АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

ФАКУЛЬТЕТ РАДИОТЕХНИКИ И СВЯЗИ

Кафедра «АВТОМАТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ»

УТВЕРЖДАЮ

Декан ФРТиС С.А. Дюсенов

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

по дисциплине «Волоконно – оптические системы передачи»

для студентов специальности

3802 Многоканальные телекоммуникационные системы

Курс - 5

Семестр – 9

Всего – 76 часов

Аудиторные занятия – 60 часов

Лекции – 34 часа

Лабораторные занятия – 26 часов

Самостоятельная работа – 16 часов

Семестровая работа – 9 семестр

Зачет – 9 семестр

Экзамен – 9 семестр

Алматы 2000 г.

1. Цели и задачи дисциплины

Целью преподавания дисциплины «Волоконно – оптические системы передачи» является изложение физических принципов распространения излучения в элементах волоконной оптики; принципов построения, разработки и эксплуатации многоканальных систем передачи. В курсе раскрывается роль этих систем в организации сети связи станы и задачи инженеров, разрабатывающих и эксплуатирующих эти системы.

При изучении дисциплины «Волоконно – оптические системы передачи» студенты усваивают физическую сущность явлений, происходящих при передаче информации оптическими сигналами, их математической трактовке, принципов действия технических устройств, используемых в волоконно – оптических системах передачи, аппаратуру этих систем; принципы построения первичной сети; организация технической эксплуатации; методы преобразования и кодирования сигналов и методы их обработки.

В настоящей программе комплексно рассматриваются все основные элементы волоконно – оптических сетей: оптические волокна, источники и приемники оптического излучения, пассивные элементы волоконно – оптических трактов, оконечные узлы и ретрансляторы, а также измерения и испытания оптических кабелей.

Основополагающими дисциплинами при изучении курса «Волоконно – оптические системы передачи» являются: высшая математика, физика, теория электрических цепей, теория электрической связи, промышленная электроника, линии связи, многокнальные системы передачи.

Дисциплина «Волоконно – оптические системы передачи» является заключительной. Материал этой дисциплины используется студентами во время выполнения дипломных проектов в соответствии с конкретными темами в дальнейшей практической деятельности.

2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

2.1 Содержание лекционного курса

Введение – 1 час

Место и роль волоконно – оптических систем передачи и сетей в системе и сетей в системе связи. Цели и задачи дисциплины. Содержание и последовательность изучения курса. Рекомендуемая литература.

2.1.1 Основы теории распространения излучения в волоконных оптических волноводах – 5 часов.

Физические процессы, лежащие в основе распространения электромагнитной энергии по диэлектрическим волноводам. Основные законы падения электромагнитной волны на границу раздела двух сред. Профили показателей преломления световодов. Основные параметры световодов: числовая апертура, коэффициент затухания, полоса пропускания.

Способы описания распространения излучения в элементах волоконной оптики: электродинамический и квазиоптический. Условие применимости каждого способа.

Электродинамика распространения энергии по световодам. Лучевой способ описания распространения излучения по световодам. Классификация лучей по выполнению условия полного внутреннего отражения; направляемые, рефрагирующие и вытекающие лучи.

Моды световодов: фазовое условие существования мод. Обобщенный частотный параметр (нормированная частота) – комплексная характеристика световодов. Критические частоты и число мод градиентных и ступенчатых волокон. Способы получения одномодового режима. Метод модово – лучевой эквивалентности.

Затухание излучения в световодах: собственное затухание, рэлеевское рассеяние на микрочастицах. Пути снижения потерь.

Модовая, волноводная и материальная дисперсия световодов. Пути расширения полосы пропускания оптических волокон.

Понятие регулярных и нерегулярных волоконных световодов. Основные виды нерегулярностей: изгиб, микроизгибы, стык-разрыв, поверхностно- нерегулярные световоды и т. п. Потери излучения на нерегулярностях. Температурная чувствительность регулярных и нерегулярных волоконных световодов.

2.1.2 Источники излучения и фотоприемники – 4 часа.

Требования, предъявляемые к источникам излучения. Когерентные и некогерентные источники излучения.

Светодиоды на основе p – n перехода. Основные параметры. Инжекционные и полупроводниковые лазеры. Газовые лазеры. Характеристики излучения лазеров.

Модуляция излучения ВОЛС. Модуляционная характеристика источников излучения.

Принцип действия приемников излучения на основе внутреннего фотоэффекта. Вентильный и фотодиодный режими работы фотоприемников на основе p-i-n структуры. Параметры и характеристики фотодиодов. Лавинные фотодиоды.

Шумы фотодиодов: тепловой, дробовый ( генерационно-рекомбинационный), фликкер (1/f), радиационный.

2.1.3 Пассивные элементы волоконно – оптических трактов – 2

часа.

Устройства ввода и вывода оптических волокон. Расчет эффективности ввода излучения в световод. Пути повышения эффективности ввода.

Соединение оптических волокон. Расчет потерь на стыках световодах. Способы соединения световодов: неразъемные, разъемные, сварка.

2.1.4 Оконечные узлы волоконно – оптических трактов – 4 часа.

Передатчики: требования, структурная схема.

Приемники: требования, структурная схема. Определение необходимой оптической мощности для обеспечения заданного отношения сигнал/шум и требуемого коэффициента ошибок.

2.1.5 Волоконно – оптические системы передачи – 4 часа.

Структурная схема волоконно – оптической системы передачи с ИКМ. Классификация ВОСП: цифровые и аналоговые; магистральные, внутризоновые, городские и внутриобъектовые ВОСП. Оборудование цифровых и аналоговых линейных трактов оконечных и промежуточных станций. Определение длины регенерационых участков.

Передающие и приемные оптоэлектронные модули, структурные схемы, основные параметры и характеристики: рабочая длина волны, полоса пропускания, скорость передачи, спектральные характеристики и т.п. Параметры отечественных и зарубежных модулей.

Методы модуляции и демодуляции оптической несущей. Аналоговая и цифровая модуляция излучения интенсивности.

Методы разделения оптических сигналов. Спектральное и временное разделение, комбинирование методов разделения. Переходные помехи в системах с разделением оптических стволов и их оценка.

Помехи в волоконно – оптических линейных трактах. Квантовые, тепловые и модовые шумы, их влияние на помехозащищенность аналоговых и цифровых оптических сигналов.

2.1.6 Линейные тракты цифровых и волоконно – оптических систем передачи – 6 часов.

Коды в линии цифровых ВОСП: их основные параметры, общие требования, сравнительная характеристика применяемых линейных кодов. Структурные схемы передающих и приемных преобразователей кодов.

Построение линейных регенераторов. Структурные схемы оптимальных и квазиоптимальных приемников цифровых оптических сигналов при прямом фотодетектировании, оценка их помехоустойчивости.

Оценка помехоустойчивости систем со спектральным разделением цифровых стволов.

Дисперсионные искажения и их влияние на ограничение скорости передачи.

2.1.7 Аппаратура цифровых ВОСП – 6 часов.

Аппаратура систем передачи «Соната-2», «Сопка-2,3». Технические характеристики, состав оборудования, особенности проектирования и эксплуатации. Аппаратура SDH как техническая база ВОСП. Мультиплексоры и аппаратура оперативного переключения.

2.1.8 Проектирование каналов ВОСП – 2 часа.

Проектирование линейных трактов цифровых ВОСП, расчет длины участка регенерации. Особенности технической эксплуатации ВОСП.

Заключение.

Перспективы развития ВОСП.

2.2 Перечень лабораторных работ.

2.2.1 Измерение характеристик оптического волокна - 4 сследование светопропускания изогнутого многомодового волоконного световода – 4 часа

2.2.2 Исследование затухания излучения в поверхностно-нерегулярном волоконном световоде – 4 часа.

2.3 Тематика семестрового задания (РГР).

2.3.1 Расчет основных параметров многомодового световода заданного профиля. Расчет параметров одномодового световода – 10 часов.

Список литературы.

1. Бутусов М.М., Верник С.М. и др. Волоконно – оптические системы передачи. М.:Радио и связь, 1992 – 416 с.

2. Бутусов М.М. Волоконная оптика и приборостроение. М.: Машиностроение, 1987.

3. Гроднев И.И. Одномодовая связь по оптическим кабелям. Учебное пособие. М,: МИС, 1990.

4. Снайдер А., Лав Дж. Теория оптических волноводов. М.: Радио и сввязь, 1987.

5. Замрий А.А., Мауленов О.М. Волоконно – оптические передачи. Конспект лекций. – Алматы: АЭИ 1994

Рабочая программа рассмотрена и одобрена на заседании кафедры «Автоматическая электросвязь» . 200 г., протокол №

Рабочую программу составил доцент кафедры АЭС Байкенов А.С.

Зав. Кафедрой АЭС