光纖通信系統(tǒng)-光接收機(jī)ppt課件.ppt

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1、光檢測器與光接收機(jī)(2)2021/7/27光纖通信系統(tǒng)2光中繼器光接收機(jī)的特性光接收機(jī)功能與組成本節(jié)內(nèi)容2021/7/27光纖通信系統(tǒng)3光源調(diào)制器驅(qū)動電路放大器光電二極管判決器光纖光纖中繼器光接收機(jī)是光纖通信系統(tǒng)的重要組成部分，其作用是將光信號轉(zhuǎn)換回電信號，恢復(fù)光載波所攜帶的原信號。光接收機(jī)光接收機(jī)的任務(wù)2021/7/27光纖通信系統(tǒng)4光接收機(jī)的組成2021/7/27光纖通信系統(tǒng)5光接收機(jī)的前端(1)前端：由光電二極管和前置放大器組成。作用：將耦合入光電檢測器的光信號轉(zhuǎn)換為時變電流，然后進(jìn)行預(yù)放大（電流－電壓轉(zhuǎn)換），以便后級作進(jìn)一步處

2、理。是光接收機(jī)的核心。要求：低噪聲、高靈敏度、足夠的帶寬電信號光信號光電變換前置放大2021/7/27光纖通信系統(tǒng)6光接收機(jī)的前端(2)光檢測器的選擇：要視具體應(yīng)用場合而定。PIN光電二極管具有良好的光電轉(zhuǎn)換線性度，不需要高的工作電壓，響應(yīng)速度快。APD最大的優(yōu)點(diǎn)是它具有載流子倍增效應(yīng)，其探測靈敏度特別高，但需要較高的偏置電壓和溫度補(bǔ)償電路。從簡化接收機(jī)電路考慮，一般情況下多喜歡采用PIN光電二極管作光探測器。前置放大器的主要作用是保持探測的電信號不失真地放大和保證噪聲最小，一般采用場效應(yīng)晶體管(FET)。PIN/FET和APD/FE

3、T。2021/7/27光纖通信系統(tǒng)7光接收機(jī)的前端(3)根據(jù)不同的應(yīng)用要求，前端的設(shè)計有三種不同的方案：低阻抗前端高阻抗前端跨（互）阻抗前端光接收機(jī)前端的等效電路低阻抗前端從頻帶要求出發(fā)選擇偏置電阻RL優(yōu)點(diǎn)：電路簡單，不需要或只需要很少的均衡，動態(tài)范圍較大缺點(diǎn)：靈敏度低，噪聲較高光接收機(jī)的前端(4)高阻抗前端盡量加大偏置電阻，把噪聲減至盡可能小的值優(yōu)點(diǎn)：噪聲較低缺點(diǎn)：動態(tài)范圍小、高頻分量損失太大,對均衡電路提出很高要求.多用于低速系統(tǒng)?？缱杩骨岸穗妷翰⒙?lián)負(fù)反饋放大器（電流-電壓轉(zhuǎn)換器）優(yōu)點(diǎn)：寬頻帶（等效輸入電阻很小）、低噪聲（反饋電阻

4、可以取得很大）、靈敏度高、動態(tài)范圍大等綜合優(yōu)點(diǎn)，被廣泛采用。2021/7/278光纖通信系統(tǒng)光接收機(jī)的線性通道對主放輸出的失真數(shù)字脈沖進(jìn)行整形，使之成為有利于判決碼間干擾最小的升余弦波形。可根據(jù)輸入信號（平均值）大小自動調(diào)整放大器增益，使輸出信號保持恒定。用以擴(kuò)大接收機(jī)的動態(tài)范圍。提供高的增益，放大到適合于判決電路的電平。主放大器均衡濾波AGC電路2021/7/279光纖通信系統(tǒng)判決再生與時鐘提取任務(wù)：把線性通道輸出的升余弦波形恢復(fù)成數(shù)字信號為確定是“1”或是“0”，需要對某時隙的碼元作出判決。若判決結(jié)果為“1”，則由再生電路產(chǎn)生一個

5、矩形“1”脈沖；若判決結(jié)果為“0”，則由再生電路重新輸入一個“0”。為了精確地確定“判決時刻”，需要從信號碼流中提取準(zhǔn)確的時鐘信息作為標(biāo)定，以保證與發(fā)送端一致。判決器時鐘恢復(fù)輸出2021/7/2710光纖通信系統(tǒng)判決、再生過程均衡器輸出波形時鐘再生后的信號判決電壓最佳取樣時間相應(yīng)于“1”和“0”信號電平相差最大的位置，可由眼圖決定。2021/7/2711光纖通信系統(tǒng)2021/7/27光纖通信系統(tǒng)12眼圖是觀測系統(tǒng)性能最直觀、最簡單的方法。誤碼率是最終結(jié)果，眼圖可用于分析形成誤碼的原因。形成：眼圖就是隨機(jī)信號在反復(fù)掃描過程中疊加在一起的

6、綜合反映。2021/7/27光纖通信系統(tǒng)13以一個3比特長的NRZ碼為例，它有八種可能的圖樣，如果同時將這八種圖樣疊加，就得到眼圖。2021/7/27光纖通信系統(tǒng)14眼圖的一般結(jié)構(gòu)2021/7/27光纖通信系統(tǒng)15眼圖分析1.眼睛睜開最大處為最佳判決時刻2.眼睛睜開度表征噪聲容限3.眼睛展開度減小表征時鐘抖動增加4.眼皮厚度體現(xiàn)噪聲大小5.非線性傳輸特性會產(chǎn)生眼圖的不對稱性。模型化眼圖t1t2V1V2閾值最佳判決時刻2021/7/27光纖通信系統(tǒng)16背對背傳輸80km典型的10Gb/s光發(fā)射及傳輸后的眼圖2021/7/27光纖通信系統(tǒng)

7、17光接收機(jī)的噪聲特性光接收機(jī)的噪聲將影響信噪比SNR和通信質(zhì)量。主要來自光電探測器和前置放大器的噪聲。分為兩類：散粒噪聲和熱噪聲。散粒噪聲光檢測器放大器偏置電阻光子流h?RL量子噪聲暗電流噪聲漏電流噪聲APD倍增噪聲熱噪聲放大器噪聲接收機(jī)噪聲及其分布圖：2021/7/27光纖通信系統(tǒng)18量子噪聲的產(chǎn)生是由于光信號入射到光檢測器上時，光電子的產(chǎn)生和收集過程具有統(tǒng)計特性(泊松分布)。光電效應(yīng)產(chǎn)生的光生載流子數(shù)是隨機(jī)起伏的，這是光檢測過程的基本特性，從而使當(dāng)其他條件都達(dá)到最佳化時，接收機(jī)靈敏度具有一個最低極限。光檢測器放大器偏置電阻光子流

8、h?RL量子噪聲暗電流噪聲漏電流噪聲APD倍增噪聲熱噪聲放大器噪聲接收機(jī)噪聲及其分布圖：量子噪聲2021/7/27光纖通信系統(tǒng)19光檢測器放大器偏置電阻光子流h?RL量子噪聲暗電流噪聲漏電流噪聲APD倍增噪聲熱噪聲放大器