【正文】 p i n 1 2 0 . 7 5 9 A / WI P G R? ? ? ? ? ?2022/4/13 例題 6 已 知工作于 m的單模光纖通信系統(tǒng)的參數(shù)為 ： 來 自激光發(fā)送模塊的平均功率 3dBm 光 纖損耗 接 頭損耗 發(fā) 送和接收模塊處的連接器損耗 1dB/只 APD接收器靈敏度 35Mbit/s(BER109)時 55dBm 計算： 35Mbit/s(BER109)工作時的最大中繼距離 。 解：由光生電子 空穴對渡越時間限制的 3dB帶寬是 為了不使 RC上升時間顯著影響系統(tǒng)的上升時間 ， 由負載電阻決定的 RC上升時間應(yīng) 小于渡越時間的四分之一 ， 所以有 因此 ， 允許的最大負載電阻 RL是 46Ω 。 求該光電二極管的響應(yīng)度和量子效率 。8. 在實驗室里觀察碼間干擾是否存在的最直觀、最簡單的方法是眼圖分析法 。6. 通常數(shù)字光接收機要求 B E R 是910?。5. 數(shù)字光接收機由前置放大器、線性放大以及數(shù)據(jù)恢復(fù)三部分組成。3. 光纖通信中最常用的光電檢測器是 PIN 和 A PD 。 16 18 2024 32 3426 28 30 36345710131112689OS NR / d Bl o g ( B E R )225 3 . 5 Gb / s1 0 7 Gb / sP R B S 72022/4/13 總 結(jié) 1. 光探測器的作用是利用光電效應(yīng)把光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枴９獍l(fā)射機輸出 9 dBm。 ? 光發(fā)射機由鎖模脈沖激光器（ MLL）和工作在 Gb/s的OOK調(diào)制器組成。 2022/4/13 PIC多信道光接收機照片 2022/4/13 107 Gb/s WGPIN行波放大 PIC光接收機 鎖模脈沖 激光器帶通濾波眼圖發(fā)射機1 0 7 G b / s R Z O O K接收機1 0 7 G b / s R Z O O K1 3 . 3 7 5 Gb / s調(diào)制器 R Z OO KE D F A E D F A 級光復(fù)用器3E D F A光衰減器E D F A E D F A2 n mP I N P DP I N T W A 光解復(fù)用器1 / 2EA1 0 7 Gb / s R Z OO K復(fù)用到P I N 解復(fù)用接收機5 3 . 5 GH z時鐘? RZOOK解復(fù)用光電接收模塊組成的 107 Gb/s系統(tǒng) ? PIN解復(fù)用接收機由 PIN WGPD模塊和 1/2解復(fù)用器模塊組成 。當(dāng)輸出端SNR很大時，張開度主要受碼間干擾的影響，因此，觀測眼圖的張開度就可以估計碼間干擾的大小，這給均衡濾波電路的調(diào)整提供了簡單而適用的觀測手段。 2022/4/13 167。 最佳判決時刻 2022/4/13 167。 45 光接收機的線性通道和數(shù)據(jù)恢復(fù) 2. 顯示基本測量參數(shù)的眼圖的一般結(jié)構(gòu) 2022/4/13 167。 45 光接收機的線性通道和數(shù)據(jù)恢復(fù) ?眼圖測量是判斷數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中有無碼間干擾、接收機性能好壞的最直觀最簡單的方法，誤碼率是最終結(jié)果，眼圖可用于分析形成誤碼的原因； ?如果接收的信號沒有碼間干擾及波形畸變，各段波形完全重合，恰似張開的眼睛，示波器既細又清晰；如果碼間有干擾、波形畸變和噪聲時，掃描示波線不能完全重合，眼圖線跡將變得既不細又不清晰，眼圖睜開也將減小。 2022/4/13 167。 45 光接收機的線性通道和數(shù)據(jù)恢復(fù) 數(shù)據(jù)恢復(fù)的結(jié)果在實驗室里觀察最簡單、最直觀的方法是 眼圖分析法 。 45 光接收機的線性通道和數(shù)據(jù)恢復(fù) 二、數(shù)據(jù)恢復(fù)（ 將均衡器輸出的信號恢復(fù)成理想的數(shù)字信號 ） — 帶選通的比較器，與判決門限電平進 行比較 選通時刻由同步脈沖提取。 均衡電路的設(shè)計，原則上是一個 均衡網(wǎng)絡(luò) 的設(shè)計，實際工程中很少完全按理論上設(shè)計，通常是選取一個特性近似的網(wǎng)絡(luò)代替，再通過實驗的方法進行調(diào)整。 2022/4/13 167。 45 光接收機的線性通道和數(shù)據(jù)恢復(fù) 單個脈沖均衡前后波形的比較： 所以，如果信號具有升余弦頻譜，碼間干擾最小，理論上可達到零。 45 光接收機的線性通道和數(shù)據(jù)恢復(fù) 未經(jīng)均衡濾波器出現(xiàn)的脈沖拖尾現(xiàn)象： 圖中， TB=1/B 。因此，雖不能消除碼間干擾及相互影響，但可以做到不管輸入波形如何變化，只要經(jīng)過均衡濾波器后，在某些特定點上干擾為零，故可用于正確判決。在 t=0時刻，信號最大，在 t=m/B（ m為整數(shù)）時， hout(t)=0。 對頻譜函數(shù)進行傅里葉變換，得到時域上的信號： ? ?? ?1 c o s, 21 , outfBfBHffB?? ????? ?????? ? ? ? ? ? 2sin 2 12 12out Btht Bt Bt???? ?2022/4/13 167。 2022/4/13 167。 光纖通信中，輸出波形常常被 均衡成升余弦頻譜（相頻特性為線性）。 45 光接收機的線性通道和數(shù)據(jù)恢復(fù) 2. 均衡濾波 低通濾波器，減小噪聲、降低碼間干擾。 主放 前放 均衡濾波 判決器 AGC運放 高壓偏置 電路 峰值檢波 時鐘 APD Rb 參考 167。 主放 前放 均衡濾波 判決器 AGC運放 高壓偏置 電路 峰值檢波 時鐘 APD Rb 參考 167。當(dāng)輸入光功率增加時，先控制 APD的倍增因子，使放大器的放大倍數(shù)保持不變，當(dāng)倍增因子降低到最小時，使之保持最小值，而后對主放的放大倍數(shù)進行控制，最終使之適合正確判決。 45 光接收機的線性通道和數(shù)據(jù)恢復(fù) 高壓偏置電路實際上是一個直流變壓器，將 AGC輸出的直流電壓變換成 100~200V的直流高壓，供 APD做直流偏壓，直流變壓器的輸出電壓可調(diào)節(jié)，從而控制 APD增益的目的。 45 光接收機的線性通道和數(shù)據(jù)恢復(fù) APD光接收機模塊電路： 峰值檢波輸出的直流信號送到 AGC放大器進行比較放大產(chǎn)生一個 AGC電壓，該電壓控制 APD的反向偏置電壓和主放的工作點（目的是控制主放的增益），從而使均衡器輸出幅度是穩(wěn)定的升余弦波。 ?APD光接收機， AGC通過對 APD倍增因子（即控制 APD的偏壓）和主放大器增益的控制來擴大光接收機的動態(tài)范圍。 m a xP c ED R L M l M? ? ? ?2022/4/13 167。 45 光接收機的線性通道和數(shù)據(jù)恢復(fù) 式中， LP—光源可能超過設(shè)計要求的光功率，一般在 1~2dB； Mc—光纖線路每公里的富余度，它應(yīng)考慮在線路的設(shè)計壽命時間內(nèi)，因維修增加接頭的損耗、因環(huán)境條件變化增加的損耗、以及因連接器增加的損耗，一般在 ~。 2022/4/13 167。 45 光接收機的線性通道和數(shù)據(jù)恢復(fù) （ 2）動態(tài)范圍 光接收機能適應(yīng)輸入信號在一定范圍內(nèi)變化的能力稱為光接收機的動態(tài)范圍。 （ 1）主放大器的增益 A 放大器輸出端“ 1”碼的電流 I1=Ip 45 光接收機的線性通道和數(shù)據(jù)恢復(fù) 一、線性通道 提供足夠增益的主放，同時保證光接收機的動態(tài)范圍； 均衡濾波器，減小噪聲，降低碼間干擾。 為了減少碼間干擾的影響，必須對接收的信號波形進行濾波均衡，變成沒有碼間干擾的信號波形(實際中多采用 升余弦波 )。 2022/4/13 167。 44 光接收機的靈敏度 （ 3）光源、光纖系統(tǒng)噪聲引起的功率代價 模式噪聲（多模光纖系統(tǒng)）、色散引起脈沖展寬、 LD的頻率啁啾、反射噪聲都將引起功率代價。 44 光接收機的靈敏度 （ 2）激光器強度噪聲引入的功率代價 噪聲分析中，假定入射到接收機的光功率代價沒有波動，實際上，任何光發(fā)射機均有功率波動，光接收機把這種功率的波動轉(zhuǎn)換成電流的起伏，這就是強度噪聲，其值為 引起的功率代價： 對于數(shù)字光接收機，通常 γI， δI，可忽略；但是對于模擬光纖系統(tǒng)， γI是一個限制因素。 對于光接收機，功率代價為 實際情況，通常 PINPD的 EXT，功率代價小于，可以忽略；但是對于 APD，功率代價是 PINPD的 3倍，不能忽略。 （ 1）發(fā)射“ 0”碼時接收光功率不為零引入的功率代價 假定發(fā)射“ 0”碼時，接收光功率 P0=0，所以對于理想情況有 消光比 ： EXT=P0/P1=0 2022/4/13 167。 44 光接收機的靈敏度 3. 靈敏度下降機理 以上對于靈敏度的分析，只考慮了接收機噪聲的情況，并且假定是理想的接收，即“ 1”碼為恒定能量的光脈沖，“ 0”碼的能量為零。 44 光接收機的靈敏度 因此，對于一給定 Q值，便可得到限定誤碼率的最小平均接收光功率： 對于 PINPD， σs2σT2， σs2可忽略，此時 ∴ Δf↑，碼速越高，靈敏度越低。 放大器輸出端“ 1”碼的電流 I1=Ip2022/4/13 167。 理想光接收機的靈敏度只受到光檢測器量子噪聲（本征噪聲）的限制。 Pr↑，則光接收機能夠接收更微弱的光信號。數(shù)，是一個碼元的平均光子，其中 bbr fnfhP ??2lg10 ???2022/4/13 167。 2022/4/13 167。 ?????????? ??QdxxBER 2e x p212?Q參數(shù)被廣泛用來說明接收機的特性 。 44 光接收機的靈敏度 式中，要使誤碼率達到最小，則要求 P(0→1)=P(0→1)，使 Q=ID/σ0=(I1ID)/σ1；或者 Q=I1/(σ0+ σ1) 。 44 光接收機的靈敏度 如果忽略暗電流的影響，“ 0”碼時平均噪聲功率為σ02，當(dāng) I0超過 ID時有可能發(fā)生碼元誤判，此時把“ 0”碼判為“ 1”碼的概率為 “ 1”碼時平均噪聲功率為 σ12，噪聲電流為 (II1)，當(dāng) (II1) (IDI1)時 ，把“ 1”碼判為“ 0”碼的概率為 2022/4/13 167。 44 光接收機的靈敏度 I ID “0”碼 t “1”碼 I1 I0 P(0→1) P(1→0) P/概率密度 圖中的 I1：“ 1”碼的電流； ID：判決閾值的電流（類似比較器）； I0：“ 0”碼的電流。 光接收機靈敏度的精確計算： 從光電檢測過程實際的概率密度函數(shù)出發(fā)，通過放大器和光電檢測器概率密度函數(shù)的卷積計算求出總噪聲的概率密度函數(shù)，進而計算接收機的靈敏度。 44 光接收機的靈敏