第七章 光接收机

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1、第七章 光接收机数字信号传输系统中的各种干扰最终产生误码误码源：码间串扰光纤色散以及非线性效应导致展宽，使比特能量向其它比特泄漏，导致接收机0和1的判决误码误码源：非线性损伤光纤传输中的非线性效应：1. 布里渊散射2. 拉曼散射3. 交叉增益调制4. 交叉相位调制5. 四波混频造成： WDM系统中多信道之间的串扰 40 Gb/s单波长高速信道内的码间串扰系统的各个环节都会带来噪声，噪声对光信号会产生干扰。如链路中：由接收机引入的噪声源如下图所示：误码源：噪声的干扰接收机的任务1. 检测出因为长途传输而变得很微弱的信号2. 从受到各种干扰的信号中恢复出原始数据接收机主要部件及其功能数字接收机的性

2、能模拟接收机的性能本章讨论的主要问题本章讨论的主要问题主要包括光检测器、前置放大器、主放大器、均衡器、自动增益控制(AGC)电路、时钟提取电路以及取样判决器。基于强度调制的数字接收机模型7.1 接收机工作的基本原理接收机工作的基本原理前端线性通道时钟提取数据再生光接收机的核心部分：前端前端：由光电二极管和前置放大器组成作用：将耦合入光电检测器的光信号转换为时变光生电信号，然后进行预放大，以便后级作进一步处理要求：低噪声、高灵敏度、足够的带宽光检测器的选择：A. pin光电二极管具有良好的光电转换线性度，不需要高的工作电压，响应速度快B. APD最大的优点是它具有载流子倍增效应，探测灵敏度高，但

3、需要较高的偏置电压和温度补偿电路常用搭配：EDFA光放大器 + pin前置放大器主要作用是保持探测的电信号不失真地放大和保证噪声最小，一般采用基于场效应晶体管(FET)的放大器器件的选择线性通道对主放输出的失真数字脉冲进行整形和补偿，使之成为有利于判决的码间干扰最小的波形根据输入信号大小自动调整放大器增益，使输出信号保持恒定，以扩大接收机动态范围提供高的增益，放大到适合于判决电路的电平判决再生与时钟提取任务：把线性通道输出的波形恢复成数字信号对某时隙的码元进行判决，恢复原始信息为精确确定“判决时刻”，需要从信号码流中提取准确的时钟信息作为标定，以保证与发送端一致 1or0nbpnnbnTtgb

4、tP nbpnnTtgbMtPMti入射到光检测器的二进制数字脉冲序列表示为：其中P(t)是接收光功率 Tb是比特周期 bn是第n位二进制数 gp(t)是接收脉冲的波形脉冲序列导致光电二极管在时间t内的平均输出电流为：此电流经过放大可产生一个电压信号接收的信号hvqPIp接收机主要部件及其功能数字接收机的性能模拟接收机的性能本章讨论的主要问题本章讨论的主要问题光接收机对码元误判的概率称为误码率(在二元制的情况下，等于误比特率，BER)：误判的码元数Ne和接收的总码元数Nt的比值： BtNNNBERete光纤通信系统的典型误码范围是10-9到10-12。7.2 数字接收机性能数字接收机性能两种发

5、生误码的情况 dyypvPv) 1|(1 dyypvPv)0|(0发送一个1脉冲而均衡器输出电压小于v的概率：发送一个“0”脉冲而均衡器输出电压大于v的概率：给定一个电压v误码发生的概率 thththoutthoutevbPvaPPvvPPvvPP0100|11 |如果设阈值电压为vth则误码概率定义为：加权因子a和b是先验概率，或代表1或0出现的概率如果在任意时间t1对信号电压v(t) 进行抽样，抽样信号v(t1)落在(v, v+dv)的概率：dvmvdvvf222exp21)(信号幅度高斯分布发送0码时被误判为1的概率，即噪声脉冲超过阈值vth的概率：dvbvdyyfdyypvPoffof

6、fvoffvvthththth22002exp21)(0|)(类似地，也可以得到发送的1码被误判为0的概率：dvbvdyyfdyypvPononvonvvthththth22112exp21)(1 |)(单比特误码率 QeQerfdxeQPBERQQxe2/2/222121211误码率 bit-error-rateonthonoffoffthvbbvQ dyexerfxy022其中设0和1等概率发送，且选取判决电压为vth = (bonoff + boffon)/(off + on)：当on = off = 且boff=0, bon=V, 则vth = V/2VerfVPe221121信噪比例

7、BER与信噪比的关系曲线信噪比为8.5时Pe = 10-5。对于一个速率为1.544Mb/s 的电话接收信号，Pe = 10-5意味着每0.065秒有一位误码，这是非常不理想的。如果将V/ 从8.5 增加至12，BER就会降到10-9。此时，每11分钟才有一位误码，通常这是可以容忍的。例 (续)BER与信噪比的关系曲线对于一个速率为622Mb/s的链路，要得到相同的通话效果 (11分钟才有一个误码)，则要求BER为10-11或10-12，这就表示至少要求 V/ = 13系统速率越高对信噪比的要求越高定义：没有暗电流的情况下，对于达到特定误码率时所需的最小接收机功率称为量子极限在这种极限条件下，