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1、光 链 路 载 噪 比 指 标 试 算林挺逵 浙江省台州市广播电视局 路桥分局光链路中的噪声主要是由光发射机和光接收机共同形成的，其中最主要的有三方面：光发射机中激光发射二极管产生的相对强度噪声，光接收机中光电接收检测二极管产生的量子噪声，光接收模块内部前置电放大器噪声。因此当前书刊上介绍的计算光链路载噪比原始数据的方法是先分别计算光发射机中激光发射二极管的相对强度噪声载噪比、光接收机中光电接收检测二极管的量子噪声载噪比、光接收模块内部前置电放大器的载噪比，然后将三者累加得出光链路载噪比，这是一种最常见的计算方法。行业标准 GY/T 143-2000有线电视系统调幅激光发送机和接收机入网技术条
2、件和测量方法中6.2.3.2.5.1 节提供了“基准光发送机”载噪比（C/N TX）计算公式；6.2.3.2.5.2 节又提供了“基准光接收机”载噪比(C/N RX)计算公式，因此也有人曾用这两个算式先分别算出光发射机和光机收机的载噪比，然后累加出光链路的总载噪比。本文分别采用两种方法试算光链路载噪比指标。1.用光链路载噪比指标原始数据计算方法（算法 1）模拟调幅电视的光发射机采用直接调制 1310nm DFB(分布反馈)激光器时，光链路载噪比的三个主要方面可分别用以下三个算式计算:光发射机中激光发射二极管产生的相对强度噪声（RIN）造成的载噪比（C/N） R，其倍数比（C/N） R倍数 为：
3、（C/N） R 倍数 = m22 B R IN（1）光接收机中光电接收检测二极管产生的量子噪声造成的载噪比（C/N） Q,其倍数比（C/N） Q 倍数 为：（C/N） Q 倍数 = m2 S Pi4 B e（2）光接收模块内部前置电放大器噪声造成的载噪比（C/N） A,其倍数比 （C/N） A 倍数 为：（C/N） A 倍数 = (m S Pi)2 RL8 k T B NF（3）以上算式中：m 单频道光调制度，通常在 0.030.05 之间，取 0.045；RIN 相对强度噪声，在-150-160 dB/Hz 之间，取-155dB/Hz；S 光接收管 1310nm 光电转换响应度，取 0.85
4、A/W;RL 光接收管负载电阻，有取 300 或 1000 的，现取 1000；NF 光接收模块内前置放大器噪声系数,310.5dB,根据实际数值取用；B 图像噪声频带宽度，我国的 PAL 制式为 5.75106Hz；e 电子电荷量，1.610 -19 C；k 玻尔兹曼常数，1.3810 -23 J/K；T 前置放大器输入端口的绝对温度，0时为 273K，现取 300K；Pi 光接收机输入光功率，单位取 W，算式中写作（mW10 -3）W。1.1 相对强度噪声 RIN 载噪比（C/N） R将（1）式的倍数载噪比（C/N） R 倍数 取对数，即可得（C/N） R：（C/N） R=10 lg （m
5、 22 B RIN ）=20 lgm10 lg210 lgB-RINdB=20 lgm10 lg210 lg（5.7510 6）（-155）=20 lgm10 lg210 lg5.7510 lg 106（-155）=84.4+20 lgm（4）=84.4+20 lg0.045=57.5(dB) （5）1.2 光接收检测二极管量子噪声载噪比（C/N） Q 将（2）式的倍数载噪比（C/N） Q 倍数 取对数，即可得（C/N） Q：（C/N） Q=10 lg (m2 S Pi4 B e )=20 lgm+10 lg S +10 lgPi10 lg410 lgB10 lge=20 lgm+10 lg
6、0.85+10 lg(PimW10-3)10 lg4-10 lg（5.7510 6）10 lg(1.610 -19)=20 lgm+10 lg 0.85+PidBm+10 lg10-310 lg410 lg 5.7510 lg10610 lg1.610 lg10-19=83.7+20 lgm+PidBm（6）=83.7+20 lg0.045+PidBm =56.8+PidBm （7）（7）式说明,输入光功率 Pi 提高 1dBm，量子噪声载噪比（C/N） Q提高 1dB。1.3 光接收模块内前置放大器载噪比（C/N） A将（3）式的倍数载噪比（C/N） A 倍数 取对数，即可得（C/N） A：
7、（C/N） A =10 lg（m S Pi） 2 RL8 k T B NF=20 lgm+20 lg S +20lgPi+10 lgRL-10 lg810 lgk10 lgT10 lgB-NF dB=20lgm+20lg0.85+20lg（Pimw10 -3）+10lg1000-10lg810lg(1.3810 -23)10lg30010lg(5.75106)-NF dB =20lgm+20lg0.85+2 PidBm+20lg10-3+10lg100010lg810lg1.3810lg10-2310lg30010lg5.7510lg 106-NF dB=95.8+20 lgm+2 PidBm
8、-NF dB（8）=95.8+20 lg0.045+2 PidBm-NF dB=68.9+2 PidBmNF dB（9）（9）式说明，输入光功率 Pi 提高 1dBm，光接收模块内之前置放大器载噪比（C/N） A提高 2dB。1.4 光接收机不同输入光功率时光链路载噪比指标值计算从表 1 可知，PHILIPS 公司的光接收模块中，采用硅材料的 BGO847 之前置放大器噪声系数 NF是8.0dB，而采用砷化镓材料的 CGO869 之前置放大器噪声系数 NF是 5.5dB（材料来自 和 www. ） ，试计算采用 A（BGO847）和 B(CGO869)两种光接收模块在接收光功率为+1dBm6d
9、Bm 时光链路载噪比的数值（它们的光电转换响应度 S 在 1310nm 时都等于0.85A/W，设它们的接收灵敏度相等。即这里不考虑它们配用的光接收检测二极管接收灵敏度是否有差异）。将它们的接收光功率和噪声系数分别代入算式（7） 、 （9）算出结果分别填入表 2 和表 3 第 2 栏量子噪声载噪比(C/N) Q和第 3 栏前置放大器载噪比(C/N) A ；然后将第 2 栏量子噪声载噪比(C/N) Q和第 3 栏前置放大器载噪比(C/N) A累加得出第 4 栏光接收机的载噪比（C/N） RX ；将第 1 栏相对强度噪声载噪比(C/N) R即光发射机载噪比和第 4 栏光接收机载噪比(C/N) RX
10、相累加，得出第 5 栏光链路载噪比(C/N) 光 。具体计算时若使用“K 法”是很方便的，例如要计算表 2 中光接收机输入光功率为+1dBm 时第 4 栏光接收机的载噪比时，查“K C/N表”57.8dB(第 2 栏)、62.9dB(第 3 栏)分别为 0.0417、0.0129，两数相加之和为0.0546，查“K C/N表”得 56.6dB，填入第 4 栏。其余类推。表 1 常用光接收模块基本参数1310nm 响应度S S型 号光接收组件 类 别 生产厂家工作频率MHz等效输入噪声pA/Hz0.5 V/W A/W前置放大器最大噪声系数dB2609B 小型硅模块 ORTEL 860 0.85P
11、HOTON2609B 小型硅模块 深圳飞通 860 0.85BGY887BO 普通硅模块 PHIL1PS 870 7.0 800 0.85BGO747 普通硅模块 PHIL1PS 750 7.0 800 085 7.0GBE887BO 普通硅模块 PHIL1PS 870 7.0 800 085BGO847 普通硅模块 PHIL1PS 870 8.0 800 085 8.0BGE847BO 普通硅模块 PHIL1PS 870 750 085 10.5CGO869 砷化镓模块 PHIL1PS 870 6.5 900 085 5.52000表 2 用 BGO847（硅）光接收模块时光接收机、光链路的
12、载噪比 (单位：dB)接收光功率（dBm） 序号+1 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6相对强度噪声载噪比,即光发射机载噪比(C/N)TX1 57.5 57.5 57.5 57.5 57.5 57.5 57.5 57.5量子噪声载噪比(C/N) Q 2 57.8 56.8 55.8 54.8 53.8 52.8 51.8 50.8前置放大器载噪比(C/N) A 3 62.9 60.9 58.9 56.9 54.9 52.9 50.9 48.9光接收机载噪比(C/N) RX 4 56.6 55.6 54.1 52.7 51.3 49.8 48.3 46.7光链路载噪比(C/N) 光 5 54
13、.1 53.4 52.5 51.5 50.4 49.1 47.8 46.4表 3 用 CGO869(砷化镓)光接收模块时光接收机、光链路的载噪比 (单位：dB)接收光功率（dBm） 序号+1 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6相对强度噪声载噪比,即光发射机载噪比(C/N)TX1 57.5 57.5 57.5 57.5 57.5 57.5 57.5 57.5量子噪声载噪比(C/N) Q 2 57.8 56.8 55.8 54.8 53.8 52.8 51.8 50.8前置放大器载噪比(C/N) A 3 65.4 63.4 61.4 59.4 57.4 55.4 53.4 51.4光接收机载噪
14、比(C/N) RX 4 57.1 55.9 54.7 53.5 52.2 50.9 49.5 48.1光链路载噪比(C/N) 光 5 54.3 53.6 53.1 52.1 51.1 50.0 48.9 47.6分析表 2 和表 3 的数据，可得出一些很有意义的结论。当光调制度 m 为固定值 0.045 时： 相对强度噪声载噪比（C/N） R即光发射机载噪比（C/N） TX为固定值 57.5dB,不随光接收机输入光功率改变而变动。 随着光接收机输入光功率的递减：光接收机中的量子噪声载噪比(C/N) Q按 1 比 1 递减，前置放大器载噪比(C/N) A按 1 比 2 递减；光链路的总载噪比基本
15、上按 1 比 1 递减，在 0dBm 前后小于 1，在-5dBm以后略大于 1。 虽然砷化镓光接收模块中的前置放大器的载噪比指标比硅模块者高 2.5dB，但是光接收机输入光功率在 0dBm 前后时前者之光链路总载噪比指标，比后者仅仅高零点几个 dB，而在-6dBm 时则要高1.2dB。因此在低光功率接收时，采用砷化镓光接收模块的光接收机对提高光链路载噪比指标意义较大。2 另一种光链路载噪比指标原始数据计算方法（算法 2）行业标准 GY/T 143-2000有线电视系统调幅激光发送机和接收机入网技术条件和测量方法中为了分别考核光发射机和光接收机的质量指标，因此在 6.2.3.2.5.1 节提供了“基准光发送机”载噪比（C/N） TX计算公式；6.2.3.2.5.2 节又提供了“基准光接收机”载噪比(C/N) RX计算公式。现试分析一下与前节算法 1 的异同点。其中“基准光发送机”载噪比（C/N） TX计算公式与算法 1 中的相对强度噪声载噪比（C/N） R算式（1）完全一样。而“基准光接收机”载噪比(C/N)
