第4章光端机(精编).ppt

现代通信技术研究所 殷洪玺 4.2 光接收机 4.3 线路编码 表4.1理想光接收机的接收机 ? 65.7 ? 59.2 ?71.1 ? 63.8 灵敏度Pr /dBm 140 622 34 140 速度fb /(Mb/s) 1.55 1.31 波长 / ?m 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PIN-PD，g=1)，? 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) 在放大器输出端“１”码的平均电流：Im=IP1A，A为放大器增益，利用式(4.13b)和式(4.18)得到 (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) 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是在放大器输出端由前置放大器产生的平均噪声功率；ND是在放大器输出端由光检测器的平均噪声功率。 ， 为均方量子噪声电流，如式(3.26)所示。 式中nA=NA /A2 是折合到输入端的放大器噪声功率。 (4.21) 对于PIN光电二极管，ND NA，g=1，式(4.20)可以简化为 [例]：设PIN-PD光接收机的工作参数如下：光波长?=0.85 ?m，传输速率fb =8.448Mb/s，光电二极管响应度? =0.4，互阻抗前置放大器(FET)的nA≈10?18。 [解]：要求误码率Pe =10?9，则 Q =6。 图4.19 误码率和Q的关系 Q Pr= 10lg?P?min =10lg1.5?10?5 = ?48.2 dBm。 由式(4.21) 这样计算光接收机的灵敏度是一种粗略的方法，其中没有考虑下列因素： 波形引起的码间干扰的影响； 均衡器频率特性的影响； 光检测器暗电流和信号含直流光的影响。 这些使灵敏度降低的影响，一般不能忽略。S. D Personick考虑了上述因素，提出了一套修正参数，ITU-T(原CCITT)采纳了这种方法，并加以修改和推荐，在国内外获得广泛应用。由于计算复杂，这里省略不作介绍。 图4.20示出典型短波长光接收机灵敏度与传输速率的关系曲线。图中误码率限定为1×10?9，假设光检测器量子效率? =0.5， 附加噪声系数x =0.4，暗电流id=1nA，滚降因子? =1， 相对脉冲展宽?/T=0.3。 由图可见，在限定误码率的条件下， 决定光接收机灵敏度的主要因素是： ? 传输速率和光检测器 ?前置放大器的噪声特性 实例图4.21，示出一个长波长系统的实测误码率和平均接收光功率的关系。 图 4.20 典型短波长光接收机灵敏度与传输速率的关系(Pe =10?9) 传输速率/ (Mb/s) 灵敏度 / dBm 0.1 灵敏度 / dBm 传输速率/ (Mb/s) 0.5 1 5 10 50 100 500 1000 10000 ?10 ?20 ?30 ?40 ?50 ?60 ?70 ?80 ?90 ?100 量子极限 PIN PIN-FET APD 图 4.21 典型长波长光接收机灵敏度与传输速率的关系(Pe =10?9) (4.22) 4.2.5 自动增益控制和动态范围 式中，g为APD倍增因子，?为光检测器的响应度，〈P〉为“0”码和“1”码的平均光功率。 主放大器的另一个功能是实现自动增益控制(AGC)，使光接收机具有一定的动态范围，以保证在入射光强度变化时输出电流基本恒定。 放大器是一个普通的宽带高增益放大器， 由于前置放大器输出信号幅度较大，所以主放大器的噪声通常不必考虑。 主放大器一般由多级放大器级联构成， 其功能是提供足够的增益A，以满足