光接收机灵敏度问题的研究和提高方案
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放大器噪声 对灵敏度的影响
• 不论采用APD或是光电二极管作为检测器， 放大器热噪声都是影响接收机灵敏度的重 要因素。当采用光电二极管作为检测器时， 散粒噪声一般可以忽略，放大器噪声是影 响接收机灵敏度的主要因素。而当采用APD 作为检测器时，APD的过剩噪声也是影响接 收机灵敏度的重要因素，放大器噪声对灵 敏度的影响相对减小
因素
• 影响接收机灵敏度的主要因素是噪声，表现为 信噪比。信噪比越大，表明接收电路的噪声越 小，对灵敏度影响越小。光接收机灵敏度是系 统性能的综合反映，除了上述接收机本身的特 性以外，接收信号的波形也对灵敏度产生影响， 而接收信号的波形主要由光发送机的消光比和 光纤的色散来决定。光接收机灵敏度还与传输 信号的码速有关，码速越高，接收灵敏度就越 差。这就影响了高速传输系统的中继距离。速 率越高，接收机灵敏度越差，中继距离就越短。
• 1. • 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， 这种接 收机称为理想光接收机。
2. 实际光接收机的灵敏度
• • 影响实际光接收机灵敏度的因素很多，计算也
十分复杂， 这里只作简要介绍。 • 对于PIN光电二极管，NDNA，g=1，灵敏度可
以简化为 • 式中nA=NA/A2是折合到输入端的放大器噪声
功率。 • 这样计算光接收机的灵敏度是一种粗略的方法，
其中没有考虑下列因素：波形引起的码间干扰 的影响；均衡器频率特性的影响；光检测器暗 电流和信号含直流光的影响。
下图示出典型短波长光接收机灵敏 度与传输速率的关系曲线。
（三） 影响光接收机灵敏度的主要
• 光接收机前置放大器输出的信号一般较弱， 不能满足幅度判决的要求，因此还必须加
以放大。在实际光纤通信系统中，光接收
机的输入信号将随具体的使用条件而变化。
造成这种变化的原因，可能是由于温度变
化引起了光纤损耗的变化，也可能是由于 一个标准化设计的光接收机，使用在不同
的系统中，光源的强弱不同，光纤的传输
• 激光器的量子噪声 • 模式分配噪声 • 模式噪声 • 反射噪声
光检测器件的量子效率η 对灵敏度的影响
• 光接收机灵敏度和光检测器的量子效率几 成正比关系，即几值越大越好。量子效率 几值增加一倍，灵敏度可提高 3dB ，可见 选择优质的光检测器对提高灵敏度起着极 其重要的作用
光接收机灵敏度问题的研究和 提高方案
小组成员：朱康泰 李杰
（一）有关接收机灵敏度的一些简 介
• 灵敏度的概念 • 灵敏度是光接收机最重要的性能指标。它的
概念是和误码率联系在一起的。在数字光纤通 信系统中，接收端的光信号经检测、放大、均 衡后，进行判决、再生。由于噪声的存在，接 收信号就有被误判的可能性。接收码元被错误 判决的概率，称为误码率。灵敏度是指保证达 到给定的误码率的条件下，光接收机需要输入 的最低光功率。灵敏度可以用每一光脉冲所需 要的最低平均能量来表示，但更经常的是用最 低平均光功率(W或dBm)来表示。
消光比对灵敏度的影响
• 消光比是发射机的性能指标，是由于光源 的不完善调制所引起。消光比不为灵的情 况经常是由于“0”码时，光源并没有完全熄 灭，所以调制脉冲相当于加在残余光上， 消光比的恶化引起灵敏度的恶化。
激光器和光纤系统的噪声对灵敏度 的影响
• 激光器本身和光纤系统（包括激光器和光 纤）也会产生噪声，有时也会影响灵敏度。 激光器和光纤系统的噪声主要有以下几种：
距离也不同。这样，传给光接收机的光功 率就不可能一样。
• 为了使光接收机正常工作，接收信号不能太弱， 否则会造成过大的误码。但接收信号也不能太 强，否则会使接收机放大器过载，而造成失真。 因此光接收机正常工作时，接收光信号的强度 应该有一个范围。把光接收机在保证一定的误 比特率条件下，所能接收的最大光功率与最小 光功率之差，称作光接收机的动态范围。一般 希望光接收机的动态范围越大越好，实际中一 般为16～20dB。
比特速率对接收机灵敏度的影响
• 随着比特速率的提高，放大器和均衡滤波 器的带宽增加，噪声等效带宽也增加，放 大器和光电检测器的噪声影响加剧，灵敏 度会下降。
输入波形对灵敏度的影响
• 在一定的比特速率下，接收机（包括放大 器和均衡滤波器）所需要的带宽是由输入 波形所决定的。输入脉冲波形越窄，它的 频谱越宽，接收机的频带就可以窄一些， 这样有利于限制高频噪声，提高接收灵敏 度。
然下降。因此要尽量选择倍增噪声指数因 子 x 值低的 APD ，如硅 APD 和砷化稼类 APD 。 x 值降低 0 . 1 ，灵敏度改善 ldB 。灵
敏度的测量光接收机灵敏度的测量示意图 如图 所示。
图中的伪随机码发生器按不同
的码率输出不同序列的伪随机 码（如 14OMb/S时为((2^23)-1) 去驱动光发送机，光发送机发 出的光脉冲信号经光纤与可变 光衰减器传输后到达接收端， 调节 APD 的增益（改变其反向 偏压）与判决门限，使误码率 达到规定要求为 BER = 1*10^10 （通过误码仪的读数）；然后 增大光衰减器的衰减值，则误 码率增大，再次调整 APD 的增 益与判决门限使误码率达到规 定值。如此反复调节，一直到 可变光衰减器的衰减值不能再 增加为止，等待一段时间（如 一分钟），最后用光功率计测 量出光接收机输入端的光功率 值，即为灵敏度
• 灵敏度是衡量光接收机性能的综合指标。 灵敏度Pr的定义是， 在保证通信质量(限定 误码率或信噪比)的条件下， 光接收机所需 的最小平均接收光功率〈P〉min，并以 dBm为单位。
• 灵敏度表示光接收机调整到最佳状态时， 能够接收微弱光信号的能力。提高灵敏度 意味着能够接收更微弱的光信号。
（二）理想光接收机灵敏度和实际 中的一些特征区别
Fra Baidu bibliotek • 影响光接收机灵敏度的主要因素之一是噪 声，而噪声包括倍增噪声、暗电流噪声与
热噪声。因此精心设计光接收机放大器
（主要是前置放大器）的噪声性能是提高 灵敏度的重要手段。放大器的热噪声因子 Z 越大，则光接收机灵敏度越低（近似和 Z 的六分之一次幂成比例）。
• APD 的噪声系数 F ( G ）、 Gx 。因此 x 值越 大， APD 产生的倍增噪声越大，灵敏度自
放大器噪声 对灵敏度的影响
• 不论采用APD或是光电二极管作为检测器， 放大器热噪声都是影响接收机灵敏度的重 要因素。当采用光电二极管作为检测器时， 散粒噪声一般可以忽略，放大器噪声是影 响接收机灵敏度的主要因素。而当采用APD 作为检测器时，APD的过剩噪声也是影响接 收机灵敏度的重要因素，放大器噪声对灵 敏度的影响相对减小
因素
• 影响接收机灵敏度的主要因素是噪声，表现为 信噪比。信噪比越大，表明接收电路的噪声越 小，对灵敏度影响越小。光接收机灵敏度是系 统性能的综合反映，除了上述接收机本身的特 性以外，接收信号的波形也对灵敏度产生影响， 而接收信号的波形主要由光发送机的消光比和 光纤的色散来决定。光接收机灵敏度还与传输 信号的码速有关，码速越高，接收灵敏度就越 差。这就影响了高速传输系统的中继距离。速 率越高，接收机灵敏度越差，中继距离就越短。
• 1. • 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， 这种接 收机称为理想光接收机。
2. 实际光接收机的灵敏度
• • 影响实际光接收机灵敏度的因素很多，计算也
十分复杂， 这里只作简要介绍。 • 对于PIN光电二极管，NDNA，g=1，灵敏度可
以简化为 • 式中nA=NA/A2是折合到输入端的放大器噪声
功率。 • 这样计算光接收机的灵敏度是一种粗略的方法，
其中没有考虑下列因素：波形引起的码间干扰 的影响；均衡器频率特性的影响；光检测器暗 电流和信号含直流光的影响。
下图示出典型短波长光接收机灵敏 度与传输速率的关系曲线。
（三） 影响光接收机灵敏度的主要
• 光接收机前置放大器输出的信号一般较弱， 不能满足幅度判决的要求，因此还必须加
以放大。在实际光纤通信系统中，光接收
机的输入信号将随具体的使用条件而变化。
造成这种变化的原因，可能是由于温度变
化引起了光纤损耗的变化，也可能是由于 一个标准化设计的光接收机，使用在不同
的系统中，光源的强弱不同，光纤的传输
• 激光器的量子噪声 • 模式分配噪声 • 模式噪声 • 反射噪声
光检测器件的量子效率η 对灵敏度的影响
• 光接收机灵敏度和光检测器的量子效率几 成正比关系，即几值越大越好。量子效率 几值增加一倍，灵敏度可提高 3dB ，可见 选择优质的光检测器对提高灵敏度起着极 其重要的作用
光接收机灵敏度问题的研究和 提高方案
小组成员：朱康泰 李杰
（一）有关接收机灵敏度的一些简 介
• 灵敏度的概念 • 灵敏度是光接收机最重要的性能指标。它的
概念是和误码率联系在一起的。在数字光纤通 信系统中，接收端的光信号经检测、放大、均 衡后，进行判决、再生。由于噪声的存在，接 收信号就有被误判的可能性。接收码元被错误 判决的概率，称为误码率。灵敏度是指保证达 到给定的误码率的条件下，光接收机需要输入 的最低光功率。灵敏度可以用每一光脉冲所需 要的最低平均能量来表示，但更经常的是用最 低平均光功率(W或dBm)来表示。
消光比对灵敏度的影响
• 消光比是发射机的性能指标，是由于光源 的不完善调制所引起。消光比不为灵的情 况经常是由于“0”码时，光源并没有完全熄 灭，所以调制脉冲相当于加在残余光上， 消光比的恶化引起灵敏度的恶化。
激光器和光纤系统的噪声对灵敏度 的影响
• 激光器本身和光纤系统（包括激光器和光 纤）也会产生噪声，有时也会影响灵敏度。 激光器和光纤系统的噪声主要有以下几种：
距离也不同。这样，传给光接收机的光功 率就不可能一样。
• 为了使光接收机正常工作，接收信号不能太弱， 否则会造成过大的误码。但接收信号也不能太 强，否则会使接收机放大器过载，而造成失真。 因此光接收机正常工作时，接收光信号的强度 应该有一个范围。把光接收机在保证一定的误 比特率条件下，所能接收的最大光功率与最小 光功率之差，称作光接收机的动态范围。一般 希望光接收机的动态范围越大越好，实际中一 般为16～20dB。
比特速率对接收机灵敏度的影响
• 随着比特速率的提高，放大器和均衡滤波 器的带宽增加，噪声等效带宽也增加，放 大器和光电检测器的噪声影响加剧，灵敏 度会下降。
输入波形对灵敏度的影响
• 在一定的比特速率下，接收机（包括放大 器和均衡滤波器）所需要的带宽是由输入 波形所决定的。输入脉冲波形越窄，它的 频谱越宽，接收机的频带就可以窄一些， 这样有利于限制高频噪声，提高接收灵敏 度。
然下降。因此要尽量选择倍增噪声指数因 子 x 值低的 APD ，如硅 APD 和砷化稼类 APD 。 x 值降低 0 . 1 ，灵敏度改善 ldB 。灵
敏度的测量光接收机灵敏度的测量示意图 如图 所示。
图中的伪随机码发生器按不同
的码率输出不同序列的伪随机 码（如 14OMb/S时为((2^23)-1) 去驱动光发送机，光发送机发 出的光脉冲信号经光纤与可变 光衰减器传输后到达接收端， 调节 APD 的增益（改变其反向 偏压）与判决门限，使误码率 达到规定要求为 BER = 1*10^10 （通过误码仪的读数）；然后 增大光衰减器的衰减值，则误 码率增大，再次调整 APD 的增 益与判决门限使误码率达到规 定值。如此反复调节，一直到 可变光衰减器的衰减值不能再 增加为止，等待一段时间（如 一分钟），最后用光功率计测 量出光接收机输入端的光功率 值，即为灵敏度
• 灵敏度是衡量光接收机性能的综合指标。 灵敏度Pr的定义是， 在保证通信质量(限定 误码率或信噪比)的条件下， 光接收机所需 的最小平均接收光功率〈P〉min，并以 dBm为单位。
• 灵敏度表示光接收机调整到最佳状态时， 能够接收微弱光信号的能力。提高灵敏度 意味着能够接收更微弱的光信号。
（二）理想光接收机灵敏度和实际 中的一些特征区别
Fra Baidu bibliotek • 影响光接收机灵敏度的主要因素之一是噪 声，而噪声包括倍增噪声、暗电流噪声与
热噪声。因此精心设计光接收机放大器
（主要是前置放大器）的噪声性能是提高 灵敏度的重要手段。放大器的热噪声因子 Z 越大，则光接收机灵敏度越低（近似和 Z 的六分之一次幂成比例）。
• APD 的噪声系数 F ( G ）、 Gx 。因此 x 值越 大， APD 产生的倍增噪声越大，灵敏度自