实验十一 误码率与接收机灵敏度

实验十一 误码率与接收机灵敏度

1. 实验目的

掌握误码率和灵敏度的概念，了解误码率估计方法。

2. 仿真模块与系统

仿真系统包括 NRZ 光发射机、SSMF、DCF、OOK 光接收机和SignalAnalyzer

模块，仿真系统如图所示：

3. 实验内容与步骤

1、设置SSMF 光纤长度为90km，DCF 模块完全补偿SSMF 色散，使得系统成

为功率受限传输系统。

2、设置OOK 光接收机中光探测类型为PIN，响应度为1A/W，IncludeShotNoise

为Yes，Thermal noise 为3.0e-12A/Hz1/2，设置BER 的估计方法为“Gauss”（

与教材上误码率计算模型抑制）。

3、点击Run，系统自动增加光发射机功率，同时计算接收机误码率大小，观察

误码率随发射机功率的变化情况，以及接收机输出信号波形和眼图变化，记

录BER=1E-9 时的发射机功率大小。

4. 数据分析与讨论:

由于实验要求DCF模块完全补偿SSMF色散，所以设置的参数如下：

SSMF模块：光纤长度90Km,色散为16e-6 s/m^2；

DCF模块：光纤长度16Km,色散为90e-6 s/m^2。

（1）误码率和光发射机功率的关系图如下：

通过放大可以找出误码率在1e-9时对应的光发射机功率，如下图所示：

结论：通过第一个图可以发现，在功率受限传输系统中，误码率和光发射机功率近似成指数下降的关系，光发射机功率越高，误码率越低。但是由于非线性效应的影响，光发射机功率不可能无限增大。在此系统中，BER=1e-9时，光发射机功率近似等于1.9 uw。

（2）光接收机输出波形和眼图的变化

脚本文件如下：

# start value for laser power in W

set startPower 0.05e-3

# power difference between two iterations in W

set deltaPower 0.05e-3

# maximum number of iterations

set maxIterations 40

我们设置的起始点是0.05e-3，步距是0.05e-3，最大步数设置的是40。

当光发射机功率为0.05e-3时，光接收机的接收波形和眼图如下：

当光发射机功率为（0.05e-3）*10时，光接收机的接收波形和眼图如下：

当光发射机功率为（0.05e-3）*20时，光接收机的接收波形和眼图如下：

当光发射机功率为（0.05e-3）*30时，光接收机的接收波形和眼图如下：

当光发射机功率为（0.05e-3）*40时，光接收机的接收波形和眼图如下：

分析与结论：对比上面几张图很容易发现，光功率很小的时候，眼图形状杂论无章，上眼皮和下眼皮基本上都重叠在一起，反映到误码率上就是误码率特别大，波形的整体幅值都很小，由于功率小，信噪比小，受噪声的影响大，所以看起来波形很密集。随着光发射机功率的一步步提升，眼图的上下眼皮逐渐分离，体现在误码率上就是误码率逐渐减小，

虽然上下眼皮都比较厚，那是因为噪声的影响，但是上下眼皮分的比较开，这也是易于判决的，在波形方面，由于功率逐渐增大，信噪比增大，波形逐渐变得清晰，整体幅值上升。

5. 思考题

请比较分析PIN 和APD 接收机灵敏度的差异。

答：

设置PIN管的暗电流为1e-9 A,这是一般Si材料制作的PIN光电二极管的参数同样也设置APD光电二极管的暗电流1e-9 A（网上查资料一般小于这个值）。

得到PIN管的误码率与光发射机功率的曲线。以误码率为1e-9作为判定点，此时，光发射机功率为1.89316uw

APD管的误码率与光发射机功率的曲线:

误码率为1e-9作为判定点，此时，光发射机功率为1.89314uw。

由于灵敏度可以用在达到相同误码率要求下的最小光功率来进行判定，理论上，APD具有雪崩增益，所以它的灵敏度应比PIN的灵敏度高，在此次仿真中，两个管子的误码率差别不大。但是只要给定PIN和APD的参数，就能有所比较。