部分响应光纤通信系统的性能分析.pdf

年月第期通信学报部分响应光纤通信系统的性能分析朱义然厦门大学余耀煌北京大学提要」本文阐述光纤数字通信中部分响应信号的特点和适当地设置信号电平使平均误码率达到最小的方法用高斯近似法导出部分响应系统的性能指标作为光纤和电路参数函数的解析公式并耳给出其波形参数的计算式本文对部分响应系统和全响应系统均在最佳信号电平设置条件下的性能作了比较结果表明部分响应系统的接收灵敏度优于全响应电平系统在使用检测器的情况下能够做到不论光纤的相对带宽如何部分响应系统的接收灵敏度总优于系统在使用力检测器的倩况下能够做到当光纤的全程带宽小于数码率时部分响应系统的灵敏度优于系统此外本文还分析了部分响应系统进行误码监测的原理并介绍了部分响应技术和其它码型结合应用的实例在用检侧器的情况下对部分响应系统和全响应系统进行了实验比较实验结果和理论分析相符合一血七通信学报年一引言光纤波导有脉冲扩散的问题当光脉冲由于光纤色散的影响发生重叠的时候全响应系统通过基带均衡可以分离脉冲但是严重地损失有效光功率实际经验表明没有码间干扰的系统不一定是最佳的部分响应系统容许脉冲在一定的程度上重叠因而需要的信道带宽较小受噪声的影响较少分析及实验均说明部分响应系统更加适应光纤色散限制的情况而且实现电路比较简单同时提供误码监测能力正在引起人们的关注部分响应系统的性能已有一些论述口一目但讨论不够一般化方法上测重于数值计算本文在前人工作的基础上详细地分析了部分响应信号的特点以后导出计算部分响应系统性能参数的解析公式从而便于对部分响应系统和全响应系统的性能作较全面的比较部分响应系统发送的是二电平的光脉冲受光源非线性特性的影响小而传送相同的信息速率所需信道带宽和全响应电平强度调制系统基本相同因而受到人们的重视本文通过计算和分析说明在信息速率相同的条件下部分响应系统的接收灵敏度优于电平系统在检侧的情况下当光纤的全程带宽小于数码率时部分响应系统的灵敏度优于系统光纤的带宽大于数码率时部分响应系统的灵敏度仅稍劣于系统然而部分响应系统需要的雪崩增益值较小的偏置电压相应地减小温度稳定性得到改善本文介绍了部分响应技术和反转双极性码型或三阶高密度双极性码型结合起来成为匕电平的和二电平的仑二信号描述部分响应系统的信号流程如图所示假设输入信号是独立等概的二进制数字码流丹预编码器的输出码流为设光源的消光比等于零冲击响应函数为己约使甩激光器做光源时不考虑激光器的图形效应光纤的冲击响应函数为僵暑徊而卧邑娜施奇氏图部分响应系统的信号流程图当光功率照射在收端光检测器将光功率变成电信号有两个统计过程第一步光功率转换为一次电子平均速率为肛第二步每个一次电子由于光检测器内部雪崩过程产生个二次电子是一个随机变量设放大器和均衡器是线性的总的冲击响应函数为放大器输人端的等效热噪声电流为艺取样电路的输出码流为少解码器把必还原成二进制码流二预编码部分响应系统发送二电平的光脉冲通过带宽约等于四分之一数码率的窄信道以致相邻的两个脉冲互相重叠在取样时刻成为三电平每一个取样值的大小由相邻的两个脉冲共同决定为了实现逐位译码在传输前先进行预编码部分响应系统预编码器的运算逻辑是卜④第期部分响应光纤通信系统的性能分析①表示模二加也是二进制码流并且卜自口卜门运算符号门表示同时发生的随机事件输出信号电压将光源输出的信号看成光功率的线性叠加尹一, 式中少为脉冲周期‘为脉冲的波形函数对所有的时间亡乙》〔价落在光检测器上的脉冲功率为夕乙一少式中一一表示卷积一少为归一化的脉冲波形函数归一条件为丁卜‘, “‘一因此表示第、个光脉冲的能量妹。输出电流的均值‘‘, 一击, ‘‘为光检测器的平均雪崩增益为电子的电荷量刀为光子平均激发出电子的效率量子效率口为一个光子的能量玄只为光检测器的暗电流只为没有光输入时产生电子的速率均衡器输出的电压是个随机变量用表示中不包含热噪声的部分因为一般放大器都有隔直流电路所以不计直流分量输出信号电压可以写成乙一少式甲。气‘一刹久夕万声又名一刘九八亡通二通旦专表示人射光脉冲的能量具有焦耳的量纲具有伏特的量纲为了减少参数的数目让和的数值相等由此得出。。式中。。分别为和的双边傅里叶谱函数部分响应系统的均衡输出频谱为余弦形而不是升余弦形。少。少当。。少当。二, 相应的脉冲波形函数二甲一少为了讨论方便引进归一化频率和归一化谱函数二通信学报年。二二二二、石一丢二一一归一化谱函数为二, 当戈。当表示均衡脉冲的波形函数图表示均衡脉冲的归一化谱函数略于。菇沁沁沁频域时域图均衡脉冲的波形函数联样图分别表示全响应系统和部分响应系统的波形由图可见全响应系统在取样时刻邻近脉冲几乎互不影响部分响应系统由于脉冲扩散相邻的两个脉冲互相更益部分沪应系统的取样时刻在两个脉冲的中间两个脉冲的电压相加在取样时刻可能出现三个不同的值因此需要设置两个判决门槛设样本中云的三个可取值为根据预编码和