光接收系统实验

电子信息工程学系实验报告
课程名称：光纤通信
实验项目名称：光接收系统实验 实验时间：
班级： 姓名： 学号：
实 验 目 的:
1. 掌握光收端机的功能及电路工作原理。

2. 了解光收端机接口电路。

实 验 环 境:
HD8614光纤通信实验箱 双踪示波器
实 验 内 容:
1.观测输出的TTL 信号波形TP701，并和发送模块的输入进行比较；
2.调节发送电压W702，观测输出波形的变化。

实 验 原 理：
1. 系统组成
光收端机主要完成光电信号的转换、小信号的检测、传送信息地数字信号的恢复等功能，由光检测模块、隔离器、主放
大器和输出接口组成。

光检测器模块在收发一体模块地内部，又名检波器或探测器，主要用来完成光电信号变换地一种有源
器件。

2.光检测模块： 光检测模块主要包括光电探测组件和偏置电路。

本实验系统中使用的光电探测组件是安捷伦公司生产的，与 HFBR-1414T
光源组件属于同一个系列的HFBR- 2416T 高性能光检测组件。

它可以将探测到的光信号转变成微弱的电信号，经内部低噪声
放大后缓冲输出。

HFBR-2416T 内部包含一个 PIN 光电二极管和低噪声前置放大集成电路，它的频率响应从直流一直到
125MHz 。

它属于模拟光监测器，但是它完全可以兼数字光纤通信系统。

光检测模块在光收发一体模块内部。

光检测模块（又名检波器或探测器）主要用来完成光电信号变换的一种有源器件，检测器分为两大类：光子（量子）检
测器和热检测器；前者又分为两类即外光电效应检测器和内光电效应检测器。

本系统的光检测模块属于内光电效应检测器，
所谓内光电效应就是当投射到物体上光子能量不那么大，但大于这种物体材料所需的某一数值时，其能量的被吸收就会在物
体内部产生电子-空穴对。

光照后产生的电子、空穴称为光生载流子。

这个电子空穴对在电场作用下运动形成电流。

作为光纤通信的检测器，必须满足的要求是：
1.高的电光转换效率，即以一定的入射光信号功率，检测器能够输出大的光电流。

2.足够快的响应速度，或者大的带宽，即检测器输出的电信号能不失真地反映出接收光信号。

3.高的接收灵敏度，即能探测极微弱的光信号。

4.低功耗。

稳定、可靠、便宜。

光收端机的光接收电路由光检测器、前置放大器、主放大器、均衡放大器、时钟提取、再生（定时判决）、自动增益控
图1 光收端机方框图
制以及告警电路等所组成，如图2所示
光电检测器将传过来的光信号转换为电信号。

前置放大器放大从光检测器送来的微弱电信号，它是光接收机的关键部分。

要求它有足够小的噪声、适当的带宽和一定的信号增益。

由于它的输出信号还较弱，不能满足幅度判决的要求，因此还需主放大器做进一步的信号放大。

在接收机中入射光功率有一个可变的范围，及动态范围。

放大器的增益也能随入射光功率的变化而得到相应的调整，即实现自动增益控制。

在光接收机中，常把这种能实现自动增益控制的放大级作为主放大器。

主放大器的输出信号送到均衡电路。

均衡电路的作用是将已发生畸变和有严重码间干扰的信号进行均衡，使其尽可能的恢复原理啊的状况，以利于定时判决。

由此可见均衡电路的作用是对某些频率成分进行补偿、抑制甚至消除。

因此也称为均衡滤波器电路。

若均衡后的信号增益够了，就可以送时钟提取电路和幅度判决电路。

均衡后的信号经峰值检波变成与交流信号的峰值成正比的直流信号。

再将此直流信号经AGC 放大电路放大后，即成为AGC 电压，用以控制主放的增益。

为了准确无误的判决和进行时钟提取，要首先对基线漂移进行处理。

经过基线处理的眼图信号首先要进行幅度判决。

一般说判决电平应取眼图张开最大处的一半位置。

然而由于“1”码上叠加的噪声要比“0”码上叠加的噪声大一些，因此实际上的判决电平应在眼图中心略偏下一点的位置，以便使误码最少。

经过幅度判决的信号是不归零信号（NRZ ），它没有时钟频率分量，不能提取时钟信号，只能将NRZ 信号进行非线性处理变成归零信号（RZ ），然后再进行时钟提取。

最好判决电路输出的数字信号送至接口，再进行码型反变换，恢复成原来的码型。

实 验 步 骤：
1. 接好电源。

2. 设置开关
K701 为光纤通信波长选择开关，单模光纤和多模光纤通信时设置为1－2和4－5状态。

正常情况下学生不可进行插拔。

K702的1－2：模拟接口和数字接口电路的输出选择开关，共有下列选择方式：PN 码、CMI 码、模拟输出、数字电话、模拟电话、PCM 码，2－3：模拟接口电路发射级输出接地，常设状态为2－3状态。

3．调节电位器
W701：调节光收端机接口电路的偏置电压（发射极电压）；
图2 光接收电路方框图
图3光接收实验电路方框图 TP701 TP703
TP704
W702：调节光收端机宽带放大电路的信号放大倍数。

说明： W701、W702为可变电位器，可调节放大倍数。

其波形测量点有TP701、TP702、TP703、TP704、TP705为接收机伪随机码输出，TP706为接收数字电话输出。

其中K702为接收信号跳线选择方式开关。

1）当将发方光发端机设置在“数字电话”工作状态，在收方光收端机的宽带低噪声放大接口电路中也设置在“数字电话”工作状态，接通电话，测试TP701、TP702、TP703、TP704波形，若TP704输出波形的幅度小于2V 或波形不好时，可对W701、W702的电位器进行调节。

2）当将发方光发端机设置在“模拟电话”工作状态，在收方光收端机的宽带低噪声放大接口电路中也设置在“模拟电话”工作状态，接通电话，测试TP701、TP702、TP703、TP704波形。

用示波器测量TP701电压的幅度时，可将光纤从收端机模块的ST 活动连接器中慢慢拔出（注意动作要轻）使输入的光功率逐渐减小，观察示波器电压幅度的变化。

3）用示波器观察测试点TP704的波形，注意该波形和TP701的波形相比较有何不同，计算接收端（主放大器）的信号放大倍数。

4）共模噪声抑制方法：将发方发端机与收方收端机设置在正常的“数字电话”工作状态，用示波器测量TP702处的波形及幅度，用小起子调节W702或W701，使之出现共模噪声，此时收方电话机能听到沙沙声，再用小起子调节W702或W701，使之共模噪声消失，此时收方电话机听不到沙沙声。

4. 选择一路光纤传输信道（信道－1310nm ），然后通过J701选择一路数字信号（如64kHz 的PN 码），接收端由J702选择输出口OUT1。

5．用示波器观测测试点TP701、TP702的波形，并进行比较。

6．调节电位器W701，并用示波器观察测试点TP701、TP702信号的幅度变化。

7．用示波器观测测试点TP702、TP703的波形，并进行比较。

多次测量，计算光接收电路的放大倍数。

实 验 结 果 及 分 析：
测试点：
1. TP701 为2416T 或2316T 为光收端机接收模块的输出，及光电转换电路的输入波形，可以为模拟信号或数字信号，用示波器可测量电压的幅度。

2. TP702 为光电转换电路宽带放大器的输入波形，与TP701波形相同。

3. TP703 为光电转换电路宽带放大器的输出波形，其幅度可通过W701、W702调节。

4. TP704 与TP703的波形相同。

5. TP705 为PN 码输出波形，K702必须设置在PN 码状态。

6. TP706 为数字电话PCM 自环工作状态时输出。

数字波形，K702必须设置在“PCM ”码状态。

结果图：
图一：TP701波形图: 图二：TP702波形图:
图三：TP703波形图： 图四： TP704波形图：
TP705波形图： TP706波形图： 实 验 心 得：
在光纤通信系统中，光接收机的任务是以最小的附加噪声及失真，恢复出光纤传输后由光载波所携带的信息，因此光接收机的输出特性综合反映了整个光纤通信系统的性能。

光发射机发射的光信号经传输后，不仅幅度衰减了，而且脉冲波形也展宽了，光接收机的作用就是检测经过传输的微弱光信号，并放大、整形、再生成原传输信号。