光纤通信系统与网络（第5版）课件 第4章_光纤通信系统及设计.ppt

在通信网中除了语音，还有其他业务，为了能综合衡量各业务的传输质量，根据ITU-TG.821建议，可将误码性能优劣的指标分为3类：①劣化分DM；②严重误码秒SES；③误码秒ES。其定义和指标（在27500km的假设参考数字连接情况下）如表4.5所示。表4.5误码类别、定义和总指标（64kb/s）在实际的工程设计中，必须将G.821建议的总指标按照不同等级的电路进行分配，电路等级划分为高级，中级和本地级3种。如图4-33所示。图4-33HRX的电路等级划分及误码指标分配（2）APD的倍增噪声设恒定的光功率照射在APD的光敏面上，除了光量子激励的一次电子有随机性之外，由于一次电子碰撞电离产生的二次倍增电子也是随机的，即倍增因子G也是随机的。因此，APD输出的光电流带有噪声，称为倍增噪声。倍增噪声的统计特性非常复杂，不是泊松或高斯分布，其噪声功率谱密度可表示为：式中G2是G的二阶矩（即G2的统计平均）。（3）检测器的暗电流噪声检测器加上偏压后，或多或少要产生一些暗电流，暗电流也会引起散粒噪声。在无倍增情况下，对带宽为B的系统，暗电流Id引起的检测器输出散粒噪声功率为：对带宽为B的系统，在APD内暗电流也会引起倍增噪声，其噪声功率为：2．放大器噪声定量分析为了计算光接收机的噪声，考虑如图4-22（a）所示光接收机电路，其等效电路如图4-22（b）所示。图中is是检测器等效电流源、in(t)表示它的散粒噪声、Cd是它的结电容、Rb是偏置电阻（无噪声电阻）、ib是偏置电阻等效噪声电流源、Cs是偏置电路杂散电容、Ra和Ca是放大器输入电阻和输入电容、ia是放大器输入端的并联等效噪声电流源、ea是放大器输入端的串联等效噪声电压源、其余部分均为无噪声网络。放大器被分解为理想的放大器和等效噪声电压源V2和电流源I2，其相应的功率谱密度分别表示为SE和SI。图4-22光接收机的等效模型求噪声功率的步骤如下所述：（1）求单位频谱上的噪声功率（在1?电阻条件下）：SE=dV2(t)/df；或SI=dI2(t)/df。（2）求噪声功率：放大器噪声特性决定于所采用的前置放大器类型，根据放大器噪声等效电路和晶体管理论可以计算。常用三种类型前置放大器（见图4-18）的输出的等效噪声功率NA分别计算如下。，f2-f1为系统的通频带。（1）低阻抗前置放大器输出噪声功率近似为：根据晶体管理论，BJT噪声源的噪声功率近似为：则（2）高阻型场效应管（EFT）前置放大器输出噪声功率近似为根据晶体管理论，EFT噪声电压源的噪声功率近似为：SI?0，Ra→∝，SE=4kT/3gm?1.4kT/gm，则（3）互阻抗型场效应管前置放大器的输出噪声功率近似为：式中，A为接收机的放大倍数；B为放大器带宽；gm为FET跨导；Ic为BJT集电极电流；?为晶体管电流放大系数；e0为电子电荷；k为波尔兹曼常数；T为热力学温度；Rb是偏置电阻；Rf是负反馈电阻；Rt是Rb与放大器输入电阻的并联；Rt=Rb//Ra，Ct=Cd//Ca//Cs。4.3.3光接收机的主要技术指标1．光接收灵敏度Pr数字光接收机灵敏度的定义为：在保证给定的误码率BER（如10?9）或信噪比的条件下，最小接收信号光功率Pr。Pr越小（也称为灵敏度高），意味着数字光接收机接收微弱信号的能力越强。灵敏度越高，此时当光发射机输出功率一定时，保证通信质量（满足一定误码率的要求）的中继通信距离就越长。因此，提高数字光接收机的灵敏度，可以延长光纤通信的中继距离和增加通信容量。光接收机灵敏度是以一定误码率为条件的，这里先对误码产生和误码率概念进行介绍。接收机的误码由其总噪声引起，误码的多少及分布不仅与总噪声的大小有关，还与总噪声分布有关。光接收机对码元误判，即接收“0”码误判为“1”码，或把“l”码误判为“0”码的概率称为误码率（BER），其定义为：在一定的时间内，传输的总码流中误判的码元数和接收的总码元数的比值。一般“0”码和“1”码的误码率是不相等的，但对于“0”码和“1”码等概率出现的码流，可认为是相等的，此时误码率可能达到最小，误码率近似为：式中，Q为信噪比参数，BER与Q关系曲线如图4-23所示。由此可见只要知道Q值，就可由（4.6）式算出或由图4-23查出误码率，例如：Q=6，BER=10?9，Q=7，BER=10?12。数字光接收机的灵敏度是在保证给定误码率条件下，光接收机接收