Оптимальный приемник на основе ЛФД. Понятие о спектральной фильтрации

В фотодетекторах на основе ЛФД основными являются шумы дробовых и темновых токов, а тепловые или собственные шумы можно не учитывать.

Сигнал на входе РПУ (рис. 21.7) представим в виде

(21.6)

при передаче символа «1» и

(21.7)

при передаче символа «0», где J₁(t) и J₀(t) - интенсивности потока фотоэлектронов на выходе фотодетектора при передаче символов «1» и «0» соответственно; η - квантовая эффективность ЛФД; P₀(t) и P₁(t) - мощность оптического излучения при передаче символов «1» и «0», J_дт(t) - интенсивность дробового и темного токов.

Отношение правдоподобия запишем как:

.

Разобьем тактовый интервал Т информационной последовательности импульсов оптического излучения на т подынтервалов длительностью Δt=Т/т, такой, чтобы в его пределах J₁(t)=const. Среднее число электронов на k-м интервале под воздействием оптического сигнала будет:

,

где i = 1, 0 - индексы сигналов при передаче «1» и «0» соответственно.

Откуда с учетом (21.6), (21.7) и

.

Таким образом, и в случае применения ЛФД корреляционный прием является оптимальным.

Оптимальный прием возможен и в оптическом диапазоне с использованием принципов спектральной (оптической) фильтрации. Принципы оптической фильтрации заключаются в выборе такого рабочего участка оптического спектра, для которого на выходе приемника отношение С/Ш будет наибольшим. Оптимальная спектральная фильтрация возможна только при одновременном учете спектральных характеристик передатчиков и приемников оптического излучения и среды его распространения.

Наиболее распространенным средством спектральной фильтрации являются оптические фильтры. Мощным инструментом повышения отношения С/Ш является когерентный прием, обеспечивающий повышение энергетического потенциала ВОСП на 20...25 дБ по сравнению с прямым детектированием. Объясняется это нечувствительностью когерентного приема ко всем внутренним и внешним шумам, кроме дробовых шумов оптического гетеродина.

Контрольные вопросы

1. Эквивалентная схема замещения ПрОМ для расчета С/Ш.

2. Эквивалентная обобщенная схема интегрирующего усилителя в ПрОМ.

3. Недостатки интегрирующих усилителей для ПРОМ, их основные разновидности.

4. Эквивалентная схема усилителя с обратной связью.

5. Основные свойства трансимпедансного усилителя.

6. Порог чувствительности и эквивалентная мощность шума ПРОМ с модуляцией интенсивности оптического излучения и прямым детектированием аналогового сигнала (р-i-n-ФД).

7. Порог чувствительности ПРОМ с модуляцией интенсивности оптического излучения и прямым детектированием аналогового сигнала (ЛФД).

8. Как определяется М_опт для ЛФД ПРОМ.

9. Определение отношения С/Ш и порога чувствительности цифрового ПРОМ.

10. Оптимальный (квазиоптимальный) прием оптического излучения ЦВОСП (понятия, схема).

11. Оценка качества ФПУ с использованием отношение правдоподобия.

12. Оптимальный приемник на основе р-i-n-ФД.

13. Понятие, принцип действия и структурная схема корреляционного приемника ПРОМ.

14. Структурная схема фотоприемного устройства на основе согласованного фильтра.

15. Оптимальный приемник на основе ЛФД.

Задачи

1. Определить порог чувствительности ПРОМ на основе германиевого диода с параметрами С=1 пФ; η=0,5; λ=1,3 мкм для приема аналогового оптического сигнала при скорости передачи В=150 Мбит/с, с коэффициентом шума предусилителя F_Ш=4 при температуре Т=300 К, т=1

2. Определить порог чувствительности ПРОМ на основе германиевого диода с параметрами С=0,8 пФ; η=0,8; λ=1,55 мкм для приема аналогового оптического сигнала при скорости передачи В=500 Мбит/с, с коэффициентом шума предусилителя F_Ш=4 при температуре Т=350 К, т=0,8

3. Определить порог чувствительности ПРОМ ЦВОСП на волне оптического излучения λ=0,85 мкм при скорости передачи В=5∙10⁸ бит/с, вероятности ошибки не хуже р_ош =10^-9, фотодетектор ПРОМ выполнен на основе р-i-п ФД, квантовая эффективность которого не хуже η=0,8, а полная емкость С=2∙10^-12 Ф. Коэффициент шума усиления ПРОМ F_Ш=5, расчетная температура Т=300 К

4. Определить порог чувствительности ПРОМ ЦВОСП на волне оптического излучения λ=1,55 мкм при скорости передачи В=2∙10⁸ бит/с, вероятности ошибки не хуже р_ош =10^-9, фотодетектор ПРОМ выполнен на основеЛФД с коэффициентом лавинного умножения М=80, квантовая эффективность которого не хуже η=0,8, а полная емкость С=20 пф. Коэффициент шума усиления ПРОМ F_Ш=6, расчетная температура Т=300 К.

Лекция 22

ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ (часть 1)

Волоконно-оптические датчики по характеру использования оптического волокна, делятся на два типа: 1) датчики, в которых волокно служит только для передачи сигналов; 2) датчики, в которых волокно является собственно чувствительным элементом. Рассмотрим волоконно-оптические датчики первого типа. Они чувствительны к температуре, давлению, вибрации, электрическому и магнитному полю, скорости, составу газа, уровню жидкости и т. д.