Чувствительности фотоприемника

Часто требуется решение обратной задачи: по требуемой помехозащищенности Q_тр, которая определяется допустимым коэффициентом ошибок регенератора и эксплуатационным запасом, найти соответствующую (минимальную) чувствительность фотоприемника p_мин. Минимальная чувствительность соответствует минимальной средней мощности оптического сигнала на его входе:

Вт. (3.1)

Для фотоприемника на pin-диоде из формул (2.5) и (2.10) следует, что

(3.2)

Если задан эквивалентный шумовой ток , то это выражение упроща­ется:

. (3.3)

Минимальная чувствительность фотоприемника составит:

(дБм). (3.4)

Аналогичная задача для фотоприемника на ЛФД решается несколько сложнее. Для этого в формулу (2.7) следует подставить значение оптимального коэффициента лавинного умножения, найденное из формулы (2.9). Следует учесть также, что при оптимальном коэффициенте умножения отношение мощностей дробовой и собственной помех равно , то есть . Отсюда выражение для минимальной средней мощности оптического сигнала на входе фотоприемника:

. (3.5)

Соотношение (3.5) справедливо, если помеха не зависит от уровня сигнала. Такая ситуация характерна для фотоприемника на pin-диоде, где дробовую составляющую помехи можно не учитывать. Для фотоприемника на ЛФД характерно увеличение помехи при прохождении импульса и снижение при прохождении паузы за счет дробовой составляющей. Соотношение (3.5) может использоваться и в этом случае, но порог принятия решения в регенераторе должен быть принят несколько ниже среднего значения напряжения сигнала.

Пример расчета минимальной чувствительности фотоприемника на pin-диоде.

Вт.

дБм.

Пример расчета минимальной чувствительности фотоприемника на ЛФД.

Определим минимальную чувствительность фотоприемника на ЛФД при условиях, указанных в предыдущих примерах. Минимальную среднюю мощность на приеме определим по формуле (3.5):

Тогда минимальная чувствительность фотоприемника рассчитываем:

дБм.

Следовательно, можно сделать вывод, что выигрыш по сравнению с предыдущим случаем, составляет примерно 6 дБ.

4 Расчет быстродействия волоконно-оптической

линии передачи

Быстродействие волоконно-оптической линии (ВОЛП) определяется инертностью элементов приемо-передающего модуля (ППМ) и дисперсионными свойствами оптического волокна. Расчет быстродействия сводится к определению допустимого и ожидаемого быстродействия и их сравнения.

Допустимое быстродействие цифровых ВОЛП зависит от характера передаваемого сигнала скорости передачи линейного цифрового сигнала и определяется по формуле:

нс, (4.1)

где β - коэффициент, учитывающий характер линейного цифрового сигнала (линейный код) и равный 0,7 для кода NRZ и 0,35 для всех других; В - скорость передачи линейного цифрового сигнала.

Ожидаемое быстродействие ВОЛП (как совокупности волоконно-оптической системы передачи и оптического кабеля) равно:

нс, (4.2)

где t_пер - быстродействие передающего оптического модуля (ПОМ), зависящее от скорости передачи линейного цифрового сигнала и типа источника излучения; t_пр - быстродействие ПрОМ, определяемое скоростью передачи линейного цифрового сигнала и типом фотодетектора; t_ОВ - уширение импульса оптического излучения импульса при его прохождении по оптическому волокну кабеля регенерационного участка, которое равно для многомодового ОВ:

нс, (4.3)

где - относительная полоса пропускания ОВ, МГц/км, а для одномодового ОВ:

нс, (4.4)

где σ - коэффициент хроматической дисперсии оптического волокна, пс/нм∙км; - среднеквадратическая ширина полосы оптического излучения, нм; равная 24...40 нм для светоизлучающих диодов и 0,2...5 нм для полупроводниковых лазерных диодов.

Быстродействие ПОМ и ПрОМ для типовых скоростей передачи приведено в таблице 4.1.

Если , то выбор типа кабеля и длины регенерационного участка выполнены верно.

Величина - запас по быстродействию. При достаточно большом его значении можно ослабить требования к компонентам ВОЛП. Если , то следует выбрать ПОМ, ПРОМ и ОК с другими параметрами.

Таблица 4.1 – Быстродействие ПОМ и ПРОМ для типовых скоростей передачи

Пример р асчета быстродействия волоконно-оптической линии передачи.

Определить быстродействие ВОЛП при работе на длине волны λ = 1,55 мкм по ОВ, отвечающему Рек. G.652 МСЭ-Т, если длина регенерационного участка км, коэффициент хроматической дисперсии σ = 18,2 пс/нм∙км, нм. Скорость передачи информационного потока В = 140 Мбит/с, линейный код типа 10B1P1R.

Найдем значение допустимого быстродействия:

нс.

Найдем величину уширения импульса при его прохождении по регенерационному участку:

нс.

Найдем ожидаемую величину быстродействия t_ож, подставив в нее значения t_пер = 0,5 нc и t_пр = 0,4 нс, взятых из табл. 2.1, получим:

нс.

Вывод. Сравнение полученных значений показывает, что условие t_ож < t_доп выполняется и, следовательно, основные параметры ВОЛП и ее компонентов выбраны правильно.

5 Расчет порога чувствительности

ППМ по быстродействию

Одной из основных характеристик ППМ является его чувствительность, т. е. минимальная детектируемая мощность (МДМ) оптического сигнала длительностью , устойчиво обнаруживаемая фотодетектором ППМ.

Ориентировочно величина уровня МДМ p_мин может быть определена по формулам:

(5.1)

для pin-фотодиодов и

(5.2)

для лавинных фотодиодов (ЛФД).

Зная абсолютный уровень МДМ p_мин и уровень передачи ППМ, можно получить оценку энергетического потенциала ВОСП по быстродействию:

, дБ (5.3)

Пример расчета порога чувствительности ППМ по быстродействию.

Определить уровень МДМ p_мин и энергетический потенциал по быстродействию для ЦВОСП со скоростью передачи линейного цифрового сигнала, равной В = 41,242 Мбит/с и уровнем передачи равным p_пер = - 4 дБ. Фотодетектор реализован на основе ЛФД.

Воспользуемся формулой (5.2):

дБм.

Приближенное значение энергетического потенциала по быстродействию будет равно:

дБ.

Вывод. Полученное значение энергетического потенциала соответствует возможностям данной ЦВОСП по быстродействию.

6 Разработка схемы скремблера и дескремблера