链路噪声系数计算公式

光链路噪声系数计算

噪声（功率或电平）

=10lg (ktBF) =−174dBm/Hz+B+F

=10lg(ktBF)

=−174dBm/Hz+B+F

系统噪声系数

Fs

Fs

F_{s}=F_{1}+frac{F_{2}−1}{G_{1}}+frac{F_{3}−1}{G_{1}G_{2}}+⋯

F

s

=F

1

+

G

1

F

2

−1

+

G

1

G

2

F

3

−1

+⋯

设前置放大器噪声系数

NF_{pre}=3dB

NF

pre

=3dB

设后置放大器噪声系数

NF_{post}=3dB

NF

post

=3dB

激光器噪声---相对强度噪声

N_{RIN}

N

RIN

设激光器噪声系数

N_{RIN}=-155dB/Hz

N

RIN

=−155dB/Hz

又

N_{RIN}=frac{P_{begin{array}{cc}opt&noise end{array}}^{2}(激光器输出端光噪声)}{P_{laser}^{2}(激光器平均光输出功率)}

N

RIN

=

P

laser

2

(激光器平均光输出功率)

P

opt

noise

2

(激光器输出端光噪声)

所以

P_{begin{array}{cc}opt&noise end{array}}=sqrt{NF_{RIN}⋅P_{laser}^{2}} =sqrt{−155dB/Hz⋅(4×10^{−3})^{2}} =7.113×10^{−8}mW

P

opt

noise

=

NF

RIN

⋅P

laser

2

=

−155dB/Hz⋅(4×10

−3

)

2

=7.113×10

−8

mW

引起此RIN光噪声的RIN输入噪声电流（光电流）

因为

P_{begin{array}{cc}opt&noise end{array}}=I_{RIN}⋅T(E/O)

P

opt

noise

=I

RIN

⋅T(E/O)

所以

I_{RIN}=frac{P_{begin{array}{cc}opt&noise end{array}}}{T(E/O)} =frac{7.113×10^{−8}mW}{0.1W/A} =7.113×10^{−10}A

I

RIN

=

T(E/O)

P

opt

noise

=

0.1W/A

7、113×10

−8

mW

=7.113×10

−10

A

其中，T(E/O)为激光器转换函数（光电流——激光器功率），E为在激光器输入端的RIN噪声功率，O为射频RIN噪声产生激光器光电流。

P_{RIN(in)}=I_{RIN}^{2}⋅R_{laser} =(7.113×10^{−10})^{2}⋅5 =2.53×10^{−15}mW(−145.97dBm)

P

RIN(in)

=I

RIN

2

⋅R

laser

=(7.113×10

−10

)

2

⋅5

=2.53×10

−15

mW(−145.97dBm)

因为一个器件输入端噪声功率

=10lg (ktBF) =−174+F

=10lg(ktBF)

=−174+F

所以

F_{RIN}=−145.97−174=28.03dB

F

RIN

=−145.97−174=28.03dB

光电二极管产生的噪声

P_{begin{array}{cc}photo&noise end{array}}

P

photo

noise

（在光电二极管输出端）

P_{begin{array}{cc}photo&noise end{array}}=I_{begin{array}{cc}photo&noise end{array}}^{2}⋅R_{pho} =2q⋅I_{p}⋅B =2×1.6×10^{−19}库⋅2.95mA =9.444×10^{−17}mW/Hz(−160.25dBm/Hz)

P

photo

noise

=I

photo

noise

2

⋅R

pho

=2q⋅I

p

⋅B

=2×1.6×10

−19

库⋅2.95mA

=9.444×10

−17

mW/Hz(−160.25dBm/Hz)

其中

I_{p}

I

p

是平均（DC）光功率产生的电流，q是电子电荷

q=1.9×10^{−19}库仑

q=1.9×10

−19

库仑

设激光器的平均(D)光功率为4mW，经光纤（1KM）损耗为0.35dB(0.92)，光电二极管的转换函数T(O/E)，照到光电二极管的光功率产生的RF电流T(O/E)=0.8A/W。

所以

I_{p}=P_{laser(DC)}⋅L_{cable}⋅T(O/E) =4mW×0.92×0.8A/W =2.95mA

I

p

=P

laser(DC)

⋅L

cable

⋅T(O/E)

=4mW×0.92×0.8A/W

=2.95mA

由光电二极管在其输出端产生的噪声，折算其输出端的噪声系数

F=-160.25+174=13.75dB。

光链路系统噪声系数：

F_{s}=F_{1}+frac{F_{2}−1}{G_{1}}+frac{F_{3}−1}{G_{1}G_{2}}+⋯ =2+frac{1.288-1}{100}+frac{635.331}{10^{1.89}}+frac{1.1749-1}{10^{2.096}}+frac{23.714-1}{10^{0.626}}+frac{1.117-1}{10^{0.626}}+frac{2-1}{10^{0.58}} =2+0.00288+8.172+0.0014+5.374+0.0277+0.263 =15.84(12dB)

F

s

=F

1

+

G

1

F

2

−1

+

G

1

G

2

F

3

−1

+⋯

=2+

100

1、288−1

+

10

1、89

635.331

+

10

2、096

1、1749−1

+

10

0.626

23.714−1

+

10

0.626

1、117−1

+

10

0.58

2−1

=2+0.00288+8.172+0.0014+5.374+0.0277+0.263

=15.84(12dB)

激光器RF增益（损耗）分析

物理过程：RF功率加到激光二极管上产生电流（光电流）

P_{RF}=I_{laser}^{2}⋅R_{laser}^{}

P

RF

=I

laser

2

⋅R

laser

所以

I_{laser}=sqrt{frac{P_{RF}}{R_{laser}}} =sqrt{frac{0.7762×10^{−3}(W)}{5(Ω)}} =0.01246A

I

laser

=

R

laser

P

RF

=

5(Ω)

0.7762×10

−3

(W)

=0.01246A

此RF光电流，产生调制光功率。光电流转换至光功率的转换系数T(E/O)，T(光电流——光功率)=T（W/A）

P_{调制光}=I_{laser}T(E/O) =0.01246A×0.W/A =0.001246W

P

调制光

=I

laser

T(E/O)

=0.01246A×0.W/A

=0.001246W

frac{P_{调制光}}{P_{RF}}=frac{1.246mW}{0.7762}=1.605(2.06dB)

P

RF

P

调制光

=

0.7762

1、246mW

=1.605(2.06dB)

接收光电二极管增益（损耗）分析：

照射到光电二极管的光功率转换为RF电流。

I_{photo(RF)}=P_{光}⋅T(O/E) =1.15mW×0.8A/W =0.92mA

I

photo(RF)

=P

光

⋅T(O/E)

=1.15mW×0.8A/W

=0.92mA

此RF电流流过负载电阻（匹配网络输入电阻）产生RF功率

P=I^{2}_{photo}⋅R =(0.92mA)^{2}⋅50Ω =0.043mW

P=I

photo

2

⋅R

=(0.92mA)

2

⋅50Ω

=0.043mW

光电二极管增益

=frac{0.043mW}{1.15mW}=−14.27dB

=

1、15mW

0.043mW

=−14.27dB