Разработка оптического приемного устройства, страница 9

б

г

в

а

Определим данное отношение сигнал/помеха для полученного  фотоприемного устройства, состоящего из германиевого ФД 40Б pin – фотодиода и трансимпедансного усилителя, построенного на транзисторе 2Т3115А-6 при скорости 2,5Гбит/сек,  передаче сигнала в формате NRZ, вероятности ошибки р_ош=10^-10 и при минимально – допустимом уровне мощности р_min = –24дБ:

Слагаемое а:

Слагаемое б:

Слагаемое в:

Слагаемое г:

Получаем после подстановки всех слагаемых:

Соответствующая защищенность А_з=23,75дБ.

 Таким образом, в результате расчетов получили, что для заданной вероятности ошибки  р_ош=10^-10 защищенность составляет 23,75дБ, а для правильного детектирования сигнала уже достаточно иметь защищенность, равную 22,2дБ. То есть полученный нами фотоприемник, состоящий из германиевого ФД 40Б pin – фотодиода и трансимпедансного усилителя, построенного на транзисторе 2Т3115А-6 обеспечивает восстановление сигнала с заданной вероятностью ошибки.

3 Расчет характеристик и схемы фильтра

С первого взгляда может показаться, что линейный усилитель оптического приемника должен иметь наибольшую полосу пропускания, чтобы при приеме единицы сигнал, поступающий на решающее устройство, имел вид короткого импульса в пределах тактового интервала. Тогда момент принятия решения должен синхронизироваться, чтобы обеспечить совпадение с этим импульсом. При этом должны возникать ошибки, обусловленные двумя причинами:

·  Шум вызывает непрерывные изменения амплитуды напряжения на входе решающего устройства. Следовательно, этот напряжение может на мгновение превысить уровень порога при приеме нуля или упасть ниже него, когда принимается единица. При увеличении полосы пропускания растет и уровень шума приемника.

·  Любые изменения в тактовой частоте синхронизации, которые влияют на момент поступления сигнала или на момент стробирования в решающем устройстве могут привести к тому, что стробирование сигнала произойдет не в момент его максимального значения, а в другой. Чем уже импульс, тем серьезнее последствия, вызываемые ошибками синхронизации. Поэтому использование необоснованно широкой полосы пропускания усилителя увеличивает уровень шума и делает синхронизацию момента принятия решения более критичной. Однако если полосу пропускания увеличить, то возникает третий источник ошибки.

·  Взаимные помехи между символами, которые имеют место тогда, когда сигнал, принимаемый во время одного тактового интервала, воздействует на амплитуду сигнала во время другого. Чем уже полоса пропускания усилителя, тем более вероятны взаимные помехи между символами, поскольку в этом случае импульсная характеристика усилителя расширяется и распространяется на соседние тактовые интервалы. Если ограничения полосы пропускания возникают в источнике или в оптическом волокне, то это приводит к тому, что оптическая мощность сигнала, принимаемая за время одного тактового интервала, поступает на приемник во время соседних. Помимо обычных взаимных помех между символами это приводит также к появлению в соседних тактовых интервалах дополнительного шума в виде коротких импульсов.

Очевидно, что оптимальное значение полосы пропускания является вопросом компромисса между этими тремя факторами. Полоса пропускания определяется характеристикой передачи фильтра H(f).

Необходим фильтр минимизирующий межсимвольные помехи. Можно определить общий класс фильтров, обладающий такими свойствами, что их отклик на импульс, принятый во время t₀, равен нулю во все моменты , где n – целое число. Оказывается, этим свойством обладает идеальный фильтр низких частот. Функция передачи такого фильтра показана на рисунке 3.1 и имеет вид:

 

H(f)=

а соответствующая ей импульсная характеристика имеет вид, показанный на рисунке 3.2 и определяется как:

.

	Рисунок 3.1 - Функция передачи идеального фильтра низких частот

 

Таблица 3.1 -  Значения для построения импульсной характеристики идеального фильтра низких частот

, нсек
0	0	1
0,08	0,2	0,935
0,16	0,4	0,757
0,24	0,6	0,500
0,32	0,8	0,234
0,4	1,0	0
0,48	1,2	-0,160
0,56	1,4	-0,216
0,64	1,6	-0,190
0,72	1,8	-0,104
0,8	2,0	0
0,88	2,2	0,085
0,96	2,4	0,126
1,04	2,6	0,117
1,12	2,8	0,067
1,2	3,0	0

Как показано на рисунке 3.2, она обращается в нуль в моменты , где , где В – скорость передачи. На самом деле этим свойством обладают все фильтры, функция передачи которых аппроксимируется относительно точки H(B/2) =1/2. Конкретным примером может служить фильтр с косинусоидальной функцией передачи:

			1/2 (1+cosπf/B), при 0<f<B,

 

0, при f>B,

H(f)=

Его функция передачи приведена на рисунке 3.3. Импульсная характеристика имеет вид, показанный на рисунке 3.4, и определяется как: