光纤通信第三章3-接收机灵敏度.pptxVIP

北京邮电大学顾畹仪1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北京邮电大学顾畹仪2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).一般方法求总噪声的概率密度函数f0(x),f1(x);从概率密度函数出发计算误码率。

“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壹贰

光接收机灵敏度计算方法精确计算：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。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北京邮电大学顾畹仪5logo光子计数过程泊松分布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。

2、雪崩光电检测随机过程的统计特性北京邮电大学顾畹仪7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，1gl=n的概率是一个复杂的函数：2

n个Pprob(?)的卷积01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-02空穴是泊松分布03结论：光电检测过程是非常复杂的随机过程。04

X的概率密度函数为：接收机灵敏度的精确计算方法设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

所以，总噪声的概率密度函数和灵敏度的精确计算是很复杂的。可以采用一些近似的处理方法,如切诺夫界限法、重要性取样法等。放大器的噪声：总噪声：

2、切诺夫界限法（ChernoffBounds）1）矩母函数和半不变矩母函数连续随机变量?的矩母函数半不变矩母函数离散随机变量N的矩母函数s是实参量

对于连续型随机变量北京邮电大学顾畹仪12对于高斯型分布01对于泊松分布02

用矩母函数求误码率的上限02求一实数s,满足01

只要求出“0”码时总噪声的半不变矩母函数和它的导数，就能求出E01的上限。

四、接收机灵敏度的高斯近似计算北京邮电大学顾畹仪15概况：两种方法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。

特点：简单，但没有反映出邻码对判决码元的散粒噪声即在判决某码元时，光电探测器的散粒噪声包括所有邻近码元的影响。Personick的计算方法由卷积的关系来确定输出电压，进而确定光电探测器的散粒噪声。

2、光电探测器的散粒噪声北京邮电大学顾畹仪17求在时隙L

求01含有两重随机性：时隙L内产生N个初始电子空穴对的概率是泊松分布；在tL时刻产生一个电子空穴对是随机的。02

是时隙L内产生N个初始电子-空穴对刻产生一个初始电子-空穴对的概率的概率是在tl3）求北京邮电大学顾畹仪21

4）求输出电压的方差?2北京邮电大学顾畹仪22对数字通信系统1当光脉冲为“1”码2当光脉冲为“0”码3

求暗电流的噪声功率谱密度hp是归一化的光脉冲，0102

3、高斯近似公式的推导北京邮电大学顾畹仪25假设判决时有最坏的码元组合bk=bmaxbk=b0k=0引入参量：

得到01判决码元02的噪声03邻码的04噪声05暗电流06噪声07

假设判决时无码间干扰输出波形具有升余弦频谱

定义归一化频率：北京邮电大学顾畹仪28

将的表达式转换到频域定义I3

放大器的输出噪声：思路：输出就是升余弦频谱的波形，放大器和均衡滤波器的需要的传递函数由输入波形所决定。Z为放大器的噪声参量

的计算当其余输入波形矩形脉冲高斯脉冲指数形脉冲输出脉冲:升余弦频谱脉冲

假设Id为零，将输出端的计算等效到输入端1将信号和噪声功率同时除以2等效到输入端除以3除以4除以,二次电子-空穴对数初始电子-空穴对数5二次电子-空穴对数6除以，初始电子-空穴对数入射光子数7乘以，光子数光能量，具有能量的量纲8

在输入端与输出端的