光接收機主要的性能指標是誤碼率(BER)、靈敏度以及動態(tài)范圍。
誤碼率是指在一定的時間間隔內(nèi),發(fā)生差錯的脈沖數(shù)和在這個時間間隔內(nèi)傳輸?shù)目偯}沖數(shù)之比。例如誤碼率為10-9表示平均每發(fā)送十億個脈沖有一個誤碼出現(xiàn)。光纖通信系統(tǒng)的誤碼率較低,典型誤碼率范圍是10-9到10-12。
光接收機的誤碼來自于系統(tǒng)的各種噪聲和干擾。這種噪聲經(jīng)接收機轉(zhuǎn)換為電流噪聲迭加在接收機前端的信號上,使得接收機不是對任何微弱的信號都能正確接收的。
接收機靈敏度的定義為:在滿足給定能的誤碼率指標條件下,最低接收的平均光功率 Pmin。在工程上常用絕對功率值(dBm)來表示,即
在長期的使用過程中,接收機的光功率可能會有所變化。因此要求接收機有一個動態(tài)范圍。低于這個動態(tài)范圍的下限(即靈敏度),將產(chǎn)生過大的誤碼;高于這個動態(tài)范圍的上限(又叫做接收機的過載功率),在判決時亦將造成過大的誤碼。顯然一臺質(zhì)量好的接收機應(yīng)有較寬動態(tài)范圍。在保證系統(tǒng)的誤碼率指標要求下,接收機的最低輸出光功率(用dBm來描述)和最大允許輸入光功率(用dBm來描述)之差(dB)就是光接收的動態(tài)范圍。
光接收機的靈敏度主要由光接收機的噪聲決定。噪聲主要來自于檢測器和放大器的噪聲,有以下幾種類型。
1. 散粒噪聲:
當光進入光電二極管時,光子的產(chǎn)生和結(jié)合具有統(tǒng)計特性,使得實際電子數(shù)圍繞平均值的起伏,這種噪聲稱為散粒噪聲。
2.熱噪聲:
起源于電阻內(nèi)的電子的熱運動,即使沒有外加電壓,由于電子熱運動的隨機性,使得電子的瞬間數(shù)目圍繞它的平均值起伏。
3.暗電流噪聲:
光電二極管在反偏壓條件下,即使處于沒有光照的環(huán)境中,電路中也會有反向直流電流,叫做暗電流。對一個接收機來說,暗電流決定了其可探測的信號功率水平的噪聲基底。暗電流的典型值為幾nA。如果暗電流達到了100nA,可能會引起嚴重的問題。
在接收機的理論中,中心的問題也是如何降低輸入端的噪聲、提高接收靈敏度。靈敏度主要取決于光電檢測器的響應(yīng)度以及檢測器和放大器引入的噪聲。因此,噪聲的分析和靈敏度的計算也是本章重點討論的問題。