光纖通信第三章3-接收機(jī)靈敏度(已修改)
2025-08-07 18:27 本頁面
【正文】 北京郵電大學(xué)顧畹儀 1 第 光接收機(jī)的靈敏度計(jì)算 一、靈敏度計(jì)算的一般方法 二、光電檢測隨機(jī)過程的統(tǒng)計(jì)特性 三、接收機(jī)靈敏度的精確計(jì)算 四、接收機(jī)靈敏度的高斯近似計(jì)算 北京郵電大學(xué)顧畹儀 2 一、靈敏度計(jì)算的一般方法 1. 靈敏度的概念 : 保證誤碼率為確定值的情況下所需要的最低接收平均光功率(dBm). 2. 一般方法 1）求總噪聲的概率密度函數(shù) f0(x),f1(x) 。 2) 從概率密度函數(shù)出發(fā)計(jì)算誤碼率。 北京郵電大學(xué)顧畹儀 3 )1()0()()(1001110001PEPEBERdxxfEdxxfEDD?????????? “0”碼誤判為“ 1”碼的概率： “1”碼誤判為“ 0”碼的概率： 誤碼率 計(jì)算 BER 北京郵電大學(xué)顧畹儀 4 光接收機(jī)靈敏度計(jì)算方法 1）精確計(jì)算：從雪崩倍增實(shí)際的概率密度函數(shù)出發(fā)計(jì)算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。 2）高斯近似計(jì)算 假設(shè)雪崩倍增過程的概率密度函數(shù)為高斯函數(shù)，從而使總噪聲的計(jì)算變得簡單。 計(jì)算精度可保持在 1dB范圍內(nèi)，滿足工程設(shè)計(jì)的需要。 2121)( XXX ffxfXXX????北京郵電大學(xué)顧畹儀 5 二、光電檢測隨機(jī)過程的統(tǒng)計(jì)特性 光子計(jì)數(shù)過程 1）泊松分布 ? ????????dthtpmeLttmPm])([!)],(,[000???2）光電檢測過程的量子極限 條件：放大器不存在熱噪聲 光電二極管的量子效率為 1，暗電流為零 光源的消光比為零 北京郵電大學(xué)顧畹儀 6 ??hEEB E ReeEhE2110121!01910/010??????????? 因?yàn)楣庠吹南獗葹榱?，所以?0”碼時(shí)接收光功率為零，沒有光生的電子 空穴對； Id = 0, 沒有暗電流生成的電子 空穴對；放大器無噪聲，沒有熱激勵的電子 空穴對。 “ 0”碼不會發(fā)生誤判決， E01=0。 “ 1”誤判為“ 0”碼的概率等于接收“ 1”碼時(shí)一個(gè)電子 空穴對也沒有產(chǎn)生的概率。 北京郵電大學(xué)顧畹儀 7 雪崩光電檢測隨機(jī)過程的統(tǒng)計(jì)特性 雪崩光電檢測隨機(jī)過程的統(tǒng)計(jì)特性是非常復(fù)雜的。 時(shí)隙 L內(nèi)， 1 2 31 2 3, , , ... ... , ... ... , , , ... ... , ... ...lNlNt t t t tg g g g g1 ( 1 )1 111 ( 1 )( 1 ) ( ) [ ]11( ) ( )1 ( 1 )[ 1 ( 1 ) ] ( 1 ) ! [ ]( 1 )knn knp r o b ln k GkGkGP g nkn Gk n nk??? ????????? ? ???? ? ? ??gl = n 的概率是一個(gè)復(fù)雜的函數(shù)： 北京郵電大學(xué)顧畹儀 8 ??????????NllngNNt gPNeP10)(!)( ??) .. . . ..()()(1??? p r o bp r o bNllng PPgP ?????dth tpLtt])([ 000???? ? ? ??n個(gè) Pprob(?)的卷積 隨機(jī)性： I. gl是隨機(jī)的 , 其概率密度函數(shù)是復(fù)雜的函數(shù)； II. N是隨機(jī)的，即在時(shí)隙 L內(nèi)產(chǎn)生的初始電子 空穴是泊松分布 結(jié)論：光電檢測過程是非常復(fù)雜的隨機(jī)過程。 北京郵電大學(xué)顧畹儀 9 XeZqgeZtV nNNllsds00100 ][)( ??? ???三、接收機(jī)靈敏度的精確計(jì)算 方法 設(shè) Ns和 Nd分別為每秒鐘光生和暗電流生成的電子 空穴 對數(shù)， qn是放大器的高斯噪聲歸一化為二次電子 空穴對數(shù) nNNll qgXds?? ??? 1[]01[]( ) ( )!sdNN N Nsdt ng lNle N NP P gN??? ? ? ? ? ????? ? ? ? ?? ? ???X的概率密度函數(shù)為： 北京郵電大學(xué)顧畹儀 10 22221)( anxanqn exf?????01( ) ( ) ( )( 0 ) ( ) ( 1 ) ( )t q nddP x P f xB E R P P x d x P P x d x???????? ??放大器的噪聲： 總噪聲： 所以，總噪聲的概率密度函數(shù)和靈敏度的精確計(jì)算是很復(fù)
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