Расчет шумов регенерационного участка

Качество приема оптического излучения 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 регенерационные пункты размещены по тракту неравномерно).

Для рассчитанной длины регенерационного участка рассчитываются различные составляющие шумов оптического линейного тракта. Основные этапы расчета шумов рассмотрим ниже.

Определим затухание выбранного регенерационного участка:

Определим мощность оптического излучения на выходе передающего оптического модуля – ПОМ или ППОМ по формуле:

где - уровень передачи оптического излучения (берется из технических данных ЦВОСП). Если = 1.7 дБм, то получим:

Для регенерационного участка с затуханием А_ру = 23.1 дБ абсолютный уровень приема р_пр на входе ПРОМ (ППОМ) равен:

Определим мощность оптического излучения на входе ПРОМ или приемо-передающего модуля (ППОМ) линейного регенератора по формуле

Поскольку электрический сигнал на выходе фотодетектора ПРОМ (ППОМ) является случайной величиной, то его значение оценивается среднеквадратическим значением фототока, величина которого определяется по формуле:

Где h = 0,8…0,9- квантовая эффективность фотодиода; l - длина волны оптического излучения, мкм, которая определяется типом оптического кабеля; W_пр - мощность оптического излучения на входе ПРОМ (или ППОМ), Вт, определенная выше; М - коэффициент умножения лавинного фотодиода (ЛФД);

По определим среднеквадратическое значение полезного сигнала, подставив в нее значения; фотодетектор выполнен на основе ЛФД с коэффициентом умножения равным М = 100

Основными шумами на выходе фотодетектора ПРОМ (ППОМ) являются следующие виды шумов. Дробовые шумы, которые оцениваются среднеквадратическим значением вида:

где, е = 1,602×10^-19 - заряд электрона, Кл (кулон);

В - скорость передачи, бит/с;

F(M) - коэффициент шума лавинного умножения, учитывающий увеличение дробовых шумов лавинного фотодиода (ЛФД) из-за нерегулярного характера процесса умножения; для большинства ЛФД с достаточной точностью для практических расчетов нужно рассчитать F(M) по формуле:

К примеру,

Подставив значение В = 8.7×10⁶ бит/с, определим величину дробовых шумов:

Темновые шумы, возникающие независимо от внешнего оптического сигнала из-за случайной тепловой генерации носителей под воздействием фонового излучения, несвязанного с полезным сигналом, среднеквадратическое значение которого равно:

Где I_т - среднее значение темнового тока, величина которого для германиевых фотодиодов равна .

Собственные шумы электронных схем ПРОМ или ППМ, обусловленные хаотическим тепловым движением электронов, атомов и молекул в резисторах, полупроводниках и других радиоэлементах, среднеквадратическое значение которых равно

Где k = 1.38×10^-23 Дж×К^-1 - постоянная Больцмана; Т – температура по шкале Кельвина; F_ш и R_вх = 1…5 МОм - коэффициент шума и входное сопротивление предварительного усилителя ПРОМ или ППОМ соответственно.

Для рассматриваемого примера величину собственных шумов определим, подставив значения Т = 300^°К, F_ш = 8, В = 8.7 Мбит/с и R = 3*10⁶ Ом:

Сравнивая величины дробовых, темновых и собственных шумов, видим, что основными являются темновые шумы.

Среднеквадратическое значение токов суммарных шумов будет равно:

На этом расчет основных шумов одиночного линейного регенератора или регенерационного завершается, и переходят к расчету вероятности или коэффициента ошибки одиночного регенератора.