《接收机灵敏度》PPT课件

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1、3.3光接收机的灵敏度计算灵敏度计算的一般方法光电检测随机过程的统计特性接收机灵敏度的精确计算接收机灵敏度的高斯近似计算1一、灵敏度计算的一般方法灵敏度的概念:保证误码率为确定值的情况下所需要的最低接收平均光功率(dBm).2.一般方法1）求总噪声的概率密度函数f0(x),f1(x);2)从概率密度函数出发计算误码率。2“0”码误判为“1”码的概率：“1”码误判为“0”码的概率：误码率计算BER3光接收机灵敏度计算方法1）精确计算：从雪崩倍增实际的概率密度函数出发计算总噪声的概率密度函数，进而计算接收机的灵敏度。2）高斯近似计算假设

2、雪崩倍增过程的概率密度函数为高斯函数，从而使总噪声的计算变得简单。计算精度可保持在1dB范围内，满足工程设计的需要。4二、光电检测随机过程的统计特性1、光子计数过程1）泊松分布在时间间隔L内产生m个电子-空穴对的概率是均值为Λ的泊松分布。（光生电子-空穴对的概率密度函数）5光源的消光比为零，所以“0”码时接收光功率为零，没有光生的电子-空穴对；Id=0,没有暗电流生成的电子-空穴对；放大器无噪声，没有热激励的电子-空穴对。“0”码不会发生误判决，E01=0。“1”误判为“0”码的概率等于接收“1”码时一个电子-空穴对也没有产生的概率

3、。2）光电检测过程的量子极限条件：放大器不存在热噪声光电二极管的量子效率为1，暗电流为零光源的消光比为零可见当误码率为10-9时，每个入射1码至少应有21个光子的能量62、雪崩光电检测随机过程的统计特性雪崩光电检测随机过程的统计特性是非常复杂的。时隙L内，gl=n的概率为：7n个Pprob()的卷积随机性：I.gl是随机的,其概率密度函数是复杂的函数；II.N是随机的，即在时隙L内产生的初始电子-空穴是泊松分布结论：光电检测过程是非常复杂的随机过程。在时间间隔L内产生总数为γ个电子-空穴对的概率为：8三、接收机灵敏度的精确计算1、

4、方法设Ns和Nd分别为每秒钟光生和暗电流生成的电子-空穴对数；qn是放大器的高斯噪声归一化为二次电子-空穴对数。定义X为归一化输出信号：假设接收机为线性系统，且判决时无码间干扰，在取样判决时刻ts输出电压：9第二项为放大器高斯噪声，概率密度为：所以，总噪声的概率密度函数和灵敏度的精确计算是很复杂的。可以采用一些近似的处理方法,如切诺夫界限法、重要性取样法等。总噪声：第一项概率密度函数：102、切诺夫界限法（ChernoffBounds）1）矩母函数和半不变矩母函数连续随机变量的矩母函数半不变矩母函数离散随机变量N的矩母函数s是实参

5、量11对于连续型随机变量对于高斯型分布对于泊松分布122)用矩母函数求误码率的上限求0码误判为1码的概率：设归一化的判决电平为d,可以找一个大于或等于零的实数s,对由半不变距母函数定义得：13可见，只要求出“0”码时总噪声的半不变矩母函数和它的导数，就能求出E01的上限。选择适当的s使上式右边函数取最小值（E01上限）则有14四、接收机灵敏度的高斯近似计算1、概况：两种方法1）从噪声功率谱密度进行计算对PD：对APD：在输入端是并联电流噪声源。光电检测器的噪声与接收光功率有关。15特点：简单，但没有反映出邻码对判决码元的散粒噪声即在

6、判决某码元时，光电探测器的散粒噪声应包括所有邻近码元的影响。2）Personick的计算方法由卷积的关系来确定输出电压，进而确定光电探测器的散粒噪声。162、光电探测器的散粒噪声1）求在时隙L172）求含有两重随机性：时隙L内产生N个初始电子空穴对的概率是泊松分布；在tL时刻产生一个电子空穴对是随机的。18是时隙L内产生N个初始电子-空穴对的概率是在tl时刻产生一个初始电子-空穴对的概率19由于203）求214）求输出电压的方差2对数字通信系统，检测器所接收信号光功率为：当光脉冲为“1”码当光脉冲为“0”码bk为第k个光脉冲的能量

7、T为码元间隔hp是归一化的光脉冲波形22235）求暗电流的噪声功率谱密度输出端暗电流噪声功率暗电流噪声的双边功率谱密度243、高斯近似公式的推导1）假设判决时有最坏的码元组合噪声最坏的情况：邻近码元对第0个码元（k=0,t=0）造成的噪声干扰最严重bk=bmaxbk=b0k=0由得检测器的输出噪声功率：25得到判决码元的散粒噪声邻码的散粒噪声暗电流噪声引入参量：262）假设判决时无码间干扰无码间干扰判决：判决某个码元时，其它码元的拖尾正好过零点。接收电路均衡后输出波形具有升余弦频谱，即使得思路：输出就是升余弦频谱的波形，放大器和均衡

8、滤波器的需要的传递函数由输入波形所决定。2728定义归一化频率：放大器和均衡滤波器的传递函数为：输入波形频谱：输出波形频谱：29将的表达式转换到频域，用归一化频率表示。同时定义I3此处仅以I2为例说明：30放大器的输出噪声：Z为放大器