光纤通信第三章3-接收机灵敏度浅析.ppt

北京邮电大学顾畹仪 第3.3讲 光接收机的灵敏度计算 一、灵敏度计算的一般方法 二、光电检测随机过程的统计特性 三、接收机灵敏度的精确计算 四、接收机灵敏度的高斯近似计算 一、灵敏度计算的一般方法 1. 灵敏度的概念: 保证误码率为确定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。 2、雪崩光电检测随机过程的统计特性 雪崩光电检测随机过程的统计特性是非常复杂的。 时隙L内， 四、接收机灵敏度的高斯近似计算 1、概况：两种方法 1）从噪声功率谱密度进行计算 对PD： 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。 2、光电探测器的散粒噪声 1）求 在时隙L 3、高斯近似公式的推导 1）假设判决时有最坏的码元组合 bk = bmax bk = b0 k = 0 引入参量： 输入波形 矩形脉冲 高斯脉冲 指数形脉冲 2) 输出脉冲: 升余弦频谱脉冲 5、计算公式 1) APD作为检测器 5、影响接收机灵敏度的因素 1）放大器噪声参量Z的影响 PD作为光电检测器 APD作为光电检测器 2）比特速率的影响 5）其它的影响因素 时钟抖动和码间干扰 光源和光纤系统的噪声 的计算 当 其余 3）假设Id为零，将输出端的计算等效到输入端 将信号和噪声功率同时除以 等效到输入端 除以 除以 除以 , 二次电子-空穴对数 初始电子-空穴对数 二次电子-空穴对数 除以 ，初始电子-空穴对数 入射光子数 乘以 ，光子数 光能量，具有能量的量纲 在输入端 与输出端的 相同 “0”码和“1”码的概率密度函数为： 令 令 BER和Q一一对应 Q含有信噪比的概念 对于“0”、“1”等概率码， 4）假设EXT=0，F（G）= = 存在最佳的 ，使 最小，有 与上式联立求解，可解得 和 2）PD作为检测器 ，可忽略PD的散粒噪声 3）最佳判决电平的计算 光接收机的一个特点: 判决电平低于“0”和“1”电平的中点 4）消光比和暗电流不为零时灵敏度的计算 原来灵敏度的计算公式还能用 * * “0”码误判为“1”码的概率： “1”码误判为“0”码的概率： 误码率 计算BER 2、光接收机灵敏度计算方法 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。 计算精度可保持在1dB范围内，满足工程设计的需要。 二、光电检测随机过程的统计特性 1、光子计数过程 1）泊松分布 2）光电检测过程的量子极限 条件：放大器不存在热噪声 光电二极管的量子效率为1，暗电流为零 光源的消光比为零 因为光源的消光比为零，所以“0”码时接收光功率为零，没有光生的电子-空穴对；Id = 0, 没有暗电流生成的电子-空穴对；放大器无噪声，没有热激励的电子-空穴对。 “0”码不会发生误判决，E01=0。 “1”误判为“0”码的概率等于接收“1”码时一个电子-空穴对也没有产生的概率。 gl = n 的概率是一个复杂的函数： n个Pprob(?)的卷积 随机性：I. gl是随机的, 其概率密度函数是复杂的函数； II. N是随机的，即在时隙L内产生的初始电子- 空穴是泊松分布 结论：光电检测过程是非常复杂的随机过程。 三、接收机灵敏度的精确计算 1、方法 设Ns和Nd分别为每秒钟光生和暗电流生成的电子-空穴 对数，qn是放大器的高斯噪声归一化为二次电子-空穴对数 X的概率密度函数为： 放大器的噪声： 总噪声： 所以，总噪声的概率密度函数和灵敏度的精