光接收机的指标——灵敏度和动态范围

1、本文格式为Word版，下载可任意编辑光接收机的指标灵敏度和动态范围 光接收机的灵敏度和光接收机的动态范围是光接收机的两个重要指标1光接收机智敏度光接收机智敏度这个指标，是描述接收机被调整到最佳状态时，在满意给定的误码率指标条件下，接收机接收微弱信号的力量上述这种力量的描述，可以用以下三种物理量来体现(1)最低接收平均光功率(2)每个光脉冲中最低接收光子能量 (3)每个光脉冲中最低接收平均光子数本书将采纳工程常用的物理量：最低平均光功率这就是说，光接收机的灵敏度，是在满意给定的误码率指标条件下，最低接收平均光功率Pmin工程上光接收机智敏度中的光功率常用相对值来描述，即用dBm来表示 式中，Pm

2、in在满意给定的误码率指标条件下以瓦表示的最低接收光功率；指lmW光功率从物理概念上来看，上述这种灵敏度定义也是简单理解的：假如一部光接收机在满意给定的误码率指标下所要求的最低平均光功率低，说明这部接收机在微弱的输入光条件下就能正常工作，明显，这部接收机的性能是好的，是灵敏的同样，从物理概念上也简单理解，限制接收机的灵敏度的主要因素是噪声，由于接收机存在噪声（这将在后面争论），因而，为了保证正常接收，就需要有足够大的输入功率2接收机的动态范围光接收机的动态范围D，是在保证系统的误码率指标要求下，接收机的最低输入光功率（用dBm来描述）和最大允许输入光功率（用dBm来描述）之差(dB)，即 式中

3、，就是上面所讲的接收机智敏度之所以要求光接收机有一个动态范围，是由于当环境温度变化时，光纤的损耗将产生变化；随着时间的增长，光源输出光功率亦将变化；也可能因一个按标准化设计的光接收机工作在不同的系统中'从而引起接收光功率不同，因此要求接收机有一个动态范围低于这个动态范围的下限（即灵敏度），如前所述将产生过大的误码；高于这个动态范围的上限在判决时亦将造成过大的误码明显，一台质量好的接收机应有较宽的动态范围3.6.3 光接收机的噪声1.讨论光接收机噪声的目的在一个完整的光纤通信系统中，光接收机是它的重要组成部分可以想像，在满意误码 率（或信噪比）指标要求下，假如需要输入接收机的光功率低，则

4、表明这个光接收机的灵敏度高，性能好那么为什么光接收机的输入功率不能无限制地降低呢？明显，是受到了系统中噪声的限制为了讨论光接收机的性能，就需讨论光纤通信系统的噪声，首先是从接收机这端引入的噪声2光接收机噪声的主要来源(1)光电检测器引入的噪声光电检测器在工作时，一方面将接收到的光信息量转变为电的信息量；另一方面，在上述这种转变过程中，又将一系列与信息无关的随机变化的量带人信息量中，这种随机变化量主要有以下三种。量子噪声消失这种噪声的缘由可以这样来解释：由于光波的传播是由大量光量子（光子）传播来进行的例如：1mw频率为f=1015Hz的光功率，所对应的每秒钟接收到的光子数n应为 式中，h f =

5、 一个光子具有的能量；h=普朗确常数这样大量的光量子其相位和幅度都是随机的，因此，光电检测器在某个时刻实际接收到的光子数，是在一个统计平均值四周浮动，因而产生了噪声从噪声产生的过程看出，这种噪声是顽固地依附在信号上的，用增加放射光功率，或采纳低噪声放大器都不能削减它的影响因而，它限制了光接收机的灵敏度指标光电检测器的暗电流噪声当没有光照耀时，在抱负条件下，光电检测器应没有光电流输出但是'实际上由于热激励、宇宙射线或放射性物质的激励，在无光的状况下，光电检测器仍有电流输出，这种电流称为暗电流又因上述各种激励条件是随机的，因此，暗电流亦是随机浮动的，从而形成了暗电流噪声雪崩管倍增噪声由于雪

6、崩管的光电倍增作用是随机的，是一个非常简单的过程这种随机性，必定要引起雪崩管输出信号的浮动，从而引入噪声(2)光接收机的电路噪声在强度调制系统的光接收机中，把光信号变为电信号之后，还要经过一系列电的放大等电路系统，在这些电路中，电阻将引入热噪声；晶体管亦将引入噪声，尤其是前置放大器晶体管引入的噪声影响更为严峻在一个多级放大器中，每一级放大器都可能引入附加的噪声，而且在每一级放大器里，噪声和信号都将同样地被放大在这种状况下多级放大器的第一级就显得至关重要，只要第一级放大器的增益足够高，后面各级放大器对噪声的影响就比较小所以我们更关怀的是前置放大器的噪声3计算光接收机噪声的说明如前所述，限制光接收机智敏度的因素是噪声假如要对光接收机智敏度进行定量计算，那么，首先应对光接收机的上述噪声进行定量计算，但是这种计算过程将是非常繁杂的，这个计算过程和结果都已超出了本书的要求，这里不再详述。4计算光接收机智敏度的说明光接收机的灵敏度是可以依据公式进行定量计算的，这个计算公式是依据光接收机智敏度的定义推导出来的光接收机噪声的计算公式，并认为上述噪声在近似里高斯分布的条件下，参照美国学