10-5
10-6
给定 10-7 BER 10-8
10-9 10-10
动态范围D
-32 -30 -28
-12
接收灵敏度Pmin
≈
P(dBm)
-10 -8 -6
过载功率Pmax
§3.4 光接收机的均衡网络
升余弦形频谱
在光纤通信系统中，常设计均衡网络使 输出波形具有升余弦形频谱。
□频谱
1
0 <(1-)/Ts
《光纤通信》第三章光接收机
光接收机框图
探
测 光器 信
号
前置 放大器
主放 大器
均衡器
AGC 电路
判决器 译码器
时钟 提取
探测器： 实现光电变换。 前放： 实现低噪声放大。 主放： 提供足够的增益，且增益受AGC电路的控制。 均衡器： 保证判决时不存在码间干扰。 判决器、时钟提取：对信号进行再生。 AGC电路：改变接收机的增益，扩大接收机的动态范围。
□对于APD Pmin18EXT(%) (dB)
例：EXT=10% Pmin=1.8dB
其它因素对灵敏度的影响 P190
暗电流 输入波形 放大器噪声 ……
§3.3 接收机的动态范围
接收机的动态范围
保证达到给定误码率的条件下，允许接收 光功率的变化范围。(dB)
------反映接收机接收强信号的能力。
例: G=100, x=0.5, F(G)=10, APD放大噪声比放大信号多10倍。
G=100, x=1.0, F(G)=100, APD放大噪声比放大信号多100倍。
过剩噪声指数为APD的重要指标.
§3.2 光接收机的灵敏度
接收灵敏度
(1) 保证达到给定误码率的条件下，光接收机需 要的最小平均光功率。(W，dBm)
APD的过剩噪声系数：
F(G)Gx
x: 过剩噪声指数。
Si-APD:
x: 0.3-0.5
Ge-APD:
x: 0.8-1.0
InGaAs-APD: x: 0.5-0.7
雪崩光电二极管
APD的倍增噪声
F(G) 表示由于倍增作用而增加的一个噪声系数。 通过APD倍增后信号功率与G2成正比， 而噪声功率与G2•F(G)=G2+x成正比， 即APD放大噪声比放大信号多Gx倍。
系统对接收机动态范围的要求： D(dB)=[PTR(dBm)-10dB]~Pmin(dBm) 可正常接收比发送功率小10dB的光功率
例：fb=34Mb/s, Pmin=-44dBm, PTR=-3dBm 要求：D=31dB
接收机的动态范围
BER
10-4
D(dB)=Pmax(dBm)-Pmin(dBm)
Байду номын сангаас
均光能量为E1，码元宽度为Tb，一个码元平均光子
数为n，那么光接收机所需最小平均接收功率为 :
Pmin
E1 2Tb
nhv
2Tb
10.5Rbhv
灵敏度与码速的关系 P177
Rb Pmin(变差)
-20 Pmin(dBm)
PIN: PminRb3/2
-30
(4.5dB/比特率倍程)
APD：PminRb7/6
光电二极管
响应速度
□常用上升，下降时间表示。 □主要由结电容和负载电阻的时间常数决定。
上升时间(RL=50) Si: 300ps Ge: 500ps InGaAs: <100ps 工作于主干线：2.5Gbit/s
10Gbit/s
雪崩光电二极管（APD）
工作在高反向偏压的PN结二极管。
Rb: 码元速率 : 波长
光接收机灵敏度的量子极限
① 由于光源EXT=0，“0”码时接收的光能量为0； ② 光电二极管的暗电流为0、 “0”码时接收的光能
量为0、系统又无噪声，因此“0”码误判为“１” 码的概率为0，即Pe, 01=0。 ③ 由于系统无噪声，只要光电二极管输出一个电子 空穴对，判决器就能判出来。所以产生误码的惟 一可能就是当一个光脉冲输入时，光检测器没有 产生光电流，放大器没有电流输出。
V：反向电压
Si：G≈100
Ge：G≈10
InGaAs：G≈10～20
雪崩光电二极管
APD 的温度特性
G
100
20ºC 40ºC 60ºC
10
1
V
50
100
150
T VB。
APD实用时应在偏置电路中加温度补偿。
雪崩光电二极管
APD的倍增噪声
APD 噪声：
量子噪声（散弹噪声） 暗电流噪声 倍增噪声----影响最大
H()=
1 2
[1+sin
Ts 2
(
Ts
-)]
(1-) Ts
接收灵敏度Pmin≈-29.4 dBm
光接收机灵敏度的量子极限 P164例题
假设： 系统频带无限宽
系统无噪声 光源消光比为零 光电管暗电流为零 量子效率为1
☆ BER=10-9时， E1=21h
每个入射‘1’码脉冲应有21个光子的能量。 (2) 每个入射‘1’码脉冲含有的平均光子数为21个。 (3) Pmin=10.5•Rb hc/ (1)
-40
(3.5dB/比特率倍程) -50
APD比PIN改善
-60
灵敏度5-10dB
灵敏度与量子极限
-70
差10dB左右
-80
1
10
PIN APD
量子极限 100 1000 Rb(Mb/s)
LD消光比对灵敏度的影响 图3.4.5
EXT（百分比定义） Pmin恶化
□对于PIN Pmin9EXT(%) (dB)
④因为光子计数过程的概率分布为泊松分布，“1” 码持续期间产生的平均光子数λ=E1/hv,所以：
Pe,10=e-λλ0/0！=e-λ=e-E1/hv=e-n
⑤当“0”码和“1”码等概率出现时，误码率为：
Pe1 2Pe,011 2Pe,101 2Pe,10109 n21
⑥设传输的是非归零码(NRZ)，每个光脉冲最小平
入射光功率产生一次光生电流，一次光生电 流被雪崩放大，形成较大的反向电流。
I
RL u
P
I
N
光
°·
°·
· °
■ 响应波长
与PIN同。
雪崩光电二极管 G
平均雪崩增益
1000
G=
总输出电流 一次光生电流
100
10
经验公式：G=
1 1-(V/VB)m
1
VB V
VB: 击穿电压
m：常数，与APD材料、掺杂特性及波长有关
(2) 保证达到给定误码率的条件下，光接收机需 要的每一光脉冲的最低平均能量。
(3) 保证达到给定误码率的条件下，光接收机需 要的每一光脉冲的最低平均光子数。
§3.2 光接收机的灵敏度
BER
10-4
10-5
10-6
10-7
给定BER 10-8
10-9 10-10
P(dBm)
-32 -30 -28 -26 -24