APD中噪聲的分析與仿真設(shè)計(jì)

./課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生__專業(yè)__指導(dǎo)工作單位：題目:APD中噪聲的分析與仿真初始條件：計(jì)算機(jī)、optisystem軟件要求完成的主要任務(wù):〔包括課程設(shè)計(jì)工作量與其技術(shù)要求,以與說明書撰寫等具體要求〕1、課程設(shè)計(jì)工作量：2周技術(shù)要求：〔1〕學(xué)習(xí)optisystem軟件?！?〕設(shè)計(jì)一光通信系統(tǒng),觀察APD中噪聲對(duì)系統(tǒng)的影響〔3〕對(duì)光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行optisystem軟件仿真工作。2、查閱至少5篇參考文獻(xiàn)。按《XX理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)工作規(guī)X》要求撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告書。全文用A4紙打印,圖紙應(yīng)符合繪圖規(guī)X。時(shí)間安排：2010.1.11集中,做課設(shè)具體實(shí)施安排和課設(shè)報(bào)告格式要求說明。2010.1.11-12查閱相關(guān)資料,并復(fù)習(xí)所設(shè)計(jì)內(nèi)容的基本理論知識(shí)。2010.1.13-21學(xué)習(xí)optisystem軟件,對(duì)光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真工作,完成課設(shè)報(bào)告的撰寫。2010.1.22提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告,并進(jìn)行答辯。指導(dǎo)教師簽名：年月日系主任〔或責(zé)任教師〕簽名：年月日摘要OptiSystem是一款創(chuàng)新的光通訊系統(tǒng)模擬軟件包,它集設(shè)計(jì)、測(cè)試和優(yōu)化各種類型寬帶光網(wǎng)絡(luò)物理層的虛擬光連接等功能于一身,從長(zhǎng)距離通訊系統(tǒng)到LANS和MANS都使用。一個(gè)基于實(shí)際光纖通訊系統(tǒng)模型的系統(tǒng)級(jí)模擬器,OptiSystem具有強(qiáng)大的模擬環(huán)境和真實(shí)的器件和系統(tǒng)的分級(jí)定義。它的性能可以通過附加的用戶器件庫(kù)和完整的界面進(jìn)行擴(kuò)展,而成為一系列廣泛使用的工具。全面的圖形用戶界面控制光子器件設(shè)計(jì)、器件模型和演示。本次課程設(shè)計(jì)就是利用該軟件分析APD中噪聲對(duì)系統(tǒng)的影響并調(diào)試仿真。關(guān)鍵字：光檢測(cè)器光纖仿真誤碼率AbstractOptiSystemisaninnovativeopticalcommunicationsystemsimulationpackage,whichcombinesdesign,testandoptimizealltypesofbroadbandopticalnetworkphysicallayerfunctionssuchasvirtualopticalconnectioninone,fromthelong-distancecommunicationsystemstoLANSandMANSuse.Anopticalfibercommunicationsystemmodelbasedontheactualsystem-levelsimulator,OptiSystemapowerfulsimulationenvironmentandrealcomponentsandsystemsforgradingdefinitions.Itsperformancecanbeattachedtotheuserdeviceinterfacelibraryandacompleteexpansion,buthavebecomeawidelyusedtool.Acomprehensivegraphicaluserinterfaceforcontrolofphotonicdevicedesign,devicemodelsandpresentations.ThecoursedesignistheuseofthesoftwareanalysisofAPDintheimpactofnoiseonthesystemanddebugthesimulation.Keywords:OpticaldetectorOpticalfibersimulationerrorrate緒論OptiSystem是加拿大Optiwave公所制作的一種目前國(guó)際上常用的光通信系統(tǒng)模擬軟件,它包括了設(shè)計(jì),測(cè)量,和優(yōu)化多種類型的告訴光網(wǎng)絡(luò)物理層傳輸特性的基本功能,可以應(yīng)用于對(duì)長(zhǎng)距離通信系統(tǒng)的仿真分析。作為一個(gè)系統(tǒng)級(jí)的模擬系統(tǒng),其具有較完備的光線通信系統(tǒng)中常用元件的元器件模型庫(kù),并具有較好的模擬環(huán)境和實(shí)際情況接近的元器件和系統(tǒng)的分級(jí)定義,可以較好的幫助用戶在仿真實(shí)驗(yàn)過程中得到與實(shí)際系統(tǒng)更貼近的認(rèn)識(shí)。OptiSystem是一款創(chuàng)新的光通訊系統(tǒng)模擬軟件包,它集設(shè)計(jì)、測(cè)試和優(yōu)化各種類型寬帶光網(wǎng)絡(luò)物理層的虛擬光連接等功能于一身,從長(zhǎng)距離通訊系統(tǒng)到LANS和MANS都使用。一個(gè)基于實(shí)際光纖通訊系統(tǒng)模型的系統(tǒng)級(jí)模擬器,OptiSystem具有強(qiáng)大的模擬環(huán)境和真實(shí)的器件和系統(tǒng)的分級(jí)定義。它的性能可以通過附加的用戶器件庫(kù)和完整的界面進(jìn)行擴(kuò)展,而成為一系列廣泛使用的工具。全面的圖形用戶界面控制光子器件設(shè)計(jì)、器件模型和演示。巨大的有源和無源器件的庫(kù)包括實(shí)際的、波長(zhǎng)相關(guān)的參數(shù)。參數(shù)的掃描和優(yōu)化允許用戶研究特定的器件技術(shù)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。因?yàn)槭菫榱朔舷到y(tǒng)設(shè)計(jì)者、光通訊工程師、研究人員和學(xué)術(shù)界的要求而設(shè)計(jì)的,OptiSystem滿足了急速發(fā)展的光子市場(chǎng)對(duì)一個(gè)強(qiáng)有力而易于使用的光系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具的需求。優(yōu)點(diǎn)·投資風(fēng)險(xiǎn)大幅度降低,快速投入市場(chǎng)·快速、低成本的原型設(shè)計(jì)·系統(tǒng)性能的全面認(rèn)識(shí)·輔助設(shè)計(jì)容差參數(shù)的參數(shù)靈敏性評(píng)估·面向用戶的直觀的設(shè)計(jì)選項(xiàng)和腳本·直接存取大規(guī)模的系統(tǒng)特征數(shù)據(jù)·自動(dòng)的參數(shù)掃描和優(yōu)化應(yīng)用OptiSystem允許對(duì)物理層任何類型的虛擬光連接和寬帶光網(wǎng)絡(luò)的分析,從遠(yuǎn)距離通訊到MANS和LANS都適用。OptiSystem軟件主要由元件庫(kù),系統(tǒng)框圖編輯器和仿真結(jié)果演示模塊等幾部分組成。仿真軟件的有效性很大程度上取決于元件模塊能否再現(xiàn)真實(shí)期間的實(shí)際特性。OptiSystem元件庫(kù)中包含了超過200中的被仔細(xì)測(cè)試過的元件模型,并與實(shí)際應(yīng)用的結(jié)果進(jìn)行了比較。同時(shí),很多元件模型還可以讓用戶以實(shí)際的器件中測(cè)量得到的參數(shù)去設(shè)置元件的參數(shù),以得到與實(shí)際更相吻合的結(jié)果。除了系統(tǒng)提供的元件外用戶還可以基于子系統(tǒng)與自定義庫(kù),或者利用第三方軟件來聯(lián)合模擬,創(chuàng)建新的元件,從而可以大大擴(kuò)展該系統(tǒng),的應(yīng)用領(lǐng)域。在光通信系統(tǒng)中,光信號(hào)和電信號(hào)混合存在,器件庫(kù)中Optisystem可以處理混合信號(hào)格式。對(duì)于各種元件模型,Optisystem可以根據(jù)模擬所需的精度和效率來自動(dòng)選擇合適的算法進(jìn)行計(jì)算。如果系統(tǒng)結(jié)構(gòu)決定了能夠?qū)蓚€(gè)元件同時(shí)進(jìn)行計(jì)算,那么該軟件還能夠在不同的線程中對(duì)其進(jìn)行并行計(jì)算。APD光檢測(cè)器光檢測(cè)器又稱光探測(cè)器或光檢波器,按作用原理又可分為熱器件和光子器件。光纖通信系統(tǒng)采用光譜很窄的單色光源,要求檢測(cè)器具有波長(zhǎng)選擇性,故光纖通信系統(tǒng)的檢測(cè)器都采用光子器件,光纖通信系統(tǒng)的接收機(jī)都采用光伏型光檢測(cè)器——結(jié)型光電二極管。隨著光通信技術(shù)的迅速發(fā)展,作為光纖通信技術(shù)重要組成部分的高速光信號(hào)檢測(cè)技術(shù)近些年也得到了長(zhǎng)足發(fā)展。高速光檢測(cè)器是數(shù)字光纖通信接收機(jī)的核心器件,是光接收機(jī)前端以與光信號(hào)和電信號(hào)轉(zhuǎn)換界面不可缺少的組成部分,光檢測(cè)器在光接收機(jī)中的作用是將收到的微弱光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。光檢測(cè)器性能的好壞直接影響光接收機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)。隨著光通信技術(shù)的飛速發(fā)展,作為光纖通信重要組成部分的高速高靈敏度的光檢測(cè)器和光接收機(jī)將發(fā)揮更加重要的作用。光檢測(cè)器分為PIN光檢測(cè)器和APD光檢測(cè)器,PIN光檢測(cè)器由較高摻雜的P區(qū),N區(qū)和半導(dǎo)體本征區(qū)組成。當(dāng)加上反偏電壓時(shí)。其內(nèi)部產(chǎn)生耗盡層,當(dāng)光子能量大于半導(dǎo)體禁帶寬度的光入射到器件表面時(shí),將產(chǎn)生電子——空穴對(duì)。在外加電場(chǎng)作用下形成光生電流。PIN光檢測(cè)器具有很低的噪聲,但不能放大信號(hào)。Am在反向偏置電壓下。光生的載流子在耗盡層會(huì)由于碰撞產(chǎn)生雪崩增益。從而導(dǎo)致光信號(hào)被放大。PIN對(duì)光信號(hào)無放大功能。與PIN光檢測(cè)器相比,APD由于雪崩增益而使器件的帶寬有所下降,但APD的靈敏度比PIN高。光纖通信1．3～1．6腳長(zhǎng)波長(zhǎng)使用的APD結(jié)構(gòu)稱為SAGM,它是一種異質(zhì)結(jié)構(gòu),能改善光檢測(cè)器的許多特性,增益高,噪聲低而被廣泛使用。APD光檢測(cè)器的噪音分析2.1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容利用Optisystem設(shè)計(jì)一光通信系統(tǒng),測(cè)試ADP光檢測(cè)器中的噪聲對(duì)系統(tǒng)的影響,并且進(jìn)行仿真。2.2系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置1.新建一個(gè)項(xiàng)目,點(diǎn)擊空白頁面,將BITRATE改為10Gb/s。方法：File-New；如圖1。圖1：新建項(xiàng)目2.搭建直接調(diào)制系統(tǒng),如圖2。圖2：光纖數(shù)字直接調(diào)制系統(tǒng)仿真框圖該系統(tǒng)所用到的光電元件與其所在的目錄路徑為：<1>.TransmittersLibrary-BitSequenceGenerators-PseudoRandomBitSequenceGeneratou<偽隨機(jī)碼產(chǎn)生器>用于產(chǎn)生系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)碼流,其輸出為數(shù)字類型的數(shù)據(jù)。<2>.TransmittersLibrary-PulseGenerators-NRZPulseGenerators<NRZ脈沖產(chǎn)生器>其以偽隨機(jī)碼產(chǎn)生器的輸出為輸入,將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為非歸零碼形式的電脈沖信號(hào)。<3>.TransmittersLibrary-OpticalSource-DirectlyModulatedLaserMeasured<直接調(diào)制激光器>其以NRZ脈沖產(chǎn)生器的輸出為輸入,在輸入調(diào)制信號(hào)驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生非歸零碼形式的光脈沖信號(hào)。<4>.OpticalFibersLibrary-OpticalFiber<光纖>用于連接光發(fā)射機(jī)和光接收機(jī),其輸入,輸出均為光信號(hào)。<5>.ReceiversLibrary-Photodetectors-PhotodetectorAPD<APD光檢測(cè)器>以光纖的輸出為輸入,將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。<6>.FiltersLibrary-Electrical-LowPassBesselFilter<低通貝塞爾濾波器>以APD光檢測(cè)器的輸出為輸入,對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行低通濾波。<7>.VisualizerLibrary-Electrical-BERAnalyzer<誤碼率分析儀>其3個(gè)輸入端口分別輸入發(fā)射端的數(shù)字序列、發(fā)射端的調(diào)制信號(hào)和傳輸后的接收端的判決電路輸入前的模擬信號(hào)。該模塊可根據(jù)有關(guān)輸入進(jìn)行誤碼率的分析和眼圖分析。因此它也具有一定的時(shí)域信號(hào)的分析能,這里我們也用它來測(cè)量接收機(jī)端的信號(hào)時(shí)域波形。3.設(shè)置非歸零碼脈沖生成器的上升時(shí)間和下降時(shí)間,如圖3。圖3：非歸零碼脈沖生成器的上升時(shí)間和下降時(shí)間設(shè)置為0.15bit4.設(shè)定接收機(jī)的靈敏度與噪聲特性,如圖4。將APD光檢測(cè)器的Thermalnoise設(shè)置為8.8*W/Hz。圖4：設(shè)置APD光檢測(cè)器的噪聲3．系統(tǒng)仿真圖3.1噪聲為8.8*W/Hz是的仿真圖,如圖5。圖5：噪聲為8.8*W/Hz是的仿真圖3.2.噪聲為8.8*W/Hz是的仿真圖,如圖6。圖6：噪聲為8.8*W/Hz是的仿真圖3.3噪聲為8.8*W/Hz是的仿真圖,如圖7。圖7：噪聲為8.8*W/Hz是的仿真圖圖5,圖6,圖7均為誤碼率分析儀上疊加了噪聲的眼圖,這樣更加便于觀察和分析色散造成的影響。由以上三圖可以得出,當(dāng)APD光檢測(cè)器的噪聲的噪聲越來越大時(shí),誤碼率分析儀的眼圖越來越雜亂,甚至看不見了。由此可知,降低光檢測(cè)器的噪聲勢(shì)在必行。小結(jié)本次課程設(shè)計(jì)是利用光學(xué)設(shè)計(jì)仿真軟件Optisystem進(jìn)行光通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì),利用Optisystem強(qiáng)大的圖像和仿真功能,觀察APD光檢測(cè)器中的噪聲對(duì)整個(gè)光通信系統(tǒng)的影響。同時(shí),了解了光通信系統(tǒng)的基本原理和APD光檢測(cè)器的工作過程,基本熟悉了Optisystem的設(shè)計(jì)與仿真。本次課設(shè)又是一種新款的光學(xué)設(shè)計(jì)仿真軟件,通過這幾天的學(xué)習(xí),并通過自己的實(shí)踐操作,對(duì)Optisystem這款軟件有了相