光纤通信第03章课件.ppt

第三章 光接收机;3.1 光接收机简介 ;;3.1.2 光接收机的性能指标 光接收机主要的性能指标是误码率（BER）、灵敏度以及动态范围 。 误码率是码元被错误判决的概率，可以用在一定的时间间隔内，发生差错的码元数和在这个时间间隔内传输的总码元数之比来表示 。 接收机灵敏度的定义为：在满足给定能的误码率指标条件下，最低接收的平均光功率Pmin。在工程上常用dBm来表示，即 ;3.1.2 光接收机的性能指标 接收机的最低输出光功率（用dBm来描述）和最大允许输入光功率（用dBm来描述）之差（dB）就是光接收的动态范围 Pmax和Pmin为保证系统误码率指标条件下，接收机允许的最大接收光功率和最小接收光功率。 ;3.2 光电检测器 ;3.2.1 PN结的光电效应 ;;;2．光电二极管的波长响应（光谱特性） （1）上截止波长 光电效应必须满足条件 hv＞Eg 或 ?＜ c是真空中的光速， 是入射光的波长，h是普朗克常量 ;即入射光的波长必须小于某个临界值，才会发生光电效应，这个临界值就叫做上截止波长，定义为 （2）响应波长的下限 设x = 0时，光功率为p(0)，材料吸收系数为 经过x距离后吸收的光功率可以表示为 ;;要提高量子效率，可采取如下措施： ① 尽量减小光子在表面层的反射率，增加入射到光电二极管中的光子数； ② 尽量减小中性区的厚度，增加耗尽区的宽度，使光子在耗尽区被充分地吸收 光电转换效率也可以直接用光生电流Ip和入射光功率p0的比值来表示,称其为响应度 ;;（2）载流子在耗尽区里的渡越时间 下图为漂移速度与电场强度关系 若想使载流子能以极限漂移速度渡越耗尽区，反向偏压须满足 V?＞?EsW;5．光电二极管的暗电流 暗电流是指无光照时光电二极管的反向电流 。;;;;;;;3.3 放大电路及其噪声 ;;;2．双极晶体管的噪声源 ;（3）分配噪声 功率谱密度为 将集电极回路里的噪声源等效到输入端，可等效为一个串联电压噪声源，功率谱密度为 对双极晶体管，有下列关系存在 双极晶体管放大器输出端的总噪声功率为 ;3.4 光接收机灵敏度的计算 ;1.灵敏度的精确计算 总噪声包括放大器的热噪声和光电检测器的噪声。 放大器噪声的概率密度： 光电检测器的噪声概率密度： 总噪声Z=X+Y的概率密度：;2．接收机灵敏度的高斯近似计算 高斯近似，即假设APD光电检测过程的概率密度函数也是高斯函数。 在高斯近似下，放大器和均衡滤波器输出端的总噪声的概率密度函数依然是高斯函数，其方差为两噪声方差之和 对0码 对1码;当判决电平为D时，“0”码误判为“1”码的概率为 令 ，对上式进行变量交换 同样“1”码误判为“0”码的概率为 令 ，上式变换成 ;如果接收的随机脉冲序列中“1”码出现的概率等于“0”码出现的概率，总误码率为 为使总误码率达到最小，一般令E01=E10 只需使 Q值和误码率的关系 ;3．影响光接收机灵敏度的主要因素 （1）灵敏度与放大器噪声的关系 bmax与z的关系 （PIN光电二极管作检测器） （APD作检测器，工作在最佳雪崩增益） 放大器噪声的大小与最佳雪崩增益有关 ;（2）接收机灵敏度与比特速率的关系 对比特速率较高的系统，接收机灵敏度与比特速率的关系为： ? 当用PIN光电二极管作检测器时，比特率增加倍频程，灵敏度大约下降4.5dB； ? 当用APD作检测器（设x≈0.5），且工作在最佳雪崩增益时，比特率增加倍频程，灵敏度大约下降3.5dB 。;（3）灵敏度与输入波形的关系 输入 脉冲时，放大器的噪声最小，灵敏度最高；发送RZ码时接收机的灵敏度比NRZ码要高。 （4）消光比对灵敏度的影响 消光比引起的灵敏度的恶化量 残余光使消光比不为零;; 眼图;眼图 的 “眼睛” 张开的大小反映着码间串扰的强弱。 “眼睛”张的 越大，且眼图越端正，表示码间串扰越小；反之表示码间串扰越大。 眼图对于展示数字信号传输系统的性能提供了很多有用的信息：可以从中看出码间串扰的大小和噪声的强弱，有助于直观地了解码间串扰和噪声的影响，评价一个基带