光纤通信系统设计实例

光纤通信系统设计

1 概述

TRANSMITTER

图 1.1 标准光纤通信系统架构

2 模拟系统设计

Equation Chapter 2 Section 1光纤系统中，各组件的累加损耗应足够低以符合探测器的阈值要求。模拟系统中，充足的功率意味着高SNR，另外，组件的组合应该提供足够的带宽以通过较高的调制频率，因此，应对单个器件的损耗和带宽进行分析，并计算整个系统的功率分配和带宽预算。

2.1 系统规格

2.1.1 初始方案

以设计简单的点对点视频系统为例，电视广播信号的带宽为6MHz，要求SNR为50dB。

表2.1 系统方案一：窄带宽和低功率

1

2

表2.2 系统方案二：高带宽和高功率

2.1.2 负载电阻计算

已知PIN-PD 的电容d C 和传输带宽3dB f -，根据方程

3dB L d

1

f 2R C -=

π (2.1)

求得负载电阻L R

()

()()1

L d 3dB 1

126

R 2C f 25106105305----=π⎡⎤=π⨯⨯⎣⎦

=Ω

(2.2)

取L R 近似值5100Ω，计算得3dB f -为6.24MHz 。

2.2 功率预算

2.2.1 平均光功率计算 标准的SNR 方程是

()()()2

2L n L D m 2M eP hf R S

N M 2eR f I ep hf 4kT f

η=∆+η+∆ (2.3) 由于使用PIN-PD 作为光电探测器，假设系统是热噪声限系统，调制系数m 为100%，SNR 方程简化为

()2

L

e 0.5P R S N 4kT f

ρ=∆ (2.4)

3

由于放大器噪声的存在，将实际温度T 替换为等效噪声温度e T ，假设环境温度T 为300K ，放大器噪声系数F 为2，则e T FT 600K ==，又已知PD 响应率ρ为0.5A W ，计算平均光功率P 为

P 5.7W

=

=μ (2.5)

取P 近似值为6W μ。 2.2.2 平均光电流计算

根据平均光功率P 为6W μ，计算得PIN-PD 的平均光电流I P 3A =ρ=μ，远大于暗电流（几个纳安），因此系统中暗电流的影响可以忽略，计算热噪声电流均方值

()()236

2NT

L 2

41.38106006.24104kT f i R 5100

40.5144nA -⨯⨯∆==

= (2.6)

散粒噪声电流均方值

()()()2NS 19662

i 2eI f

21.610310 6.24105.9904nA --=∆=⨯⨯⨯= (2.7)

可以得到，热噪声功率是散粒噪声功率的近7倍，符合最开始采用热噪声限模型的假设。 预测平均光电流为3A μ时，并没有驱动探测器进入非线性区，最大饱和电流等于偏置电压与负载电阻的比值，使用5V 偏压时，最大允许电流为459.810A -=⨯（或980A μ），远远大于3A μ，系统不存在饱和问题。 2.2.3 详细方案