光纖通信第03章

1、 光接收機(jī)分為模擬光接收機(jī)和數(shù)字光接收機(jī)兩種光接收機(jī)分為模擬光接收機(jī)和數(shù)字光接收機(jī)兩種數(shù)字光接收機(jī)框圖數(shù)字光接收機(jī)框圖 數(shù)字光接收機(jī)分為光電檢測(cè)器、前置放大數(shù)字光接收機(jī)分為光電檢測(cè)器、前置放大器、主放大器、器、主放大器、AGC電路、均衡器、判決電路、均衡器、判決再生和時(shí)鐘提取七個(gè)部分再生和時(shí)鐘提取七個(gè)部分 光接收機(jī)也可以分為三部分：光接收機(jī)也可以分為三部分：光檢測(cè)器光檢測(cè)器和前置放大器合起來(lái)稱為接收機(jī)前端，是和前置放大器合起來(lái)稱為接收機(jī)前端，是光接收機(jī)的核心；光接收機(jī)的核心；主放大器、均衡濾波主放大器、均衡濾波器和自動(dòng)增益控制組成光接收機(jī)的線性通器和自動(dòng)增益控制組成光接收機(jī)的線性通道；道；判決

2、器、譯碼器和時(shí)鐘恢復(fù)組成光判決器、譯碼器和時(shí)鐘恢復(fù)組成光接收機(jī)的判決、再生部分接收機(jī)的判決、再生部分 光接收機(jī)主要的性能指標(biāo)是誤碼率（光接收機(jī)主要的性能指標(biāo)是誤碼率（BER）、靈敏度以及動(dòng)態(tài)范圍）、靈敏度以及動(dòng)態(tài)范圍 誤碼率是碼元被錯(cuò)誤判決的概率，可以用在一定的時(shí)間間隔內(nèi)，發(fā)誤碼率是碼元被錯(cuò)誤判決的概率，可以用在一定的時(shí)間間隔內(nèi)，發(fā)生差錯(cuò)的碼元數(shù)和在這個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)傳輸?shù)目偞a元數(shù)之比來(lái)表示生差錯(cuò)的碼元數(shù)和在這個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)傳輸?shù)目偞a元數(shù)之比來(lái)表示 接收機(jī)靈敏度的定義為：在滿足給定能的誤碼率指標(biāo)條件下，最低接收機(jī)靈敏度的定義為：在滿足給定能的誤碼率指標(biāo)條件下，最低接收的平均光功率接收的平均光功率Pm

3、in。在工程上常用。在工程上常用dBm來(lái)表示，即來(lái)表示，即 接收機(jī)的最低輸出光功率（用接收機(jī)的最低輸出光功率（用dBm來(lái)描述）和最大允許輸入光功率來(lái)描述）和最大允許輸入光功率（用（用dBm來(lái)描述）之差（來(lái)描述）之差（dB）就是光接收的動(dòng)態(tài)范圍）就是光接收的動(dòng)態(tài)范圍Pmax和和Pmin為保證系統(tǒng)誤碼率指標(biāo)條件下，接收機(jī)允許的最大接收光為保證系統(tǒng)誤碼率指標(biāo)條件下，接收機(jī)允許的最大接收光功率和最小接收光功率功率和最小接收光功率 min10-310lg10rPSmaxmin10lg(dB)PDP光纖通信中對(duì)光電檢測(cè)器最重要的幾點(diǎn)要光纖通信中對(duì)光電檢測(cè)器最重要的幾點(diǎn)要求如下：求如下： 在所用光源的波長(zhǎng)范

4、圍內(nèi)有較高的響應(yīng)在所用光源的波長(zhǎng)范圍內(nèi)有較高的響應(yīng)度；度； 較小的噪聲；較小的噪聲； 響應(yīng)速度快；響應(yīng)速度快； 對(duì)溫度變化不敏感；對(duì)溫度變化不敏感； 與光纖尺寸匹配；與光纖尺寸匹配； 工作壽命長(zhǎng)工作壽命長(zhǎng) 在光的照射下，使物在光的照射下，使物體中的電子脫出的現(xiàn)體中的電子脫出的現(xiàn)象叫做光電效應(yīng)象叫做光電效應(yīng) 右圖為半導(dǎo)體右圖為半導(dǎo)體PN結(jié)的結(jié)的形成形成 加反向偏壓后光電二極管及其能帶結(jié)構(gòu)加反向偏壓后光電二極管及其能帶結(jié)構(gòu) PIN光電二極管的原理和結(jié)構(gòu)光電二極管的原理和結(jié)構(gòu) （1）上截止波長(zhǎng)）上截止波長(zhǎng) 光電效應(yīng)必須滿足條件光電效應(yīng)必須滿足條件 hvEg 或或 c是真空中的光速， 是入射光的波長(zhǎng)，

5、h是普朗克常量 ghcE也就是說(shuō),入射光的波長(zhǎng)必須小于某個(gè)臨界值，才會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，這個(gè)臨界值就叫做上截止波長(zhǎng)，定義為（2）響應(yīng)波長(zhǎng)的下限 設(shè)x = 0時(shí)，光功率為p(0)，材料吸收系數(shù)為 經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)x距離后吸收的光功率可以表示為距離后吸收的光功率可以表示為 gg1.24chcEE( ) 0e xp xp1 常用量子效率和響應(yīng)度衡量光電轉(zhuǎn)換效率常用量子效率和響應(yīng)度衡量光電轉(zhuǎn)換效率當(dāng)入射功率為當(dāng)入射功率為P0時(shí)，光生電流可以表示為時(shí)，光生電流可以表示為w1是零電場(chǎng)的表面層的厚度，是零電場(chǎng)的表面層的厚度，w是耗盡區(qū)是耗盡區(qū)的厚度的厚度量子效率表示入射光子能夠轉(zhuǎn)換成光電流量子效率表示入射光子能夠轉(zhuǎn)換成

6、光電流的概率的概率 0011exp1 exp peIr pwwh0101exp1-exppI / e=-r-w-wp / h可以知道，要提高量子效率，必須采取如可以知道，要提高量子效率，必須采取如下措施：下措施： 盡量減小光子在表面層的反射率，增加盡量減小光子在表面層的反射率，增加入射到光電二極管中的光子數(shù)；入射到光電二極管中的光子數(shù)； 盡量減小中性區(qū)的厚度，增加耗盡區(qū)的盡量減小中性區(qū)的厚度，增加耗盡區(qū)的寬度，使光子在耗盡區(qū)被充分地吸收寬度，使光子在耗盡區(qū)被充分地吸收 光電轉(zhuǎn)換效率也可以直接用光生電流光電轉(zhuǎn)換效率也可以直接用光生電流Ip和和入射光功率入射光功率p0的比值來(lái)表示的比值來(lái)表示,稱其

7、為響應(yīng)度稱其為響應(yīng)度 00pIeRph響應(yīng)速度常用響應(yīng)時(shí)間（上升時(shí)間和下降響應(yīng)速度常用響應(yīng)時(shí)間（上升時(shí)間和下降時(shí)間）來(lái)表示時(shí)間）來(lái)表示 影響響應(yīng)速度的主要因素有影響響應(yīng)速度的主要因素有3點(diǎn)點(diǎn) （1）光電二極管和它的負(fù)載電阻的）光電二極管和它的負(fù)載電阻的RC時(shí)時(shí)間常數(shù)間常數(shù) 結(jié)電容與耗盡區(qū)的寬度結(jié)電容與耗盡區(qū)的寬度w及結(jié)區(qū)面積及結(jié)區(qū)面積A有關(guān)有關(guān) dAC = w（2）載流子在耗盡區(qū)里的渡越時(shí)間）載流子在耗盡區(qū)里的渡越時(shí)間下圖為漂移速度與電場(chǎng)強(qiáng)度關(guān)系下圖為漂移速度與電場(chǎng)強(qiáng)度關(guān)系若想使載流子能以極限漂移速度渡越耗盡區(qū)，反若想使載流子能以極限漂移速度渡越耗盡區(qū)，反向偏壓須滿足向偏壓須滿足 V Esw

8、（3）耗盡區(qū)外產(chǎn)生的載流子由于擴(kuò)散而產(chǎn)）耗盡區(qū)外產(chǎn)生的載流子由于擴(kuò)散而產(chǎn)生的時(shí)間延遲生的時(shí)間延遲 暗電流是指無(wú)光照時(shí)光電二極管的反向電暗電流是指無(wú)光照時(shí)光電二極管的反向電流流 APD載流子雪崩式倍增示意圖（只畫(huà)出電載流子雪崩式倍增示意圖（只畫(huà)出電子）子） 平均雪崩增益的定義為平均雪崩增益的定義為IM是雪崩增益后輸出電流的平均值；是雪崩增益后輸出電流的平均值；Ip是是未倍增時(shí)的初始光生電流未倍增時(shí)的初始光生電流 MpIGI光電二極管輸出電流和反向偏壓的關(guān)系光電二極管輸出電流和反向偏壓的關(guān)系 平均雪崩增益也用一較簡(jiǎn)單的式子表示為平均雪崩增益也用一較簡(jiǎn)單的式子表示為 SB11/mGVIRV光纖通信在

9、光纖通信在0.85 m波段常用的波段常用的APD有拉通有拉通型（型（RAPD）和保護(hù)環(huán)型（）和保護(hù)環(huán)型（GAPD）兩種）兩種 另一種在長(zhǎng)波長(zhǎng)波段使用的另一種在長(zhǎng)波長(zhǎng)波段使用的APD的結(jié)構(gòu)稱的結(jié)構(gòu)稱為為SAM （Seperated Absorption and Multiplexing）結(jié)構(gòu)）結(jié)構(gòu) APD的過(guò)剩噪聲系數(shù)為的過(guò)剩噪聲系數(shù)為在工程上，為簡(jiǎn)化計(jì)算，常用過(guò)剩噪聲指在工程上，為簡(jiǎn)化計(jì)算，常用過(guò)剩噪聲指數(shù)來(lái)表示過(guò)剩噪聲系數(shù)，即數(shù)來(lái)表示過(guò)剩噪聲系數(shù)，即 2222ggF GGg xF GG對(duì)噪聲的分析應(yīng)采用隨機(jī)過(guò)程的分析方法對(duì)噪聲的分析應(yīng)采用隨機(jī)過(guò)程的分析方法 電阻內(nèi)部微觀粒子的熱騷動(dòng)是一個(gè)隨機(jī)

10、過(guò)電阻內(nèi)部微觀粒子的熱騷動(dòng)是一個(gè)隨機(jī)過(guò)程程 對(duì)于隨機(jī)噪聲對(duì)于隨機(jī)噪聲XN來(lái)說(shuō)，落在來(lái)說(shuō)，落在x1和和x1+dx1之之間的概率是間的概率是P(x1XNx1+dx1)它的積分就是概率分布函數(shù)，為它的積分就是概率分布函數(shù)，為 F(x1, t1) = P(XNx1)= P(XNx1)表示表示XN是落在是落在(，x1)中的概率中的概率 111d111,dxxxfx t x1111,dxf x t x（1）均值）均值 設(shè)設(shè) 是一個(gè)隨機(jī)過(guò)程，它的均值（數(shù)學(xué)是一個(gè)隨機(jī)過(guò)程，它的均值（數(shù)學(xué)期望）期望） 為為均值也可以用時(shí)平均值（用符號(hào)均值也可以用時(shí)平均值（用符號(hào)表示）表示）來(lái)代替，即來(lái)代替，即 X xt，E X

11、 x t， , dEXxtx fxtx， 1lim d2TTTE X tX tX ttT（2）標(biāo)準(zhǔn)差（均方差）標(biāo)準(zhǔn)差（均方差） 隨機(jī)變量的方差隨機(jī)變量的方差D (X)和標(biāo)準(zhǔn)差（均方差）和標(biāo)準(zhǔn)差（均方差） 分別為分別為 X 222 D XEXE XE XE X XDX設(shè)有時(shí)間函數(shù)設(shè)有時(shí)間函數(shù)x (t)，假設(shè)，假設(shè)x (t)滿足荻氏條滿足荻氏條件，且絕對(duì)可積，那么件，且絕對(duì)可積，那么x (t)的傅里葉變換的傅里葉變換為為 和和 之間有以下的巴塞伐（之間有以下的巴塞伐（parseval）等式成立等式成立 j edwtxFwx tt x t xF w 22 1dd2xxttFww把函數(shù)把函數(shù)x (t)

12、限制在的限制在的 時(shí)間間隔里，時(shí)間間隔里，可以得到可以得到 左邊表示平均功率，而左邊表示平均功率，而就是此函數(shù)的雙邊平均功率諧密度，簡(jiǎn)稱就是此函數(shù)的雙邊平均功率諧密度，簡(jiǎn)稱功率譜密度，它表示功率譜密度，它表示1 Hz頻帶上平均功率頻帶上平均功率的大小。所謂的大小。所謂“雙邊雙邊”，是指對(duì)的正負(fù)頻，是指對(duì)的正負(fù)頻域都有意義域都有意義 , T T 22 111limd lim , d222TxTTTxttFTTT 2 1lim , 2xxTSFTT放大器噪聲的概率密度函數(shù)可以表示為高放大器噪聲的概率密度函數(shù)可以表示為高斯函數(shù)斯函數(shù) 對(duì)隨機(jī)噪聲，對(duì)隨機(jī)噪聲，m = 0時(shí)，上式可寫(xiě)成時(shí)，上式可寫(xiě)成 2

13、21exp22xmf x 221exp22xf x光接收機(jī)的等效電路光接收機(jī)的等效電路 帶有熱噪聲的電阻可以有兩種等效方式帶有熱噪聲的電阻可以有兩種等效方式 一種是等效為一個(gè)無(wú)噪聲的電阻和一個(gè)噪一種是等效為一個(gè)無(wú)噪聲的電阻和一個(gè)噪聲電流源并聯(lián)聲電流源并聯(lián) 這種等效下并聯(lián)電流噪聲源的功率譜密度這種等效下并聯(lián)電流噪聲源的功率譜密度為為 另一種等效方式是把帶有噪聲的電阻等效另一種等效方式是把帶有噪聲的電阻等效為一個(gè)理想的電阻和一個(gè)噪聲電壓源串聯(lián)為一個(gè)理想的電阻和一個(gè)噪聲電壓源串聯(lián) 電壓噪聲源的雙邊功率譜密度為電壓噪聲源的雙邊功率譜密度為 2bbd2dIRikKSfR2bbd2dEReSkK Rf放大

14、器輸出噪聲電壓的均方值為放大器輸出噪聲電壓的均方值為 ； ； 是放大器、均衡濾是放大器、均衡濾波器的傳遞函數(shù)，它表示輸入電流與輸出電壓之間的傳波器的傳遞函數(shù)，它表示輸入電流與輸出電壓之間的傳遞關(guān)系，實(shí)為轉(zhuǎn)移阻抗遞關(guān)系，實(shí)為轉(zhuǎn)移阻抗可以看出：可以看出：偏置電阻偏置電阻Rb越大，電阻的熱噪聲越小；越大，電阻的熱噪聲越小；輸入電阻輸入電阻Rt越大、輸入電容越大、輸入電容Ct越小，串聯(lián)電壓噪聲源對(duì)越小，串聯(lián)電壓噪聲源對(duì)總噪聲的影響越小總噪聲的影響越小 22 222na t2bt2d1d 22ITETkKvSZSZCRRtba/RRRtdsaCCCC TZ場(chǎng)效應(yīng)管的主要噪聲源有兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管的主要噪聲源有

15、兩個(gè) :n柵漏電流的散粒噪聲柵漏電流的散粒噪聲n溝道熱噪聲溝道熱噪聲 （1）散粒噪聲）散粒噪聲散粒噪聲其功率譜密度為散粒噪聲其功率譜密度為e0為電子電荷，為電子電荷， C，Igate是場(chǎng)效應(yīng)管的柵是場(chǎng)效應(yīng)管的柵漏電流漏電流（2）溝道熱噪聲）溝道熱噪聲 功率譜密度為功率譜密度為gm是場(chǎng)效應(yīng)管的跨導(dǎo)；是場(chǎng)效應(yīng)管的跨導(dǎo)； 是器件的數(shù)值系數(shù)，對(duì)是器件的數(shù)值系數(shù)，對(duì)Si FET， ；對(duì)；對(duì)GaAs FET，（3）輸出瑞的總噪聲功率）輸出瑞的總噪聲功率 當(dāng)當(dāng)Rb足夠大時(shí)，上式中的第一項(xiàng)可以忽略，因此足夠大時(shí)，上式中的第一項(xiàng)可以忽略，因此得到得到 0 gateISe I1901 .6 10e outd2dm

16、ikK gf0.71.1 222 22tna0 gate 2bb221d2 d22TTmmCkKkKkKveIZZRggR 2tnamCvg散粒噪聲散粒噪聲基區(qū)電阻的熱噪聲基區(qū)電阻的熱噪聲分配噪聲分配噪聲（1）散粒噪聲）散粒噪聲 功率譜密度為功率譜密度為Ib是晶體管的基極工作電流是晶體管的基極工作電流（2）基區(qū)電阻的熱噪聲 基區(qū)電阻的熱噪聲在輸入端作為串聯(lián)電壓噪聲源，譜密度為2a1bbd2de kKrf2a0 bddi e If（3）分配噪聲）分配噪聲 功率譜密度為功率譜密度為將集電極回路里的噪聲源等效到輸入端，將集電極回路里的噪聲源等效到輸入端，可等效為一個(gè)串聯(lián)電壓噪聲源，功率譜密可等效為一

17、個(gè)串聯(lián)電壓噪聲源，功率譜密度為度為對(duì)雙極晶體管，有下列關(guān)系存在對(duì)雙極晶體管，有下列關(guān)系存在雙極晶體管放大器輸出端的總噪聲功率為雙極晶體管放大器輸出端的總噪聲功率為 2c0 cddi e If222a20 c20 cddmee Ik K fe Ig0 cme IgkK 2na0 bbd2T2kKv e I Z R2 222bbds2bd22T1kKr Z CCR 22222t20 ctd2Tk K1 Z Ce IR這種前置放大器從頻帶的要求出發(fā)選擇偏這種前置放大器從頻帶的要求出發(fā)選擇偏置電阻，使之滿足置電阻，使之滿足 Rt 的要求。的要求。BW為碼速率所要求的放大器的帶寬 t12WB C一般只在

18、碼速率較低的系統(tǒng)中使用一般只在碼速率較低的系統(tǒng)中使用實(shí)際上是電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大器實(shí)際上是電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大器 當(dāng)考慮其頻率特性時(shí)，上截止頻率為當(dāng)考慮其頻率特性時(shí)，上截止頻率為寬頻帶、低噪聲寬頻帶、低噪聲 動(dòng)態(tài)范圍比高阻型前置放大器有很大改善動(dòng)態(tài)范圍比高阻型前置放大器有很大改善 it12HfRC設(shè)入射光功率為設(shè)入射光功率為p(t)，那么在時(shí)間間隔，那么在時(shí)間間隔L內(nèi)產(chǎn)生的內(nèi)產(chǎn)生的平均的平均的“電子電子空穴空穴”對(duì)數(shù)對(duì)數(shù) 可以用量子效率可以用量子效率 來(lái)表示，為來(lái)表示，為 0是每秒鐘內(nèi)暗電流產(chǎn)生的電子數(shù)是每秒鐘內(nèi)暗電流產(chǎn)生的電子數(shù) 000d tLtp t th根據(jù)量子統(tǒng)計(jì)規(guī)律，在時(shí)間間隔根據(jù)量子統(tǒng)

19、計(jì)規(guī)律，在時(shí)間間隔L內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)產(chǎn)生m個(gè)個(gè)“電子電子空穴空穴”對(duì)的概率是均值為對(duì)的概率是均值為 的的泊松分布，即泊松分布，即也就是光電二極管光生電子也就是光電二極管光生電子空穴對(duì)的概空穴對(duì)的概率密度函數(shù)率密度函數(shù) 00,!meP m ttLm假設(shè)整個(gè)雪崩過(guò)程進(jìn)行的相當(dāng)快，每一初假設(shè)整個(gè)雪崩過(guò)程進(jìn)行的相當(dāng)快，每一初始的始的“電子電子空穴空穴”對(duì)倍增出隨機(jī)數(shù)為對(duì)倍增出隨機(jī)數(shù)為gl的二次的二次“電子電子空穴空穴”對(duì)（包括初始對(duì)（包括初始“電電子子空穴空穴”對(duì)本身），可以得出對(duì)本身），可以得出gl = n的概的概率為率為 11111prob1111111111 !1k nknnlk GnkkGGPgn G

20、k nk nnk對(duì)于在時(shí)間間隔對(duì)于在時(shí)間間隔(t0, t0 + l)內(nèi)入射的光功率，內(nèi)入射的光功率，APD產(chǎn)生的初始的產(chǎn)生的初始的“電子電子空穴空穴”對(duì)是概對(duì)是概率密度為泊松分布的隨機(jī)變量，而每一個(gè)率密度為泊松分布的隨機(jī)變量，而每一個(gè)初始的初始的“電子電子空穴空穴”對(duì)又雪崩倍增成隨對(duì)又雪崩倍增成隨機(jī)數(shù)為機(jī)數(shù)為g的二次的二次“電子電子空穴空穴”對(duì)，因此，對(duì)，因此，在時(shí)間間隔在時(shí)間間隔L內(nèi)產(chǎn)生總數(shù)為內(nèi)產(chǎn)生總數(shù)為 個(gè)個(gè)“電子電子空空穴穴”對(duì)的概率為對(duì)的概率為 是是N個(gè)隨機(jī)變量個(gè)隨機(jī)變量gl的和的概率密度的和的概率密度函數(shù)，函數(shù)，gl是獨(dú)立無(wú)關(guān)的，因此，是獨(dú)立無(wú)關(guān)的，因此， 01!NNLnglNleP

21、PgN1NngllPg probprobprob1NnglN PlP PPg 個(gè)的卷積從光電檢測(cè)過(guò)程實(shí)際的概率密度函數(shù)出發(fā)，從光電檢測(cè)過(guò)程實(shí)際的概率密度函數(shù)出發(fā)，通過(guò)放大器和光電檢測(cè)器概率密度函數(shù)的通過(guò)放大器和光電檢測(cè)器概率密度函數(shù)的卷積計(jì)算求出總噪聲的概率密度函數(shù)，進(jìn)卷積計(jì)算求出總噪聲的概率密度函數(shù)，進(jìn)而計(jì)算接收機(jī)的靈敏度而計(jì)算接收機(jī)的靈敏度 光電檢測(cè)器的噪聲包括散粒噪聲和暗電流光電檢測(cè)器的噪聲包括散粒噪聲和暗電流噪聲噪聲 散粒噪聲和暗電流噪聲的雙邊功率譜密度散粒噪聲和暗電流噪聲的雙邊功率譜密度可以分別為可以分別為2ds2220 s0 s0 sd( )d xie Ige I G F Ge I

22、 Gf2dark2220 d0 d0 dd( )d xie Ige I G F Ge I Gf對(duì)于光電二極管，對(duì)于光電二極管，G = 1，則有，則有對(duì)于光電二極管和對(duì)于光電二極管和APD，輸入端等效的并，輸入端等效的并聯(lián)電流噪聲源的功率譜密度可以分別表示聯(lián)電流噪聲源的功率譜密度可以分別表示如下如下 對(duì)對(duì)PD i = 0或或1對(duì)對(duì)APD i = 0或或1 2ds0 sdd ie If2dark0 ddd ie If2nd0sidd()d ie IIf2nd20sidd()( )d ie IIG F Gf放大器和均衡濾波器輸出端放大器和均衡濾波器輸出端APD的噪聲功率為的噪聲功率為 對(duì)對(duì)“1”碼碼

23、在高斯近似下，放大器和均衡濾波器輸出端的總在高斯近似下，放大器和均衡濾波器輸出端的總噪聲的概率密度函數(shù)依然是高斯函數(shù)，且總噪聲噪聲的概率密度函數(shù)依然是高斯函數(shù)，且總噪聲功率為功率為 對(duì)對(duì)“0”碼碼 對(duì)對(duì)“1”碼碼 222nd00s0dd()( )( ) 02TVe II G F GZ 對(duì)“ ”碼222nd10s1dd()( )()2TVeIIG F GZ 22200nznand22211nznand當(dāng)判決電平為當(dāng)判決電平為D時(shí)，時(shí)，“0”碼誤判為碼誤判為“1”碼碼的概率為的概率為令令 對(duì)上式進(jìn)行變量交換對(duì)上式進(jìn)行變量交換同樣同樣“1”碼誤判為碼誤判為“0”碼的概率為碼的概率為令令 上式變換成上

24、式變換成 20012001expd22DvvEv00vvx2002011ed2xDvEx21102111expd22DvvEv11vvx2112101ed2xvDEx如果接收的隨機(jī)脈沖序列中如果接收的隨機(jī)脈沖序列中“1”碼出現(xiàn)的碼出現(xiàn)的概率等于概率等于“0”碼出現(xiàn)的概率，總誤碼率為碼出現(xiàn)的概率，總誤碼率為為使總誤碼率達(dá)到最小，一般令為使總誤碼率達(dá)到最小，一般令E01=E10只需使只需使Q值和誤碼率的關(guān)系值和誤碼率的關(guān)系 01101122BEREE0101DvvDQ221ed2xQBERx （1）從卷積關(guān)系推導(dǎo)光電檢測(cè)器的噪聲功）從卷積關(guān)系推導(dǎo)光電檢測(cè)器的噪聲功率，并假設(shè)判決時(shí)有最壞的碼元組合率

25、，并假設(shè)判決時(shí)有最壞的碼元組合 （2）假設(shè)判決時(shí)無(wú)碼間干擾）假設(shè)判決時(shí)無(wú)碼間干擾 放大器和均衡濾波器的傳遞函數(shù)隨輸入波放大器和均衡濾波器的傳遞函數(shù)隨輸入波形而變，可以用輸入波形和輸出波形的頻形而變，可以用輸入波形和輸出波形的頻譜來(lái)表示譜來(lái)表示引入引入 , I1, I2和和I3 4個(gè)積分參量來(lái)計(jì)算光電個(gè)積分參量來(lái)計(jì)算光電檢測(cè)器和放大器的噪聲檢測(cè)器和放大器的噪聲 I2和和I3也可以簡(jiǎn)化放大器噪聲的計(jì)算也可以簡(jiǎn)化放大器噪聲的計(jì)算 outinTHHH1 221d2TIZT 2233d2TTIZ利用參量利用參量I2和和I3可以使放大器的輸出噪聲簡(jiǎn)可以使放大器的輸出噪聲簡(jiǎn)化為化為定義放大器的噪聲參量定義放

26、大器的噪聲參量z為為 2t2na232bt22EIECSkKvSTIS IRTR22nat232222b0t0022EIEvCSTkKzSIS IReRe Te（3）假設(shè)探測(cè)器的暗電流為零）假設(shè)探測(cè)器的暗電流為零 （4）假設(shè)光源的消光比）假設(shè)光源的消光比EXT = 0，同時(shí)將，同時(shí)將過(guò)剩噪聲系數(shù)過(guò)剩噪聲系數(shù)F（G）近似為）近似為x是是APD的過(guò)剩噪聲指數(shù)的過(guò)剩噪聲指數(shù) 22xgF Ggg（1）當(dāng)用）當(dāng)用APD作為檢測(cè)器時(shí)，得到作為檢測(cè)器時(shí)，得到式中式中用平均光功率表示接收機(jī)的靈敏度用平均光功率表示接收機(jī)的靈敏度 11112 2112 212opt xxxxgQz222 2112 2max12x

27、xxxxxxxhbQz215151 5211 516 12 xIIIxI2511111 I511 IImaxmin2bpT（2）用）用PIN光電二極管作檢測(cè)器光電二極管作檢測(cè)器 若用若用PIN光電二極管作檢測(cè)器，光電二極管作檢測(cè)器， = 1 PIN的噪聲可以忽略。接收機(jī)的靈敏度可的噪聲可以忽略。接收機(jī)的靈敏度可以表示為以表示為（3）判決電平的計(jì)算公式）判決電平的計(jì)算公式消光比為零時(shí)最佳的判決電平的計(jì)算公式消光比為零時(shí)最佳的判決電平的計(jì)算公式最佳判決電平應(yīng)低于最佳判決電平應(yīng)低于“0”和和“1”電平的中電平的中點(diǎn)點(diǎn)g1 / 2m a x2 Q hbz1 / 2m inQ hpzT05max0121

28、11DIb（1）靈敏度與放大器噪聲的關(guān)系）靈敏度與放大器噪聲的關(guān)系 bmax與與z的關(guān)系的關(guān)系 （PIN光電二極管作檢測(cè)器）光電二極管作檢測(cè)器） （APD作檢測(cè)器，工作在最佳雪崩增益）作檢測(cè)器，工作在最佳雪崩增益）放大器噪聲的大小與最佳雪崩增益有關(guān)放大器噪聲的大小與最佳雪崩增益有關(guān) 1/ 2m axbz22maxxxbz（2）接收機(jī)靈敏度與比特速率的關(guān)系）接收機(jī)靈敏度與比特速率的關(guān)系 對(duì)比特速率較高的系統(tǒng)，接收機(jī)靈敏度與對(duì)比特速率較高的系統(tǒng)，接收機(jī)靈敏度與比特速率的關(guān)系為：比特速率的關(guān)系為： 當(dāng)用當(dāng)用PIN光電二極管作檢測(cè)器時(shí)，比特光電二極管作檢測(cè)器時(shí)，比特率增加倍頻程，靈敏度大約下降率增加倍

29、頻程，靈敏度大約下降4.5dB； 當(dāng)用當(dāng)用APD作檢測(cè)器（設(shè)作檢測(cè)器（設(shè)x0.5），且工作），且工作在最佳雪崩增益時(shí)，比特率增加倍頻程，在最佳雪崩增益時(shí)，比特率增加倍頻程，靈敏度大約下降靈敏度大約下降3.5dB （3）靈敏度與輸入波形的關(guān)系）靈敏度與輸入波形的關(guān)系 輸入輸入 脈沖時(shí)，放大器的噪聲最小，靈敏脈沖時(shí)，放大器的噪聲最小，靈敏度最高；發(fā)送度最高；發(fā)送RZ碼時(shí)接收機(jī)的靈敏度比碼時(shí)接收機(jī)的靈敏度比NRZ碼要高碼要高（4）消光比對(duì)靈敏度的影響）消光比對(duì)靈敏度的影響殘余光使消光比不為零殘余光使消光比不為零 消光比引起的靈敏度的惡化量消光比引起的靈敏度的惡化量 lt（5）激光器和光纖系統(tǒng)的噪聲對(duì)靈敏度的）激光器和光纖系統(tǒng)的噪聲對(duì)靈敏度的影響影響 激光器和光纖系統(tǒng)的噪聲主要有以下幾激光器和光纖系統(tǒng)的噪聲主要有以下幾種種 激光器的量子噪聲激光器的量子噪聲 模式分配噪聲模式分配噪聲 模式噪聲模式噪聲 反射噪聲反射噪聲 對(duì)于任意的輸入波形，只要均衡網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為對(duì)于任意的輸入波形，只要均衡網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為就可在判決時(shí)做到無(wú)碼間干擾就可在判決時(shí)做到無(wú)碼間干擾 發(fā)送脈沖的頻譜為發(fā)送脈沖的頻譜為S( ) ，Hof ( )、Ham( )、Heq(