《光纤通信》第6章课后习题答案教案资料
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习题六
1.光接收机中有哪些噪声?
答:热噪声、散粒噪声和自发辐射噪声。
2.RZ 码和NRZ 码有什么特点?
答:NRZ (非归零码):编码1对应有光脉冲,且持续时间为整个比特周期,0对应无光脉冲。RZ (归零码):编码1对应有光脉冲,且持续时间为整个比特周期的一半,0对应无光脉冲。NRZ 码的优点是占据频宽窄,只是RZ 码的一半;缺点是当出现长连“1”或“0”时,光脉冲没有交替变换,接收时对比特时钟的提取是不利的。RZ 码解决了长连“1”的问题,但长连“0”的问题没解决。
3.通信中常用的线路码型有哪些?
答:扰码、mBnB 码、插入码和多电平码。
4.光源的外调制都有哪些类型?内调制和外调制各有什么优缺点?
答:光源的外调制类型有:电折射调制、电吸收MQW 调制、M-Z 型调制。内调制器简单且廉价,这种调制会引起输出光载波的频率啁啾;外调制器可以有更高的速率工作,并且有较小的信号畸变。
5.假定接收机工作于1550nm ,带宽为3GHz ,前置放大器噪声系数为4dB ,接收机负载为100L R =Ω,温度300T K =,量子效率1η=, 1.55/1.24 1.25/R A W ==,1m G =,设计1210BER -=,即7γ≈,试计算接收机的灵敏度。
解:接收机工作于1550nm ,则电离系数比为0.7A k =,1m G =,则散粒噪声系数为
1()(1)(2)0.87A m A m A m
F G k G k G =+--≈ 热噪声电流方差为
24B re n e L
k T F B R σ=(带数据自己计算) 接收机灵敏度为
()re R e A m m P eB F G R G σγγ⎡⎤=+⎢⎥⎣⎦
(带数据自己计算) 6.在考虑热噪声和散粒噪声的情况下,设APD 的()x A m m F G G =,(0,1)x ∈,推导APD 的m G 的最佳值opt G ,
此时APD 接收机的SNR 最大。
解:光接收机输出端的信噪比定义为:
SNR =光电流信号功率/(光检测器噪声功率+放大器噪声功率)
光检测器的噪声功率表示为
224()m A m R e eG F G RP B σ=散粒
其中()A m F G 是APD 的散粒噪声系数,下标A 表示APD 的意思,m G 是APD 的倍增因子(系数),R 是相
应度,R P 是灵敏度,e B 是接收机电带宽。
假设放大器的输入阻抗远大于负载电阻L R ,所以放大器电路的热噪声远小于L R 的热噪声,那么光检
测器负载电阻的均方热噪声电流为
24B RE n e L
k T F B R σ= 其中n F 是放大器的噪声因子(系数),B k 是波尔兹曼常数,T 是温度。 放大器输入端的信号功率为22p m i G ,其中2p i 是信号功率,p i 是用PIN 检测到的信号电流。或把输入
放大器的信号功率表示为2()m R G RP ,其中R P 是输入到PIN 的功率。
得到放大器输入端的信噪比为
2
2()44()m R B m A m R e n e L G RP SNR k T eG F G RP B F B R =+
设APD 的()x A m m F G G =,代入上式得到
2
2()44m R x B m m R e n e L
G RP SNR k T eG G RP B F B R =+ 要使APD 接收机的SNR 最大,可以求出一个最佳的m G 值。通过信噪比对m G 求导,并使导数为零,解出m G 的最佳值为
22x opt B n R L k TF G xeRP R --⎛⎫= ⎪⎝⎭
7.证明:对于OOK 直接检测接收机,其误码率公式为
1001I I BER Q σσ⎛⎫-= ⎪+⎝⎭
证明: “0”码被误判为“1”码和“1”码被误判为“0”码的几率一样,不妨就以“1”码被误判为“0”码为例来计算误码率。“1”码被误判为“0”码的概率为
11[01]th I I BER P Q σ⎛⎫-== ⎪⎝⎭
当“0”码被误判为“1”码和“1”码被误判为“0”码的几率一样时,阈值电流为
01
1001
th I I I σσσσ+=+ 代入上式得到
1001I I BER Q σσ⎛⎫-= ⎪+⎝⎭
10
.推导具有光放大器的光接收机的误码率BER Q =。 证明:当输入为“1”码时,有光输入,光检测器输出的光生电流(均值电流)与入射光功率成正比
1I RGP =
在接收机中,信号与噪声的差动噪声电流方差(“1”码时光生电流方差)为
()22141n e R GPP G B σ=-
“0”码时的光生电流00I =,“0”码时的光生电流方差为200σ=,代入
1001I I BER Q σσ⎛⎫-= ⎪+⎝⎭
得到
BER Q =