第6章 光發(fā)送機與光接收機(修改)

第6章光發(fā)送機與光接收機6.1調制信號的格式6.2直接調制IM光發(fā)送機6.3外調制器6.4光接收機6.5相干接收6.1調制信號的格式

為了有利于信息在信道中傳輸和接收時便于處理，我們往往先對數(shù)字信號進行編碼，再對光信號進行調制。光信號除了可調制光載波信號的幅度、頻率、相位外，還可調制光強。由于光強不同于電信號的電壓或電流有正值與負值，它只有正值（即光強或光功率沒有負值），因此稱它為單極性信號，而電壓信號稱為雙極性信號。6.1.1單極碼與雙極性碼單極性碼：無電壓表示“0”，恒定正電壓表示“1”，(無光脈沖表示為“0”，有光脈沖表示為“1”)。雙極性碼：“1”碼和“0”碼都有電流,但是“1”碼是正電流,"0"碼是負電流,正和負的幅度相等,稱為雙極性碼。單極性碼雙極性碼6.1.2歸零(RZ)碼與不歸零(NRZ)碼OOK調制可以采用許多信號格式，最常用的為NRZ、RZ兩種種格式。NRZ碼：編碼“1”對應有光脈沖且持續(xù)時間為整個比特周期，“0”對應無光脈沖出現(xiàn)。RZ碼：編碼“1”對應有光脈沖且持續(xù)時間為整個比特周期的一半，“0”對應無光脈沖出現(xiàn)。6.2直接調制IM光發(fā)送機1、直接強度調制是光纖通信中最簡單、最經濟、最容易實現(xiàn)的調制方式，適用于半導體激光器LD和發(fā)光二極管LED。2、兩種直接強度調制方式：1）

模擬調制2)數(shù)字調制6.2.1模擬調制

LED和LD的模擬調制

6.2.2數(shù)字調制數(shù)字IM調制原理數(shù)字IM調制原理6.3外調制6.3.1電折射調制原理電折射調制器利用了晶體材料的電光效應，常用的晶體材料有：鈮酸鋰晶體（LiNbO3）和砷化鎵（GaAs）等。電光相位調制器的基本原理框圖

6.3.2M-Z型調制器

M-Z型調制器6.3.3聲光調制器

聲光調制器的原理框圖6.4光接收機光檢測器接收光信號并將其轉換成與光功率成正比的光生電流信號。前置放大器將微弱的電流信號放大到所需的電平。光放大器放置在光檢測器前作為前置光放大器。光濾波器，用來選擇所需的通道信號。數(shù)字光接收機（DD解調）框圖6.4.1理想的數(shù)字光接收機

理想的數(shù)字光接收機，即不考慮任何噪聲。原理：接收機根據(jù)比特周期內有光還是無光來判定是“1”比特還是“0”比特，如果有光出現(xiàn)，則對應“1”比特發(fā)送(對應“1”碼)，如果無光出現(xiàn)，則對應“0”比特發(fā)送(對應“0”碼)。(1)誤碼率：光功率為P的光信號到達光檢測器比特周期內的光子數(shù)為：光檢測器在比特周期內接受n個光子的概率：光檢測器在比特周期內接受n個光子的概率：誤碼率(量子極限)：量子極限靈敏度：6.4.2實際的光接收機

光信號在光檢測器上被轉變?yōu)楣馍娏鞯耐瑫r，還附加有額外的噪聲信號。

(1)熱噪聲信號(2)散彈（粒）噪聲(3)光濾波和光檢測器之間使用的光放大器產生的放大的自發(fā)輻射噪聲ASE。(1)在噪聲帶寬或頻率范圍Be內，熱噪聲電流的方差：(2)在噪聲帶寬或頻率范圍Be內，散粒噪聲電流的方差：(3)總電流均值的方差：6.4.6誤碼率實際的光接收機的誤碼率（比特錯誤概率），會涉及到各種不同的噪聲影響。

誤碼原因：接收機通過對光生電流進行取樣，從而判決每個比特周期發(fā)送的是“0”還是“1”。由于噪聲電流的存在,接收機有可能做出錯誤的判決，因而導致了誤碼。對于發(fā)送的“1”比特，接收光功率為P1，則接收機的平均光電流為I=I1，光電流的方差為：發(fā)送“0”比特時光生電流的方差為具有光放大器的光接收機的“0”和“1”的概率分布

閾值電流近似：誤碼：

P［0|1］：當發(fā)送“1”時，其誤碼率為I＜Ith對應的概率。P［1|0］：當發(fā)送“0”時，其誤碼率為I≥Ith對應的概率。零均值單位方差的高斯隨機變量超過值x時的概率：誤碼：靈敏度：Gm為APD的增益，對于PIN其值為1。習題六1.光接收機中主要有哪些噪聲？2.RZ碼和NRZ碼有什么特點？3.簡述強度調制-直接檢測數(shù)字光通信系統(tǒng)中的光接收機工作原理和各組