Ruido En Receptores

Capítulo 7

Detección y características del receptor
El receptor en un sistema de comunicación por fibra óptica para transmisión no coherente consiste en un fotodoetector más un amplificador y unos circuitos de procesado de señal. Así pues el receptor convierte una señal óptica en una eléctrica de forma directa que es posteriormente procesada. El fotodetector ya fue analizado anteriormente, detodas formas será necesario estudiar la eficiencia en la detección asociando el fotodetector con la circuitería. En este análisis buscamos como separar la información de señales espúreas que se acoplen de forma no deseada. Para calcular los límites en la utilización de nuestro sistema es necesario conocer que límite en la relación S/N (Señal/Ruido) es capaz de discriminar el sistema de recepción.Ello nos lleva a ver que tipos de ruido tiene nuestro sistema e intentar cuantificarlos.

7.1 Ruido en general
El ruido podríamos definirlo como cualquier modificación no deseada de la señal en un sistema de comunicaciones. En comunicaciones ópticas aparece un ruido debido a fluctuaciones espontáneas en lugar de las interferencias electromagnéticas de la transmisión por cable eléctrico. Hay trestipos de fluctuaciones espontáneas que son: el ruido térmico, el ruido de corriente de oscuridad y el ruido cuántico.

7.1.1 Ruido térmico
Es debido a la interacción térmica de los electrones con los iones (que están vibrando) en un medio conductor, es el ruido principal en las resistencias. La corriente de ruido térmico it en una resistencia se expresa a través de su valor cuadrático medio como 4KTB i2 = (7.1) t R donde K es la constante de Boltzman, T es la temperatura en grados Kelvin, B es el ancho de banda eléctrico y R la resistencia en ohmios.

7.1.2 Ruido de corriente de oscuridad
Ya hemos visto lo que es la corriente de oscuridad durante el análisis de los fotodetectores, es una corriente inversa debida a fugas. Este ruido contribuye al total y genera fluctuaciones aleatoriassobre la 74

7.1. RUIDO EN GENERAL
corriente de oscuridad. Su valor depende de la magnitud de ésta corriente y su relación funcional es
i2 d

75

= 2eBI

d

(7.2)

donde e es la carga del electrón e Id es la corriente de oscuridad. Id es un valor que depende del tipo de fotodiodo y sólo es reducible mediante mejoras en la fabricación de éste.

7.1.3 Ruido cuántico
Ya conocemos lanaturaleza cuántica de la luz y sabemos que la energía de uno de estos cuantos llamado fotón es E = hf . Tenemos que tener en cuenta el comportamiento cuántico ya que para frecuencias ópticas hf > KT 1 y las fluctuaciones cuánticas predominarán sobre las térmicas. 2 La detección de la luz es un proceso discreto ya que la generación de un par electrón-hueco es debida a la absorción de un fotón yentonces la señal que tenemos en el fotodetector depende de la llegada o no de fotones. Así pues la estadística para la llegada de radiación coherente al fotodetector sigue una distribución de probabilidad discreta que es independiente de los fotones que ya han llegado previamente. Aceptaremos que la probabilidad de detectar z fotones en un periodo  cuando la cantidad esperada es de zm obedece lasiguiente distribución de Poisson
P (z ) =
z zm exp ( zm ) z!

(7.3)

Por otro lado si la luz que recibimos no es coherente implica que no hay ninguna relación de fase entre los fotones emitidos. Esta propiedad modifica la distribución de probabilidad que será
P (z ) =

(1 + z ) +1
z m

z zm

(7.4)

Ambas distribuciones (ver figura 7.1) nos permitirán el cálculo de la probabilidad deerror en una transmisión

7.1.4 Análisis del ruido cuántico en transmisión de señales digitales
Una vez descritos los tres tipos de ruido más usuales en los sistemas ópticos de transmisión vamos a calcular usando el ruido cuántico los límites fundamentales de la energía que debe contener un pulso lumínico para ser detectado con una determinada probabilidad de error. Para ello supondremos que...