第6章 光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī)(修改)

第6章光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī)6.1調(diào)制信號(hào)的格式6.2直接調(diào)制IM光發(fā)送機(jī)6.3外調(diào)制器6.4光接收機(jī)6.5相干接收6.1調(diào)制信號(hào)的格式

為了有利于信息在信道中傳輸和接收時(shí)便于處理，我們往往先對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼，再對(duì)光信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。光信號(hào)除了可調(diào)制光載波信號(hào)的幅度、頻率、相位外，還可調(diào)制光強(qiáng)。由于光強(qiáng)不同于電信號(hào)的電壓或電流有正值與負(fù)值，它只有正值（即光強(qiáng)或光功率沒有負(fù)值），因此稱它為單極性信號(hào)，而電壓信號(hào)稱為雙極性信號(hào)。6.1.1單極碼與雙極性碼單極性碼：無(wú)電壓表示“0”，恒定正電壓表示“1”，(無(wú)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(fù)電流,正和負(fù)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(diào)制可以采用許多信號(hào)格式，最常用的為NRZ、RZ兩種種格式。NRZ碼：編碼“1”對(duì)應(yīng)有光脈沖且持續(xù)時(shí)間為整個(gè)比特周期，“0”對(duì)應(yīng)無(wú)光脈沖出現(xiàn)。RZ碼：編碼“1”對(duì)應(yīng)有光脈沖且持續(xù)時(shí)間為整個(gè)比特周期的一半，“0”對(duì)應(yīng)無(wú)光脈沖出現(xiàn)。6.2直接調(diào)制IM光發(fā)送機(jī)1、直接強(qiáng)度調(diào)制是光纖通信中最簡(jiǎn)單、最經(jīng)濟(jì)、最容易實(shí)現(xiàn)的調(diào)制方式，適用于半導(dǎo)體激光器LD和發(fā)光二極管LED。2、兩種直接強(qiáng)度調(diào)制方式：1）

模擬調(diào)制2)數(shù)字調(diào)制6.2.1模擬調(diào)制

LED和LD的模擬調(diào)制

6.2.2數(shù)字調(diào)制數(shù)字IM調(diào)制原理數(shù)字IM調(diào)制原理6.3外調(diào)制6.3.1電折射調(diào)制原理電折射調(diào)制器利用了晶體材料的電光效應(yīng)，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(diào)制器的基本原理框圖

6.3.2M-Z型調(diào)制器

M-Z型調(diào)制器6.3.3聲光調(diào)制器

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

理想的數(shù)字光接收機(jī)，即不考慮任何噪聲。原理：接收機(jī)根據(jù)比特周期內(nèi)有光還是無(wú)光來(lái)判定是“1”比特還是“0”比特，如果有光出現(xiàn)，則對(duì)應(yīng)“1”比特發(fā)送(對(duì)應(yīng)“1”碼)，如果無(wú)光出現(xiàn)，則對(duì)應(yīng)“0”比特發(fā)送(對(duì)應(yīng)“0”碼)。(1)誤碼率：光功率為P的光信號(hào)到達(dá)光檢測(cè)器比特周期內(nèi)的光子數(shù)為：光檢測(cè)器在比特周期內(nèi)接受n個(gè)光子的概率：光檢測(cè)器在比特周期內(nèi)接受n個(gè)光子的概率：誤碼率(量子極限)：量子極限靈敏度：6.4.2實(shí)際的光接收機(jī)

光信號(hào)在光檢測(cè)器上被轉(zhuǎn)變?yōu)楣馍娏鞯耐瑫r(shí)，還附加有額外的噪聲信號(hào)。

(1)熱噪聲信號(hào)(2)散彈（粒）噪聲(3)光濾波和光檢測(cè)器之間使用的光放大器產(chǎn)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(nèi)，熱噪聲電流的方差：(2)在噪聲帶寬或頻率范圍Be內(nèi)，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(shí)際的光接收機(jī)的誤碼率（比特錯(cuò)誤概率），會(huì)涉及到各種不同的噪聲影響。

誤碼原因：接收機(jī)通過(guò)對(duì)光生電流進(jìn)行取樣，從而判決每個(gè)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(jī)有可能做出錯(cuò)誤的判決，因而導(dǎo)致了誤碼。對(duì)于發(fā)送的“1”比特，接收光功率為P1，則接收機(jī)的平均光電流為I=I1，光電流的方差為：發(fā)送“0”比特時(shí)光生電流的方差為具有光放大器的光接收機(jī)的“0”和“1”的概率分布

閾值電流近似：誤碼：

P［0|1］：當(dāng)發(fā)送“1”時(shí)，其誤碼率為I＜Ith對(duì)應(yīng)的概率。P［1|0］：當(dāng)發(fā)送“0”時(shí)，其誤碼率為I≥Ith對(duì)應(yīng)的概率。零均值單位方差的高斯隨機(jī)變量超過(guò)值x時(shí)的概率：誤碼：靈敏度：Gm為APD的增益，對(duì)于PIN其值為1。習(xí)題六1.光接收機(jī)中主要有哪些噪聲？2.RZ碼和NRZ碼有什么特點(diǎn)？3.簡(jiǎn)述強(qiáng)度調(diào)制-直接檢測(cè)數(shù)字光通信系統(tǒng)中的光接收機(jī)工作原理和各組