2.1   光接收機簡介

   在光纖通訊系統中，光接收機的任務是以最小的附加噪聲及失真，恢復出由光纖傳輸后由光載波所攜帶的信息，因此光接收機的輸出特性綜合反映了整個光纖通訊系統的性能。一般一個基本的光接收機有以下三個部分組成，可見圖2.1：

1) 光檢測器

通常，接收到光脈沖所載的信號代表著0或者１的數位，利用光檢測器，其轉變為電信號。目前廣泛使用的光檢測器是半導體光電二極管，主要有PIN管和雪崩光電二極管，后者又稱APD管。

2) 放大器

包括前置放大器和主放大器，前者與光電檢測器緊相連，故稱前置放大器。在一般的光纖通訊系統中，經光電檢測器輸出的光電流是十分微弱的，為了保證通信質量，顯然，必須將這種微弱的電信號通過放大器進行放大。在OptiSystem提供的Photodiode元件中已內置了前置放大器。

3) 均衡器、濾波器

需要均衡器、濾波器等其他電路裝置對信號進行進一步的處理，消除放大器及其他部件（如光纖）等引起的波形失真，并使噪聲及碼間干擾減到最小。接收機的噪聲和接受機的帶寬是成正比的，當使用帶寬小于碼率的的低通濾波器時，可以降低系統的噪聲。　

4) 解調器

為了使信碼流能夠并有利于在光纖系統中傳輸，光發射機輸出的信號是經過編碼處理的，為了使光接收機輸出的信號能在PCM系統中傳輸，則需要將這些經編碼處理的信號進行復原。

　  在該結構中，在已經內建了判決器和時鐘恢復電路的誤碼率分析儀（BER Analyzer）中可以得到最終復原的信號，并可對最終的輸出信號的誤碼率等各項參數進行檢測、分析。

2.2 光接收機模型設計案例：PIN光電二極管的噪聲分析

2.2.1  設計目的

   影響光接收機性能的主要因素就是接收機內的各種噪聲源。接收機中的放大器本身電阻會引入熱噪聲（Thermal Noise），而放大器的晶體管會引入散粒噪聲（Shot Noise），而且多級放大器中會將前級的噪聲同樣放大，計算分析這些噪聲對我們分析、優化光接收機以及整個光通訊系統都是有十分重要的作用。

2.2.2  原理簡介

   噪聲是一種隨機性的起伏量，它表現為無規則的電磁場形式，是電信號中一種不需要的成分，干擾實際系統中信號的傳輸和處理，影響和限制了系統的性能。在光接收機中，可能存在多種噪聲源，它們的引入部位如圖2.2所示。

2.2.3 模型的設計布局圖

   圖2.3為PIN光電二極管噪聲分析的OptiSystem設計布局圖：

圖2.3 光電二極管的噪聲分析的設計布局圖

圖2.4  光電二極管的Shot  Noise（上圖）

圖2.5  光電二極管的Thermal Noise（下圖）

如圖2.3所示，從外調制激光發送機輸出的調制光信號，經衰減器后，由Fork復制為兩路相同的信號分別送入不同噪聲設置的光電二極管。上端的PIN管不考慮熱噪聲，而具有Shot Noise；而下端的PIN管的熱噪聲為1.85e-25W/Hz，沒有Shot Noise，然后分別送入濾波器和最終的誤碼率分析儀中，其中兩路中的低通濾波器的截止頻率和碼率都是一樣的。在圖2.4中，用戶可以看到上端PIN管中Shot Noise是依賴于信號強度大小的。而在圖2.5中，下端的PIN管不計入Shot Noise，而只考慮熱噪聲；可以發現該噪聲的大小也是依賴于信號強度的。從本例中，我們可以觀察到熱噪聲和散粒噪聲對最終傳輸的信號質量的影響，并可以根據數據模擬有個定量的分析和計算。此外，還可以對噪聲參數的調試，觀測不同噪聲對整個系統性能的影響程度的大小。并且，我們可以得出，在這樣一個小信號系統中，光檢測器的偏置電阻及放大器電路的熱噪聲是最主要的噪聲源。

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