光纤通信刘增基_西安电子科技大学出版社4课件.pptVIP

发射机的结构 激光二极管的啁啾(Chirp)特性：在直接调制激光二极管时，不仅输出光功率随调制电流发生变化，而且光的频率也会发生波动，即在幅度调制的同时还受到频率调制。 带有频率啁啾的信号在单模光纤中传播时，在色散作用下，将增大非线性失真。 随着调制速率增加，啁啾现象愈加严重。 解决办法：采用外部调制器。 4.2 光接收机 光接收机的前端(1) 光接收机的前端(2) 光检测器的选择：要视具体应用场合而定。 PIN光电二极管具有良好的光电转换线性度，不需要高的工作电压，响应速度快。 APD最大的优点是它具有载流子倍增效应，其探测灵敏度特别高，但需要较高的偏置电压和温度补偿电路。 从简化接收机电路考虑，一般情况下多喜欢采用PIN光电二极管作光探测器。 前置放大器的主要作用是保持探测的电信号不失真地放大和保证噪声最小，一般采用场效应晶体管(FET)。PIN/FET和APD/FET。 光接收机的前端(3) 根据不同的应用要求，前端的设计有三种不同的方案： 低阻抗前端 高阻抗前端 跨（互）阻抗前端 光接收机的前端(4) 光接收机的线性通道 判决再生与时钟提取 判决、再生过程 4.3 线路编码 现在考虑理想光接收机的灵敏度。设传输的是非归零码(NRZ)，每个光脉冲最小平均光能量为Ed，码元宽度为Tb， 一个码元平均光子数为n，那么光接收机所需最小平均接收功率为 : 式中，因子2是“0”码和“1”码功率平均的结果，h=6.628×10-34J·s为普朗克常数，f=c/λ，f、λ分别为光频率和光波长，c为真空中的光速。 利用Tb=1/fb，fb为传输速率； 并考虑光/电转换时的量子效率为η。 〈P〉min= Pr= 10 lg (4.17) 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)得到n≥21。 这表明至少要有21个光子产生的光电流， 才能保证判决时误码率小于或等于10-9。 设η=0.7，并把相关的常数代入式(4.17)， 计算出的不同λ和不同fb的Pr值列于表4.1。 这是光接收机可能达到的最高灵敏度，这个极限值是由量子噪声决定的，所以称为量子极限。 把这些关系代入式(4.16)， 得到理想光接收机灵敏度: -65.7 -59.2 -71.1 -63.8 灵敏度pr/dBm 140 622 34 140 速度fb/(Mb.s-1) 1.55 1.31 波长 / 表4.1理想光接收机的接收机 2. 实际光接收机的灵敏度 影响实际光接收机灵敏度的因素很多，计算也十分复杂， 这里只作简要介绍。利用误码率的公式(4.12)、(4.13)可以计算最小平均接收光功率。 为此，应建立超扰比Q与入射光功率的关系。在发“0”码的情况下，入射信号的光功率P0=0，输出光电流I0=0。在发“1”码的情况下，入射信号的光功率P1和光电流I1的关系为 式中，g为APD倍增因子(对于PINPD，g=1)，ρ为光检测器的响应度，〈P〉=(P1+P0)/2为“0”码和“１”码的平均光功率。 （4.18） I1=gρP1=2gρ〈P〉  Q= (4.19) 式中，N0和N1分别为传输“0”码和“1”码时的平均噪声功率。如前所述，在略去暗电流的情况下， （4.20） 在放大器输出端“１”码的平均电流Im=I1A，A为放大器增益，利用式(4.13)和式(4.18)得到 给定Q值， 便得到限定误码率的最小平均接收光功率 N0=NA N1=NA+ND 式中，NA是前置放大器的平均噪声功率， 如式(4.4)~式(4.7)所示；ND是在放大器输出端光检测器的平均噪声功率，ND=〈i2q〉A2，〈i2q〉为均方量子噪声电流，如式(3.22)和式(3.26)所示。 对于PIN光电二极管，NDNA，g=1，式(4.20)可以简化为 