第6章_光发送机与光接收机.pptVIP

6.4.1 理想的数字光接收机 从原理上讲， 解调过程是相当简单的，接收机根据比特周期内有光还是无光来判定是“1”比特还是“0”比特， 如果有光出现， 则对应“1”比特发送， 如果无光出现， 则对应“0”比特发送， 这就是所谓的直接检测DD。 光功率为P的光信号到达光检测器时，可以看成是平均速率为P/hfc的光子流，h为普朗克常数， h=6.63×10-34J/Hz(焦耳/赫兹)， fc为光波频率，hfc为单个光子的能量。该光子流是一满足泊松分布的随机过程。 对于这种简单的接收机，发送“0”比特时是不会误码的，只有发送“1”比特时才会误码，因为发送“1”比特期间没有光子被检测到就判定为“0”比特发送，有光子被检测到就判定为“1”比特。 因此，没有接收到任何光子的概率，设“0”和“1”是等概的，则理想光接收机的误码率为 参数B为比特速率，M=P/hfcB，为“1”比特期间接收的平均光子数， 这就是理想光接收机的误码率，也称为量子极限条件下的误码率。为了达到10-12的误码率，则每个比特的平均光子数M=27。 6.4.2 实际的光接收机 在实际的直接检测接收机中，光信号在光检测器上被转变为光生电流的同时，还附加有额外的噪声信号。 6.4.3 前置电放大器噪声 在接收机的光检测器之后，为了将微弱的电流信号进行低噪声放大，通常需要一个前置放大器。 前置放大器中采用的元器件(如电阻)会产生热噪声， 由于放大器的放大，输入端的热噪声在输出端得到了增强。 6.4.4 光放大器噪声 简单的直接检测接收机的性能主要受接收机中热噪声的限制，这可以通过在光检测器前采用光放大器来改善。光放大器提供了光输入信号的功率， 但不幸的是， 在放大光信号的同时， 放大的自发辐射作为一种噪声也出现在输出端。 阿尔茨海默症防治相关知识埃及的金字塔有建造方法动画艾司洛尔在神经外科重症中的应用二级二班防溺水等安全教育 第6章 光发送机与光接收机 6.1 调制信号的格式 6.2 直接调制IM光发送机 6.3 外调制 6.4 光接收机 6.5 相干接收 习题六 6.1 调制信号的格式 为了有利于信息在信道中传输和接收时便于处理，我们往往先对数字信号进行编码，再对光信号进行调制。光信号除了可调制光载波信号的幅度、频率、相位外，还可调制光强。由于光强不同于电信号的电压或电流有正值与负值，它只有正值（即光强或光功率没有负值），因此称它为单极性信号，而电压信号称为双极性信号。 6.1.1 单极性与双极性 单极性信号是二电平信号，它在零与正电平之间摆动。单极性信号可以看成是用电或光信号表示的开关信号。在光纤通信中，单极性信号也称为开关键控。它与双极性信号的最大区别是，传送线路上产生的直流分量DC不为零。双极性信号由于在正电平与负电平之间交替变化，因此在传输线路上产生的DC分量为零。单极性与双极性信号的编码如图6.1所示。 图6.1 单极性与双极性信号 6.1.2 归零(RZ)与不归零(NRZ) 光纤通信中常用的调制方案为开关键控， 这种调制方案中编码“1”表示对应比特周期内有一光脉冲或光源LD或LED处于开状态，编码“0”表示对应的比特周期内无光脉冲或光源LD或LED处于关状态。光脉冲的宽度为比特周期的持续时间。对于一个1 Gb/s的数据速率，光脉冲时间宽度为1 ns。编码既可以采用直接将光源调谐在开或关两种状态的方法来完成，也可以用数字比特通过外调制器方法来完成，下面将具体介绍。 开关键控调制可以采用许多信号格式， 最常用的为NRZ、 RZ和短脉冲三种格式。 NRZ称为不归零码，编码“1”对应有光脉冲且持续时间为整个比特周期，“0”对应无光脉冲出现。如果是连续两个“1”比特，则光脉冲持续两个比特周期。RZ码称为归零码， “1”比特对应有光脉冲且持续时间为整个比特周期的一半，“0”对应无光脉冲出现。短脉冲是由RZ变化而来的，其“1”比特对应有光脉冲且持续时间为整个比特周期的很小一部分，“0”对应无光脉冲出现。它们的信号格式如图6.2所示。 图6.2 开关键控数据调制格式 NRZ码与其他格式相比， 其主要优点是占据的频带宽度窄， 只是RZ码的一半， 缺点是当出现长连“1”或“0”时， 光脉冲没有“有”和“无”的交替变化， 这对