5-8光接收机中的噪声及信噪比解析

由于电子在光敏二极管负载电阻R_L上随机热运动，即使在外加电压为零时，也产生电流的随机起伏。这种附加的噪声成分就是热噪声电流。

光生电流是一种随机产生的电流，这种无规则的起伏就是散粒噪声，散粒噪声是由光探测器本身引起的，它围绕着一个平均统计值而起伏。

光接收机除散粒噪声和热噪声这两种基本的噪声外，还有激光器引起的强度噪声。半导体激光器输出的强度、相位和频率，即使在恒流偏置时也总是在变化，从而形成噪声。半导体激光器的两种基本噪声是自发辐射噪声和电子-空穴复合噪声。在半导体激光器中，噪声主要由自发辐射构成。每个自发辐射光子加到受激发射建立起的相干场中，因为这种增加的信号相位是不定的，于是随机地干扰了相干场的相位和幅值。

信噪比（SNR）为平均信号功率和噪声功率之比，它决定了光接收机的性能。考虑到电功率与电流的平方成正比，这时SNR可由下式给出：

式中，I_P是光生信号电流，其值I_P=RP_in，这里R是探测器的响应度，P_in是入射信号光功率，σ²_T是均方热噪声电流，σ²_s是均方散粒噪声电流，其值分别为(www.xing528.com)

式中，Δf是接收机带宽；q是电子电荷；k_B是玻尔兹曼常数；T是热力学温度；R_L是光探测器负载电阻。

SNR可用单个比特时间内（即“1”码内）接收到的平均光子数N_p表示。当PIN接收机受限于散粒噪声时，SNR可用简单的表达式表示

式中，η是量子效率；N_P是“1”码中包含的光子数。在散粒噪声受限系统中，N_P=100时，SNR=20dB。相反，在热噪声受限系统中，几千个光子才能达到20dB的信噪比。