第五章光检测器和光接收机.ppt

光接收机输出的噪声的特性： 光接收机输出的噪声的特性概率分布十分复杂，包括放大器引入的噪声和光检测器的噪声。 前面分析过放大起引入的噪声，是高斯分布的平稳随机过程，其概率密度函数为高斯函数。 光电检测过程，尤其是雪崩光电检测过程是一个非常复杂的随机过程，它的概率密度函数是非高斯型的。 假设：一般假设噪声电流（或电压）的瞬时值服从高斯分布，其概率密度函数为 式中：x是代表噪声这一高斯随机变量的取值，均值E（x）=0，方差D（x）=σ2 NA为前置放大器的平均噪声功率； ND为光检测器的平均噪声功率； N0为总的平均噪声功率。 （1）发“0”码时 平均噪声功率N0=NA，NA为前置发达器的平均噪声功率；这时没有光信号输入，光检测器的平均噪声功率ND=0（略去暗电流）。 发“0”码条件下噪声的概率密度函数： 注：均值为0的高斯噪声的方差σ2就是平均噪声功率N0 把“0”码误判为“1”码的概率：等于I0D的概率 （2）发“1”码时： 平均噪声功率：N1= NA+ND；ND为光检测器的平均噪声功率； 噪声电流幅度：I1-Im； 判决条件：I1-ImD-Im或Im-I1 Im-D(即I1D) 把“1”码误判为“0”码的概率：等于I1-ImD-Im或Im-I1 Im-D(即I1D)的概率。 （3）总误码率? “0”码和“1”码的误码率一般是不相同的，但对于“0”码和“1”码等概率而言，一般认为Pe，01= Pe，10时可使误码率达到最小。 超扰比Q： 说明：只要知道Q值，就可以根据总误码率的计算公式求出误码率，结果如图。 例：Q=6，BER≈10-9；Q=7，BER≈10-12。 数字通信要求，如果误比特率小于10-6，则基本上可以恢复原来的数字信号。如果误比特率大于10-3，则基本上不能进行正常的电话通信。 一般要求系统的误比特率小于10-9，即10亿个脉冲中只容许发生一个误码。 5．2．4灵敏度 一.灵敏度的一般计算方法 二．理想光接收机的灵敏度 灵敏度是光接收机的最重要的性能指标。 灵敏度：是指保证达到给定的误码率(或信噪比）的条件下，光接收机需要输入的最小平均接收光功率Pmin。或者说在一定误码率条件下光接收机所能接收到的最小光功率。 可用三种物理量表示： 最小平均光功率Pmin 每个光脉冲的最低平均能量Ed 每个光脉冲的最低平均光子数n0 接收灵敏度一般用dBm（毫瓦分贝）来表示，它是以lmW光功率为基础的绝对功率。 说明： 灵敏度表示光接收机调整到最佳状态时，能够接收微弱光信号的能力，提高灵敏度意味着可以接收更微弱的光信号。 影响灵敏度的主要因素是光检测器和放大器引入的噪声。 一.灵敏度的一般计算方法 (1)计算灵敏度，必须先求出光接收机输出端总噪声的概率密度函数 (2)再根据噪声的概率密度函数计算出总误码率。 (3)根据所要达到的误码率求灵敏度。 灵敏度计算的近似方法： 光接收机输出的噪声的特性概率分布十分复杂 ,它的概率密度函数是非高斯型的。 所以精确计算光接收机的总噪声的概率分布密度是十分困难的，常用一些近似方法计算。 一些常用的近似方法： 1）? 重要性取样法 2）? 切若夫界限法 3）? 高斯近似法：CCITT推荐使用的方法。 参见：《光纤通信系统》顾畹仪，李国瑞，北京邮电大学出版社 二．理想光接收机的灵敏度 理想光接收机的定义： 假设光检测器的暗电流为0； 放大器无噪声； 只要光电二极管输出一个电子-空穴对所产生的光电流，判决器就能判决出来。 结论：理想光接收机的灵敏度只受光检测器的量子噪声的限制，因为量子噪声是伴随光信号的随机噪声，只要有光信号的输入，就有量子噪声。 1．误码率的计算 （1）发“0”码时的误码率： 光检测器没有光输入，由于光电二极管暗电流为0，放大器无噪声，所以光电二极管不输出电子-空穴对，放大器也无信号输出； 因此“0”码误码为“1”码的概率为0，即 （2）发“1”码时的误码率： 产生误码的唯一可能就是当一个光脉冲输入时，光检测器没有产生光电流，放大器没有电流输出。 假设在时间L内有一个能量为 E 的光脉冲落在光检测器上，在时间L内产生的电子空穴对的均值为： 而L内实际产生的电子个数m,由光子计数过程决定： 则“1”码误判为“0”码的概率为： （3）总误码率 当“0”码和“1”码等概率出现时，总误码率为： 2．理想光接收机的灵敏度的计算 对于数字光纤通信系统，一般要求误码率Pe≤10-9，根据式（4.15）可得到n≥21 说明： 即当要求误码率Pe≤10-9时,每个入射“1”码脉冲至少应