第三章-光接收机概述.pptVIP

光纤通信 第3章 相干光通信的特点（1） 灵敏度高，中继距离长 相干光通信的一个最主要的优点是相干检测能改善接收机的灵敏度。由于热噪声、暗电流等因素的影响，IM/DD系统的灵敏度通常比量子极限灵敏度低20dB。而在相干通信系统中，在同等热噪声和暗电流作用下，通过提高本振光功率可以使灵敏度充分接近量子极限。 选择性好，通信容量大 在相干外差探测中，探测的是信号光和本振光的混频光，因此只有在中频频带内的噪声才可以进入系统，而其它噪声均被带宽较窄的微波中频放大器滤除。可见，外差探测有良好的滤波性能。此外，由于相干探测优良的波长选择性，可用于信道间隔小到GHz量级的光频分复用技术，实现多信道复用，有效使用光纤带宽。 * 光纤通信 第3章 光纤通信 第3章 相干光通信的特点（2） 具有多种调制方式 相干传输可以保留光的振幅、频率、位相、偏振态携带的所有信息，是传统的IM-DD光通信技术不具备的。因此在相干光通信中，除了可以对光进行幅度调制外，还可以使用M-PSK、M-QAM等多种多阶调制格式，大大提高频谱效率。 色散和非线性容限高 与IM/DD和差分PSK系统相比，相干接收的电信号于光信号的电场矢量成正比，即相干接收系统为线性的，在理论上，相干传输系统的所有线性失真（色度色散和偏振摸色散）都能够被完全无损补偿，甚至非线性影响也能被有效平衡。而色散和偏振模色散正是IM/DD系统进行长距离传输的最大限制因素。 * 光纤通信 第3章 光纤通信 第3章 相干检测方式的分类 （1）零差检测 选择ωL=ωs,即ωIF=0。零差检测接收光功率可以放大几个数量级，虽然噪声也增大，但仍能使灵敏度大幅提高，但技术复杂，必须严格控制相位变化，使φs－φL保持不变，同时要求ωL=ωs 。 （2）外差检测 选择ωL≠ωs,即ωIF= ωs － ωL ＞0。外差检测也能提高灵敏度，信噪比改善比零差检测低3dB，但因无需实现相位锁定，接收机设计相对简单。 （3）同步检测与异步检测 在相干光通信中，带有相位跟踪的接收机叫做同步接收机。没有相位相位跟踪的接收机叫做异步接收机。异步接收机的性能要差于同步接收机，但是异步接收机结构简单，使用成本低。 * 光纤通信 第3章 光纤通信 第3章 单臂相干检测原理图 * 光纤通信 第3章 光纤通信 第3章 单臂相干检测分析 信号的表达式 本振的表达式 考虑理想的3dB、180度光混频器，PD产生的光电流等于 * 光纤通信 第3章 光纤通信 第3章 双臂相干接收分析 * 光纤通信 第3章 光纤通信 第3章 双臂相干检测分析 * 光纤通信 第3章 * * * * * 光纤通信 第3章 3.4 光接收机的灵敏度计算 3.4.1 灵敏度计算的一般方法 3.4.2 接收机灵敏度的高斯近似 3.4.3 影响接收机灵敏度的因素 * 光纤通信 第3章 光纤通信 第3章 3.4.1 灵敏度计算的一般方法 1. 灵敏度的概念: 保证误码率为需要值的情况下所需要的最低接收平均光功率(dBm). 2. 一般方法 1）求总噪声的概率密度函数f0(x), f1(x) 2) 从概率密度函数出发计算误码率。 * 光纤通信 第3章 计算BER “0”码误判为“1”码的概率： “1”码误判为“0”码的概率： 误码率 * 光纤通信 第3章 1）精确计算：从雪崩倍增实际的概率密度函数出发计算总噪声的概率密度函数，进而计算接收机的灵敏度。 2）高斯近似计算：假设雪崩倍增过程的概率密度函数为高斯函数，从而使总噪声的计算变得简单。 光接收机灵敏度计算方法 光纤通信 第3章 3.4.2 接收机灵敏度的高斯近似计算 1、光电检测器的噪声 对PD： * 光纤通信 第3章 暗电流噪声 散粒噪声 对APD： 在输入端是并联电流噪声源。 光电检测器的噪声与接收光功率有关。 光纤通信 第3章 * 光电检测器在输入端等效的并联电流噪声源的功率谱密度可以分别表示为：  对PD 对APD 放大器和均衡滤波器输出端APD的噪声功率为： 对“1”码 光纤通信 第3章 * 对高斯近似分布，若Z = X + Y，则Z 的概率密度函数还是高斯函数，且其方差满足： 总噪声功率（即总噪声高斯分布的方差）为： 对“0” 码 对“1”码 * 光纤通信 第3章 当判决电平为D时，“0”码误判为“1”码的概率为 对上式进行变变换，令 得到 同样的情况