光接收机性能分析
有线电视光接收机的低光功率接收分析
有线电视光接收机的低光功率接收分析采用适合于低光功率或超低光功率接收的光接收机，可以降低前端光发射功率，减少光发射机和光放大器的用量，降低网络的建设成本，其经济效益和促进事业发展的意义都相当大。
1第一，要注意模拟电视讯号和数字电视讯号对C/N指标要求的差异。
根据GY/T106-1999《有线电视广播系统技术规范》规定，模拟讯号有线电视系统对C/N指标的要求是≥43dB，系统的设计值通常定为44dB。
当有线电视系统内完全取消模拟讯号、全部传送数字电视讯号以后，对系统C/N指标的要求就可以按“数据讯号传输”的要求执行（GB/T6510-1999标准50）。
数字通讯信号可以采用不同的调制方式，各种调制方式的传输效率不同，对系统信噪比和信道质量指标的要求也不同。
常用的是QPSK和16QAM调制要求的信噪比分别为15dB和22dB，要比模拟讯号低很多很多，所以用于数据通讯信号接收的光接收机，目前常规情况下的接收光功率都在-10dBm以下。
第二，要注意光接收机的使用条件和对系统质量指标的要求。
当系统内仅仅只有一级光链路（如县市的城区），而且光接收机直接进楼幢担负用户分配任务时，如果前端只占用0.10的C/N指标，那么这一级光链路就可占用0.90的C/N指标，C/N指标值为44.5dB （44-10lg0.90）。
如果选用的光发射机、光接收机标定的光链路C/N 指标是-1dBm接收时为51dB的普通光接收机，那么此时光接收机的接收光功率可以选定为-6dBm以下；如果当地有线电视系统内只有20套节目，又实行失真指标恒定调制方式，即将光发射机的输入电平按10lg（59-1/20-1）提高5dB，那么光链路的C/N指标就可以提高5dB，此时可以将光接收机的输入光功率继续下降至-10dBm以下;如果我们又把电视图像质量要求从4级（C/N=43dB）降至3.5级（C/N=39.4dB），对系统C/N指标的要求可下降3.6dB，此时又可以将光接收机的输入光功率继续下降至-12dBm以下。
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
§4光检测器与光接收机总结
第四章 光检测器与光接收机1. 光接收机：分为模拟接收机和数字接收机。
1) 光检测器：把接收到的光信号转换成光电流。
2) 低噪声前置放大器：低噪声放大。
3) 主放大器：把前端输出的毫伏级信号放大到后面信号处理电路所需电平。
4) 均衡滤波器：消除放大器及其它部件引起的信号滤波失真，使噪声和码间干扰减小到最小。
其中，光检测器和低噪声前置放大器组成接收机的前端。
2. 性能指标1) 接收灵敏度：指达到指定误码率（信噪比）时的最小接收信号光功率。
mWmW P dBm P 1)(lg 10)(= 2) 动态范围：最大允许的接收光功率与最小可接收光功率之差。
3) 带宽：相邻两脉冲虽重叠但也仍能区分时的最高脉冲速率称为该光纤线路的最大可用带宽。
4) 响应时间：接收机开始具有稳定的工作状态的时间周期。
5) 误码率：接收机错误确定一个比特的概率（误码数与发送总码数比）。
6) 信噪比：噪声功率平均信号功率==22N S i i N S3. 光检测器1） PIN 二极管① 响应速度inP P I R =2） APD 二极管① 量子效率λη24.1R hf P e I in P == 或 24.1λη=R ② 0GR R =3） PIN 和APD 管的结构和工作原理→→≥产生电子－空穴对时当入射光子g E hf 在耗尽区电路作用下产生漂移运动，在外电路中产生光电流p I 。
电场在以上图中++n p ,表示高掺杂低阻区，电压降很小；π表示接近本征的低摻杂区um 100~30，大部分入射光子在此区吸收并建立初始电子－空穴对。
倍增的高电场区集中在+pn 结附近窄区域内。
当入射光子hf 在π区吸收后建立一次电子－空穴对，电子在电场作用下向+pn 结区漂移，并在+pn 区产生雪崩倍增，一次空穴则直接被+p 吸收。
4）响应时间：表征光检测器对光信号变化响应速度快慢，通常用光检测器受阶跃光脉冲照射时，输出脉冲前沿10％点到90％点间的时间间隔来衡量。
光接收参数
Rn 接收光波长范围：
— 最大接收波长 — 最小接收波长
nm
> 1565
nm
< 1310
光信噪比 OSNR
dB
>22（20）**
反射系数
dB
-27
注 1*： 待研究
注 2*： 8×22 dB 的光信噪比：22 dB；5×30 dB 与 3×33 dB 的光信噪比：
20 dB。
表 3.5.7 列出了以 10Gb/s 为基群、复用通道为 32 的 WDM 系统中 Sn 与 Rn 接
学表达式来表述，但知道了接收端的光信噪比 OSNR，通过一系列的繁琐计算就可以求 出 WDM 系统每个光通道的平均误码率 BER（详见本书附录 3）。
因此 OSNR 是 WDM 系统的一个非常重要技术指标。 对 OSNR 的具体要求与 WDM 系统的具体配置有关，如每个复用通道的基群速 率、收发之间的光再生段数目等。一般来讲，对于以 2.5Gb/s 为基群的 WDM 系统，每 个复用通道接收端 Rn 点的光信噪比 OSNR 应该优于 20（或 22） dB。对于以 10Gb/s 为基群的 WDM 系统，每个复用通道接收端 Rn 点的光信噪比 OSNR 应该优于 26（或 25） dB。具体可见表 3.5.6 与表 3.5.7。 此外，理论计算与实验表明，对于以 2.5Gb/s 为基群的 WDM 系统， [url=/]魔兽 sf[/url]只要光接收机的接收端 Rn 点的光信噪比达 到 OSNR > 15dB；对于以 10Gb/s 为基群的 WDM 系统，只要光信噪比达到 OSNR > 20dB，就能保证系统的误码率 BER 优于 1×10-15。之所以对以 2.5Gb/s 为基群的 WDM 系统提出 OSNR > 20（22）dB，对以 10Gb/s 为基群的 WDM 系统提出 OSNR > 25（26） dB 的指标，是考虑了 5 ~7 dB 的富余度。 表 3.5.6 列出了以 2.5Gb/s 为基群、复用通道为 32 的 WDM 系统中 Sn 与 Rn 接口参数规范以供参考，除光信噪比 OSNR 为初始值之外，其他皆为寿命终了值。
光的接收方式和性能
量。
*探测器内部的光生电流在运动过程中可能通过载流
子复合而减弱，也可能由于探测器的放大作用而增
强，所以，进入外电路的电流不一定等于光生电流。
*
我们把由光生载流子进入探测器外电路引起的电流
称为“光电流”。
*光电流是接收系统真正显示的电流，由它表达入射
光的强弱。对不同的探测器，光电流和光生电流的 关系不同。 二、接收系统的接收方式
在与模有关的随时间变化的微区弯曲损耗。
*或者两光纤连接处出现轴向的偏转，以及两光纤相互
倾斜或端面离开一段距离等情况时，通过光纤输出的 光强就会有起伏，这种效应称为模噪声。
*噪声是不可避免的。
*
*
*
*
*
*
*
*
*由此可见输入信噪比严重影响了接收器输出信噪比，
所以在直接探测器中必须设法排除输入光中的噪声，
尽量提高输入信噪比。
*直接探测时探测器光谱响应很宽，它不能鉴别出信号
光子和非信号光子。
*因此，为了提高输入信噪比，在探测器之前必须加一
个滤波器，以滤除背景光。为了实现空间滤波，应减 小探测器的接收面积。 （三）接收器本身产生的噪声
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
它由两个性能很接近的 探测器组成。一部分
*入射光照射到半导体光电探测器上后，在探测器内
部激发出载流子。
*通常，光电探测器跟不上光频电磁场的瞬时变化，
因为它们的响应速度受到探测器内载流子输运和弛豫
这些缓慢得多的过程的限制，同时也受到输出电路的
频率特性的限制。
*光电探测器只能对所吸收的光强或对几个光波周期
内的平均光子数产生响应，所以探测器内光生载流子 的产生率正比于入射光强。
FTTB楼栋型光接收机应用与分析
（ ２ ） 根 据测 试 数 据 对 不 同 品牌 、 型号 的光 接 收 机
进行 横 向 比较 ， 总结共 性 、 发现 问题 并提 出修 改要 求 。
接 收机 招标 技术 重点 。
３ ． ２ 测 试环 境
分 中心机房 主 干网 ｊ 分 配网
② 单 口输 出 在允 许 光 接 收 范 围内倾 斜 输 出高 端 ③ 数字 指标 要求 ＭＥ Ｒｅ ＞３ ８ ｄ Ｂ， Ｂ Ｅ Ｒ≤ １ × １ ０ 一 。
２ 优 势分 析
楼栋 型光 接 收机 具有 结构 紧凑 体 积小 、功 耗低 、 输 出指标优 良 、 性价 比高等优 势 。 （ １ ） 体积 小 。 随着 网络双 向改 造 的进 行 ， 改用 小型 光 接 收机 ，可 有 效解 决 光 接 收机 箱 体 空 间 紧 张 的 问
（ ３ ） 输 出指标 高 ， 能够 满足 现有设 计 要求 。
（ ４ ） 节 约采 购成 本 。楼 栋 型光接 收 机价 格 约为 现 有光 接收 机 的 ７ ０ ％， 且 增 加 了网管模 块 。
中心机 房 一级环 网
（ ３ ） 对 光 接 收 机技 术 要 求 进 行 修 改 ， 明确 后 续 光
低 １ ０ ｄ Ｂ， 光接 收机 输 入光 功率 为 一 ４ ｄ Ｂ ｍ时 ， 输入 光 发
口 ＭＥＲ ／ ＢＥＲ。
射机 信 号 Ｍ Ｅ Ｒ￣ ＞４ ０ ｄ Ｂ， Ｂ Ｅ Ｒ≤１ ０ ，测 量光 接 收 机 出
（ ２ ） 功耗 低 。楼 栋 型光 接收 机 因采用 贴 片式 放大
器件 ， 因此 功 耗 较 低 ， 基本在 １ ０ Ｗ 以内， 而 现有 光 接
１ 网络 现 状
光接收机
滤波器
滤波器
作用：对已发生畸变和有严重码间干扰的信号进 行均衡，使其尽可能地恢复原来的状况，以利于 定时判决。
我们最不能消除码间干扰，但我们能做到不管输入波 形如何变化，只要经过均衡滤波器后，采用时间点上干扰 为零，就可以消除码间干扰。
H out(
f
)
1 [1 2
cos (f
B)]
H p ( f ) Bsin(f B) f
滤波器传输函数为：
HT ( f ) H out( f ) H p ( f ) (f
2B)(1 cosf )
B
sin f
B
时钟恢复和判决电路
任务：把线性通道输出的余弦波形恢复成数字信号
确定是“1”或是“0”， 需要对某时刻的码元
作出判决。若判决结 果为“1”，则由再生 电路产生一个矩形“1” 脉冲；若判决结果为 “0”，则由再生电路 重新输入一个“0”。
erfc
I1
1
ID 2
erfc
ID
0
I0 2
2、Q参数
BER主要取决于判决阀值ID，
为使BER最小，应对ID进行优化，
在实际中，当ID满足下式关系时，
BER最小。
Q I1 ID ID I0 I1 I0
1
0
1 0
判 输出 决 器
时钟恢复
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。
判决再生
若信号电平超过判决门限电平，则判为“1”码； 低于判决门限电平，则被判为“0”码。
光接收机噪声分析
1.散粒噪声 散粒噪声是电子数目的随机涨落引起电流的随机
光接收机分析
光接收机分析
光接收机主要分为主放大器、前置放大器、光电检测器、AGC放大器、均衡器和判决器。
其原理图如下：
图1. 光接收机的原理图
前置放大器U220：光检测器和前置放大器合U220起来称为接收机前端，它是决定接收灵敏度的主要因素。
由于光检测器产生的光电流非常微弱(nA～μA)，必须先经前置放大器进行低噪声放大。
主放大器U114：一般是多级放大器，它的作用是将前置放大器U220输出的信号放大到判决电路所需要的信号电平。
前置放大器U220的输出信号电乎一般为mV量级，而主放大器U114的输出信号一般为1V～3V。
放大电路U83和主放大电路U114组成自动增益控制电路，主要调节AGC放大器U99，使输入光信号在一定范围内变化时，输出电信号保持恒定。
AGC放大器U99：主要完成对接收到的视频信号放大并恒定输出，保证使接收端得到良好的视频信号。
均衡器U110：作用是对主放大器输出的失真的数字脉冲信号进
行整形，使之成为最有利于判决、码间干扰最小的升余弦波形。
均衡器的输出信号通常分为两路，一路经峰值检波电路变换成与输入信号的峰值成比例的直流信号，送入自动增益控制电路，用以控制主放大器的增益；另一路送入判决再生电路，将均衡器输出的升余弦信号恢复为"0"或"1"的数字信号。
判决器U112：判决器和时钟恢复电路合起来构成判决再生电路，判决再生电路的作用是将均衡器输出的信号恢复成理想的数字信号，其中，时钟恢复电路用来恢复采样所需的时钟。
电子图如下：
图2. 电子图手绘图如下：
图3. 手绘图1
图4. 手绘图2
图5. 手绘图3。
光接收机的指标——灵敏度和动态范围
光接收机的指标——灵敏度和动态范围光接收机的灵敏度和光接收机的动态范围是光接收机的两个重要指标．1．光接收机灵敏度光接收机灵敏度这个指标，是描述接收机被调整到最佳状态时，在满足给定的误码率指标条件下，接收机接收微弱信号的能力．上述这种能力的描述，可以用以下三种物理量来体现．(1)最低接收平均光功率．(2)每个光脉冲中最低接收光子能量．．(3)每个光脉冲中最低接收平均光子数．本书将采用工程常用的物理量：最低平均光功率．这就是说，光接收机的灵敏度，是在满足给定的误码率指标条件下，最低接收平均光功率Pmin．工程上光接收机灵敏度中的光功率常用相对值来描述，即用dBm来表示式中，Pmin——在满足给定的误码率指标条件下以瓦表示的最低接收光功率；——指lmW光功率．从物理概念上来看，上述这种灵敏度定义也是容易理解的：如果一部光接收机在满足给定的误码率指标下所要求的最低平均光功率低，说明这部接收机在微弱的输入光条件下就能正常工作，显然，这部接收机的性能是好的，是灵敏的．同样，从物理概念上也容易理解，限制接收机的灵敏度的主要因素是噪声，由于接收机存在噪声（这将在后面讨论），因而，为了保证正常接收，就需要有足够大的输入功率．2．接收机的动态范围光接收机的动态范围D，是在保证系统的误码率指标要求下，接收机的最低输入光功率（用dBm来描述）和最大允许输入光功率（用dBm来描述）之差(dB)，即式中，就是上面所讲的接收机灵敏度．之所以要求光接收机有一个动态范围，是因为当环境温度变化时，光纤的损耗将产生变化；随着时间的增长，光源输出光功率亦将变化；也可能因一个按标准化设计的光接收机工作在不同的系统中'从而引起接收光功率不同，因此要求接收机有一个动态范围．低于这个动态范围的下限（即灵敏度），如前所述将产生过大的误码；高于这个动态范围的上限在判决时亦将造成过大的误码．显然，一台质量好的接收机应有较宽的动态范围．3.6.3 光接收机的噪声1.研究光接收机噪声的目的在一个完整的光纤通信系统中，光接收机是它的重要组成部分．可以想像，在满足误码率（或信噪比）指标要求下，如果需要输入接收机的光功率低，则表明这个光接收机的灵敏度高，性能好．那么为什么光接收机的输入功率不能无限制地降低呢？显然，是受到了系统中噪声的限制．为了研究光接收机的性能，就需研究光纤通信系统的噪声，首先是从接收机这端引入的噪声．2．光接收机噪声的主要来源(1)光电检测器引入的噪声光电检测器在工作时，一方面将接收到的光信息量转变为电的信息量；另一方面，在上述这种转变过程中，又将一系列与信息无关的随机变化的量带人信息量中，这种随机变化量主要有以下三种。
3.2 第二讲 数字光接收机的性能指标分析
放大器
●量子 ●暗电流噪声 ●热噪声 ●放大器噪声 噪声 ●漏电流噪声 ●APD倍增噪声
光纤通信课程
~ ea is id CPN RL iL Cs ia Ra Ca 光检 测器 偏置 电路 前 置 放大器
A1
A2 主放 大器
E
F 输出
均衡 滤波 器 器
光纤通信课程
前置放大器的选取
• 由于前置放大器的噪声特性是影响光接 收机的灵敏度的主要因素之一，所以前 置放大器必须有良好的噪声特性，同时 还必须考虑带宽特性。 • 有三类前置放大器电路，即低阻抗前置 放大器电路、高阻抗前置放大器电路和 互阻抗前置放大器电路。
光纤通信课程
低阻抗前置放大器
高阻抗前置放大器
互阻抗前 置放大器
光纤通信课程
数字光接收机指标——灵敏度
• 灵敏度是指在给定误码率条件下，能够检测 到的最小信号光功率，通常用dBm表示。表 示接收机检测微弱信号的能力。是光接收机 最重要的性能指标。
P ( mW ) P (dBm) 10 lg 1( mW )
光纤通信课程
自动增益控制（AGC）
• 接收机放大器输出的信号，还需要经过 定时再生处理，要求光接收机在不同的 输入光功率信号下，经过放大器自动增 益控制，使输出信号幅度恒定不变，即 大的光信号功率输入时，减小其放大器 的增益，反之增大放大的增益，使输出 达到恒定，以利于后续电路的处理。
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p0 (i)
1 2
2 0
I min i 2
e
2 0 2
p1 (i)
1 212
i I max 2
e
2 1 2
• 其中 0 1 分别表征传0码和传1码时的噪声功率或噪声 能量的大小
第三章-光接收机
光纤通信 第3章
21
2、 雪崩光电二极管
(APD，Avalanche Photodiode)
1) 工作原理
光电效应+碰撞电 离、雪崩倍增效 应。
初始电子空穴对, 二次电子空穴对
光纤通信 第3章
22
2） APD的工作特性
（a) APD的平均雪崩增益和雪崩击穿电压
平均雪崩增益定义为:
G IM Ip
第 3 章 光接收机
3.1 光接收机简介 3.2 光电检测器 3.3 放大电路及其噪声 3.4 光接收机的灵敏度 3.5 光接收机的组成模块 3.6 相干检测光接收机简介
光纤通信 第3章
1
驱动电路
光源
调制器
光纤
中继器
光电二 极管
光纤
放大器 判决器
光接收机
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。
耗尽区
P
N
• 电子空穴对在电场的作 用下定向运动, 形成光电流
h > Eg 或 hc / Eg
光纤通信 第3章
11
2） PD的工作特性
a) 波长响应范围
定义：
c
hc Eg
1 24 Eg (eV )
(μm)
为光电二极管的上截止波长。
Si材料的PD：1.06 m
Ge 或InGaAs材料：1.6-1.7 m
形成纯空穴电流注入 高场区，减小过剩噪声 ，加大增益。
光纤通信 第3章
26
新型光电检测器
行波光电二极管
解决响应速度和量子效率对I区要求的矛盾。
光纤通信 第3章
光接收机2
光接收机设计摘要在光纤通信系统中，光接收机的任务是以最小的附加噪声及失真，恢复出光纤传输后由光载波所携带的信息，因此光接收机的输出特性综合反映了整个光纤通信系统的性能。
光发射机发射的光信号经传输后，不仅幅度衰减了，而且脉冲波形也展宽了，光接收机的作用就是检测经过传输的微弱光信号，并放大、整形、再生成原传输信号。
数字光接收机的功能是：把经光纤传输后幅度被衰减、波形被展宽的微弱光信号转换为电信号，并放大处理，恢复为元发射数子序列。
而数字光接收机最主要的性能指标是灵敏度和动态范围。
灵敏度和误码率密切相关，主要取决于光检测器和相关电路的设计。
关键字：光接收机、组成、性能目录1PIN光电二极管 (3)1.1PIN光电二极管工作原理 (3)1.2光电二极管特性 (6)1.2.1量子效率和光谱特性 (6)1.2.2响应时间和频率特性 (7)1.2.3 噪声 (8)2光接收机电路组成 (9)2.1光检测器 (9)2.2放大器 (9)2.3定时提取与判决再生 (10)2.4mBnB码及编译电路 (10)2.4.1mBnB码概念 (10)2.4.2mBnB码编译码原理 (10)2.4.3编译码器 (13)1PIN光电二极管定义：PIN光电二极管光检测器时光接收机的关键器件，它的功能是把光信号转换为电信号。
而PIN光电二极管就是其中一种另外还有雪崩光电二极管。
1.1PIN光电二极管工作原理PIN光电二极管工作原理如图1图一光电二极管工作原理光电效应所示在PN结界面上，由于电子和空穴的扩散运动，形成内部电场。
内部电场使电子和空穴产生与扩散运动相反的漂移运动，最终使能带发生倾斜，在PN结界面附近形成耗尽层。
当入射光作用在PN节时，如果光子的能量大于或等于带隙（g），便发生受激吸收，即价带的电子吸收光子的能量跃迁到导带形成光hf E生电子—空穴对。
在耗尽层，由于内部电场的作用，电子向N 区移动，空穴向P 区移动，形成漂移电流，在耗尽层两侧是没有电场的中性区，由于热运动，部分光生电子和空穴通过扩散运动可能进入耗尽层，然后在电场作用下，形成和漂移电流相同方向的扩散电流。
54 各种配置光接收机的指标分析和应用调试
各种配置光接收机的指标分析和应用调试林挺逵（浙江省台州市路桥区乡镇广电站退休职工）笔者和同事一起，在《有线电视技术》杂志2008年1期发表了《各种配置光接收机的指标分析和应用调试》一文，现把文中的主要内容辑录在下供网友参考。
1.分立型光接收组件的光接收机分立型光接收组件由分立的光检测二极管和低噪声前置放大器（通常为微波放大IC）构成，由于它的输出电平一般都比较低，其后级电放大部分需由一级推挽放大模块再加一级功率倍增模块组成双模块放大器，两级放大模块中间设电平和斜率调节器件，其基本配置方式如下：光检测二极管+前置放大器+推挽放大模块+调节器件+功率倍增放大模块在0dBm接收光功率时，光检测二极管输出的信号经过均衡、匹配电路损耗以后的净输出电平约为55dBμV，最常用的前置微波放大IC MSA1105的增益在750MHz时为11dB, 此时，由它们组成的光接收组件的输出电平约为66dBμV（多款光接收机说明书标示值换算和实测值为64±2dBμV）。
750MHz光接收机的电放大器，前级推挽放大模块通常采用BGY787（G=21dB,N F=6.5dB，CTB104=58.5dB), 末级功率倍增模块则采用BGD704（G=20dB,N F=8.5dB,CTB104=62.5dB，详见表1)或其他类似模块［2］。
可见由以上两级放大模块组成的电放大器的最大总增益为41dB。
1.1. 0dBm接收光功率时光接收机的调试方法和质量指标在0dBm接收光功率时，前述配置的光接收机末级放大模块的输出电平显然可达107dBμV，在这类光接收机中，通常用二分配器分成两路输出，因此光接收机每路的输出电平为103dBμV。
现在试算一下电放大器的质量指标。
在双模块放大器中，载噪比指标主要由前级放大模块决定，失真指标主要由末级放大模块决定，为了简化计算，下面就分别计算前级放大模块的载噪比指标、末级模块的失真指标作为整个双模块放大器的质量指标来分析、讨论。
1光纤通信课程 光接收机的特性研究汇总
课程设计说明书通信系统综合设计与实践光接收机的特性研究2016年6月16日课程设计说明书第I页课程设计任务书2015—2016学年第二学期专业：光电信息科学与工程学号：1301021037 姓名：郑智虹课程设计名称：光纤通信系统课程设计设计题目：光接收机的特性研究完成期限：自2016 年 6 月 6 日至2016 年 6 月19 日共 2 周一、设计依据光接收机是光纤通信系统的重要组成部分，它的作用是将由光纤传来的微弱光信号转化为电信号，经放大，处理后恢复原信号。
光接收机性能对整个光纤通信系统的传输质量有着很大的影响，通过对光接收机的误码率，灵敏度，动态范围等性能参数的研究，为光接收机的性能检测和维护等方面的工作提供科学的数据参考。
并用Optimist仿真软件进行仿真，搭建光接收机的传输系统平台，通过参数的设置，分析最小误码率下的入纤光功率。
二、要求及主要内容1．查阅相关文献，掌握影响光接收机灵敏度的因素。
2．学会Optimist仿真软件的使用方法，并搭建光接收机的传输平台；3．结合仿真平台，分析最佳眼图效果下的灵敏度、Q值、增益、功率等参数。
分析光接收机的传输性能。
三、途径和方法1．查阅相关文献，掌握光接收机的基本结构和基本工作原理；2．利用Optimist仿真软件搭建光接收机传输系统；3．APD和PIN两种光电检测器的对比分析，验证光接收机的性能及影响接收机灵敏度的主要因素；4．设置参数，定向分析两种光电检测器在传输系统中的优越性。
四、时间安排1．课题讲解：2小时。
2．阅读资料：10小时。
3．撰写设计说明书：12小时。
4．修订设计说明书：6小时。
五、主要参考资料[1]李履信．光纤通信系统[M]．机械工业出版社，2003.7[2]刘增基，周洋溢．光纤通信[M]．西安电子科技大学出版社[3]王磊，裴丽．光纤通信的发展和未来[J]．中国科技信息2006.4[4]杨浚明．光纤通信设计[M]．天津科学技术出版社，1995[5]赵梓林．光纤通信工程[M]．人民邮电出版社，1987[6]汪杰军．光纤通信系统中光发射机的设计[M]．现代电子技术，2008指导教师（签字）：教研室主任（签字）：批准日期：年月日摘要光纤通信技术（optical fiber communications）从光通信中脱颖而出，已成为现代通信的主要支柱之一，在现代电信网中起着举足轻重的作用。
光接收机特性指标——灵敏度(精)
2.理想光接收机灵敏度
理想的光接收机是指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的接收机。灵敏度极限由量子噪声决定，因此叫量子极限。通过表格我们得到光接收机的灵敏度与波长和传输速率也有关系这一结论。
3.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。简单介绍接收机噪声的来源，并分析在不同的应用场合对接收机灵敏度的要求和接收机设计考虑的原则。
小结：
课堂总结
教学章节
光接收机特性指标——灵敏度
教学环境
多媒体机房
教学
内容
Байду номын сангаас1.灵敏度定义
2.理想光接收机灵敏度
3.灵敏度影响因素
教学
目标
1．掌握光接收机灵敏度定义
2．了解理想光接收机灵敏度
3．了解灵敏度影响因素和接收机灵敏度设计要求
重点
难点
1、光接收机灵敏度定义
教学
方法
讲授、讨论、总结
教学
过程
讲授：
1.灵敏度定义
光的接收方式和性能
*（1）输入光场中的噪声。输入光场中的噪声主要来源
于激光器出射光强的起伏以及利用光纤传输时模的噪声。
*激光器出射光强的起伏主要由于激光器的散弹噪声和粒
子反转不均匀性带来的振荡。
*此外，激光器中存在的自发辐射也会产生噪声，它使
得信号光频率展宽，这种展宽导致了有限的相干时间，
从而降低了信噪比。
*
当激光器输出的光通过光纤传播时，如果光纤中存
*
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Hale Waihona Puke ****
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*
*功率输出的不确定程度限制了最小可测信号，只有接收
系统输出的信号功率大于功率输出的不确定程度才能使
信号在噪声起伏中被探测出来。
*信噪比越高，解调光信号的差错率越小。由此可见，提
高信噪比是接收器设计中的重要问题。为此，我们必须 了解噪声的来源。
*入射光照射到半导体光电探测器上后，在探测器内
部激发出载流子。
*通常，光电探测器跟不上光频电磁场的瞬时变化，
因为它们的响应速度受到探测器内载流子输运和弛豫
这些缓慢得多的过程的限制，同时也受到输出电路的
频率特性的限制。
*光电探测器只能对所吸收的光强或对几个光波周期
内的平均光子数产生响应，所以探测器内光生载流子 的产生率正比于入射光强。
尽量提高输入信噪比。
*直接探测时探测器光谱响应很宽，它不能鉴别出信号
光子和非信号光子。
*因此，为了提高输入信噪比，在探测器之前必须加一
个滤波器，以滤除背景光。为了实现空间滤波，应减 小探测器的接收面积。 （三）接收器本身产生的噪声
*
光接收器性能评估
效输入噪声 NLA (mVRMS)、以及 TIA 的小信号互阻 增益 Rf (kΩ)决定。其关系如下：
在实践中，限幅放大器 (LA)的等效输入噪声并没 有明确给出，不过， N LA 可以根据限幅放大器的 输入灵敏度 VLA — —满足规定 BER 所需的最小差 分峰 - 峰信号摆幅— —估算得出。一般来讲，限幅 放大器的灵敏度取决于等效输入噪声 N LA、直流 偏移或有限带宽造成的 ISI。然而，由于大多数限 幅放大器采用了直流偏移纠正环来获得高灵敏度， 并且小信号带宽远高于 TIA ，因此可以认为，随 机噪声是制约限幅放大器灵敏度的主导因素。在 此条件下，NLA 可以由下式来估算 ：
声分析中，我们假定 VISI = 0，将 VP-P = IP-P x Rf 和 NRMS = NTOTAL x Rf 代入等式 4，得到：
NTOTAL 是 TIA 输入端的总等效 RMS 噪声，由 TIA 的等效输入噪声 N TIA (µA RMS) 、限幅放大器的等 其中 NRMS 是限幅放大器输入端的等效 RMS 噪声。 等式 4 表明，Q 因子代表存在 ISI 时，眼图垂直开 度与 RMS 噪声的比率。在光接收器的设计中， 因 ISI 的存在而导致 Q 因子的降低，将会造成光功 率的损失或基底误差的上升。
符号间干扰损失
在光接收器中， ISI 主要有以下来源： 有限的高频 带宽；交流耦合或直流偏移纠正环造成的不够充 分的低频截止点；带内增益起伏；或者 TIA 与限 幅放大器互连之间的多次反射。ISI 失真因不同的 接收数据模式 (例如 PRBS 231-1，K28.5，8B/10B 编码 ) 而异。 ISI 会在幅度和定时两个方向造成眼 图的闭合。 如果我们定义造成垂直方向眼图闭合的 ISI 为：
CATV光接收机性能指标评述
CATV光接收机性能指标评述
陈彪;楼新民
【期刊名称】《有线电视》
【年(卷),期】1995(000)011
【摘要】光纤CATV干线传输系统已日益普及。
光纤传输系统主要由光发射机、光纤(光缆)和光接收机三部分组成,如何选择性能、价格比高的光发射机、光缆和光接收机,成为光纤干线系统应用者要着重考虑的问题之一。
本文就光接收机的性能指标问题作一评述。
光接收机有哪些主要性能指标,这些指标的意义是什么,指标值要多少才合适,不同厂家的光接收机能否兼容等问题在本文中论及。
【总页数】2页(P12-13)
【作者】陈彪;楼新民
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TN948.55
【相关文献】
1.数字光接收机性能指标的优化设计 [J], 王烨
2.基于Video+PON高性能CATV光接收机的设计 [J], 戴志健;任欣;邓颖辉
3.EPON+CATV网络中光接收机的电路分析与造型要求 [J], 屠川;董立波
4.CATV光网络设备原理及应用第二十二讲 CATV光接收机的分类及结构 [J], 丁炜
5.CATV光接收机常见故障分析 [J], 滕英
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光接收机总结
光接收机总结1，普通PIN接收机和APD接收机（直接检测）PIN光电二极管是在普通光电二极管的PN结中加入低掺杂的近乎本征半导体的I区形成的，用以加宽PN结的耗尽层（电子移动快）而减小扩散区（电子扩散慢），使电子空穴能够快速通过耗尽层到达P和N区，大大加快响应速度。
PIN的探测效率也很高。
PIN探测器拥有极宽的带宽，商业化的超过了50GHz。
PIN探测器的结构也非常简单，如图所示是PIN接受机的基本结构，光信号经过PIN光电探测器后经射频放大器，在通过窄带滤波器滤波，采样后经阈值判决得到数据。
图1 PIN接收机PIN的噪声来源主要是散弹噪声，但是比APD的噪声小得多。
PIN是无增益器件，一个光子至多产生一个电子空穴对，不适合用来检测微弱信号。
对于10Gbps的OOK信号，若BER要达到10^-9，这种接收机要求需要6200PPB[1]。
APD是利用雪崩特性制成的高增益光电二极管，APD接收机原理图与PIN接收机一致。
一个光子产生一个电子空穴对后发生碰撞电离效应产生了大量电子空穴对，因此能够探测很微弱的信号。
APD接收机灵敏度一般比PIN接收机好5~10dB，对于10Gbps的信号，误码率达到10^-9需要1000PPB[2]。
APD的噪声很大，主要是倍增噪声，而且APD一般需要很高的反向偏压来产生雪崩效应。
同时，和PIN相比，APD只有很窄的线性效应（光电流和光功率成比例）。
2，光电倍增管PMT（单光子检测）光电倍增管是利用外光电效应和二次电子发射效应来探测光信号的电真空器件，由阴极、电子倍增极、打拿极和收集极阳极等构成。
阴极和阳极之间加上高压，光子在阴极表面产生光电子，这些光电子被电场加速后通过倍增系统产生大量二次电子，经阳极吸收形成输出电流。
PMT的计数频率可以达到几十MHz，具有高灵敏度和低噪声的特点，同时探测面积大直径可达几英寸、响应速度快上升时间小于1ns、高增益超过以及宽谱宽等特点。
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负 载 电 阻
热噪声
放
S
大
器
N
放大器噪声
6
判决点上的噪声电压
由于噪声的存在，接收 机放大器的输出是一个随机 过程，判决时的取样值也是 随机变量。所以在判决时可 能会发生误码。把接收的“1” 码误判为“0”码，或把接收 的“0”码误判为“1”码
7
误码率和Q值的关系
Q值表示判决点 门限值与噪声 电压 （电流）有效值的 比值，称为超扰比 ， 含有信噪比的概 念。 不同的Q值对应 不 同的误码率值。
小光功率为15.8nW，而正常工作时最大接收功率为1μW，则
其动态范围
D 10lg 1106 10lg 15.8109 18 (dB)
1103
1 103
3. 影响接收机性能的主要因素
影响接收机灵敏度的因素： 码间干扰、消光比、暗电流、量子效率、 光波波长、信号速率、各种噪声。
码间干扰
码间干扰：由于系统传输特性的不理想，使得脉冲在传输过 程中展宽，延伸到邻近码元中去，造成对邻近码元的干扰。 码间干扰影响：降低光接收机的灵敏度，增加误码率。
4.4 光接收机性能分析
光接收机性能指标
灵敏度 动态范围 过载功率 误码率 信噪比 Q值
1. 灵敏度
光接收机灵敏度是表征光接收机调整到最佳状 态时，接收微弱光ຫໍສະໝຸດ 号的能力。它可用下列三种物 理量表示。
在保证达到所要求的误码率（或信噪比）条件 下，接收机所需的： 输入的最小平均光功率PR； 每个光脉冲的最低平均光子数n0； 每个光脉冲的最低平均能量Ed。
三种表示方法之间的关系
PR
Ed 2T
n0hf 2T
（1）
式中：T 为脉冲码元时隙，T=1/fb hf 是一个光子能量 PR 的单位为W，常用mW。若用dBm来表示灵敏度Sr，则 可写为：
Sr
10 lg PR 1mW
(dBm)
（2）
理想接收机的灵敏度
理想接收机：频带无限宽，系统无噪声，误码率为Pe=10-9
8
误码 率
误码率-灵敏度曲线示例
接收光功率（dBm）
9
误码 率
2. 动态范围
动态范围表征的是光接收机适应输入信号变化的能力， 也即光接收机灵敏度和过载功率之间的差值。即
D 10lg Pmax(mW) 10lg Pmin(mW) 10lg Pmax (dB)
1 (mW)
1 (mW)
Pmin
如对于某接收机在保证Pe=10-9的条件下，所需接受的最
理想光纤通信系统接收灵敏度
Ed 21hf /
（3）
即理想光纤通信系统的灵敏度为21个光子的能量。
灵敏度用平均光功率可以表示为
PR 10.5hcfb /
（4）
由此可知，理想接收机的灵敏度与光信号速率、光波
频 率（或波长）、检测器的量子效率η有关。
5
接收机噪声及其分布
信号 输入噪声
光 电 变
量子换噪声 暗电流噪声 倍增噪声
暗电流
暗电流：在无光情况下，光电检测器输出的电流 。 暗电流影响：在接收机中产生噪声，降低接收 机 的灵敏度。 APD的暗电流： •无倍增的暗电流
•有倍增的暗电流
消光比
光源在直接强度调制下，由于加入直流偏置电流， 使得无信号时仍会有一定的输出功率，在接收机中产生 噪声，影响接收机灵敏度。
参数消光比（EXT）定义为：
EXT 全“0”码时平均输出光功率 全“1”码时平均输出光功率
一般要求EXT≤10%。 当EXT≠0时，光源的残留光使检测器产生噪声。EXT 越大时对灵敏度的影响也越大，其值与使用的光检测器 有关。