间遇到各种各样的情况都是随机的，所以送过来的信号可能是忽强忽弱，但是，主放大器输出到判决器的信号幅度却是一个恒定的范围，这就必然要求主放大器的放大倍数一定要是可以调节的。如果送过来的信号比较弱，主放大器的放大倍数提高一些，那么输出的信号可以达到恒定幅度，如果送过来的信号比较强，主放大器的放大倍数降低一些，那么输出的信号也还是可以达到恒定幅度。所以主放大器还必须是一个增益可调节的放大器。（4） 均衡器信号波形的调整主要是通过均衡器来处理的。没有均衡器出现的问题：在传输过程中（光纤等）部件的带宽是有限的，所以信号只有一部分频率分量通过，导致矩形脉冲出现拖尾。拖尾会产生码间干扰，严重时会造成判决电路的误判，而产生误码。均衡器的作用：加了均衡器之后，使得出现拖尾的码在本码判决时刻，其瞬时值仍为本码的最大值，但其拖尾在邻码判决时刻的瞬时值为零。也就是说均衡器并不是把拖尾消掉，拖尾其实还是存在的，只是让拖尾在邻码判决的关键时刻为零，从而不对邻码判决造成影响，所以也就不会造成误判。均衡器——使经过均衡器以后的波形成为有利于判决的波形。（5） 判决器在幅度、波形都符合要求之后就来到了判决器。判决器因为是对每一个码进行判决，所以它肯定需要时钟。此外，我们还知道，在输入判决器之前，我们要求信号输入的幅度应该是达到判决器所需要的额定幅度，因此我们说主放大器的增益必须是可以调节，那么谁来调节它呢？就是由AGC自动增益控制电路来完成的。① 自动增益控制（AGC）通过控制主放大器的增益，使送到判决器的信号稳定，达到判决器所需要的额定电平值，从而有利于判决。AGC是在送到判决器之前的输入信号中来检测信号是小了还是大了，如果送到判决器的信号小了，那么AGC会控制主放大器的放大倍数，让放大倍数提高，使输出达到恒定。而如果监测到判决器的输入信号太强了，那么AGC会控制主放大器的放大倍数变小，使输出仍然达到判决器所需要的额定幅度。② 时钟恢复电路把携带在信号中的时钟信号（定时信号）提取出来。时钟信号是从均衡器之后的信号中提取的。（由于本篇笔记字数实在是太多了，为了方便阅读，决定把时钟恢复电路的详细内容留到下一篇笔记中单独再做介绍。）③ 判决器根据给定的判决门限电平，按照时钟信号所“指定”的瞬间来判决由均衡器送过来的信号，超过判决门限判为“1”，低于判决门限判为“0”，从而恢复信号（数字的矩形脉冲信号是由判决器输出的）。判决器和时钟恢复电路合起来构成脉冲再生电路，其作用是将均衡器输出的信号（例如升余弦脉冲），恢复为“0”或“1”的数字信号。（6） 解扰、解复用和码型变换电路判决器恢复出来信号之后，这个信号实际上对应的是发送端调制光源的信号，我们还要把它还原成PCM电端机中适合的信号，因此下一部分电路的处理流程和光发射机的处理流程正好相反，光发射机中要先进行码型变换、复用、扰码，那么接收端就要先解扰码、解复用再码型反变换。在接收端将经过编码处理的信号进行一系列的复原工作，复原成适于在PCM系统中传输的码。（7） 辅助电路① 钳位电路加在判决器前面，它将已均衡波的幅度底部钳制在一个固定的电位上，使输入判决器信号稳定。（假设判决电路的判决门限值是5V，我们希望信号放大到0-10V之间，而钳位电路其实就是把0V这个底部给限定住，主放大器又能够保证输出放大到恒定的10V，这就可以让判决器进行正常的判决了。）② 温度补偿电路给雪崩管的偏压加上温度补偿电路由于光接收机的雪崩管的增益随环境温度的变化而变化从而使接收机的灵敏度变化。目的：减少这种变换。③ 告警电路当输入光接收机的光信号太弱或无光信号时，则由告警电路输出一个告警信号至告警盘。展开