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       如圖7.2.1a所示，數字光接收機由三部分組成，即光探測器和前置放大器部分、主放大（線性信道）部分以及數據恢復部分。圖7.2.1b為100GHz波導探測器的外形圖。下面分別介紹每一部分的作用。

圖7.2.1數字光接收機

a）數字光接收機原理構成圖b）100GHz波導光探測器

一、光/電轉換和前置放大——決定放大器的性能

       接收機的前端是光探測器，它是實現光/電轉換的關鍵器件，直接影響光接收機的靈敏度。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生的微弱電信號，以供主放大器進一步放大和處理。接收機不是對任何微弱信號都能正確接收的，這是因為信號在傳輸、檢測及放大過程中總會受到一些干擾，并不可避免地要引進一些噪聲。雖然來自環境或空間無線電波及周圍電氣設備所產生的電磁干擾可以通過屏蔽等方法減弱或防止，但隨機噪聲是接收系統內部產生的，是信號在檢測、放大過程中引進的，人們只能通過電路設計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，但在弱信號被放大的同時，噪聲也被放大了，當接收信號太弱時，必定會被噪聲淹沒。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，所以精心設計前置放大器就顯得特別重要。

二、線性放大和數據恢復——眼圖分析系統性能

       線性放大器由主放大器、均衡濾波器和自動增益控制電路組成。自動增益控制電路的作用是在接收機平均入射光功率很大時把放大器的增益自動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噪聲（通常Δf=B/2）。因為接收機其他部分具有較大的帶寬，所以接收機帶寬將由低通濾波器帶寬所決定。此時，由于Δf＜B，所以濾波器使輸出脈沖發生展寬，使前后碼元波形互相重疊，在檢測判決時就有可能將“1”碼錯判為“0”碼或將“0”碼錯判為“1”碼，這種現象就叫作碼間干擾。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特性，做到判決時無碼間干擾。因為前置放大器、主放大器以及均衡濾波電路起著線性放大的作用，所以有時也稱為線性信道。

       光接收機的數據恢復部分包括判決電路和時鐘恢復電路，它的任務是把均衡器輸出的升余弦波形信號恢復成數字信號。

       在實驗室觀察碼間干擾是否存在的最直觀、最簡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脈沖信號輸入到示波器的Y軸，用時鐘信號作為外觸發信號，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，當輸出端信噪比很大時，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出碼間干擾的大小，這給均衡電路的調整提供了簡單而適用的觀測手段。由于受噪聲和碼間干擾的影響，誤碼總是存在的，數字光接收機設計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碼數字光接收機眼圖
a）理想的眼圖b）因噪聲惡化的眼圖c）實測眼圖

三、接收機信噪比（SNR）

       由于電子在光電二極管負載電阻RL上隨機熱運動，即使在外加電壓為零時，也產生電流的隨機起伏，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產生的電流，這種無規則的起伏就是散粒噪聲，散粒噪聲是由探測器本身引起的，它圍繞著一個平均統計值而起伏。

       光接收機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度噪聲。半導體激光器輸出光的強度、相位和頻率，即使在恒流偏置時也總是在變化，從而形成噪聲。半導體激光器的兩種基本噪聲是自發輻射噪聲和電子-空穴復合噪聲。在半導體激光器中，噪聲主要由自發輻射構成。每個自發輻射光子加到受激發射建立起的相干場中，因為這種增加的信號相位是不定的，于是隨機地干擾了相干場的相位和幅值。