第6章 光发送机与光接收机(修改)

第6章光发送机与光接收机6.1调制信号的格式6.2直接调制IM光发送机6.3外调制器6.4光接收机6.5相干接收6.1调制信号的格式

为了有利于信息在信道中传输和接收时便于处理，我们往往先对数字信号进行编码，再对光信号进行调制。光信号除了可调制光载波信号的幅度、频率、相位外，还可调制光强。由于光强不同于电信号的电压或电流有正值与负值，它只有正值（即光强或光功率没有负值），因此称它为单极性信号，而电压信号称为双极性信号。6.1.1单极码与双极性码单极性码：无电压表示“0”，恒定正电压表示“1”，(无光脉冲表示为“0”，有光脉冲表示为“1”)。双极性码：“1”码和“0”码都有电流,但是“1”码是正电流,"0"码是负电流,正和负的幅度相等,称为双极性码。单极性码双极性码6.1.2归零(RZ)码与不归零(NRZ)码OOK调制可以采用许多信号格式，最常用的为NRZ、RZ两种种格式。NRZ码：编码“1”对应有光脉冲且持续时间为整个比特周期，“0”对应无光脉冲出现。RZ码：编码“1”对应有光脉冲且持续时间为整个比特周期的一半，“0”对应无光脉冲出现。6.2直接调制IM光发送机1、直接强度调制是光纤通信中最简单、最经济、最容易实现的调制方式，适用于半导体激光器LD和发光二极管LED。2、两种直接强度调制方式：1）

模拟调制2)数字调制6.2.1模拟调制

LED和LD的模拟调制

6.2.2数字调制数字IM调制原理数字IM调制原理6.3外调制6.3.1电折射调制原理电折射调制器利用了晶体材料的电光效应，常用的晶体材料有：铌酸锂晶体（LiNbO3）和砷化镓（GaAs）等。电光相位调制器的基本原理框图

6.3.2M-Z型调制器

M-Z型调制器6.3.3声光调制器

声光调制器的原理框图6.4光接收机光检测器接收光信号并将其转换成与光功率成正比的光生电流信号。前置放大器将微弱的电流信号放大到所需的电平。光放大器放置在光检测器前作为前置光放大器。光滤波器，用来选择所需的通道信号。数字光接收机（DD解调）框图6.4.1理想的数字光接收机

理想的数字光接收机，即不考虑任何噪声。原理：接收机根据比特周期内有光还是无光来判定是“1”比特还是“0”比特，如果有光出现，则对应“1”比特发送(对应“1”码)，如果无光出现，则对应“0”比特发送(对应“0”码)。(1)误码率：光功率为P的光信号到达光检测器比特周期内的光子数为：光检测器在比特周期内接受n个光子的概率：光检测器在比特周期内接受n个光子的概率：误码率(量子极限)：量子极限灵敏度：6.4.2实际的光接收机

光信号在光检测器上被转变为光生电流的同时，还附加有额外的噪声信号。

(1)热噪声信号(2)散弹（粒）噪声(3)光滤波和光检测器之间使用的光放大器产生的放大的自发辐射噪声ASE。(1)在噪声带宽或频率范围Be内，热噪声电流的方差：(2)在噪声带宽或频率范围Be内，散粒噪声电流的方差：(3)总电流均值的方差：6.4.6误码率实际的光接收机的误码率（比特错误概率），会涉及到各种不同的噪声影响。

误码原因：接收机通过对光生电流进行取样，从而判决每个比特周期发送的是“0”还是“1”。由于噪声电流的存在,接收机有可能做出错误的判决，因而导致了误码。对于发送的“1”比特，接收光功率为P1，则接收机的平均光电流为I=I1，光电流的方差为：发送“0”比特时光生电流的方差为具有光放大器的光接收机的“0”和“1”的概率分布

阈值电流近似：误码：

P［0|1］：当发送“1”时，其误码率为I＜Ith对应的概率。P［1|0］：当发送“0”时，其误码率为I≥Ith对应的概率。零均值单位方差的高斯随机变量超过值x时的概率：误码：灵敏度：Gm为APD的增益，对于PIN其值为1。习题六1.光接收机中主要有哪些噪声？2.RZ码和NRZ码有什么特点？3.简述强度调制-直接检测数字光通信系统中的光接收机工作原理和各组