Главная  Оптические магистрали 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [ 121 ] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] [161] [162] [163] [164] [165]

Отношение сигнал-шум на выходе усилителя напряжения с коррекцией определяется выражением (14.4.10), а на выходе усилителя с обратной связью - (14.5.14).

Для обеспечения на выходе идеального фотодетектора отношения сигнал-шум, равного К, необходим фототок / -- 2eKAf. Использование большого входного сопротивления позволяет уменьшить шум усилителя напряжения и тепловой шум его элементов. Если при этом не используется схема усилителя с обратной связью, то может появиться необходимость в коррекции, что приведет к уменьшению динамического диапазона.

Прн использовании ЛФД с высоким коэффициентом умножения, а также прн необходимости обеспечения высокого отношения сигнал-шум, доминирующим обычно становится усиленный дробовой шум. Если же использовать p-i-n-фотоднод, то:

а) шум усилителя напряжения растет с увеличением частоты и становится преобладающим на высоких частотах, причем предпочтительнее кремниевый биполярный транзистор. В этом случае очень важно минимизировать значение входной емкости;

б) шум усилителя тока имеет тенденцию доминировать над другими шумами на низких частотах, и в этом С/лучае предпочтительнее использовать во входном каскаде кремниевый полевой транзистор;

в) если входное сопротивление невелико, то тепловой шум становится преобладающим в области средних частот.

На очень высоких частотах, порядка 1 ГГц, целесообразно использовать во входном каскаде полевой транзистор из арсенида галлия. В этом случае очень существенной является компоновка модуля, содержащего фото детектор и предварительный усилитель приемника, чтобы минимизировать общую входную емкость.

15. РЕГЕНЕРАЦИЯ ЦИФРОВЫХ СИГНАЛОВ

1S.1. ПРИЧИНЫ ПОЯВЛЕНИЯ ОШИБОК ПРИ РЕГЕНЕРАЦИИ ЦИФРОВЫХ СИГНАЛОВ

15.1.1. Идеальная цифровая система связи

В приемнике цифровой системы связи за трактом линейного усиления следует регенератор цифрового сигнала, как это показано на структурной схеме, приведенной на рнс. 15.1. В состав линейного усилителя включено любое устройство коррекции нлн фильтрации, которое может быть реализовано, а перед регенератором сигнала помещено решающее устройство. В оптическом ретрансляторе регенерированная импульсная последовательность непосредственно модулирует выходное излучение излучателя и таким образом осуществляет передачу сиг-



нала в линию связи. В приемнике на выходе линии связи необходимо осуществить разделение каналов и детектирование принятых сигналов для того, чтобы можно было восстановить форму модулирукмцего сигнала. Настоящая глава посвящена определению наименьшего отношения сигнал-шум в приемнике, при котором восстанавливается принятый сигнал с требуемой точностью воспроизведения. В предыдущих главах уже приводились эмпирические оценки этого отношения. Так, в гл. 1 и 3 было отмечено, что типичные значения минимально допустимой мощности на входе приемника лежат в диапазоне 0,1 ...1,0 нВт/ (Мбит/с). Далее в гл. 14 было показано, что требуемое отношение сиг-нал-щум должно быть равно 12 (21,6 дБ). В примере, рассмотренном в § 14.6, эта величина была принята равной 20, чтобы обеспечить запас по мощности, и это привело к необходимости заметного повышения уровня мощности на входе приемника. Однако приведенные значения требуемого отношения сигнал-шум основывались на умеренных технических требованиях к усилителю приемника.

Под цифровой оптической системой связи будем понимать систему, в которой поток данных в двоичной системе счисления передается путем модуляции источника излучения таким образом, что излучаемая им энергия во время передачи 1 бита равна одному из двух уровней. Другими словами, она может иметь высокий или низкий уровень, соответствующий 1 или 0. Излучение может принимать форму короткого импульса за время передачи каждого бита информации. Такой способ передачи сигналов известен как способ с пассивной паузой, использующий коды с возвращением к нулю (RZ-коды). И наоборот, уровень мощности излучения может поддерживаться более или менее постоянным за все время передачи бита информации. Этот способ называется способом с активной паузой, использующим коды без возвращения к нулю (NRZ-коды).

С целью упрощения анализа определим идеальную систему связи с ИКМ как систему со следующими характеристиками:

время передачи бита (тактовый интервал) постоянно и равно Г, следовательно, скорость передачи информации В-1/Г;

при передаче 1 оптическая энергия, излучаемая за время передачи одного бита, равна ег, а при передаче О - нулю. Оптическая энергия, принимаемая в соответствующие моменты, равна е« и нулю;

Овтачеспий йхвШй еаена/1

Рвтодетешпвр

Лимейный усипитепь Усилитель

фототока Фильтр

Устройства мрреииии частстмий хараятерас-тиии

Устройств!! регенерации импульсов

Решающее устройства

Рееенератвр

Элентричесниа hi пивной сиг-

Рнс. 15.1. Структурная схема приемника цифровой оптической системы связи 370



\ Время

Рис. 15.2. Временная диаграмма оптического сигнала на входе приемника идеальной цифровой системы связи

оптическая мощность принимает форму импульса в некоторые фиксированные моменты в течение тактового интервала, как пока.чано на рис. 15.2;

в распространяющемся информационном потоке существует одинаковая вероятность того, что передается 1 или 0. Это характерная черта большинства используемых в связи кодов. В таком случае усредненную за продолжительное время принимаемую мощность можно выразить через среднюю мощность Ф/, принимаемую за время передачи бита при посылке 1. Таким образом,

.ф« = е«/Т=е«В. (15.1.1)

Реальная система связи отличается от идеальной следующим:

время передачи бита информации не остается постоянным - этот эффект называют фазовым дрожанием цифрового сигнала;

излучаемая оптическая энергия ие остается строго одной и той же при передаче как каждой 1, так и каждого 0: будет иметь место шум передатчика, приводящий к случайным изменениям амплитуды от импульса к импульсу. Флуктуации принимаемой энергии затем увеличиваются из-за изменений затухания в канале связи;

весьма вероятно, что при передаче О излучается малый, ио вполне определенный уровень энергии, помимо шумов передатчика и канала. Отношение средней энергии, принимаемой при передаче О, г/ (0) к таковой при передаче 1, e,R{\) называется коэффициентом затухания

г, = е« (0)/е;,(1).

(15.1.2)

Полагают, что в идеальной системе Ге = О, однако обычно это не имеет места, особенно если лазерный источник излучения смещен вблизи порога генерации;

конечная длительность излучаемых импульсов и дополнительная временная дисперсия во время их распространения означают, что в практических системах связи часть энергии, относящаяся к одному



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [ 121 ] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] [161] [162] [163] [164] [165]

0.0014