Dijital fiber optik haberleşme sistemlerinde optik ön-yükselteçli alıcı tasarımı ve performans karakteristiklerinin nümerik olarak incelenmesi

Dijital, aç-kapa anahtarlamalı doğrudan algılamalı fiber optik haberleşme sistemlerinde kullanılan Erbium katkılı fiber yükselticili (EDFA) bir alıcı tasarımı ve performans analizi yapıldı. EDFA'nın lineer olmayan foton istatistik modeli ile tüm foton yayma ve yutma spektrumu kullanılarak, girişinde eş yoğunlukta "1" ve "0" sembollerine karşılık gelen T süreli darbeler varken, çıkıştaki darbelerin durağan halde foton istatistiği belirlendi. Karar devresinin hata yapma oram alıcıdaki elektronik filtrenin semboller arası girişim etkisi (ISI) hesaba katılarak eğer-noktası-yaklaşımı ile hesaplandı. Karar verme devresindeki hata oranım minimum yapacak şekilde optimum elektronik filtre tasarlandı. EDFA doygunluğunun özellikle yüksek darbe sıklıklarında ve ISI etkisinin olduğu durumlarda performansı kötüleştirdiği görüldü. Literatürde Gaussian yaklaşımı ile veya sabit-kazanç modellerine göre yapılan hassasiyet hesaplarında bu etki gözlenmemektedir. EDFA'nın sinyalden bağımsız sabit kazanç modeli kullanıldığında, saniyede 12.5 milyar darbe sıklığında çalışan bir dijital sistem için değişik pompa güçlerinde alıcı foton hassasiyetinin olduğundan 5-30 foton daha iyiymiş gibi olduğu gösterildi. Anahtar Sözcükler: Erbium Katkılı Fiber Yükselteç, Optik Alıcı, Dijital Fiber Optik Haberleşme Sistemleri

The bit-error-rate (BER) performance and sensitivity of an optically preamplified receiver is determined in the case of intensity-modulation direct detection digital optical communication systems. Erbium-doped fiber amplifier (EDFA) is utilized as a pre-amplifier in the simulation. The stationary-state photon-number distributions corresponding to the mark and space bits of duration T is found using the full emission- absorption spectrum of the EDFA, taking into account the effect of both signal- and amplified-spontaneous emission induced gain saturation and the inter-symbol interference due to the electronic filter. The saddle-point approximation is determined to give the most accurate computation of the BER. Optimum electronic filter is designed which gives minimum probabilty of error at the decision circuit. Non-linear photon amplification statistics due to saturation is shown to affect the sensitivity of an optically pre-amplified receiver, even more so when the electronic inter-symbol interference at higher bit rates is accounted for. This effect can not be observed by Gaussian approximation. When the gain saturation was neglected, (at a bit rate of 12.5 GB/s) calculations overestimated the best sensitivity by 5-30 photons less at all pump powers. Keywords: Er-Doped Fiber Amplifier, Optical Receivers, Optical Communication Systems.