光收发模块消光比与灵敏度的关系
光收发模块消光比与灵敏度的关系
提要:光通信系统中，光接收灵敏度是用来衡量在BER 超过某个特定值之前可以接收到的最小输入信号的。信号噪声的影响将决定系统的灵敏度。光接收灵敏度与光发射信号的消光比大小具有紧密相关性, 试验研究表明, 155Mbps 光收发模块消光比在15～17dB 之间时光接收灵敏度最佳。
关键词:光通信, 消光比, 光接收灵敏度
Experimental research on the extinction - ratio and sensitivity of
optical receiving - transmitting modules
Abstract : In optical communication systems, sensitivity is a measure of how weak an input signal can get before the bit-error ratio (BER) exceeds some specified number. Ultimately, the influence of noise on the signal will determine the sensitivity of the system. The optical receiver sensitivity is tight relativity with extinction - ratio of optical transmitting signal. The experiment shows that the extinction - ratio of 155Mbps single fiber bi-directional optical receiving - transmitting modules is between 15dB and 17dB ,the optical receiver sensitivity keeps best . Key words :optical communication ,extinction ratio ,optical receiver sensitivity
1. 引言
光收发模块的灵敏度是光接收机性能的综合指标。其定义是：在保证通信质量（限定误码率或信噪比的前提下），光接收机所需的最小平均接收光功率
min ,通常表示为：
Pr = 10lg„
min/10- 3 ‟(dBm)
min单位为W 。灵敏度表示光接收机调整到最佳状态时, 能接收到微弱光信号的能力。对于灵敏度的测量, 根据ITU - TG. 957 建议„2‟中STM - 16 光接口规定的参数, 应用代码为S - 16. 2、L - 16. 2 的最小光发射机消光比( EX) 要求为8. 2dB , 而最低光接收灵敏度要求分别为- 28dBm 。评估发射信号的质量, 往往采用工程测试常用的“眼图模板”来观察, 从眼开度、“眼皮”厚度、交叉点位置、眼图对称性、迹线粗细度、眼图的上升沿P 下降沿等状态定性地估计码间干扰、加性噪声、均衡优劣和阻抗匹配等。
在本文中，我们特别对速率为155MHz 的光收发模块消光比与灵敏度的关系做了实验，如下所述。
2. 实验得出的消光比与灵敏度的关系
影响灵敏度的一个重要因素就是模块的消光比，消光比与灵敏度的数学关系表达式为：
i *(22*erfcinv (2*BER ) +V th /Z TIA ) *(r e +1)
P (dBm ) =10*log 10(*1000)
2*ρ*(r e -1)
----(1)
上公式（1）中，V TH 是限幅放大器的灵敏度，Z TIA 是TIA 的跨阻。
通过测量三组样品得到如下表1所示的测量结果以及如下表2所示的曲线图，测试框图方法如下图图二所示：
表1
图二
3. 实验结论
接收灵敏度受消光比E X 的限制, 在8 - 15dB范围内随E X 增大, 灵敏度Pr 也增大, 但在15 -17dB 范围内随E X 增大,Pr 不再增大, 基本稳定在一个值。
4. 理论计算
综合以上原文可知在表达式中的re 的表达式的单位并非dB ，故需要在计算时进行转换。
① 假设暗电流i=12nA，响应度为0.9A/W，BER=10^-12，V TH =5mV，Z TIA =130K， ER 变化区间为8dB ～17dB ，使用matlab 进行公式(1)得到下图：
由上图可以得出，当消光比从8变化到17时，灵敏度变化约1.2dB 。 ② 假设暗电流i=12nA，响应度为0.9A/W，BER=10^-12，V TH =5mV，Z TIA =130K， ER 变化区间为8dB ～10dB ，使用matlab 进行公式(1)得到下图：
由上图可以得出，当消光比从8变化到10时，灵敏度变化约0.5dB 。 源代码：
ber=10^-12; ii=12*10^-9; rho=0.9; rr=8:1:20; r=10.^(rr/10);
q=erfcinv(2*ber)*2*(2)^0.5;
p=(ii*q+((5*10^-3)/(130*10^3)))*(r+1)./(rho*2*(r-1)); dbp=10*log10(p*1000); plot(rr,dbp);
5. 理论结合实际
现在将实验得出的数据以及计算出来的理论数据结合起来，得到下图：