光纤通信接收机灵敏度专题培训课件
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光纤通信原理实验课件PPT光纤通信原理实验教学课件
37
实验二 电话光纤传输系统实验
1、若模拟电话光纤传 输时有噪声，可根据 模拟信号光纤传输步 骤进行调试。
2、若数字电话光纤传输时
！ 有噪声，可根据数字光纤 传输步骤进行调试。
注意事项
38
实验二 电话光纤传输系统实验
思考题
1、能否用一根光纤传输两路模拟信号，如 果可以，如何实现？如果不行，说明理由。
实
验
2 连接导线：T504与T101连接。
准
备
3
将拨码开关BM1、BM2和BM3分别拨到 数字、1310nm和1310nm。
10
实验一 数字信号光纤传输实验
实验步骤
4
接上交流电源线，先开交流开关，再 开直流开关K01，K02。
实
验 准 备
5
接通数字信号源模块、光发模块(K10) 的直流电源。
6
用万用表监控R110两端电压，调节半导 体激光器驱动电流，使之小于25mA。
实验步骤
模拟电话光纤传输系统实验
1
用实验十一调试方法调节，使1310nm光纤 通信系统能够正常传输模拟信号。
实 验 准
2
连接导线：T401与T111连接，T412与T121 连接，T402与T411连接。并接上电话机。
备
3
用光纤跳线将1310nm光发端机与1310nm 光收端机连接起来。
26
实验二 电话光纤传输系统实验
18
实验二 电话光纤传输系统实验
了解电话及语音信号通过光纤传输的全
实
过程
验
目
的
握模拟电话、数字电话光纤传输的工作
原理
19
实验二 电话光纤传输系统实验
ZY12OFCom13BG3 光纤通信原理实验箱
实验二 电话光纤传输系统实验
1、若模拟电话光纤传 输时有噪声，可根据 模拟信号光纤传输步 骤进行调试。
2、若数字电话光纤传输时
！ 有噪声，可根据数字光纤 传输步骤进行调试。
注意事项
38
实验二 电话光纤传输系统实验
思考题
1、能否用一根光纤传输两路模拟信号，如 果可以，如何实现？如果不行，说明理由。
实
验
2 连接导线：T504与T101连接。
准
备
3
将拨码开关BM1、BM2和BM3分别拨到 数字、1310nm和1310nm。
10
实验一 数字信号光纤传输实验
实验步骤
4
接上交流电源线，先开交流开关，再 开直流开关K01，K02。
实
验 准 备
5
接通数字信号源模块、光发模块(K10) 的直流电源。
6
用万用表监控R110两端电压，调节半导 体激光器驱动电流，使之小于25mA。
实验步骤
模拟电话光纤传输系统实验
1
用实验十一调试方法调节，使1310nm光纤 通信系统能够正常传输模拟信号。
实 验 准
2
连接导线：T401与T111连接，T412与T121 连接，T402与T411连接。并接上电话机。
备
3
用光纤跳线将1310nm光发端机与1310nm 光收端机连接起来。
26
实验二 电话光纤传输系统实验
18
实验二 电话光纤传输系统实验
了解电话及语音信号通过光纤传输的全
实
过程
验
目
的
握模拟电话、数字电话光纤传输的工作
原理
19
实验二 电话光纤传输系统实验
ZY12OFCom13BG3 光纤通信原理实验箱
光纤通信ppt概要
2 1 Rt2
2Ct2
d 2
Rt Rb // Ra ； Ct Cd Cs Ca ；ZT 是放大器、均衡滤
波器的传递函数，它表示输入电流与输出电压之间的传
递关系，实为转移阻抗
可以看出：①偏置电阻Rb越大，电阻的热噪声越小；② 输入电阻Rt越大、输入电容Ct越小，串联电压噪声源对 总噪声的影响越小
4．APD的过剩噪声
APD的过剩噪声系数为
g2
g2
F G
g2
G2
在工程上，为简化计算，常用过剩噪声指
数来表示过剩噪声系数，即
F G≈Gx
3.3 放大电路及其噪声
3.3.1 噪声的数学处理
1．噪声的统计性质
对噪声的分析应采用随机过程的分析方法 电阻内部微观粒子的热骚动是一个随机过 程
对于随机噪声XN来说，落在x1和x1+dx1之 间的概率是
2kK gm
gSmi 是FE场T，效应管0.7的；跨对导G；aA是s F器ET件，的 ≈数值1.系1 数，对
（3）输出瑞的总噪声功率
当得vn2aR到b足2RkbK够 e大0Igate时 2，kgKm上vRn1b式a2 中 C的gZtmT2第 一2 d2项 2可kgKm以 C2忽t2 略 ，Z T 因 此2 2d
3.3.3 场效应管和双极晶体管
的噪声源
1．输入端的等效电路及噪声源
场效应管的主要噪声源有两个 : 栅漏电流的散粒噪声 沟道热噪声
（1）散粒噪声
散粒噪声其功率谱密度为 SI e0Igate e漏0为电电流子电荷，e0 1.61019C，Igate是场效应管的栅
（2）沟道热噪声 功率谱密度为
d iout df
3.2.1
PN 结 的 光
光纤通信接收机灵敏度
时隙L内， t1, t2, t3,...... tl,...... tN g1,g2,g3,......gl,......gN
gl = n 的概率是一个复杂的函数：
Pprob(gl
(1k)n1( n )[1k(G1)]1k1(nk1)
n)
1k G [1k(n1)](n1)![1k(n1)]
(G1)n1 G
N
N
[Voutl (t)]2 e0 gl hT (t tl ) e0 gshT (t ts )
l 1
s1
N
NN
e02 gl 2hT 2 (t tl ) e02
gl gs hT (t tl )hT (t ts )
l 1
l1 sl
e0
g
2
L
[
e0 h
p(tl
)
Id
]hT 2 (t
第3.3讲 光接收机的灵敏度计算
一、灵敏度计算的一般方法 二、光电检测随机过程的统计特性 三、接收机灵敏度的精确计算 四、接收机灵敏度的高斯近似计算
北京邮电大学顾畹仪
1
一、灵敏度计算的一般方法
1. 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。
(1k)
北京邮电大学顾畹仪
7
P t( )N 0e N !NP ng (lN 1gl )
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
N
Png( gl ) Pprob( ) Pprob( )......
gl = n 的概率是一个复杂的函数：
Pprob(gl
(1k)n1( n )[1k(G1)]1k1(nk1)
n)
1k G [1k(n1)](n1)![1k(n1)]
(G1)n1 G
N
N
[Voutl (t)]2 e0 gl hT (t tl ) e0 gshT (t ts )
l 1
s1
N
NN
e02 gl 2hT 2 (t tl ) e02
gl gs hT (t tl )hT (t ts )
l 1
l1 sl
e0
g
2
L
[
e0 h
p(tl
)
Id
]hT 2 (t
第3.3讲 光接收机的灵敏度计算
一、灵敏度计算的一般方法 二、光电检测随机过程的统计特性 三、接收机灵敏度的精确计算 四、接收机灵敏度的高斯近似计算
北京邮电大学顾畹仪
1
一、灵敏度计算的一般方法
1. 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。
(1k)
北京邮电大学顾畹仪
7
P t( )N 0e N !NP ng (lN 1gl )
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
N
Png( gl ) Pprob( ) Pprob( )......
光纤通信第三章3-接收机灵敏度
境因素，并采取适当的措施来确保系统的可靠性和稳定性。
系统升级与维护
兼容性
当考虑升级光纤通信系统时，必须确保新接 收机与现有系统的其他部分兼容。这包括与 发送器、中继器和网络的兼容性。不兼容的 设备可能导致信号质量下降、通信中断或其 他不可预测的行为。
维护和修理
在光纤通信系统的运营期间，接收机可能需 要定期维护和修理。这可能涉及清洁光学元 件、检查连接器和电缆、以及更换损坏的组 件等任务。为了确保系统的可靠性和稳定性 ，必须采取适当的维护措施并快速修理任何
光纤通信第三章接收机灵敏度
目
CONTENCT
录
• 接收机灵敏度的定义 • 接收机灵敏度与系统性能的关系 • 提高接收机灵敏度的方法 • 接收机灵敏度与其他参数的关系 • 实际应用中的考虑因素
01
接收机灵敏度的定义
定义
接收机灵敏度是指接收机在特定噪声背景下，能够检测到的最小 信号功率。它反映了接收机对微弱信号的检测能力。
影响因素
01
02
03
04
噪声水平
接收机的内部噪声和外部噪声 都会影响其灵敏度。内部噪声 主要由电子器件的热噪声和散 粒噪声引起，外部噪声则包括 环境噪声和邻近信道的干扰噪 声。
动态范围
动态范围是指接收机在保证一 定性能指标下，能够接收的最 大信号功率与最小信号功率之 比。动态范围越大，表示接收 机能够在较大的信号变化范围 内保持稳定的性能。
100%
噪声来源
主要包括散弹噪声、热噪声和激 光器自发辐射噪声等。
80%
信噪比改善
通过降低噪声、提高信号功率或 降低系统带宽等方法可以提高信 噪比，从而提高接收机灵敏度。
动态范围
动态范围
系统正常工作所需的输入信号功率范围，即最大可承受的信号功率与 阈值信号之间的差值。
系统升级与维护
兼容性
当考虑升级光纤通信系统时，必须确保新接 收机与现有系统的其他部分兼容。这包括与 发送器、中继器和网络的兼容性。不兼容的 设备可能导致信号质量下降、通信中断或其 他不可预测的行为。
维护和修理
在光纤通信系统的运营期间，接收机可能需 要定期维护和修理。这可能涉及清洁光学元 件、检查连接器和电缆、以及更换损坏的组 件等任务。为了确保系统的可靠性和稳定性 ，必须采取适当的维护措施并快速修理任何
光纤通信第三章接收机灵敏度
目
CONTENCT
录
• 接收机灵敏度的定义 • 接收机灵敏度与系统性能的关系 • 提高接收机灵敏度的方法 • 接收机灵敏度与其他参数的关系 • 实际应用中的考虑因素
01
接收机灵敏度的定义
定义
接收机灵敏度是指接收机在特定噪声背景下，能够检测到的最小 信号功率。它反映了接收机对微弱信号的检测能力。
影响因素
01
02
03
04
噪声水平
接收机的内部噪声和外部噪声 都会影响其灵敏度。内部噪声 主要由电子器件的热噪声和散 粒噪声引起，外部噪声则包括 环境噪声和邻近信道的干扰噪 声。
动态范围
动态范围是指接收机在保证一 定性能指标下，能够接收的最 大信号功率与最小信号功率之 比。动态范围越大，表示接收 机能够在较大的信号变化范围 内保持稳定的性能。
100%
噪声来源
主要包括散弹噪声、热噪声和激 光器自发辐射噪声等。
80%
信噪比改善
通过降低噪声、提高信号功率或 降低系统带宽等方法可以提高信 噪比，从而提高接收机灵敏度。
动态范围
动态范围
系统正常工作所需的输入信号功率范围，即最大可承受的信号功率与 阈值信号之间的差值。
光纤通信原理-(全套)PPT课件
为了描述光纤中传输的模式数目，在
此引入一个非常重要的结构参数，即光纤
的归一化频率，一般用V表示，其表达式 如下：
V k 0 n m a2 2 0n m a2 C n m a2
1. 多模光纤
顾明思义，多模光纤就是允许多个模 式在其中传输的光纤，或者说在多模光纤 中允许存在多个分离的传导模。
光纤的作用是为光信号的传送提供传 送媒介(信道)，将光信号由一处送到另一 处。
中继器分为电中继器和光中继器(光放 大器)两种，其主要作用就是延长光信号的 传输距离。
1.3.2 光纤通信系统的分类
根据调制信号的类型，光纤通信系统 可以分为模拟光纤通信系统和数字光纤通 信系统。
根据光源的调制方式，光纤通信系统 可以分为直接调制光纤通信系统和间接调 制光纤通信系统。
1.2 光纤通信的主要特性
1.2.1 光纤通信的优点
1. 光纤的容量大
光纤通信是以光纤为传输媒介，光波为载 波的通信系统，其载波—光波具有很高的 频率(约1014Hz)损耗低、中继距离长
目前，实用的光纤通信系统使用的光 纤多为石英光纤，此类光纤在1.55μm波长 区 的 损 耗 可 低 到 0 . 1 8 dB/km， 比 已 知 的 其 他通信线路的损耗都低得多，因此，由其 组成的光纤通信系统的中继距离也较其它 介质构成的系统长得多。
图2.2 光纤的折射率分布
光纤的折射率变化可以用折射率 沿半径的分布函数n(r)来表示。
n r n n 1 2
r a r a
2. 按传输模式的数量分类
按光纤中传输的模式数量，可以将光 纤分为多模光纤(Multi-Mode Fiber，MMF) 和单模光纤(Single Mode Fiber，SMF)。
《光纤通信第六章》PPT课件
关系。因此，对于光源功率特性的线性要求，对
系统信噪比的要求，都比较高。由于噪声的累
积，和数字光纤通信系统相比，模拟光纤通信系
统的 传输距离较短。但是目前采用频分复用
（FDM）技术，实现了一根光纤传输 100多路电
视节目，在有线电视（CATV）网络中，有巨大
的竞争能力。
Chapter 5 典型光纤传输系统
TV入
箝位 电路
同步 分离
驱动 电路
LED
图 6.6 光发射机方框图
＋Ec
Rc C1
V1
R1 LED
光 功 率
V2
Re
时间
时间 电流
(a)
(b)
图6.7 LED驱动电路的末级及其工作原理
2.
光接收机的功能是把光信号转换为电信号。 对光接收机的 基本要求是：
(1) 信噪比(SNR)要高；
(2)
(3) 带宽要宽
• 模拟间接光调制优点：提高传输质量、增加传输 距离。
• 原因：模拟直接光调制（D-IM）光纤电视传输系统的性 能受到光源非线性的限制，一般只能使用线性良好的LED 作光源。 LED入纤功率很小，所以传输距离很短。而模 拟间接光强调制基本不受到光源的非线性影响，所以可以 采用线性较差、入纤光功率较大的LD作为光源，故传输 距离长。
模拟基带DIM光纤电视传输系统光接收机方框图如图6.8所示。
光检测器把输入光信号转换为电信号，经前置放大器和主放大 器放大后输出，为保证输出稳定，通常要用自动增益控制 (AGC)。
光检测器可以用PIN-PD或APD。PIN-PD只需较低偏压(10～ 20 V)就能正常工作，电路简单，但没有内增益，SNR较低。
(4) 光功率温度稳定性要好。LED温度稳定性优于LD， 用LED作光源一般可以不用自动温度控制和自动功率控制， 因而可以简化电路、降低成本。
光纤通信课件第八章 173页PPT文档
数字传输分析仪的使用。
光端机光性能参数的测试。
光纤通信系统误码和抖动性能的测试。
光纤通信系统的维护和故障处理。
2
第6章 SDH技术
光纤通信
学习本章目的和要求
熟练进行2M塞绳制作。 熟悉光纤通信系统。 熟练使用OTDR测量光纤损耗及光纤长度。 熟练使用数字传输分析仪、光功率计和光衰耗器等常用仪表。 熟练使用仪表测量光端机电性能及光性能参数。 熟练使用仪表进行光纤通信系统误码和抖动性能的测试。 掌握光纤通信系统电路调度的原则和方法。 掌握光纤通信系统故障处理的基本方法。
光纤通信
（3）测量精度 是指因仪表方面的因素对长度测量结果的影响，有：
第一是仪表折射率的设置。由于OTDR是依据测量时间，利
用公式L=ct/2n来计算光纤长度的。为保证测量结果的准确性，
每次测量之前必须根据光纤实际折射率值对仪表参数进行设置，
但因它们之间总存在误差，导致测量结果产生误差。
第二是仪表内部作为时钟的晶振频率的准确性和稳定度。
光纤通信
第8章 光纤通信实训
1
第6章 SDH技术
光纤通信
本章内容和重点
本章内容 2M塞绳的制作及光纤通信系统的认识。
光纤损耗及光纤长度的测量。
光端机电性能及光性能参数的测试。
光纤通信系统误码和抖动性能的测试。
光纤通信系统的维护和故障处理。
本章重点 OTDR的使用与光纤损耗及光纤长度的测量。
图8-5 瑞利散射和背向反射
10
8.2.2 OTDR的原理与使用
光纤通信
菲涅尔反射：当光线由一种媒质进入另一种媒质时，会产
生的一种反射。其反射强度与两种媒质的相对折射率的平方成
光纤通信原理 精品课 讲义(全套)PPT课件
第二章 光纤和光缆
光纤作为光纤通信系统的物理传输媒 介，有着巨大的优越性。
本章首先介绍光纤的结构与类型，然 后用射线光学理论和波动光学理论重点分 析光在阶跃型光纤中的传输情况，最后简 要介绍光缆的构造、典型结构与光缆的型 号。
2.1 光纤的结构与类型 2.2 光纤的射线理论分析 2.3 均匀光纤的波动理论分析 2.4 光 缆
在高锟理论的指导下，1970年美国的 康宁公司拉出了第一根损耗为20dB/km的 光纤。
1977年美国在芝加哥进行了 44.736Mbit/s的现场实验，1978年，日本开 始了32.064Mbit/s和97.728Mbit/s的光纤通 信实验；1979年，美国AT&T和日本NTT 均研制出了波长为1.35μm的半导体激光器，
2.1 光纤的结构与类型
2.1.1
光纤(Optical Fiber，OF)就是用来导 光的透明介质纤维，一根实用化的光纤是 由多层透明介质构成的，一般可以分为三 部分：折射率较高的纤芯、折射率较低的 包层和外面的涂覆层，如图2.1所示。
图2.1 光纤结构示意图
2.1.2
光纤的分类方法很多，既可以按照光纤截 面折射率分布来分类，又可以按照光纤中 传输模式数的多少、光纤使用的材料或传 输的工作波长来分类。
1.1.1 早期的光通信
到了1880年，贝尔发明了第一个光电 话，这一大胆的尝试，可以说是现代光通 信的开端。
在这里，将弧光灯的恒定光束投射在 话筒的音膜上，随声音的振动而得到强弱 变化的反射光束，这个过程就是调制。
图1.1 贝尔电话系统
贝尔光电话和烽火报警一样，都是利 用大气作为光通道，光波传播易受气候的 影响，在大雾天气，它的可见度距离很短， 遇到下雨下雪天也有影响。
光纤通信系统培训课件
估算色散受限距离的简明公式：
式中，Dm为光纤在工作波长范围内的最大色散 系数；Δλ3dB为光源谱线的半高全宽；Tb为系统 的数字传输速率的倒数。
(1) STM-4的最大色散受限距离与最大衰耗受 限距离基本相当，因此PDH系统都是衰耗受限 系统，色散的影响可以忽略不计，工程设计时 只要工作波长不超过C区和D区范围，光纤产 品的色散特性甚至无需检验。速率等级高于 STM-4的系统的最大无再生传输距离主要取决 于色散的限制。
相应的码速为2.048Mb/s。
为了实现更多路信号的复用，可采用数字复接的 方法将几个低次群复接成一个高次群，如将4个 32路的基群复接成一个二次群，四个二次群复接 成一个三次群等等。
目前，有一些的数字通信设备采用准同步数字系 列PDH(Plesiochronous Digital Hierarchy)，其复 接结构采用异步方式，即各支路的数字信号流标 称速率值相同，它们的主时钟是彼此独立的，但 通过加进一些额外的比特使各支路信号与复接设 备同步，并复用成高速信号。 PDH系列可很好地适应传统电信网的点对点通信， 但难以适应动态联网要求，也难以支持新业务的 开发及现代的网络管理。
目前最常用、最主要的方式是强度调制－直接 检测(IM-DD)数字光纤通信系统。
2 PCM端机(Pulse Code Modulation)
通信中传送的许多信号(如话音、图像 信号等)都是模拟信号。PCM端机的任 务，就是把模拟信号转换为数字信号 (A/D变换)，完成PCM编码，并且按照 时分复用的方式把多路信号复接、合群， 从而输出高比特率的数字信号。
4 监控系统为监视、监测和控制系统的简称。它与其他 通信系统一样，在一个实用的光纤通信系统中，为保 证通信的可靠，监控系统是必不可少的。 (1) 监控的内容
光接收机特性指标——灵敏度PPT资料优秀版
✈海底通信系统：尽可能减少中继站数目以提高可靠性并容易维护。 ✈海底通信系统：尽可能减少中继站数目以提高可靠性并容易维护。
灵敏度，dBm
——灵敏度
理想光接收机灵敏度
灵敏度是衡量光接收机性能的综合指标。
02.理想光接收机灵敏度
理想光接收机：假设光检测器的暗电流为零，放大器完全没有噪声，系
统可以检测出单个光子形成的电子—空穴对所产生的光电流。灵敏度只
理想光接收机：假设光检测器的暗电流为零，放大器完全没有噪声，系统可以检测出单个光子形成的电子—空穴对所产生的光电流。
在限定误码率的条件下，决定灵敏度的主要因素有传输速率、光检测器、前置放大器的特性，特别是噪声特性。
✈海底通信系统：尽可能减少中继站数目以提高可靠性并容易维护。
✈海底通信系统：尽可能减少中继站数目以提高可靠性并容易维护。
受光检测器的量子噪声限制。
理想光接收机的灵敏度
波长μm
ห้องสมุดไป่ตู้
1.31
1.55
速率Mb/s
34
140
140
622
灵敏度dBm
-71.1
-63.8
-65.7
-59.2
03.灵敏度影响因素
在限定误码率的条件下，决定灵敏度的主要因素有传输速率、光检测器、 前置放大器的特性，特别是噪声特性。 光接收机的噪声：
✈光电检测器噪声 ✈电子放大器噪声 ✈光源谱线的随机性与单模光纤色散相互作用形成的模分配噪声。
通信技术专业教学资源库 深圳职业技术学院
《光纤通信技术》课程
光接收机特性指标 ——灵敏度
主讲：赵晓吉
课程团队：马晓明 赵晓吉 吴粤湘 林琪
目录
01 灵敏度定义 02 理想光接收机灵敏度 03 灵敏度影响因素
光纤通信第三章接收机灵敏度讲课文档
L)]
eN N!
的概率
第十九页，共50页。
Voutl (t)
e0 g {
N 0 L
N l 1
hT
(t
tl )
1
[
p(tl )
h
0 ]dtl }
e N N!
e0
g
N 0
e
N!
N
N
hT (t
L
tl
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p(tl
h
)
0 ]dtl
e N 1 e N 1 e e 1
灵敏度。
X X1 X2
2）高斯近似计算
fX (x) fX1 fX 2
假设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。
第四页，共50页。
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
e m P[m, (t0 , t0 L)] m!
Vnd2(0)e0g2 {eh0
[ bmahxp(tl
k
kT)
bmahxp(tl)b0hp(tl)]Id}hT2(ttl)dlt
引入参量：
第二十五页，共50页。
1
h p ( tl kT ) hT 2 ( tl ) dt l
k
I 1 h p ( tl ) hT 2 ( tl )dt l
V ou (t)t iin (t) ZT(t)iin ()ZT(t)d
即在判决某码元时，光电探测器的散粒噪声包括所有邻 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
光纤通信课件第八章
9
8.2.2 OTDR的原理与使用
光纤通信
1．OTDR工作原理
瑞利散射：当光线在光纤中传播时，由于光纤中存在着分子 级大小的结构上的不均匀，光线的一部分能量会改变其原有传 播方向向四周散射，这种现象被称为瑞利散射。其强度与波长
的4次方（4）成反比，其中又有一部分散射光线和原来的传播
方向相反，被称为背向散射，如图8-5所示。
21
8.2.2 OTDR的原理与使用
光纤通信
图8-11 HP8147前面板示意图
22
8.2.2 OTDR的原理与使用
光纤通信
改动旋钮：与缩放键配合使用时可以改变游标的位置。 自动键：可使仪表进入自动模式，连按两次可使OTDR的优 化模式为标准模式。 存储键：将OTDR测试的曲线存储到指定的磁盘（软盘或硬 盘）中。 轨迹/事件键：可改变主显示区的显示内容为轨迹或事件表。 开始/停止键：用于OTDR的测试开始与停止。
标准模式是仪表自动选择模式； 当希望可测距离尽可能长时应选择动态范围优化模式； 当用户对一段短距离光纤进行测量时，测试结果中的分辨率
十分重要，此时可采用分辨率优化模式； 当希望对光纤上某点进行相对测量时应选择线性优化模式。
26
8.2.2 OTDR的原理与使用
光纤通信
测量模式设定：根据测试要求选择测试模式分为平均、刷新、 回损和连续（又叫CW）方式。
23
8.2.2 OTDR的原理与使用
光纤通信
② 软功能键
软功能键包括测量软功能键（F1～F6）和菜单软功能键两部 分。菜单软功能键有3层显示方式，习惯上经常用1/3、2/3、 3/3菜单表示。
1/3：由设置、分析、文件、查看和配置组成。 2/3：由开始位置、区间、脉宽、波长和平均时间组成。 3/3：由概览、最优化、折射率（IOR）、垂直偏移和文件 名（或空白）组成。
8.2.2 OTDR的原理与使用
光纤通信
1．OTDR工作原理
瑞利散射：当光线在光纤中传播时，由于光纤中存在着分子 级大小的结构上的不均匀，光线的一部分能量会改变其原有传 播方向向四周散射，这种现象被称为瑞利散射。其强度与波长
的4次方（4）成反比，其中又有一部分散射光线和原来的传播
方向相反，被称为背向散射，如图8-5所示。
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8.2.2 OTDR的原理与使用
光纤通信
图8-11 HP8147前面板示意图
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8.2.2 OTDR的原理与使用
光纤通信
改动旋钮：与缩放键配合使用时可以改变游标的位置。 自动键：可使仪表进入自动模式，连按两次可使OTDR的优 化模式为标准模式。 存储键：将OTDR测试的曲线存储到指定的磁盘（软盘或硬 盘）中。 轨迹/事件键：可改变主显示区的显示内容为轨迹或事件表。 开始/停止键：用于OTDR的测试开始与停止。
标准模式是仪表自动选择模式； 当希望可测距离尽可能长时应选择动态范围优化模式； 当用户对一段短距离光纤进行测量时，测试结果中的分辨率
十分重要，此时可采用分辨率优化模式； 当希望对光纤上某点进行相对测量时应选择线性优化模式。
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8.2.2 OTDR的原理与使用
光纤通信
测量模式设定：根据测试要求选择测试模式分为平均、刷新、 回损和连续（又叫CW）方式。
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8.2.2 OTDR的原理与使用
光纤通信
② 软功能键
软功能键包括测量软功能键（F1～F6）和菜单软功能键两部 分。菜单软功能键有3层显示方式，习惯上经常用1/3、2/3、 3/3菜单表示。
1/3：由设置、分析、文件、查看和配置组成。 2/3：由开始位置、区间、脉宽、波长和平均时间组成。 3/3：由概览、最优化、折射率（IOR）、垂直偏移和文件 名（或空白）组成。
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l 1
I. 时隙L内产生N个初始电子空穴对的概率是泊松分布；
II. 在tL时刻产生一个电子空穴对是随机的。
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N
Voul(tt)e0g [ hT(ttl)P(tl)dl]t N0 Ll1
P[N,(t0,t0L)]
P(tl ) 是在tl时
刻产生一个初 始电子-空穴 对的概率
D f0(x)dx
“1”码误判为“0”码的概率E：10
误码率
D
f1(x)dx
BER E01P(0) E10P(1)
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3
2、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。
X X1 X2
lN1
e0glZT(t tl)
l1
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ZT (t) RThT (t)
N
Voutl (t) e0glhT (t tl ) l1
2）求 Voutl (t)
N
Voul(tt)e0g hT(ttl)
N
l1
hT (t tl ) 含有两重随机性：
1）求 Vout l (t )
在时隙L
t1, t2, t3,...... tl,...... tN g1,g2,g3,......gl,......gN
il (t) e0 gl (t tl )
N
i(t) e0 gl (t tl ) l 1
N
V l out
(t)
e0 gl (t tl ) ZT (t)
“0”码不会发生误判决，E01=0。
E 10
e 0 0!
e E /h
BER
1 2
E 10
1 10 9
E 1 21 h
“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。
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6
2、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， t1, t2, t3,...... tl,...... tN g1,g2,g3,......gl,......gN
gl = n 的概率是一个复杂的函数：
Pprob(gl
(1k)n1( n )[1k(G1)]1k1(nk1)
n)
1k G [1k(n1)](n1)![1k(n1)]
1、概况：两种方法
1）从噪声功率谱密度进行计算
对PD：
dind2 df
e0(Is
Id)
对APD：
dind2 df
e0(Is
Id)G2F(G)
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。
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特点：简单，但没有反映出邻码对判决码元的散粒噪声
V ou (t)tiin (t) ZT(t)iin ()ZT(t)d
[p(t h
)
0
]dt
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
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5
因为光源的消光比为零，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。
l1
n个Pprob()的卷积
[ t0L
t0
h p(t)0]d
t
结论：光电检测过程是非常复杂的随机过程。
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8
三、接收机灵敏度的精确计算
1、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
Ns Nd
1
e 2an2
2an
P(x)Pt()fqn(x)
d
BERP(0) d
P0(x)dxP(1)P1(x)dx
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。
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四、接收机灵敏度的高斯近似计算
2）高斯近似计算
fX (x) fX1 fX 2
假设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。
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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
P[m, (t0 , t0
L)]
e m m!
V(ts ) Z0e0[ gl qn ] Z0e0 X
l1
Ns Nd
X gl qn
X的概率密度函数为：
l1
Pt()N0e[NsNd][NN!sNd]N
N
Png(
l1
gl
)
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放大器的噪声： 总噪声：
h(tl)0]
P[N,(t0,t0 L)]是时隙L内产生N个初始电子-空穴对
即在判决某码元时，光电探测器的散粒噪声包括所有邻 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。
V ol( u t)t V ol( u t) t [ V ol( u t)t2 ] 2
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2、光电探测器的散粒噪声
(G1)n1 G
(1k)
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P t( )N 0e N !NP ng (lN 1gl )
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
N
Png( gl ) Pprob( ) Pprob( )......
光纤通信3 接收机灵
敏度
一、灵敏度计算的一般方法
1. 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。
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2
计算BER
“0”码误判为“1”码的概率E：01