Расчёт шумов линейного оптического тракта
Качество приема оптического сигнала определяется шумами фотодетектора ПРОМ, основными из которых являются дробовые шумы, шумы темновых токов и собственные шумы. Шумы определяются для одного регенерационного участка (как правило, самого длинного, если размещение регенерационных пунктов неравномерное).
Порядок решения:
1. Определим затухание регенерационного участка, полагая эксплуатационный Эз = 6 дБ. Подставив формулу данные из табл. 2, получим:
дБ.
2. Определим мощность оптического излучения на выходе ПОМ по формуле:
(2.1)
здесь, Рпер - уровень передачи оптического излучения (берется из технических данных ОЦТС). Подставив значение рпер , получим:
мВт
3. Определим мощность оптического излучения на входе приемопередающего модуля (ППМ) линейного регенератора по формуле:
(2.2)
здесь, Wпер - мощность оптического излучения на выходе ПОМ; Ару - затухание регенерационного участка.
Подставив в (2.2) значения Wпер =1 мВт и Ару = 8.515 дБ, получим:
Вт.
Поскольку электрический сигнал на выходе фотодетектора ППМ является случайной величиной, то его величина оценивается среднеквадратическим значением тока, величина которого определяется по формуле:
(2.3)
где, η = 0,8... 0,9 - квантовая эффективность фотодиода;
λ -1,31 мкм длина волны оптического излучения;
Wпр - мощность оптического излучения на входе фотодетектора ППМ (определяется по формуле 2.2), Вт;
М - коэффициент лавинного умножения лавинного фотодиода (ЛФД), значение которого 80 …..100.
4. По формуле (2.3) определим среднеквадратическое значение тока полезного сигнала, подставив в нее значение дБ и в ней положив η = 0,8 и
λ = 1,31 мкм; М = 100 (фотодетектор ППМ выполнен на основе лавинного фотодиода).
Основными шумами на выходе фотодетектора ППМ (или ПРОМ) являются следующие шумы.
Дробовые шумы, которые оцениваются среднеквадратическим значением:
(2.4)
где, к уже принятым обозначениям, добавились новые:
- заряд электрона, Кл (кулон);
F(M) - коэффициент шума лавинного умножения, учитывающий увеличение дробовых шумов ЛФД из-за нерегулярного характера процесса умножения.
Для большинства ЛФД с достаточной точностью для практических расчетов F(М) находится по формуле:
. (2.5)
5. Для рассматриваемого примера определим величину коэффициента шума ЛФД, подставив в (2.5) значения М = 100 и х=0,8, получим:
6. Подставив в формулу (19)значения
, величину заряда электрона
Кл и
и, определим величину дробовых шумов:
Темновые шумы, возникающие независимо от внешнего оптического сигнала из-за случайной тепловой генерации носителей под воздействием фонового излучения, не связанного с полезным сигналом, и среднеквадратическое значение которых равно:
(2.6)
здесь, - среднее значение темнового тока, величина которого для германиевых фотодиодов равна (1..8)
, а для кремниевых -(1..8)
Определим величину темновых шумов,
подставив в (21) значения заряда электрона е = 1,602 . 10-19 Кл, величину темнового тока =
величины М=100 и F(M) = 39,8 скорость передачи линейного цифрового сигнала Влт =100
бит/с:
Собственные шумы электронных схем ПОМ или ПРОМ, обусловленные хаотическим тепловым движением электронов, атомов и молекул в резисторах, полупроводниках и других радиоэлементов, среднеквадратическое значение которых равно:
(2.7)
где, k = 1,38 постоянная Больцмана;
Т - температура по шкале Кельвина;
Fш - коэффициент шума предварительного усилителя ППМ или ПРОМ;
Rвx - входное сопротивление предварительного усилителя ППМ или ПРОМ, равная 1... 5 МОм (при выполнении контрольной работы значение Rвх выбирается в указанных пределах).
7. Для рассматриваемого примера определим величину собственных шумов, положив T=300°K, Fш = 8, В =100 бит/с и Rвх = 1МОм. Подставив численные значения величин в (2.7), получим:
Сравнивая величины дробовых, темновых и собственных шумов, видим, что основными являются дробовые шумы.
Среднеквадратическое значение токов суммарных шумов будет равно:
(2.8)
8. Сумма среднеквадратических значений токов шумов различного происхождения получится после подстановки в (2.8):
и
.
На этом расчет основных шумов одиночного линейного регенератора или шумов регенерационного участка завершается, перейдем к расчету вероятности или коэффициента ошибки одиночного регенератора.