Skip to main content
SUPERVISOR
Abolghasem Zeidaabadi Nezhad,Asghar Gholami
ابوالقاسم زیدابادی نژاد (استاد مشاور) اصغر غلامی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mahdi Malekane rad
مهدی ملکانه راد

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389
Increasing demand of high speed digital services, increases the use of optical communication systems. Optical transmitter, optical fiber as communication channel and optical receiver are three main parts of these systems. Short haul and long haul optical communication are as application area. Local Area Network (LAN) is one of the short haul applications that provides the capability of high speed connection between different parts of the network. With increasing the data rate, Gigabit Ethernet (GbE) network protocol has been introduced and its primary standard has adjusted by IEEE for optical fiber networks. 1000Base-Sx part describes the characteristics of optical fiber transceiver based on Multimode Optical Fiber (MMF) at 770 to 860nm wavelength for 220 to 550m distances. In this thesis, design and implementation of optical receiver based on 1000Base-SX part of IEEE802.3Z standard of GbE networks is described. Because of low cost optical elements at 850nm, the use of this wavelength is common. The use of Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL) is common as light source in the transmitter of short haul optical communication systems. VCSEL driver modulates the digital signal on the VCSEL output optical power. So, the input digital signal is transmitted as the VCSEL light intensity fluctuations. Optical signal is transmitted by MMF and reaches to the optical receiver. Photodiode converts the optical signal to the electrical current signal. Due to losses in the channel and connectors, the received current intensity is low and can be strongly affected by noise. Amplifiers amplify and convert the current to the voltage signal. In the implemented system, appropriate high frequency transmission lines are needed to transmit high speed signals. Scattering parameters of transmission lines have simulated by Advanced Design System (ADS) software and their dimensions are optimized for minimum reflection and good impedance matching between input and output ports. The measurement results of implemented optical receiver show that at 4.25 Gb/s bit rate and received optical power less than -17.7dBm, output signal eye diagram have good quality and pass the GbE eye diagram mask. Bit Error Rate (BER) test at 4.25Gb/s bit rate, 1000m fiber length, -9.3dBm transmitter power and -13.66dBm received power is done to determines the receiver sensitivity. The implemented optical receiver has the sensitivity better than -13.66dBm with the BER less than 10 -12 . Keywords: Optical receiver, Photodiode, Limiting amplifier, Sensitivity, BER
تقاضای روزافزون برای خدمات دیجیتالی سرعت بالا، لزوم استفاده از سیستم‌های مخابرات نوری را افزایش داده است. این سیستم‌ها از سه بخش فرستنده‌ی نوری، فیبر نوری بعنوان کانال ارتباطی و گیرنده‌ی نوری تشکیل شده‌اند. بر حسب نیاز، این سیستم‌ها در دو حوزه‌ی مخابرات نوری برد بلند و برد کوتاه گسترش یافته‌اند. یکی از کاربردهای مخابرات نوری برد کوتاه، شبکه‌های محلی LAN است که امکان برقراری ارتباط سریع را بین بخش‌های مختلف شبکه فراهم کرده است. با افزایش سرعت انتقال داده در این سیستم‌ها و رسیدن به 1Gb/s، پروتکل شبکه‌ی Gigabit Ethernet معرفی شده و استاندارد اولیه‌ی آن برای شبکه‌های فیبر نوری با نام IEEE802.3Z توسط IEEE تنظیم شده است. بخش 1000Base-SX این استاندارد، مشخصات‌ سیستم فرستنده-گیرنده‌ی‌‌‌‌‌‌ ‌نوری را با استفاده از فیبر نوری چندمودی بیان می‌کند که در طول موج 770 تا 860 نانومتر و فواصل 220 تا 550‌ متر بکار می‌رود. در این پایان‌نامه یک گیرنده‌‌‌‌‌ی نوری مبتنی بر بخش 1000Base-SX استاندارد IEEE802.3Z شبکه‌های Gigabit Ethernet طراحی و پیاده‌سازی شده است. بعلت وجود المان‌های نوری ارزان قیمت در طول موج 850 نانومتر، استفاده از این طول موج رایج شده است. سیستم ساخته شده در طول موج 850 نانومتر با استفاده از فیبر نوری چندمودی، برای فاصله‌ی 550 متر بکار می‌رود. در بخش فرستنده‌ی نوری سیستم‌های مخابرات نوری برد کوتاه، استفاده از لیزرهای نیمه‌هادی نوع VCSEL رایج شده است. سیگنال داده‌ی دیجیتال، بر روی جریان VCSEL مدوله شده و بدین‌ترتیب، تغییرات سیگنال دیجیتال ورودی در قالب تغییرات شدت نور لیزر ارسال می‌شود. نور لیزر توسط فیبر نوری چندمودی منتقل شده و به گیرنده‌ی نوری می‌رسد. دیود نوری در گیرنده، تغییرات شدت نور لیزر را به تغییرات جریان الکتریکی تبدیل می‌کند. با توجه به توان نوری کم رسیده به گیرنده، دامنه‌ی تغییرات جریان تولیدی کم بوده و به‌شدت می‌تواند تحت تأثیر نویز قرار گیرد. تقویت‌کننده‌های مورد استفاده، این جریان را به ولتاژ تبدیل کرده و تقویت می‌کنند. در طرح پیاده‌سازی‌شده، از خطوط انتقال فرکانس بالای مناسب جهت انتقال سیگنال سرعت بالا استفاده شده است. پارامترهای پراکندگی این خطوط توسط نرم‌افزار ADS شبیه‌سازی شده و بر اساس آن، ابعاد مناسب خطوط طوری تعیین گردیده تا سیگنال عبوری از خطوط، حداقل بازتاب ممکن را داشته و تطبیق امپدانس مناسب بین دهانه‌های ورودی و خروجی فراهم شود. نتایج حاصل از اندازه‌گیری گیرنده‌ی نوری ساخته‌شده نشان می‌دهد که در سرعت 4.25Gb/s، به ازای توان نوری دریافتی بیشتر از -17.7dBm در ورودی گیرنده، دیاگرام چشمی سیگنال خروجی، کیفیت خوبی داشته و ماسک دیاگرام چشمی استاندارد را رعایت می‌کند. تست BER برای تعیین حساسیت در شرایط نرخ بیت 4.25Gb/s، طول فیبر 1000 متر، توان فرستنده -9.3dBm و توان دریافتی در گیرنده -13.66dBm انجام گرفته است. در این تست انتقال داده‌ی دیجیتال بین فرستنده و گیرنده به مدت 40دقیقه صورت گرفته و تعداد 1.0352×10 13 بیت در خروجی گیرنده بدون خطا دریافت شده است. بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که گیرنده‌ی نوری ساخته شده دارای حساسیت -13.66dBm با نرخ خطای بیت کمتر از 10 -12 می‌باشد. کلمات کلیدی: گیرنده‌ی نوری، دیود نوری، تقویت‌کننده‌ی محدودگر، حساسیت، BER.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی