光數字接收機

把來自光纖的光數位訊號轉變為電數位訊號輸入到電端機的設備。

基本介紹

• 中文名：光數字接收機
• 外文名：optical digital receiver
• 套用學科：光纖通信技術

簡介

光接收機的光電轉換功能主要是依靠光電檢測器來完成的，一般採用PIN光電二極體或APD雪崩光電二極體作光電檢測器。光數字接收機的結構如圖1。

圖1 光數字接收機結構圖

工作原理

光檢測器把來自光纖的光信號轉變為電信號，經過放大進入均衡器，均衡器把脈衝信號均衡成升餘弦波再進行判決。具有升餘弦波形的信號可以利用其“過零點判決”方法排除碼間干擾以減少誤碼，同時升餘弦均衡可以壓縮信道中不必需的頻寬以減少噪聲。判決器的作用是對信號進行“0”“1”判決，信號超過“閾值”時確定為“1”，否則為“0”，以恢複數字信號。判決器是在時針脈衝到來時進行判決，其輸出是經過整形定時的矩形脈衝數位訊號。時鐘提取線路從隨機的脈衝信號中提取時鐘脈衝供判決使用。通常時鐘提取線路是採用高Q的LC槽路或超聲表面波濾波器（SAW）或介質濾波器來提取時鐘，也有採用鎖相環的。自動增益控制線路的作用是維持輸出信號的幅度穩定以保證判決正確，其工作原理是將輸出信號經峰值檢波後，負反饋回控前置放大器的工作點來調節放大器的增益，以調節輸出信號幅度，使其保持恆定。也有用回控光檢測器工作點來調節輸出信號，這種方法不常採用。在APD光接收機中有電壓變換電路以提供APD較高的偏壓。

數字光接收機在數字光纖通信系統中的作用是將經光纖傳輸後衰減變形的微弱光脈衝信號通過光一電轉換成為電脈衝信號,並給予足夠的放大、均衡與定時再生還原成為標準的數字脈衝信號。

數字光接收機原理方框圖如圖2。它由光檢測器(包括其偏壓電路)、前置放大器、主放大器、自動增益控制電路(AGC)、均衡與時鐘提取及判決電路組成。

光檢測器是數字光接收機的核心器件,它將光脈衝信號轉換成電脈衝信號。數字光纖通信中常用的光檢測器主要有PIN光電二極體(PIN-PD,Positive-Intrinsie-NegativePhootDiode)和雪崩式光電二極體(APD，AvalnahcePhootDiode)。PIN光電二極體沒有倍增,使用簡單,工作偏壓低,而且可以固定不變,不需要任何控制。APD具有很高的內部倍增因子,它與合理設計的電子放大器結合, 可以使ADP工作在最佳倍增工作狀態。這樣的數字光接收機能夠得到比採用PIN光檢測器的數字光接收機高10dB以內的接收靈敏度。但由於ADP需要較高的工作偏壓(幾十伏到兩百伏)以及倍增特性受溫度的影響較嚴重,因此使用起來也比較複雜。如圖1中需要利用AGC電路對ADP的工作偏壓進行控制,在要求較高的數字光接收機中,還必須對ADP採取溫度補償措施。

圖2 數字光接收機原理方框圖

前置放大器是數字光接收機的關鍵部件,它與光檢測器的合理匹配,要求能夠得到從理論上可以得到的儘可能大的輸出信噪比信號,並將這樣的信號放大輸出到有一定數量級的脈衝信號電壓,一般為毫伏數量級。

主放大器是一個高增益的寬頻放大器,它放大來自前置放大器輸出的小信號電壓。一般說來,通過主放大器放大的信號基本是無失真的前置放大器的輸出信號。為了判決電平的需要,主放大器輸出電壓為1一3V(峰一峰值)。對於不同輸人光功率信號,其放大增益可以通過AGC調整得到不同大小的數值,從而保證其輸出電平幅度不變。

均衡電路一方面是為了得到有利於判決的信號輸出波形,即信號波形引起的碼間干擾小,按均衡的要求,具體的輸出為升餘弦頻譜波形。另一方面是過均衡可以合理壓縮主放大器過寬的頻寬,減少數字光接收放大器的噪聲,提高其輸出信噪比。這樣均衡後輸出信號波形送到圖1的判決電路可以得到最佳判決,從而得到理想的接收靈敏度。至於時鐘提取的目的在於判決與定時的需要,即數字脈衝信號得以再生。

使用光接收機的注意事項

(1)光纖APC頭有光輸出,檢修時,應避免光輸出頭對準人的眼睛,防止光對人眼的傷害。光連線頭應避免灰塵,連線之前套用無水酒精清洗;

(2)電壓波動較大的地方,應加裝交流穩壓器;

(3)輸出端沒有全部使用時,不使用端應加裝75n假負載;

(4)野外型光接收機外殼一定要鎖緊,防止水浸入;

(5)裝光接收機的地方要有防雷設施,外殼要接地良好;

(6)安裝好光接收機後,先進行正向通道測試,然後進行反向通道測試。