Санкт-Петербургский университет телекоммуникаций

им. проф. М. А. Бонч-Бруевича

Курсовой проект

«Разработка фотоприемника

волоконно-оптической системы передачи»

Студент гр. МТО-75

Горковенко А.С.

Санкт-Петербург, 2011 г.

Содержание курсового проекта			Страница
Цель проекта. Исходные данные. Задание			3
Определение требуемой ширины полосы частот ФП и длительности тактового интервала			5
Определение минимального соотношения сигнал-шум на выходе фотоприемного устройства (SNR)			8
Выбор небходимого фотодиода			10
Выбор типа транзистора входного каскада усилителя ФПУ			12
Расчет минимальной мощности оптического излучения на входе фотоприемника.			14
Пути и способы улучшения чувствительности разработанного фотоприемника.			22
Список литературы и интернет ресурсов			23
Приложение. Фотодиоды			25
Приложение. Транзисторы			30
Приложение. Фотоприемные устройства			35

Цель проекта:

Провести разработку схемы и расчет основных параметров фотоприемного устройства ВОЛС в диапазоне скоростей передачи 1-10 Гбит/с, длина волны 1,55 мкм.

Исходные данные к проекту:

1. Скорость передачи информации – В [Гбит/с].

2. Допустимый коэффициент ошибок (BER).

3. Тип кодирования сигнала (NRZ или RZ).

4. Тип усилителя фотоприемника.

Задание на курсовой проект:

1. Исходя и заданной скорости передачи и типа кодирования, определить необходимую длительность тактового интервала и требуемую ширину полосы частот фотоприемного устройства. Обосновать расчет ширины полосы: кратко описать теоретические основы выбора кода в ВОСП, перечислить достоинства и недостатки кодов различных типов, рассчитать ширину спектра сигнала заданной скорости передачи при заданном типе кода.

2. Исходя из заданной вероятности ошибки, определить минимально необходимое соотношение сигнал-шум на выходе фотоприемного устройства (SNR). Обосновать расчет величины SNR, кратко описать теоретические основы зависимости между BER и SNR, провести необходимые расчеты.

3. Выбрать необходимый тип фотоприемника (PIN-фотодиод или ЛФД, материал светочувствительного слоя – Si, Ge, InGaAsP). Найти в технической литературе и выбрать конкретный тип фотодиода, выпускаемого промышленностью (привести несколько различных типов доступных современных фотодиодов с указанием их параметров и обосновать выбор).

4. Выбрать схему входного каскада фотоприемника, привести краткий обзор различных схем с анализом достоинств и недостатков каждой и обосновать свой выбор. Выбрать тип транзистора входного каскада усилителя ФПУ (биполярный или полевой), обосновать выбор, найти в технической литературе и выбрать конкретный тип транзистора, выпускаемого промышленностью.

5. На основании результатов предыдущих стадий разработки проекта рассчитать минимальную мощность оптического излучения на входе фотоприемника, необходимую для получения заданного коэффициента ошибок (чувствительность приемника). Сравнить полученные данные с параметрами известных, коммерчески доступных фотоприемников с аналогичными величинами B и BER: найти в технической литературе и привести несколько типов конкретных, выпускаемых промышленностью современных фотоприемников с указанием их параметров и сравнительный анализ достоинств и недостатков разработанного ФПУ.

6. Проанализировать пути и способы улучшения чувствительности разработанного фотоприемника. Рассчитать длину регенерационного участка ВОЛС с разработанным приемником (принять мощность излучения 0 дБм и затухание в кабеле 0,3 дБ/км).

Типы и технические характеристики выпускаемых промышленностью фотодиодов, транзисторов и фотоприемников искать в технической литературе (справочники, каталоги, сайты производителей). Использовать только современную справочную литературу (не ранее 2005 года издания).

Согласно официальному списку группы:

Вариант №4:

1. Скорость передачи информации – В=2.8 [Гбит/с].

2. Допустимый коэффициент ошибок - BER=10^-11.

3. Тип кодирования сигнала – RZ-S.

4. Тип усилителя фотоприемника – с высоким входным сопротивлением.

В данном курсовом проекте часть расчетов выполнена с помощью MathCad.

1. Определение требуемой ширины полосы частот фп и длительности тактового интервала

Критерии выбора кода:

Основные факторы, которыми определяется выбор кода передачи в ВОЛС:

1. Спектр сигнала в полосе пропускания. Спектр сигнала должен быть узким и не должен иметь постоянной составляющей, т.е. должен быть ограничен сверху и снизу.

2. Восстановление частоты следования импульсов синхронизации. Для принятия решения и восстановления импульсов и их фазы требуются импульсы синхронизации, которые необходимо извлечь из принятого сообщения.

3. Согласование с дискретным сообщением. Код передачи должен отображать любую двоичную последовательность.

4. Контроль над коэффициентом ошибок в оконечном оборудовании. Необходимо контролировать качество связи, не прерывая ее, поэтому требуется код передачи, обладающий избыточностью или характеристическими последовательностями. Тогда достаточно фиксировать нарушение правил формирования кода, чтобы контролировать качество связи.

5. Простота эксплуатации. Устройства кодирования, декодирования и контроля ошибок должны быть достаточно простыми.

6. Совместимость с передачей по оптическим волокнам. Форма импульсов должна соответствовать наилучшим характеристикам оптического волокна.

Поскольку импульсы излучаемой оптической мощности могут быть только положительными или нулевыми, мы не можем непосредственно использовать биполярные коды, которые применяются для передачи информации по проводным линиям.

Примеры простейших кодов приведены в приложении стр. 1.

Кодирование передаваемой по сети информации имеет самое непосредственное отношение к соотношению максимально допустимой скорости передачи и пропускной способности используемой среды передачи. Например, при разных кодах предельная скорость передачи по одному и тому же кабелю может отличаться. От выбранного кода прямо зависят также сложность сетевой аппаратуры и надежность передачи информации.

При низкой скорости передачи информации отношение сигнала к шуму обычно довольно велико, и поэтому можно использовать кодирование с широким спектром частот, очень простое в осуществлении. И наоборот, при высокой скорости передачи важно не расширять спектр частот, чтобы, с одной стороны, эффективно отфильтровать шум в приемнике, а с другой – упростить структуру усилительных схем и схем восстановления частоты синхроимпульсов.

Кодирование информации [5]:

Согласно заданию на курсовой проект, нам нужно использовать двухфазный код типа S или RZ-S или модифицированный манчестерский код, правила кодирования приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Спектральные плотности кодов передачи (рис. 1):

Спектральные плотности основных кодов передачи. Рис 1. [1, стр. 379]

Определение требуемой ширины полосы частот ФП и длительности тактового интервала

Зная скорость передачи информации В, найдем длительность тактового интервала:

При заданном типе кодирования сигнала, ширина полосы частот фотоприемного устройства будет равна (таблица 1, приложение):

Таким образом, ширина полосы частот фотоприемного устройства должна превышать