七章节光接收机.ppt
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1、第七章 光接收机,数字信号传输,系统中的各种干扰 最终产生误码,误码源:码间串扰,光纤色散以及非线性效应导致展宽,使比特能量向其它比特泄漏,导致接收机0和1的判决误码,误码源:非线性损伤,光纤传输中的非线性效应: 1. 布里渊散射 2. 拉曼散射 3. 交叉增益调制 4. 交叉相位调制 5. 四波混频 造成: WDM系统中多信道之间的串扰 40 Gb/s单波长高速信道内的码间串扰,系统的各个环节都会带来噪声,噪声对光信号会产生干扰。如链路中: 由接收机引入的噪声源如下图所示:,误码源:噪声的干扰,接收机的任务 1. 检测出因为长途传输而变得很微弱的信号 2. 从受到各种干扰的信号中恢复出原始数
2、据 接收机主要部件及其功能 数字接收机的性能 模拟接收机的性能,本章讨论的主要问题,主要包括光检测器、前置放大器、主放大器、均衡器、自动增益控制(AGC)电路、时钟提取电路以及取样判决器。,基于强度调制的数字接收机模型,7.1 接收机工作的基本原理,前端,线性通道,时钟提取 数据再生,光接收机的核心部分:前端,前端:由光电二极管和前置放大器组成 作用:将耦合入光电检测器的光信号转换为时变光生电信号, 然后进行预放大,以便后级作进一步处理 要求:低噪声、高灵敏度、足够的带宽,光检测器的选择: A. pin光电二极管具有良好的光电转换线性度,不需要高的工作电压,响应速度快 B. APD最大的优点是
3、它具有载流子倍增效应,探测灵敏度高,但需要较高的偏置电压和温度补偿电路 常用搭配:EDFA光放大器 + pin 前置放大器 主要作用是保持探测的电信号不失真地放大和保证噪声最小,一般采用基于场效应晶体管(FET)的放大器,器件的选择,线性通道,对主放输出的失真数字脉冲进行整形和补偿,使之成为有利于判决的码间干扰最小的波形,根据输入信号大小自动调整放大器增益,使输出信号保持恒定,以扩大接收机动态范围,提供高的增益,放大到适合于判决电路的电平,判决再生与时钟提取,任务:把线性通道输出的波形恢复成数字信号,对某时隙的码元进行判决,恢复原始信息,为精确确定“判决时刻”,需要从信号码流中提取准确的时钟信
4、息作为标定,以保证与发送端一致,入射到光检测器的二进制数字脉冲序列表示为:,其中P(t)是接收光功率 Tb是比特周期 bn是第n位二进制数 gp(t)是接收脉冲的波形 脉冲序列导致光电二极管在时间t内的平均输出电流为:,此电流经过放大可产生一个电压信号,接收的信号,接收机主要部件及其功能 数字接收机的性能 模拟接收机的性能,本章讨论的主要问题,光接收机对码元误判的概率称为误码率(在二元制的情况下,等于误比特率,BER):误判的码元数Ne和接收的总码元数Nt的比值:,光纤通信系统的典型误码范围是10-9到10-12。,7.2 数字接收机性能,两种发生误码的情况,发送一个“1“脉冲而均衡器输出电压
5、小于v的概率:,发送一个“0”脉冲而均衡器输出电压大于v的概率:,给定一个电压v,误码发生的概率,如果设阈值电压为vth则误码概率定义为:,加权因子a和b是先验概率,或代表1或0出现的概率,如果在任意时间t1对信号电 压v(t) 进行抽样,抽样信号 v(t1)落在(v, v+dv)的概率:,信号幅度高斯分布,发送0码时被误判为1的概率,即噪声脉冲超过阈值vth的概率:,类似地,也可以得到发送的1码被误判为0的概率:,单比特误码率,误码率 bit-error-rate,其中,设0和1等概率发送,且选取判决电压为 vth = (bonsoff + boffson)/(soff + son):,当s
6、on = soff = s且boff=0, bon=V, 则vth = V/2,信噪比,例,BER与信噪比的关系曲线,信噪比为8.5时Pe = 10-5。对于一个速率为1.544Mb/s 的电话接收信号,Pe = 10-5意味着每0.065秒有一位误码,这是非常不理想的。 如果将V/s 从8.5 增加至12,BER就会降到10-9。此时,每11分钟才有一位误码,通常这是可以容忍的。,例 (续),BER与信噪比的关系曲线,对于一个速率为622Mb/s的链路,要得到相同的通话效果 (11分钟才有一个误码),则要求BER为10-11或10-12,这就表示至少要求 V/s = 13,系统速率越高对信噪
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