此处,假设图2 所示的白光LED 通信系统接收机采用PIN 光电探测器, 在白光LED 通信系统中,起伏噪声决定光信道中的传输质量,理想的信号应该包括一个时变的起伏噪声过程, 大概每比特至少104~105个光子。尽管在接收机中使用窄带滤波器,当强光照射探测器的时候在系统中仍会出现107~108 光子/比特的起伏噪声。因此,强背景光构成了白光LED 通信系统的主要噪声源。
另一部分噪声来源于接收机系统内部,主要有:
①散粒噪声。主要为背景光在PIN 管处产生的噪声电流引入的, 又由于光器件LED 受偏压的作用,即使在传空号的情况下也会有少量光功率,即直流光功率。故其噪声均方值为:
,其中Idc为背景光与直流光在PIN 管产生的光子电流; 可见,背景光电流引起的噪声电流与系统带宽Δf 成正比,在不影响信号接收的前提下, 较小的Δf 对抑制背景噪声、减小探测器、放大器的噪声都是有益的。
目前,白光LED 调制速率要达到100MHz 有相当大的难度, 这种情况下,PIN 也产生一些低频闪烁噪声,对接收机灵敏度的影响不可忽视,这种噪声可以归入散粒噪声
中,在接收系统中加入带通滤波器,可有效抑制低频闪烁噪声。
②暗电流噪声。光电探测器在没有光照时,由于负偏压的作用会产生毫微安级的"暗光流".其噪声均方值为:,其中Idark为PIN 管的暗电流。
③热噪声。探测器负载及放大器发热引起的噪声。其噪声均方值为:其中RP 为反向结电阻,RS为串联电阻。
④放大器噪声。主要为放大器内部电阻、晶体管等噪声源引入的电器元件固有噪声,一般可利用等效噪声源进行分析计算,与放大器件类型有关。
综上所述,类似这种由于存在电路固有噪声和电路外部环境等噪声源在接收部分引入的噪声,而限制了白光LED 通信性能的系统可视为白光LED 通信噪声受限系统。
2.2 白光LED 通信干扰受限系统
前面提到,白光LED 通信系统的主要噪声源是背景光,在噪声受限系统中,背景光主要是通过光功率在PIN 管引入散粒噪声,并且放大器本身就会引入固有噪声。此外,由于白光LED 通信系统无法用带阻滤波器滤除调制可见光干扰,若电路设计不合理,还可能引入外界调制可见光对接收系统的干扰,不同频率的调制背景光会对系统输出信号造成干扰, 这时系统又成为一个干扰受限系统。
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