Luận Văn Nghiên cứu miền công tác của các photodiode trong hệ thống thông tin quang tốc độ cao

TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu miền công tác của các photodiode trong hệ thống thông tin quang tốc độ cao
Information
[TABLE]
[TR]
[TD="width: 5%"][/TD]
[TD="width: 90%"]Mục lục

Chữ viết tắt và ký hiệu 3
Danh sách các hình vẽ 6
LờI CảM ƠN 8
Lời nói đầu 9
Chương 1. Các phần tử biến đổi quang - điện trong hệ thống thông tin quang 12
1.1. Tổng quan về cấu trúc cơ bản và nguyên lý hoạt động của hệ thống thông tin quang 12
1.1.1. Cấu trúc cơ bản của hệ thống thông tin quang 12
1.1.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống thông tin quang 13
1.2. Các phần tử biến đổi quang-điện 13
1.2.1. Một số yêu cầu đối với các phần tử biến đổi quang-điện 13
1.2.2. PIN-Photodiode 14
1.2.3. Diode quang thác APD 16
1.2.4. Đặc tuyến tĩnh của APD & PIN-Photodiode 17
chương 2. mô hình toán học của các photodiode hoạt động ở tốc độ cao 20
2.1. Các yếu tố xác lập đặc tính động của PIN–Photodiode và APD 20
2.2. Sơ đồ điện tương đương của PIN – Photodiode và APD 21
2.3. Mô hình toán học của PIN – Photodiode và APD 22
2.3.1. Mô hình truyền dẫn tín hiệu 22
2.3.2. Mô hình nhiễu 23
chương 3. Các tham số truyền dẫn của các photodiode hoạt động ở tốc độ cao 26
3.1. Hệ số khuyếch đại của APD 26
3.2. Hàm truyền dẫn của PIN- Photodiode và APD 26
3.2.1. Hàm truyền dẫn của PIN- Photodiode 26
3.2.2. Hàm truyền dẫn của APD 27
3.3. Hàm trọng lượng của PIN- Photodiode và APD 27
3.3.1. Hàm trọng lượng của PIN- Photodiode 27
3.3.2. Hàm trọng lượng của APD 28
3.4. Hàm quá độ của PIN- Photodiode và APD 28
3.5. Tín hiệu ra của PIN – Photodiode và APD 28
3.5.1. Truyền dẫn analog 29
3.5.2. Truyền dẫn số 31
3.6. Nhiễu của PIN – Photodiode và APD 34
3.6.1. Nhiễu và phân loại nhiễu trong PIN-Photodiode và APD 34
3.6.2. Công suất các nhiễu trong PIN-Photodiode và APD 36
3.7. Tỷ số tín hiệu trên nhiễu 44
3.7.1. Một số khái niệm cơ bản 44
3.7.2. Truyền dẫn analog 45
3.7.3. Truyền dẫn số 48
chương 4. miền công tác của các photodiode 54
4.1 Các điều kiện để xác định miền công tác của các Photodiode 54
4.2. Miền công tác của các Photodiode trong truyền dẫn analog 57
4.3. Miền công tác của các Photodiode trong truyền dẫn số 59
4.4. Ví dụ tính toán miền công tác của các Photodiode 62
4.4.1. Miền công tác của các Photodiode trong truyền dẫn analog 62
4.4.2. Miền công tác của các Photodiode trong truyền dẫn số 66
Kết luận và kiến nghị 72
1. Kết luận 72
2. Kiến nghị 74
Tài liệu tham khảo 75
Phụ lục A: Chương trình tính toán miền công tác của photodiode 76
A.1. Lựa chọn ngôn ngữ lập trình 76
A.2. Giới thiệu chương trình tính toán 77
A.3. Tính toán miền công tác của Photodiode 81
A.3.1. Miền công tác của các Photodiode trong truyền dẫn analog 81
A.3.2. Miền công tác của các Photodiode trong truyền dẫn Digital 83
A.4 Một số hình ảnh mô tả kết quả tính toán 84
Phụ lục B. Chứng minh công thức (4-24) 87

Lời nói đầu
Ngày nay, thế giới đang bước sang kỷ nguyên của nền kinh tế tri thức, trong đó thông tin là động lực thúc đẩy sự phát triển của xã hội. Do đó, nhu cầu truyền thông ngày càng lớn với nhiều dịch vụ mới băng rộng và đa phương tiện trong đời sống kinh tế – xã hội của từng quốc gia cũng như kết nối toàn cầu.
Để đáp ứng được vai trò động lực thúc đẩy sự phát triển của kỷ nguyên thông tin, mạng truyền thông cần phải có khả năng truyền dẫn tốc độ cao, băng thông rộng, dung lượng lớn. Một trong giải pháp để tạo ra mạng truyền thông có khả năng truyền dẫn tốc độ cao hay băng rộng với dung lượng lớn và đa dịch vụ, đó là công nghệ truyền dẫn thông tin quang tốc độ cao.
Khi truyền dẫn tín hiệu có tốc độ cao hay băng tần rộng, thì quá trình biến đổi điện – quang của các phần tử phát quang (LED, LD) và quá trình biến đổi quang-điện của các phần tử thu quang (PIN-Photodiode, APD) không tuân theo đặc tuyến tĩnh của nó nữa, mà là hàm số của tần số (đó chính là quá trình biến đổi động của các phần tử phát và thu quang). Khi tốc độ truyền dẫn càng lớn và do đó tần số truyền dẫn của hệ thống càng cao, thì ảnh hưởng của quá trình biến đổi động của các phần tử phát và thu quang đến chất lượng truyền dẫn càng lớn.
Cũng như tất cả các hệ thống viễn thông khác, trong hệ thống thông tin quang một trong những tham số truyền dẫn có tính chất quyết định chất lượng của hệ thống, đó là tỷ số tín hiệu trên nhiễu (đối với truyền dẫn analog) hoặc BER (đối với truyền dẫn số). Để bảo đảm chất lượng truyền dẫn cho phép thì tỷ số tín hiệu trên nhiễu của hệ thống hệ thống thông tin quang (đối với truyền dẫn analog) cần phải lớn hơn một giá trị cho trước hoặc BER (đối với truyền dẫn số) cần phải nhỏ hơn một giá trị cho trước, các giá trị này đã được ITU-T khuyến nghị.
Tham số tỷ số tín hiệu trên nhiễu (đối với truyền dẫn analog) hoặc BER (đối với truyền dẫn số) của hệ thống hệ thống thông tin quang được xác định thông qua các phần tử phát quang, thu quang và sợi quang trong hệ thống. Để hệ thống bảo đảm tỷ số tín hiệu trên nhiễu (đối với truyền dẫn analog) lớn hơn một giá trị cho trước hoặc BER (đối với truyền dẫn số) nhỏ hơn một giá trị cho trước, trước hết các phần tử phát quang, thu quang và sợi quang trong hệ thống cũng phải bảo đảm tỷ số tín hiệu trên nhiễu (đối với truyền dẫn analog) lớn hơn một giá trị cho trước hoặc BER (đối với truyền dẫn số) nhỏ hơn một giá trị cho trước.
Khi truyền dẫn tín hiệu có tốc độ cao hay băng tần rộng, thì tỷ số tín hiệu trên nhiễu (đối với truyền dẫn analog) hoặc BER (đối với truyền dẫn số) của các bộ thu quang không chỉ là hàm số của các tham số cấu trúc mà còn là hàm số của các tham số tín hiệu truyền dẫn tại đầu vào các Photodiode (biên độ và tần số/tốc độ bit của ánh sáng tới).
Vì vậy, cần phải xem xét với điều kiện nào của tín hiệu truyền dẫn tại đầu vào các Photodiode trong các hệ thống thông tin quang tốc độ cao để tỷ số tín hiệu trên nhiễu của Photodiode (đối với truyền dẫn analog) lớn hơn một giá trị cho trước hoặc BER (đối với truyền dẫn số) nhỏ hơn một giá trị cho trước. Giải quyết vấn đề này, sẽ dẫn ta đến việc xác định miền công tác của các Photodiode.
Miền công tác của Photodiode là tập hợp các giá trị (các tham số) của tín hiệu đầu vào Photodiode trong các hệ thống thông tin quang tốc độ cao để tỷ số tín hiệu trên nhiễu của Photodiode (đối với truyền dẫn analog) lớn hơn một giá trị cho trước hoặc BER (đối với truyền dẫn số) nhỏ hơn một giá trị cho trước.
Do đó, việc nghiên cứu xác định được miền công tác của các Photodiode trong hệ thống thông tin quang tốc độ cao là một vấn đề cấp thiết.
Để thực hiện mục tiêu đó, đề tài “Nghiên cứu miền công tác của các photodiode trong hệ thống thông tin quang tốc độ cao” đã được đặt ra và một chương trình máy tính xác định được miền công tác của các photodiode trong các hệ thống thông tin quang tốc độ cao. Trên cơ sở nghiên cứu đó, đề tài cung cấp các cơ sở khoa học, công cụ tính toán hỗ trợ cho các nhà tính toán thiết kế các hệ thống thông tin quang lựa chọn tối ưu các phần tử của hệ thống hay sử dụng hiệu quả các phần tử thông tin quang hiện có.
Để đạt được mục tiêu đó, đề tài đã thực hiện các nội dung chính sau đây:
- Các phần tử biến đối quang điện trong hệ thống thông tin quang
- Mô hình toán học của các photodiode hoạt động ở tốc độ cao
- Các tham số truyền dẫn của các photodiode hoạt động ở tốc độ cao
- Miền công tác của các photodiode hoạt động ở tốc độ cao
- Chương trình phần mềm xác định miền công tác của các photodiode hoạt động ở tốc độ cao[/TD]
[/TR]
[/TABLE]



​