Расчет шумов регенерационного участка

Расчет параметров волоконно-оптической линии передачи

2.1Расчёт затухания на участках регенерации

Уровень оптической мощности сигнала, поступающего на вход ПРОМ, зависит от энергетического потенциала ВОСП, потерь мощности в ОВ, потерь мощности в разъёмных соединителях, потерь мощности в неразъёмных соединителях /1/. Перед выполнением расчетов рекомендуется составить таблицу (например, таблица 2.1) с исходными данными для расчета распределения энергетического потенциала по длине ВОЛП.

Таблица 2.1 – Исходные данные для расчета затухания регенерационных участков

Параметры	Обозна-чения	Значение параметра
РУ1	РУ2	...	РУn
1. Уровень мощности передачи оптического сигнала, дБм	рпер
2. Минимальный уровень мощности приема, дБм	рпр.min
3. Энергетический потенциал ВОСП, дБм	Э
4. Длина РУ, км	lру			...
5. Строительная длина ОК, км	lc
6. Количество строительных длин ОК на РУ	nc			...
7. Количество разъемных соединителей на РУ	nр
8. Затухание оптического сигнала на разъемном соединителе, дБм	Ар	0,15
9. Количество неразъемных соединений ОВ на РУ	nн			...
10. Затухание оптического сигнала на неразъемном соединении, дБм	Ан	0,1
11. Коэффициент затухания ОВ, дБм/км	α

Суммарное затухание регенерационного участка (Ару) рассчитывается по формуле:

Ару = α ∙ l_ру + nн ∙ Ан + np ∙ Ар.

Для транспортных систем в технических данных приводится максимальный уровень приёма, т.е. порог перегрузки. Рассчитанный уровень приёма не должен быть больше максимально возможного уровня приёма, но и не должен быть ниже минимально возможного уровня приёма, т.е. порог чувствительности:

рпр min £ рпр £ рпр max.

Уровень приема на входе регенерационного пункта может быть определен по формуле:

рпр = р_пер - Ару.

Результаты расчетов затуханий и уровней приема на всех регенерационных участках проектируемой ВОЛП представить в таблице 2.2.

Таблица 2.2 - Затухания и уровни приема на участках регенерации

РУ	РУ1	РУ2	...	РУn
lру, км			...
Ару, дБм			...
рпр, дБм			...

Затухания на участках регенерации должны быть меньше энергетического потенциала системы передачи, а уровень оптического сигнала в точке приёма больше минимально возможного и меньше максимально возможного уровней, приводимых в технических данных ВОСП.

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) /21/.

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

Пример 1. Для условий, приведенных в таблице 2.3 для ЦВОПС «Транспорт-8х30», определить шумы фотодетектора ПРОМ (ППОМ) регенерационного участка.

Значения А_ру, р _пр, р _пер, l_ру для самого длинного регенерационного участка берутся из пункта 2.1

Таблица 2.3 – технические параметры регенерационного участка

Наименование параметра	Параметр	Значение
Уровень мощности оптического сигнала в точке S, дБм	р пер	+2
Порог чувствительности приемника оптического излучения в точке R при кош = 10	р пр min	-33
Затухание регенерационного участка, дБм	Ару	30,1
Уровень мощности приема оптического излучения в точке R, дБм	р пр	-28,1
Скорость передачи информации, Мбит/с	В	18,432
Длина волны оптического излучения, мкм	λ	1,55
Длина регенерационного участка, км	lру

Порядок решения. 1. Определим мощность оптического излучения на выходе передающего оптического модуля – ПОМ или ППОМ по формуле:

, мВт,

где р _пер - уровень передачи оптического излучения (берется из технических данных ЦВОСП). Если р _пер = +2 дБм, то получим:

мВт.

2. Для регенерационного участка с затуханием А _ру = 30,1 дБ абсолютный уровень приема р _пр на входе ПРОМ (ППОМ) равен:

р _пр = р _пер – А _ру = +2 – 30,1 = – 28,1 дБм

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

, мВт (2.1)

Подставив в (2.1) значение р _пр, получим:

мкВт или 1,54·10^-3 мВт.

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

, (2.2)

где h = 0,8…0,9- квантовая эффективность фотодиода;

l - длина волны оптического излучения, мкм, которая определяется типом оптического передатчика;

W _пр - мощность оптического излучения на входе ПРОМ (или ППОМ), Вт, определенная выше;

М - коэффициент умножения лавинного фотодиода (ЛФД); для р-i-n фотодиода М = 1.

4. По формуле (2.2) для нашего примера определим среднеквадратическое значение полезного сигнала, подставив в нее значения W_пр = 1,54 × 10^-6 Вт и положив в ней h = 0,9 (см. выше) и l = 1,55 мкм; 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

	(2.3) (7.23) (8.22)

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:

F (M) = М ^х, 0,4 £ х £ 1. (2.4)

Значения М и х определяются материалом, из которого выполнен ЛФД; для p-i-n – величина F (M) = 1.

5. Для рассматриваемого примера определим величину коэффициента шума ЛФД, подставив в (2.4) значения М = 100 и х = 0,8, получим

F (M) = М^х = 100 ^0,8 = 39,8.

6. Подставив в (2.3) значения `I_c² = 14,7×10^-9 А², F (M) = 39,8, величину заряда электрона е и В = 18,432×10⁶ бит/с (для примера), определим величину дробовых шумов

`I <sub>др</sub><sup>2</sup> = 4× е × `I_с² × F (M)×В = 4×1,602×10^-19× 14,7·10^-9 ·39,8 ·18,432×10⁶ = 0,69×10^-17 А².

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:

`I _т²= 2× е I _т × F (M)× М ²× В,(2.5)

где I _т - среднее значение темнового тока, величина которого для германиевых фотодиодов равна (1…8)×10^-7А, а для кремниевых – (1…8)×10^-8А.

7. Подставив в (2.5) значения заряда электрона е = 1,602×10^-19К_л, величину темнового тока I _т = 5 ·10^-7А (германиевый фотодиод), М = 100, F (M) =39,8 и скорость цифрового потока В = 18,432×10⁶ бит/с, получим:

I _т² = 2× е I _т × F (M)× М ²× В = 2×1,602×10^-19× 5× 10^-7×39,8·100²× 18,432 ×10⁶ = 2,94×10^-14 А².

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

I _сш² = 4× k T × F _ш× В / R _вх, (2.6)

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.

8. Для рассматриваемого примера величину собственных шумов определим, подставив в (2.6) значения Т = 300^°К, F _ш = 8, В = 18,432 Мбит/с и R _вх = 10⁶ Ом:

` I _сш² = 4× k T × F _ш× × В / R _вх = 4×1,38×10^-23×300 ×8 × 18,432×10⁶/10⁶ ≈ 0,245×10^-17 А².

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

Среднеквадратическое значение токов суммарных шумов будет равно:

`I <sub>ш</sub><sup>2</sup> = `I _сш²+` I <sub>т</sub><sup>2</sup>+` I _др². (2.7)

9. Для нашего примера среднеквадратическое значение токов суммарных шумов получим, подставив в (2.7) значение соответствующих слагаемых

`I <sub>ш</sub><sup>2</sup> = `I _сш²+` I <sub>т</sub><sup>2</sup>+` I _др² = 0,245×10^-17 + 2,94×10^-14 + 0,69×10^-17 ≈ 2,941×10^-14 А².

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

Дата добавления: 2014-11-18