caracteristicas de las fibras opticas - publicaciones de Roberto Ares

RECEPTOR DE ENLACE OPTICO
2- ANÁLISIS DE RUIDOS EN EL RECEPTOR
2.1- RUIDO TÉRMICO Y CUÁNTICO
Es conocido que la densidad de ruido térmico es proporcional a (k.T), donde k es la constante de Boltzman y T la
temperatura en grados Kelvin. El mismo se desarrolla sobre la resistencia de entrada R del amplificador, lo cual determina
una tensión cuadrática media de ruido térmico:
Vt 2 = 4.k.T.AB.R.NF
donde AB es el ancho de banda del receptor y NF figura o cifra de ruido.
El ruido térmico es producido por la agitación molecular de carácter aleatorio. Por otro lado, la detección de fotones por el
detector también es un proceso aleatorio, ya sea por la distribución aleatoria de la densidad de fotones que llega como por la
fluctuación del rendimiento cuántico. De este proceso casual surge un valor medio considerado la señal de información y una
desviación cuadrática media considerada el ruido cuántico.
La llegada de fotones al detector es un proceso que puede describirse mediante la distribución de Poisson. El valor
cuadrático medio del ruido cuántico sobre la resistencia de entrada R del receptor es:
Vq 2 = 2.e.I.AB.R 2
donde e es la carga del electrón, I el valor medio de la distribución de Poisson. Observe que el ruido cuántico depende de la
distribución de Poisson, en otras palabras se anula cuando no hay fotones incidentes. En primer instancia pueden expresar la
relación señal a ruido S/N mediante:
S/N = (I 2 .R 2 ) / (4.k.T.AB.R.NF+2.e.I.AB.R 2 ) donde I 2 .R 2 es el valor cuadrático medio de la señal.
2.2- RECEPTOR IDEAL
Con referencia a la distribución de Poisson en el proceso de detección de fotones. La probabilidad de que el número de
fotones detectados sea h, se expresa como:
P(h) = (η.Er/Ef) h . exp-(η.Er/Ef)
h!
donde η es la eficiencia cuántica, Er la energía total incidente y Ef la energía del fotón.
Se considera un receptor ideal. Esto supone que ante la detección de solo un fotón se considera un "uno" lógico. La ausencia
de fotones se identifica como un "cero". Por ello la probabilidad de no emitir electrones será:
P(h=0) = exp(-η.Er/Ef) para P(h=0)= 10 -9 se tiene Er = 21.Ef/η
Por ello con η=1 se requieren 21 fotones por cada "uno" lógico para tener una tasa de error BER=10 -9 . Si consideramos los
"ceros" y los "unos" equiprobables se tiene:
Er = 10,5.Ef
es decir, se requieren 10,5 fotones por cada bit de información. Este valor se denomina límite cuántico de sensibilidad
(potencia umbral) para las comunicaciones ópticas digitales. Para las longitudes de onda usadas se tiene:
λ=0,85 µm implica una sensibilidad S=-146 dBm/bit/seg
λ=1,3 µm implica una sensibilidad S=-148 dBm/bit/seg
λ=1,55 µm implica una sensibilidad S=-148,7 dBm/bit/seg
En la Fig 03 se muestran estos límites expresados en unidades de dBm/Mb/s. La sensibilidad o potencia umbral del receptor
es la mínima potencia óptica que asegura una determinada tasa de error. La misma disminuye con la velocidad de
transmisión Vtx. En otras palabras, debemos aumentar la potencia de recepción para mantener la misma BER. Es obvio que
los valores prácticos están por encima de los teóricos. En la misma figura se indican los valores prácticos comerciales de
equipos disponibles en el mercado.
1407-(4)