Расчет минимальной детектируемой мощности оптического сигнала

Рис. 5. Зависимость вероятности ошибки р_ошот защищенностиА_зна входе устройства цифрового регенератора.

дним из наиболее важных параметров приемника оптического излучения является минимальная обнаруживаемая мощность оптического сигнала, при которой обеспечивается заданное значение отношения сигнал-шум или вероятности ошибки. Это значение получило название минимальной детектируемой мощности (МДМ). Для магистральных сетей вероятность ошибки в расчете на 1 км длины линейного тракта не должна превышатьр' < 1,67·10^-11. Исходя из этих значений вероятности ошибки, можно определить вероятность ошибки для полученной длины регенерационного участка.

, (11)

Используя это значение вероятности ошибки на участке регенерации, можно определить с помощью зависимости вероятности ошибки р_ош от защищенности А_з (рис. 5) численное значение защищенности на входе регенератора. А_з = 22 дБ.

Защищённость А_з определяется отношением сигнал-шум применительно к приёмному оптическому модулю (ПРОМ):

(12)

В этой формуле: – среднеквадратичное значение полезного тока сигнала; – среднеквадратичное значение тока тепловых шумов на эквивалентном сопротивлении нагрузки; – среднеквадратичное значение тока дробовых шумов фотодиода; – среднеквадратичное значение собственных шумов усилителя, приведенных к его входу.

Вводимые обозначения и дальнейшие расчетные величины иллюстрируются рис.6.

а) б)

Рис. 6. а) схема входной цепи фотодетектора ПРОМ,

б) эквивалентная схема этой же цепи с учётом шумовых источников.

На рис.5 приняты следующие обозначения:

Р – мощность падающего светового сигнала на фотодиод;

I_c – фототок полезного сигнала на выходе фотодиода;

R_ф – динамическое сопротивление фотодиода;

С_ф – ёмкость p-n перехода фотодиода;

I_Д – ток дробовых шумов фотодиода;

I_Т – ток тепловых шумов нагрузки R_н цепи фотодиода (входным сопротивлением усиления К пренебрегаем).

Применительно к p-i-n фотодиодам формула для расчёта защищённости имеет вид:

, (13)

где в основном, учитывается тепловые шумы нагрузки в цепи фотодиода, а также шумы предварительного каскада усиления. В формуле (13) используются следующие величины: k – постоянная Больцмана (k = 1,38·10^-23 Дж/К), Т – температура по Кельвину (Т = -253 К), F_ш – коэффициент шума усилителя (F_ш = 7); S – чувствительность фотодиода:

(14)