光接收机(光纤通信课件)

光接收机一、数字光接收机光接收机的主要作用将光纤传输后的幅度被衰减、波形产生畸变的、微弱的光信号变换为电信号，并对电信号进行放大、整形、再生后，生成与发送端相同的电信号，输入到电接收端机，并且用自动增益控制电路（AGC）保证稳定的输出。光接收机中的关键器件是半导体光检测器，它和接收机中的前置放大器合称光接收机前端。前端的性能是决定光接收机的主要因素。一、数字光接收机（一）光接收机的基本组成对于强度调制（IM）的数字光信号，在接收端采用直接检测（DD）方式时，光接收机主要包括光电检测器、前置放大器、主放大器、均衡器、时钟恢复电路、取样判决器以及自动增益控制（AGC）电路等。光电检测器光纤光信号电信号前置放大器均衡器主放大器判决器解扰码解复用码型变换输出信号自动增益控制电路时钟恢复电路告警电路告警信号数字光接收机方框图一、数字光接收机（一）光接收机的基本组成

1光电检测器利用光电二极管将经光纤传输过来的光信号变换为电信号送入前置放大器，对光电检测器的要求。（1）在系统的工作波长上要有足够高的响应度。（2）波长响应要和光纤的3个低损耗窗口。（3）有足够高的响应速度和足够的工作带宽。（4）产生的附加噪声要尽可能低，能够接收极微弱的光信号。一、数字光接收机（一）光接收机的基本组成

1光电检测器利用光电二极管将经光纤传输过来的光信号变换为电信号送入前置放大器，对光电检测器的要求。（5）光电转换线性好，保真度高。（6）工作性能稳定，可靠性高，寿命长。（7）功耗小，体积小，使用简便。目前的光电检测器主要有半导体光电二极管（PIN-PD）、雪崩光电二极管（APD）和光电晶体管等。一、数字光接收机（一）光接收机的基本组成2放大器光接收机的放大器包括前置放大器和主放大器两部分。前置放大器应有较低的噪声、较宽的带宽和较高的增益，才能获得较高的信噪比。前置放大器的噪声取决于放大器的类型，目前有3种类型的前置放大器可供选择：低阻抗前置放大器高阻抗前置放大器跨阻抗前置放大器（或跨导前置放大器）跨阻抗放大器具有频带宽、噪声低的优点，而且其动态范围也比高阻抗前置放大器改善很多，因而，在高速率大容量的通信系统中广泛应用。一、数字光接收机（一）光接收机的基本组成主放大器一般是多级放大器，它的功能主要是提供足够高的增益，把来自前置放大器的输出信号放大到判决电路所需的信号电平。并通过它实现自动增益控制（AGC），以使输入光信号在一定范围内变化时，输出电信号应保持恒定输出。主放大器和AGC决定着光接收机的动态范围。一、数字光接收机（一）光接收机的基本组成

3均衡器对经过光纤线路传输、光/电转换和放大后已产生畸变(失真)和有码间干扰的电信号进行均衡补偿，使其变为码间干扰尽可能小的信号，以使输出信号的波形有利于判决再生电路的工作，以消除或减少码间干扰，减小误码率。4再生电路再生电路的任务是把放大器输出的升余弦波形恢复成数字信号，它由判决器和时钟恢复电路组成。一、数字光接收机（一）光接收机的基本组成5自动增益控制用反馈环路来控制主放大器的增益。当信号强时，则通过反馈环路使上述增益降低；当信号变弱，则通过反馈环路使上述增益提高，从而达到使送到判决器的信号稳定，以利于判决。光信号光电检测器前置放大器主放大器均衡滤波判决器APD高压电路AGC放大器峰值检波器AGC电路自动增益控制电路原理框图一、数字光接收机（二）光接收机的噪声特性光接收机的噪声主要来自光接收机内部噪声：包括光电检测器的噪声和光接收机的电路噪声。光电检测器的噪声包括量子噪声、暗电流噪声、漏电流噪声和APD的倍增噪声；电路噪声主要是前置放大器的噪声。前置放大器的噪声包括电阻热噪声及晶体管组件内部噪声。入射光子光电检测器放大器偏置电阻热噪声放大器噪声量子噪声暗电流噪声漏电流噪声APD倍增噪声接收机的噪声及其分布一、数字光接收机（二）光接收机的噪声特性

1量子噪声当一个光电检测器受到外界光照，其光子激励而产生的光生载流子是随机的，从而导致输出电流的随机起伏，这就是量子噪声。即使在理想的光检测器中，热噪声和暗电流噪声等于零，量子噪声也会伴随着光信号而产生。这是检测器固有的噪声。一、数字光接收机（二）光接收机的噪声特性2暗电流噪声暗电流是指无光照射时光电检测器中产生的电流。由于激励起暗电流的条件（如热激励、放射线等）是随机的，因而激励出的暗电流也是浮动的，这就产生了噪声，称为暗电流噪声。严格地说，暗电流还应包括器件表面的漏电流。由漏电流产生的噪声为漏电流噪声。一、数字光接收机（二）光接收机的噪声特性

3雪崩管倍增噪声由于雪崩光电二极管的雪崩倍增作用是随机的，这种随机性，必然要引起雪崩管输出信号的浮动，从而引入噪声。对于PIN光电二极管来说，内部噪声主要是量子噪声。对于雪崩光电二极管来说，内部的噪声一方面是倍增嗓声，另一方面是量子噪声。一、数字光接收机（二）光接收机的噪声特性4光接收机的电路噪声光接收机的电路噪声主要指前置放大器噪声，其中包括电阻热噪声及晶体管组件内部噪声。一、数字光接收机（三）光接收机的主要指标

1光接收机的灵敏度光接收机的灵敏度是指在系统满足给定误码率指标的条件下，光接收机所需的最小平均接收光功率Pmin（mW）。工程中常用毫瓦分贝（dBm）来表示，即如果一部光接收机在满足给定的误码率指标下，所需的平均光功率低，说明它在微弱的输入光条件下就能正常工作，显然这部接收机是灵敏度的，其性能是好的。影响光接收机灵敏度的主要因素是噪声，它包括光电检测器的噪声、放大器的噪声等。一、数字光接收机（三）光接收机的主要指标2光接收机的动态范围（D）在保证系统误码率指标的条件下，接收机的最低输入光功率（dBm）和最大允许输入光功率（dBm）之差（dB）。即低于这个动态范围的下限（即灵敏度），如前所述将产生过大的误码；高于这个动态范围的上限，在判决时亦将造成过大的误码。显然一部好的光接收机应有较宽的动态范围，其表示了光接收机对输入信号的适应能力，数值越大越好。1.光发射机与光接收机统称为光端机。光端机位于电端机和光纤传输线路之间。光发射机是实现电/光（E/O）转换的光端机。光接收机是实现光/电（O/E）转换的光端机。2.对光发射机的要求是：有合适的输出光功率；有较好的消光比；调制特性要好。小结3.数字光发射机基本组成包括均衡放大、码型变换、复用、扰码、时钟提取、光源、光源的调制（驱动）电路、光源的控制电路（ATC和APC）及光源的监测和保护电路等。小结4.对光源进行强度调制的方法分为两类，即直接调制（内调制）和间接调制（外调制）。5.数字光接收机主要包括光电检测器、前置放大器、主放大器、均衡器、时钟提取