目前，實(shí)用的光纖通信系統(tǒng)，在絕大多數(shù)情況下傳輸數(shù)字信號(hào)，少數(shù)情況傳輸模擬信號(hào)，故本節(jié)將介紹數(shù)字光纖通信接收機(jī)。
1．?dāng)?shù)字光纖通信接收機(jī)的組成方框圖
這一段里，將介紹當(dāng)前廣泛采用的強(qiáng)度調(diào)制一直接檢波數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中的接收光端機(jī)（簡(jiǎn)稱光接收機(jī)），其方框圖如圖3-43所示．該方框圖中只示意地畫出光接收機(jī)的主要分，輔助部分沒有畫出．
圖3 - 43數(shù)字光纖通信接收光端機(jī)方框圖
2．方框圖中各部分的功能
(l)光電檢測(cè)器
如前所述，光電檢測(cè)器的作用是利用光一電檢波管，將由發(fā)送光端機(jī)經(jīng)光纖傳過來的光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)．目前廣泛使用的光-電檢波管是半導(dǎo)體光-電二極管，它們是pin管和雪崩光電二極管，后者又稱apd管．這兩種檢波管的工作原理和特性已在前面討論過．
(2)前置放大器
由于這個(gè)放大器與光電檢測(cè)器緊相連，故稱前置放大器。
在一般的光纖通信系統(tǒng)中，經(jīng)光電檢測(cè)器輸出的光電流是十分微弱的，為了保證通信質(zhì)量，顯然，必須將這種微弱的電信號(hào)通過多級(jí)放大器進(jìn)行放大，
放大器在放大的過程中，放大器本身的電阻會(huì)引入熱噪聲；放大器中的晶體管要引入散粒噪聲，不僅如此，在一個(gè)多級(jí)放大器中，后一級(jí)放大器將會(huì)把前一級(jí)放大器送出的信號(hào)和噪聲同樣放大，亦即前一級(jí)引入的噪聲也被放大了．
將上述這兩點(diǎn)論述合起來即為：信號(hào)本來就微弱，又引入了噪聲，而且噪聲還被同樣放大．因此，對(duì)多級(jí)放大器的前級(jí)就有特別的要求，它應(yīng)是低噪聲、高增益的，這樣才能得到較大的信噪比。
目前光接收機(jī)前置放大器有多種類型，如雙極型晶體管前置放大器、場(chǎng)效應(yīng)晶體管互阻抗前置放大器，pin-fet( pin管與場(chǎng)效應(yīng)管)前置放大器組件等．它們?nèi)鐖D3-44，3-45，3-46所示．
(a)pin - fet組件
(b)組件外形
(3)主放大器
主放大器的作用有兩個(gè)方面：
①將前置放大器輸出的信號(hào)放大到判決電路所需要的信號(hào)電平．
②它還是一個(gè)增益可調(diào)節(jié)的放大器．當(dāng)光電檢測(cè)器輸出的信號(hào)出現(xiàn)起伏時(shí)，通過光接收機(jī)的自動(dòng)增益控制電路對(duì)主放大器的增益進(jìn)行調(diào)整，以使主放大器的輸出信號(hào)幅度在一定范圍不受輸入信號(hào)的影響，一般主放大器的峰一峰值輸出是幾伏數(shù)量級(jí)．
圖3-47所示為一個(gè)由運(yùn)算放大器、負(fù)反饋放大器、溫度補(bǔ)償電路以及射極輸出器構(gòu)成的主放大器電路，圖(a)為它的方框圖，圖(b)為它的電路圖．
(4)均衡器
①?zèng)]有均衡器將出現(xiàn)的問題
在數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中，送到發(fā)送光端機(jī)進(jìn)行調(diào)制的數(shù)字信號(hào)是一系列矩形脈沖．由信號(hào)分析知道，理想的矩形脈沖具有無窮的帶寬，這種脈沖從發(fā)送光端機(jī)輸出后要經(jīng)過光纖、光電檢測(cè)器、放大器等部件，這些部件的帶寬卻是有限的，因此，矩形脈沖頻譜中只有有限的頻率分量可以通過，這樣，從接收機(jī)主放大器輸出的脈沖形狀將不再會(huì)是矩形的了，將可能出現(xiàn)很長(zhǎng)的拖尾，如圖3-48所示，這種拖尾現(xiàn)象將會(huì)使前、后碼元的波形重疊'產(chǎn)生碼間干擾，嚴(yán)重時(shí)，造成判決電路誤判，產(chǎn)生誤碼．
②均衡器的作用
它的作用是使經(jīng)過均衡器以后的波形成為有利于判決的波形。例如，成為升余弦頻譜脈沖。說得具體一點(diǎn)就是，經(jīng)過均衡以后的波形，在本碼判決時(shí)刻，其瞬時(shí)值應(yīng)為最大值；而這個(gè)本碼波形的拖尾在鄰碼判決時(shí)刻的瞬時(shí)值應(yīng)為零。這樣，即使經(jīng)過均衡后的輸出波形仍有拖尾，但是這個(gè)拖尾在鄰碼判決的這個(gè)關(guān)鍵時(shí)刻為零，從而不干擾對(duì)鄰碼的判決。上述這種情況可從圖3-49中明顯地看出．
圖3 - 48未經(jīng)均衡出現(xiàn)的脈沖拖尾現(xiàn)象
圖3 - 49單個(gè)脈沖均衡前后波形的比較
關(guān)于無碼間干擾條件，可參看有關(guān)通信系統(tǒng)原理的書．
(5)判決器和時(shí)鐘恢復(fù)電路
判決器由判決電路和碼形成電路構(gòu)成．判決器和時(shí)鐘恢復(fù)電路合起來構(gòu)成脈沖再生電路．脈沖再生電路的作用是將均衡器輸出的信號(hào)，例如，升余弦頻譜脈沖，恢復(fù)為“0或“1”的數(shù)字信號(hào)．
為了能從均衡器的輸出信號(hào)判決出是“0碼還是“l(fā)碼，首先要設(shè)法知道應(yīng)在什么時(shí)刻進(jìn)行判決．亦即應(yīng)將“混在”信號(hào)中的時(shí)鐘信號(hào)（又稱定時(shí)信號(hào)）提取出來，接著再根據(jù)給定的判決門限電平，按照時(shí)鐘信號(hào)所“指定”的瞬間來判決由均衡器送過來的信號(hào)．若信號(hào)電平超過判決門限電平，則判為“1碼；低于判決門限電平，則被判為“0碼．從而把升余弦頻譜脈沖恢復(fù)（再生）為“0”，“1碼信號(hào)，
上述信號(hào)再生過程，可從圖3-50中十分明顯地看出來，實(shí)用的時(shí)鐘恢復(fù)電路有多種，下面簡(jiǎn)單介紹其中一種方案的方框圖，如圖3-5 1所示．圖中各部分的作用如下：
圖3-50 信號(hào)再生示意圖
圖3-51時(shí)鐘恢復(fù)電路方框圖
箝位、整形、非線性處理——經(jīng)光接收機(jī)均衡后輸出的信碼為升余弦頻譜脈沖，如圖3-52（a）所示的波形將這個(gè)波形經(jīng)箝位整形后得到如圖中（b）的波形，是不為零碼。
但是，根據(jù)通信系統(tǒng)原理知道，不歸零碼（nrz）的功率譜密度分布如圖3-53所示。由圖可十分明顯看出，在時(shí)鐘fb的位置上功率譜密度為零．這即是說nrz碼功率譜密度中不含時(shí)鐘頻率成分，因此無法從中提取時(shí)鐘頻率成分．為此，需通過一套邏輯電路對(duì)nrz碼進(jìn)行非線性處理，得到如圖3-52(c)所示的波形圖，這種波形是歸零碼(rz)，它的功率譜密度分布曲線如圖3-54所示。由圖看出，在這種波形的頻譜密度分布中，時(shí)鐘成分fb較大，從而，有可能從時(shí)鐘恢復(fù)電路中提取時(shí)鐘信號(hào)。
圖3-52 時(shí)鐘恢復(fù)電路波形圖
圖3- 53 nrz碼的功率譜密度分布圖
圖3-54 rz碼功率譜密度分布圖
非線性處理電路有多種類型．圖3-55是一種簡(jiǎn)單的電路．將不歸零碼通過rc電路進(jìn)行微分，再通過一個(gè)非門產(chǎn)生歸零碼，其波形如圖3-56所示．
圖3.-55一種非線性處理電路
圖3-56非線性處理電路中的波形圖
調(diào)諧放大——它的作用是用非線性處理后的波形來激勵(lì)調(diào)諧放大器，然后在它的諧振回路中選出時(shí)鐘頻率fb的簡(jiǎn)諧波，經(jīng)調(diào)諧放大后的波形如圖3-52(d)所示．
限幅——經(jīng)過限幅，就將上述簡(jiǎn)諧信號(hào)波形變?yōu)槿鐖D3-52(e)所示的波形．
整形、移相——整形電路將經(jīng)限幅后的波形變?yōu)榫匦蚊}沖；移柏網(wǎng)絡(luò)再將這矩形脈沖串的相位調(diào)整到最佳判決時(shí)所需要的相位，最后得到如圖3-52(f)所示的時(shí)鐘信號(hào)．
判決電路和碼形成電路，可由與非門電路和r-s（復(fù)位一置位）觸發(fā)器來構(gòu)成．具體電路不再詳述。
由判決器和時(shí)鐘恢復(fù)電路合起來構(gòu)成的脈沖再生電路原理方框圖如圖3-57所示，實(shí)用的機(jī)器中除圖中所示的部分外還有一些輔助電路．
(6)光接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍和自動(dòng)增益控制
光纖通信接收機(jī)工作時(shí)，所接收光信號(hào)的強(qiáng)弱可能是不同的．造成這種變化的原因，可能是溫度變化引起光纖損耗變化等，也可能是一個(gè)按標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的光纖接收機(jī)，但使用在不同系統(tǒng)中．例如，光源的強(qiáng)弱不同，傳輸距離不同等。
接收機(jī)正常工作時(shí)，信號(hào)不能太弱，否則會(huì)造成過大的誤碼，但也不能太強(qiáng)，否則將會(huì)使接收機(jī)放大器過載而造成失真等問題，因此，光接收機(jī)正常工作時(shí)，光信號(hào)應(yīng)有一個(gè)范圍，這個(gè)范圍就稱為光接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍。
圖3-57 脈沖再生電路原理方框圖
光接收機(jī)的自動(dòng)增益控制(agc)，就是用反饋環(huán)路來控制主放大器的增益，在采用雪崩管的接收機(jī)中還通過控制雪崩管的高壓來控制雪崩管的雪崩增益．當(dāng)信號(hào)強(qiáng)時(shí)，則通過反饋環(huán)路使上述增益降低；當(dāng)信號(hào)變?nèi)鯐r(shí)，則通過反饋環(huán)路使上述增益提高，從而達(dá)到使送到判決器的信號(hào)穩(wěn)定，以利判決的目的，顯然，自動(dòng)增益控制的作用是增加了光接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍．能夠?qū)崿F(xiàn)上述自動(dòng)增益控制作用的原理方框圖如圖3-58中虛線部分所示．
圖3-58自動(dòng)增益控制工作原理方框圖
(7)解碼、解擾電路
為了使信碼流能夠并有利于在光纖系統(tǒng)中傳輸，光發(fā)射機(jī)輸出的信號(hào)是經(jīng)過編碼處理的，然而，為了使從光接收機(jī)輸出的信號(hào)能在pcm系統(tǒng)內(nèi)傳輸，還需將上述經(jīng)過編碼處理過的信號(hào)進(jìn)行一系列的復(fù)原工作．
首先要通過解碼電路，將mbnb或rnb1h等碼型恢復(fù)為編碼之前的碼型．然后再經(jīng)解擾電路將發(fā)送端“擾亂”的碼恢復(fù)為被擾之前的狀況，最后再由編碼器將解擾后的碼編為適于在pcm系統(tǒng)中傳輸?shù)膆db3碼，上述這種過程可參看圖3-59．
(8)輔助電路
光接收機(jī)除上面介紹的若干部分外，還有一些輔助電路，下面簡(jiǎn)單介紹其中的一部分。
①箝位電路
為了使輸入判決器的信號(hào)穩(wěn)定，在判決器前面還加有箝位電路，它將已均衡波的幅度底部箝制在一個(gè)固定的電位上。
②溫度補(bǔ)償電路
由于光接收機(jī)環(huán)境溫度變化時(shí)，雪崩管的增益將發(fā)生變化，由此，使接收機(jī)的靈敏度變化．為了盡可能減少這種變化，就需給雪崩管的偏壓加溫度補(bǔ)償電路，使雪崩管偏壓隨溫度相應(yīng)地變化。
③告警電路
當(dāng)輸入光接收機(jī)的光信號(hào)太弱或無光信號(hào)時(shí)，則由告警電路輸出一個(gè)告警信號(hào)至告警盤．
3．一個(gè)實(shí)際的光接收機(jī)電路
正如在介紹實(shí)際的光發(fā)射機(jī)電路一樣，實(shí)際的長(zhǎng)途通信用的光接收機(jī)電路也是十分復(fù)雜的，本書不便介紹，下面僅介紹一個(gè)在中繼站中的光接收機(jī)電路．在這個(gè)電路中只有光電 檢測(cè)、前置放大、主放大以及均衡部分，如圖3-60所示．