第5章光检测器与光接收机.ppt

光接收机的动态范围 光接收机的动态范围D，是在保证系统的误码率指标要求下，接收机的最低输入光功率（用dBm来描述）和最大允许输入光功率用（dBm来描述）之差（dB） D=10lg（Pmax/10-3）- 10lg（Pmin/10-3） = 10lg（Pmax/Pmin） 其中10lg（Pmin/10-3 ）就是接收机灵敏度 当环境温度变化时，光纤的损耗将发生变化，随着时间的增长，光源输出功率亦将变化，也可能因一个按标准化设计的光接收机工作在不同的系统中，从而引起接收光功率不同 因此要求接收机有一个动态范围。低于这个动态范围的下限（即灵敏度），如前所述将产生过大的误码，高于这个动态范围的上限，在判决时亦将造成过大的误码。显然，一台质量好的接收机应有较宽的动态范围 光通信系统噪声分析 噪声：与信息无关的随机变化量 数字系统噪声的危害：误码率增大 灵敏度降低 光通信系统的主要噪声： 光检测器引入噪声 光接收机电路噪声 光源模式分配噪声 光检测器引入噪声： 光散弹噪声（量子噪声） 暗电流噪声 直流光或背景光噪声 倍增噪声 光接收机电路噪声： 热噪声 光通信系统噪声分析 使用随机过程中方差的概念 推导光检测器量子噪声在接收机判断点产生的平均噪声功率 随机过程的方差 描述了随机过程各时刻的取值，偏离随机过程均值的程度 光接收机输出电压的方差就是：光接收机输出噪声的平均功率 噪声的特性 一种随机性的起伏量 无规则的电磁场形式 电信号中一种不需要的成分，干扰实际系统中信号的传输和处理，影响和限制了系统的性能 噪声的数学表示 噪声电压Vn(t)的振幅、相位等均随时间作无规则的变化，其瞬时值的平均为零，即Vn(t) =0 噪声的均方值Vn2(t) ≠0。反映单位电阻上所耗损的平均功率，可用功率电表测量。用来表示噪声的大小 噪声电压的有效值为均方根值Vn2(t) 1/2 电阻及内部自由电子或电荷载流子的不规则热骚动引起的噪声均方电压和均方电流为： vn2(t) R=2kBTRB (V2) in2(t) R=2kBTB/R (A2) kB=1.38×10-23J/K 为玻尔兹曼常数 T为绝对温度（K） B为频域内的系统工作带宽 l个互不相关噪声源的总噪声是各个噪声源的均方和 vn2(t) =∑lvn，l2(t) 单位带宽的均方噪声作为均方噪声谱密度来表示 d／df vn2(t) =2kBTR 雪崩光电二极管APD的一般性能 光接收机 功能：经过光纤传输后接收到的微弱光信号还原为原来的电信号 要求：以最小的附加噪声及失真，恢复出由光纤传输、光载波所携带的信息 影响：中继距离 误码率（或信噪比） 灵敏度 动态范围等 分类：对应光发送机 模拟接收机 数字接收机 数字光接收机 基本原理：接受经过光纤传输后接收到的带有各种噪声的微弱光信号，并作出正确判决（“0”，“1”） 误码： “0”→“1” “1”→“0” 误码率：光接收机输出码元出现误码的概率 误码率=P(1/0)+ P(0/1) P(1/0)：将“0”码误判为“1”码的概率 P(0/1) ：将“1”码误判为“0”码的概率 产生误码率的因素 一类是信号码流中码元的波形经过光纤传输后的失真，其影响可以通过对失真后的波形进行整形来减小或消除 一类是光纤传输信道中引入的各种噪声，其影响是任何波形变换都无能为力的。 灵敏度：保证一定误码率（一般是10-9）条件下所需的最小接收光功率。 光接收机的基本结构 光检测器（PIN、APD） 作用：光电转换 信号数量级~噪声数量级 入射到光检测器光敏面的光信号（纳瓦数量级） 光电转换过程中引入的噪声（主要是系统噪声） 前置放大 作用：信号的预放大 要求：低噪声 光检测器和前置放大器合起来组成接收机前端，产生主噪声源 主放大器 作用：前段输出的毫伏级信号→峰-峰值电压1~3V 自动增益控制 PIN：AGC电路控制主放大器的放大倍数 APD： AGC电路控制主放大器的放大倍数 和APD的偏置电压。 使AGC的动态范围增加10dB 作用：当信号强时，则通过反馈环路使上述增益降低