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数字光接收机
阅读:9579时间:2011-04-22 15:42:22

  数字光接收机是光接收机的一种,用于接收数字信号,与之相对的是模拟光接收机,当前的通信系统由于大多采用数字信号,加上数字信号传输质量高,没有模拟调频、调相、调幅光端机多路信号同传时的交调干扰严重、容易受环境影响、传输质量低劣、长期工作稳定性差的缺点,因而主要用的是数字光接收机。

数字信号传输的应用背景

  人们早就知道数字通信具有许多优点,它最适于长途通信。由于数字信号在传输过程中可以不断地通过整形和判决再生,因此它可以实现无噪声积累和无非线性失真的高质量长途传输。光纤所具有的极宽传输带宽和极小传输损耗,使数字通信的广泛应用成为可能。数字视频光传输与传统的模拟光传输相比,具有如下显着特性:

  1) 可级联,随距离的增加,SNR信噪比不会下降。

  2) 由于是数字传输方式,采用数字编码纠错方式,具有高稳定性和高可靠性。

  3) 多路信号同传时,采用数字时分复用技术(TMD),不会产生模拟传输时的交调失真。

  4) 稳定性好,环境适应性高,比模拟传输系统易于维护与调节。

  5) 易于实现大容量传输,且性价比高。

  6) 采用无压缩编码,图像信号质量高,达广播级。

组成

  整个接收机分为7个部分,分别是:光电检测器、前置放大器、主放大器、AGC电路、均衡器、判决再生和时钟提取。

数字光接收机的组成

  光电检测器负责光电转换,实现光信号转换成电信号,也就是对光进行解调。

  前置放大器负责对光电检测器产生的微弱电流信号进行放大。由于前端噪声对整个放大器输出噪声影响甚大,因此前置放大器必须是低噪声和高带宽的。其输出一般mV量级。

  主放大器要提供足够的增益,将输入信号放大到判决电路所需要的电平(峰-峰值一般为1~3V)。

  自动增益控制(AGC)电路可以控制主放大器的增益,使得输出信号的幅度在一定的范围内不受输入信号幅度的影响。

  均衡滤波器的作用是对主放大输出的失真数字脉冲进行整形,保证判决时不存在码间干扰,以得到最小的误码率。

  判决器和时钟恢复电路负责对信号进行再生。

主要指标

  光接收机主要的性能指标是误码率(BER)、灵敏度以及动态范围。

  误码率是指在一定的时间间隔内,发生差错的脉冲数和在这个时间间隔内传输的总脉冲数之比。例如误码率为10-9表示平均每发送十亿个脉冲有一个误码出现。光纤通信系统的误码率较低,典型误码率范围是10-9到10-12。

  光接收机的误码来自于系统的各种噪声和干扰。这种噪声经接收机转换为电流噪声迭加在接收机前端的信号上,使得接收机不是对任何微弱的信号都能正确接收的。

  接收机灵敏度的定义为:在满足给定能的误码率指标条件下,接收的平均光功率 Pmin。在工程上常用功率值(dBm)来表示,即

  在长期的使用过程中,接收机的光功率可能会有所变化。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),将产生过大的误码;高于这个动态范围的上限(又叫做接收机的过载功率),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动态范围。在保证系统的误码率指标要求下,接收机的输出光功率(用dBm来描述)和允许输入光功率(用dBm来描述)之差(dB)就是光接收的动态范围。

灵敏度

  在数字接收机中,允许脉冲判决有一定的误差范围。如果接收机将“1”码误判为“0”码,或者将“0”码误判为“1”码,这就叫1个错误比特。如果在100个比特中判错了一个比特,则称误比特率为1/100,即10-2。数字通信要求,如果误比特率小于10-6,则基本上可以恢复原来的数字信号。如果误比特率大于10-3,则基本上不能进行正常的电话通信。对于数字光通信系统来说,一般要求系统的误比特率小于10-9,即10亿个脉冲中只容许发生一个误码。

  因此,光接收机灵敏度定义为:在保证达到所要求的误比特率的条件下,接收机所需要的最小输入光功率。接收灵敏度一般用dBm来表示,它是以lmW光功率为基础的功率,或写为

  其中,Pmin指在给定误比特率的条件下,接收机能接收的最小平均光功率。例如,在给定的误比特率为10-9时,接收机能接收的最小平均光功率为InW(即10-9W),光接收机灵敏度为-60dBm。

  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。

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