第6章光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī)(修改)

1、第第6 6章章 光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī)光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī) 第第6章章 光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī)光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī) 6.1 調(diào)制信號的格式調(diào)制信號的格式 6.2 直接調(diào)制直接調(diào)制IM光發(fā)送機(jī)光發(fā)送機(jī) 6.3 外調(diào)制器外調(diào)制器6.4 光接收機(jī)光接收機(jī) 6.5 相干接收相干接收第第6 6章章 光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī)光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī) 6.1 調(diào)制信號的格式調(diào)制信號的格式 為了有利于信息在信道中傳輸和接收時(shí)便于處理， 我們往往先對數(shù)字信號進(jìn)行編碼， 再對光信號進(jìn)行調(diào)制。 光信號除了可調(diào)制光載波信號的幅度、 頻率、 相位外， 還可調(diào)制光強(qiáng)。 由于光強(qiáng)不同于電信號的電壓或電流有正值與負(fù)值， 它只有正值（即光強(qiáng)或光功率沒

2、有負(fù)值）， 因此稱它為單極性信號， 而電壓信號稱為雙極性信號。 第第6 6章章 光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī)光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī) 6.1.1 單極碼與雙極性碼單極性碼：無電壓表示“0”，恒定正電壓表示“1”，(無光脈沖表示為“0”，有光脈沖表示為“1”)。雙極性碼：“1”碼和“0”碼都有電流,但是“1”碼是正電流,0碼是負(fù)電流,正和負(fù)的幅度相等,稱為雙極性碼。單極性碼雙極性碼第第6 6章章 光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī)光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī) 6.1.2 歸零(RZ)碼與不歸零(NRZ)碼 OOK調(diào)制可以采用許多信號格式， 最常用的為NRZ、 RZ兩種種格式。 NRZ碼：編碼“1”對應(yīng)有光脈沖且持續(xù)時(shí)間為整個(gè)比特周期，

3、“0”對應(yīng)無光脈沖出現(xiàn)。 RZ碼：編碼“1”對應(yīng)有光脈沖且持續(xù)時(shí)間為整個(gè)比特周期的一半， “0”對應(yīng)無光脈沖出現(xiàn)。 NRZ格式RZ格式短脈沖二進(jìn)制數(shù)據(jù)101101第第6 6章章 光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī)光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī) 6.2 直接調(diào)制直接調(diào)制IM光發(fā)送機(jī)光發(fā)送機(jī) 1、直接強(qiáng)度調(diào)制是光纖通信中最簡單、 最經(jīng)濟(jì)、 最容易實(shí)現(xiàn)的調(diào)制方式， 適用于半導(dǎo)體激光器LD和發(fā)光二極管LED。 2、兩種直接強(qiáng)度調(diào)制方式： 1） 模擬調(diào)制 2) 數(shù)字調(diào)制第第6 6章章 光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī)光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī) 6.2.1 模擬調(diào)制 LED和LD的模擬調(diào)制LED輸出光功率PIIIB二極管電流激光器輸出光功率PII Ith

4、B二極管電流第第6 6章章 光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī)光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī) 6.2.2 數(shù)字調(diào)制數(shù)字IM調(diào)制原理光功率 / dB電流信號 / mA光信號時(shí)間時(shí)間第第6 6章章 光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī)光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī) 數(shù)字IM調(diào)制原理光功率 / dB電流信號 / mA光信號時(shí)間時(shí)間第第6 6章章 光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī)光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī) 6.3 外外 調(diào)調(diào) 制制 6.3.1 電折射調(diào)制原理 電折射調(diào)制器利用了晶體材料的電光效應(yīng)， 常用的晶體材料有： 鈮酸鋰晶體（LiNbO3）和砷化鎵（GaAs）等。 波 導(dǎo)LiNbO3光 輸 入已 調(diào) 光 輸 出長 度 L電 壓 電光相位調(diào)制器的基本原理框圖第第6 6章章 光發(fā)

5、送機(jī)與光接收機(jī)光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī) 6.3.2 M-Z型調(diào)制器 M-Z型調(diào)制器光 輸 入已 調(diào) 光 輸 出LiNbO3觸 點(diǎn)觸 點(diǎn)相 位 調(diào) 制第第6 6章章 光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī)光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī) 6.3.3 聲光調(diào)制器 聲光調(diào)制器的原理框圖換能器聲光介質(zhì)光輸入電壓信號電極I11級光強(qiáng)I0零級光強(qiáng)第第6 6章章 光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī)光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī) 6.4 光光 接接 收收 機(jī)機(jī) 光檢測器接收光信號并將其轉(zhuǎn)換成與光功率成正比的光生電流信號。 前置放大器將微弱的電流信號放大到所需的電平。 光放大器放置在光檢測器前作為前置光放大器。 光濾波器， 用來選擇所需的通道信號。 數(shù)字光接收機(jī)（DD解調(diào)）框圖

6、光 濾 波光 放 大 器光檢 測 器前 置放 大 器判 決電 路第第6 6章章 光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī)光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī) 6.4.1 理想的數(shù)字光接收機(jī) 理想的數(shù)字光接收機(jī)，即不考慮任何噪聲 。 原理： 接收機(jī)根據(jù)比特周期內(nèi)有光還是無光來判定是“1”比特還是“0”比特， 如果有光出現(xiàn)， 則對應(yīng)“1 ”比特發(fā)送(對應(yīng)“1”碼)， 如果無光出現(xiàn)， 則對應(yīng)“0”比特發(fā)送(對應(yīng)“0”碼) 。(1)誤碼率：光功率為P的光信號到達(dá)光檢測器比特周期內(nèi)的光子數(shù)為：cPhf B第第6 6章章 光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī)光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī) 光檢測器在比特周期內(nèi)接受n個(gè)光子的概率：光檢測器在比特周期內(nèi)接受n個(gè)光子的概率：誤碼率

7、(量子極限)：()( )!cnPhf BcPhf BP nen(0,1)cPhf BPe12cPhf BBERe量子極限靈敏度：ln(2)chf BPBER 第第6 6章章 光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī)光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī) 6.4.2 實(shí)際的光接收機(jī) 光信號在光檢測器上被轉(zhuǎn)變?yōu)楣馍娏鞯耐瑫r(shí)， 還附加有額外的噪聲信號。 (1) 熱噪聲信號 (2) 散彈（粒）噪聲 (3) 光濾波和光檢測器之間使用的光放大器產(chǎn)生的放大的自發(fā)輻射噪聲ASE。第第6 6章章 光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī)光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī) (1)在噪聲帶寬或頻率范圍Be內(nèi)， 熱噪聲電流的方差： eBBRTk42熱噪生(2)在噪聲帶寬或頻率范圍Be內(nèi)， 散粒

8、 噪聲電流的方差： 22eeIB散粒(3)總電流均值 的方差： 222熱噪聲散粒I第第6 6章章 光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī)光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī) 6.4.6 誤碼率 實(shí)際的光接收機(jī)的誤碼率（比特錯(cuò)誤概率）， 會涉及到各種不同的噪聲影響。 誤碼原因：接收機(jī)通過對光生電流進(jìn)行取樣， 從而判決每個(gè)比特周期發(fā)送的是“0”還是“1”。 由于噪聲電流的存在, 接收機(jī)有可能做出錯(cuò)誤的判決， 因而導(dǎo)致了誤碼。對于發(fā)送的“1”比特， 接收光功率為P1， 則接收機(jī)的平均光電流為I =I1， 光電流的方差為 ：LeBeRTBkBeI42121第第6 6章章 光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī)光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī) LeBeRTBkBeI4202

9、0 發(fā)送“0”比特時(shí)光生電流的方差為具有光放大器的光接收機(jī)的“0”和“1”的概率分布 P0|1IthP1|0 閾值電流近似：0 11 001thIII第第6 6章章 光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī)光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī) 誤碼： P0|1：當(dāng)發(fā)送“1”時(shí)， 其誤碼率為IIth對應(yīng)的概率。 P1|0：當(dāng)發(fā)送“0”時(shí)， 其誤碼率為IIth對應(yīng)的概率。 零均值單位方差的高斯隨機(jī)變量超過值x時(shí)的概率：dyexQyx2/221)(11 1 |0thIIQPoothIIQP0|1 P0|1IthP1|0第第6 6章章 光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī)光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī) 誤碼：1010101012ththIIIIBERQQIIQ 靈敏度：RGPmR2)(10Gm為APD的增益， 對于PIN其值為1。 1()QBER第第6 6章章 光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī)光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī) 習(xí)習(xí) 題題 六六 1. 光接收機(jī)中主要有哪些噪聲？2. RZ碼和