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       哪里有天才，我是把別人喝咖啡的工夫都用在學(xué)習(xí)上的。—魯迅

       如圖7.2.1a所示，數(shù)字光接收機(jī)由三部分組成，即光探測(cè)器和前置放大器部分、主放大（線性信道）部分以及數(shù)據(jù)恢復(fù)部分。圖7.2.1b為100GHz波導(dǎo)探測(cè)器的外形圖。下面分別介紹每一部分的作用。

圖7.2.1數(shù)字光接收機(jī)

a）數(shù)字光接收機(jī)原理構(gòu)成圖b）100GHz波導(dǎo)光探測(cè)器

一、光/電轉(zhuǎn)換和前置放大——決定放大器的性能

       接收機(jī)的前端是光探測(cè)器，它是實(shí)現(xiàn)光/電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵器件，直接影響光接收機(jī)的靈敏度。緊接著就是低噪聲前置放大器，其作用是放大光電二極管產(chǎn)生的微弱電信號(hào)，以供主放大器進(jìn)一步放大和處理。接收機(jī)不是對(duì)任何微弱信號(hào)都能正確接收的，這是因?yàn)樾盘?hào)在傳輸、檢測(cè)及放大過程中總會(huì)受到一些干擾，并不可避免地要引進(jìn)一些噪聲。雖然來自環(huán)境或空間無線電波及周圍電氣設(shè)備所產(chǎn)生的電磁干擾可以通過屏蔽等方法減弱或防止，但隨機(jī)噪聲是接收系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的，是信號(hào)在檢測(cè)、放大過程中引進(jìn)的，人們只能通過電路設(shè)計(jì)和工藝措施盡量減小它，卻不能完全消除它。雖然放大器的增益可以做得足夠大，但在弱信號(hào)被放大的同時(shí)，噪聲也被放大了，當(dāng)接收信號(hào)太弱時(shí)，必定會(huì)被噪聲淹沒。前置放大器在減少或防止電磁干擾和抑制噪聲方面起著特別重要的作用，所以精心設(shè)計(jì)前置放大器就顯得特別重要。

二、線性放大和數(shù)據(jù)恢復(fù)——眼圖分析系統(tǒng)性能

       線性放大器由主放大器、均衡濾波器和自動(dòng)增益控制電路組成。自動(dòng)增益控制電路的作用是在接收機(jī)平均入射光功率很大時(shí)把放大器的增益自動(dòng)控制在固定的輸出電平上。低通濾波器的作用是減小噪聲，均衡整形電壓脈沖，避免碼間干擾。接收機(jī)的噪聲與其帶寬成正比，使用帶寬Δf小于比特率B的低通濾波器可降低接收機(jī)噪聲（通常Δf=B/2）。因?yàn)榻邮諜C(jī)其他部分具有較大的帶寬，所以接收機(jī)帶寬將由低通濾波器帶寬所決定。此時(shí)，由于Δf＜B，所以濾波器使輸出脈沖發(fā)生展寬，使前后碼元波形互相重疊，在檢測(cè)判決時(shí)就有可能將“1”碼錯(cuò)判為“0”碼或?qū)?ldquo;0”碼錯(cuò)判為“1”碼，這種現(xiàn)象就叫作碼間干擾。均衡濾波的作用就是將輸出波形均衡成具有升余弦頻譜函數(shù)特性，做到判決時(shí)無碼間干擾。因?yàn)榍爸梅糯笃鳌⒅鞣糯笃饕约熬鉃V波電路起著線性放大的作用，所以有時(shí)也稱為線性信道。

       光接收機(jī)的數(shù)據(jù)恢復(fù)部分包括判決電路和時(shí)鐘恢復(fù)電路，它的任務(wù)是把均衡器輸出的升余弦波形信號(hào)恢復(fù)成數(shù)字信號(hào)。

       在實(shí)驗(yàn)室觀察碼間干擾是否存在的最直觀、最簡(jiǎn)單的方法是眼圖分析法，如圖7.2.2所示。均衡濾波器輸出的隨機(jī)脈沖信號(hào)輸入到示波器的Y軸，用時(shí)鐘信號(hào)作為外觸發(fā)信號(hào)，就可以觀察到眼圖。眼圖的張開度受噪聲和碼間干擾的影響，當(dāng)輸出端信噪比很大時(shí)，張開度主要受碼間干擾的影響。因此，觀察眼圖的張開度就可以估計(jì)出碼間干擾的大小，這給均衡電路的調(diào)整提供了簡(jiǎn)單而適用的觀測(cè)手段。由于受噪聲和碼間干擾的影響，誤碼總是存在的，數(shù)字光接收機(jī)設(shè)計(jì)的目的就是使這種誤碼減到最小，通常誤碼率的典型值為10-9。

圖7.2.2   NRZ碼數(shù)字光接收機(jī)眼圖
a）理想的眼圖b）因噪聲惡化的眼圖c）實(shí)測(cè)眼圖

三、接收機(jī)信噪比（SNR）

       由于電子在光電二極管負(fù)載電阻RL上隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng)，即使在外加電壓為零時(shí)，也產(chǎn)生電流的隨機(jī)起伏，這種附加的噪聲成分就是熱噪聲電流。

       光生電流是一種隨機(jī)產(chǎn)生的電流，這種無規(guī)則的起伏就是散粒噪聲，散粒噪聲是由探測(cè)器本身引起的，它圍繞著一個(gè)平均統(tǒng)計(jì)值而起伏。

       光接收機(jī)除散粒噪聲和熱噪聲這兩種基本的噪聲外，還有激光器引起的強(qiáng)度噪聲。半導(dǎo)體激光器輸出光的強(qiáng)度、相位和頻率，即使在恒流偏置時(shí)也總是在變化，從而形成噪聲。半導(dǎo)體激光器的兩種基本噪聲是自發(fā)輻射噪聲和電子-空穴復(fù)合噪聲。在半導(dǎo)體激光器中，噪聲主要由自發(fā)輻射構(gòu)成。每個(gè)自發(fā)輻射光子加到受激發(fā)射建立起的相干場(chǎng)中，因?yàn)檫@種增加的信號(hào)相位是不定的，于是隨機(jī)地干擾了相干場(chǎng)的相位和幅值。