光纤通信系统-光接收机ppt课件.ppt

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1、光检测器与光接收机(2)2021/7/27光纤通信系统2光中继器光接收机的特性光接收机功能与组成本节内容2021/7/27光纤通信系统3光源调制器驱动电路放大器光电二极管判决器光纤光纤中继器光接收机是光纤通信系统的重要组成部分，其作用是将光信号转换回电信号，恢复光载波所携带的原信号。光接收机光接收机的任务2021/7/27光纤通信系统4光接收机的组成2021/7/27光纤通信系统5光接收机的前端(1)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电流，然后进行预放大（电流－电压转换），以便后级作进一步处

2、理。是光接收机的核心。要求：低噪声、高灵敏度、足够的带宽电信号光信号光电变换前置放大2021/7/27光纤通信系统6光接收机的前端(2)光检测器的选择：要视具体应用场合而定。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。APD最大的优点是它具有载流子倍增效应，其探测灵敏度特别高，但需要较高的偏置电压和温度补偿电路。从简化接收机电路考虑，一般情况下多喜欢采用PIN光电二极管作光探测器。前置放大器的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，一般采用场效应晶体管(FET)。PIN/FET和APD/FE

3、T。2021/7/27光纤通信系统7光接收机的前端(3)根据不同的应用要求，前端的设计有三种不同的方案：低阻抗前端高阻抗前端跨（互）阻抗前端光接收机前端的等效电路低阻抗前端从频带要求出发选择偏置电阻RL优点：电路简单，不需要或只需要很少的均衡，动态范围较大缺点：灵敏度低，噪声较高光接收机的前端(4)高阻抗前端尽量加大偏置电阻，把噪声减至尽可能小的值优点：噪声较低缺点：动态范围小、高频分量损失太大,对均衡电路提出很高要求.多用于低速系统。跨阻抗前端电压并联负反馈放大器（电流-电压转换器）优点：宽频带（等效输入电阻很小）、低噪声（反馈电阻

4、可以取得很大）、灵敏度高、动态范围大等综合优点，被广泛采用。2021/7/278光纤通信系统光接收机的线性通道对主放输出的失真数字脉冲进行整形，使之成为有利于判决码间干扰最小的升余弦波形。可根据输入信号（平均值）大小自动调整放大器增益，使输出信号保持恒定。用以扩大接收机的动态范围。提供高的增益，放大到适合于判决电路的电平。主放大器均衡滤波AGC电路2021/7/279光纤通信系统判决再生与时钟提取任务：把线性通道输出的升余弦波形恢复成数字信号为确定是“1”或是“0”，需要对某时隙的码元作出判决。若判决结果为“1”，则由再生电路产生一个

5、矩形“1”脉冲；若判决结果为“0”，则由再生电路重新输入一个“0”。为了精确地确定“判决时刻”，需要从信号码流中提取准确的时钟信息作为标定，以保证与发送端一致。判决器时钟恢复输出2021/7/2710光纤通信系统判决、再生过程均衡器输出波形时钟再生后的信号判决电压最佳取样时间相应于“1”和“0”信号电平相差最大的位置，可由眼图决定。2021/7/2711光纤通信系统2021/7/27光纤通信系统12眼图是观测系统性能最直观、最简单的方法。误码率是最终结果，眼图可用于分析形成误码的原因。形成：眼图就是随机信号在反复扫描过程中叠加在一起的

6、综合反映。2021/7/27光纤通信系统13以一个3比特长的NRZ码为例，它有八种可能的图样，如果同时将这八种图样叠加，就得到眼图。2021/7/27光纤通信系统14眼图的一般结构2021/7/27光纤通信系统15眼图分析1.眼睛睁开最大处为最佳判决时刻2.眼睛睁开度表征噪声容限3.眼睛展开度减小表征时钟抖动增加4.眼皮厚度体现噪声大小5.非线性传输特性会产生眼图的不对称性。模型化眼图t1t2V1V2阈值最佳判决时刻2021/7/27光纤通信系统16背对背传输80km典型的10Gb/s光发射及传输后的眼图2021/7/27光纤通信系统

7、17光接收机的噪声特性光接收机的噪声将影响信噪比SNR和通信质量。主要来自光电探测器和前置放大器的噪声。分为两类：散粒噪声和热噪声。散粒噪声光检测器放大器偏置电阻光子流hRL量子噪声暗电流噪声漏电流噪声APD倍增噪声热噪声放大器噪声接收机噪声及其分布图：2021/7/27光纤通信系统18量子噪声的产生是由于光信号入射到光检测器上时，光电子的产生和收集过程具有统计特性(泊松分布)。光电效应产生的光生载流子数是随机起伏的，这是光检测过程的基本特性，从而使当其他条件都达到最佳化时，接收机灵敏度具有一个最低极限。光检测器放大器偏置电阻光子流

8、hRL量子噪声暗电流噪声漏电流噪声APD倍增噪声热噪声放大器噪声接收机噪声及其分布图：量子噪声2021/7/27光纤通信系统19光检测器放大器偏置电阻光子流hRL量子噪声暗电流噪声漏电流噪声APD倍增噪声热噪声放大器