№№ и названия разделов и тем | Цель и содержание лабораторной работы | Результаты лабораторной работы |
Лабораторная работа № 1. Исследование параметров волоконно-оптической линии передачи | ||
Раздел 2. Пассивные оптические компоненты | Иследование бюджета мощности волоконно-оптической линии передачи, работающей по одномодовому ступенчатому оптическому волокну (ОВ) на одной оптической несущей, без чирпа, на регенерационном участке (РУ) без линейных оптических усилителей (ОУ) и компенсаторов дисперсии. | Оределение длины регенерационного участка (РУ) для заданных параметров волоконно-оптической системы передачи, изучение зависимости бюджета мощности от скорости передачи информации в линии и определить максимально допустимую скорость передачи для данного РУ. |
Лабораторная работа № 2. Измерение параметров оптического усилителя | ||
Раздел 4. Электронные компоненты систем оптической связи | Исследование параметров оптических усилителей для систем со спектральным разделением каналов | Расчет отношения мощности оптического сигнала к мощности оптического шума в отдельных участках оптического тракта: на выходе передающего устройства, на входе и выходе первого оптического промежуточного усилителя, входе и выходе оптического промежуточного усилителя с оптическим мультиплексором ввода/вывода |
Тематика контрольной работы и методические указания по её выполнению
Контрольная работа состоит из двух задач, посвященных расчету параметров современных волоконно-оптических трактов. Варианты исходных данных к задачам студент выбирает по двум последним цифрам своего учебного шифра.
К выполнению контрольной работы рекомендуется приступать после изучения теоретической части курса в целом и подробного изучения разделов, рекомендованных в задачах. При выполнении контрольной работы следует привести исходные данные для каждой задачи в соответствии с вариантом, краткие пояснения, расчеты и схемы, предусмотренные методическими указаниями. Все схемы должны быть выполнены в графических редакторах. Результаты расчетов представляются в табличной форме, в соответствии с методическими указаниями.
Оформление контрольной работы выполняется на одной стороне стандартных листов А4, с использованием текстовых редакторов, в соответствии с требования по оформлению (14 шрифт, полуторный межстрочный интервал, поля справа – 3 см, слева – 3 см, сверху и снизу – 2 см). Листы должны быть сброшюрованы и пронумерованы. В конце контрольной работы необходимо привести список использованной литературы.
Проверенная и допущенная к защите контрольная работа предъявляется преподавателю на защите. Без защиты контрольной работы студент не допускается к сдаче экзамена.
Самостоятельная работа
Разделы и темы для самостоятельного изучения | Виды и содержание самостоятельной работы |
Основные сведения о технолгии АТМ. Исходные предпосылки создания. Назначение систем АТМ. Скорости передачи. Размер пакета. Стандартизация АТМ. Организация сети АТМ. Трафик АТМ и адресация сообщений. Модель B-ISDN и уровни АТМ. Взаимодействие уровней AAL, ATM и АТМ-сети. | Проработка учебного материала, работа с тестами и вопросами для самопроверки |
Ячейки АТМ. Уровни адаптации АТМ. Коммутация потоков АТМ ячеек. Использование сети АТМ в качестве магистральной. Взаимодействие сети АТМ и ЛВС. Отображение АТМ потокав ячеек на физическом уровне. | Проработка учебного материала, работа с тестами и вопросами для самопроверки |
Основы технологии WDM. Введение в технологию WDM. Модель взаимодействия транспортных технологий. Блок схема WDM. Узкополосные и широкополосные WDM. Канальный план. Классификация WDM на основе канального плана. Хараткеристики промышленных мультиплексоров WDM. | Проработка учебного материала, работа с тестами и вопросами для самопроверки |
Учебно-методическое обеспечение дисциплины
Литература
Основная:
1. Р. Фриман Волоконно-оптические системы связи. Издательство: Техносфера, 2003.
2. Убайдулаев -оптические сети. — М.: Эко-Трендз, 2002.
Дополнительная :
3. Волоконная оптика: теория и практика. - М.: Эко-Трендз, 2008. – 320 с.
4. Оптические волокна для линий связи / , , . - М.: ЛЕСАРарт, 20с.
5. Бакланов и диагностика систем связи. – М.: Эко-Трендз, 2001. – 264 с.
Материально-техническое и/или информационное обеспечение дисциплин:
1. Персональный компьютер с выходом в интернет
2. Моделирующая программа
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ СТУДЕНТОВ
Успешное освоение дисциплины предполагает активное, творческое участие студента путем планомерной и повседневной работы.
Изучение дисциплины следует начинать с проработки рабочей программы, особое внимание, уделяя целям, задачам, структуре и содержанию курса.
Самостоятельная работа студентов по изучению программных материалов дисциплины является основным видом учебных занятий.
Умение самостоятельно работать необходимо не только для успешного овладения курсом обучения, но и для творческой деятельности в учреждениях, учебных заведениях и т. д. Следовательно, самостоятельная работа является одновременно и средством, и целью обучения.
Основными видами самостоятельной работы студентов по курсу дисциплины являются:
- работа на лекциях;
- выполнение лабораторных работ;
- выполнение контрольной работы;
- самостоятельная работа над учебными материалами с использованием конспектов лекций и рекомендуемой литературы;
- групповые и индивидуальные консультации;
- подготовка к экзамену.
На лекциях излагаются лишь основные, имеющие принципиальное значение и наиболее трудные для понимания и усвоения теоретические и практические вопросы.
Теоретические знания, полученные студентами на лекциях и при самостоятельном изучении курса по литературным источникам, закрепляются при выполнении контрольной и лабораторных работ.
Целями проведения лабораторных работ являются:
- обучение студентов умению использовать имеющиеся шаблоны оформления;
- контроль самостоятельной работы студентов по освоению курса;
- обучение навыкам профессиональной деятельности.
Цели лабораторного практикума достигаются наилучшим образом в том случае, если выполнению практических работ предшествует определенная подготовительная внеаудиторная работа.
При выполнении контрольной работы обращается особое внимание на выработку у студентов умения пользоваться научно-технической литературой, грамотно выполнять и оформлять документацию.
Текущая работа над учебными материалами представляет собой главный вид самостоятельной работы студентов. Она включает обработку конспектов лекций путем систематизации материала, заполнения пропущенных мест, уточнения схем и выделения главных мыслей основного содержания лекции. Для этого используются имеющиеся учебно-методические материалы и другая рекомендованная литература.
Просмотрите конспект сразу после занятий, отметьте материал конспекта лекций, который вызывает затруднения для понимания. Попытайтесь найти ответы на затруднительные вопросы, используя рекомендуемую литературу.
Работу с литературой рекомендуется делать в следующей последовательности: беглый просмотр (для выбора глав, статей, которые необходимы по изучаемой теме); беглый просмотр содержания и выбор конкретных страниц, отрезков текста с пометкой их расположения по перечню литературы, номеру страницы и номеру абзаца; конспектирование прочитанного.
Регулярно отводите время для повторения пройденного материала, проверяя свои знания, умения и навыки по контрольным вопросам.
Если самостоятельно не удалось разобраться в материале, сформулируйте вопросы и обратитесь за помощью к преподавателю на консультации.
На групповых и индивидуальных консультациях студенты завершают уточнение учебных материалов применительно к подготавливаемым мероприятиям (экзамен, зачет, выполнение контрольной работы и др.).
Подготовка к зачету и экзамену осуществляется студентами самостоятельно.
методические рекомендации для преподавателей
Методический комментарий по данному блоку
Методика преподавания учебной дисциплины решает следующие основные задачи:
- определяет задачи обучения студентов;
- научно обосновывает содержание учебной программы, намечает последовательность ее изучения в комплексе с другими дисциплинами;
- определяет пути реализации принципов обучения при изучении дисциплины, формы и методы обучения;
- вырабатывает требования к методической подготовке преподавателей;
- изучает историю методики преподавания дисциплины;
- внедряет передовой опыт обучения;
- вырабатывает рекомендации по воспитанию обучаемых студентов в процессе изучения дисциплины.
В соответствии с этими задачами осуществляется отбор научного материала, его систематизация и переработка в интересах развития и совершенствования содержания учебной дисциплины.
Методика разработана применительно к утвержденной рабочей программе для студентов-заочников со сроком обучения 6 лет с учетом требований Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по специальности 190402 «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте» (АТС), и вооружает преподавателей необходимыми знаниями, способствует их внедрению в практику обучения и воспитания студентов.
Выбор методов проведения занятий обусловлен учебными целями, содержанием учебного материала, временем, отводимым на занятия.
На занятиях в тесном сочетании применяется несколько методов, один из которых выступает ведущим. Он определяет построение и вид занятий.
На лекциях излагаются лишь основные, имеющие принципиальное значение и наиболее трудные для понимания и усвоения теоретические и практические вопросы.
Теоретические знания, полученные студентами на лекциях и при самостоятельном изучении курса по литературным источникам, закрепляются при выполнении контрольной и лабораторных работ.
Целями проведения лабораторных работ являются:
- приобретение практических навыков работы с прикладными программами;
- контроль самостоятельной работы студентов по освоению курса;
- обучение навыкам профессиональной деятельности.
Цели лабораторного практикума достигаются наилучшим образом в том случае, если им предшествует определенная подготовительная внеаудиторная работа. Поэтому преподаватель обязан довести до всех студентов график выполнения лабораторных работ с тем, чтобы они могли заниматься целенаправленной самостоятельной работой.
Перед началом лабораторного занятия преподаватель должен удостовериться в готовности студентов к выполнению лабораторной работы путем короткого собеседования и проверки наличия у студентов журналов лабораторных работ.
Работы рекомендуется выполнять в той последовательности, в которой они написаны, потому что в некоторых работах используются элементы, полученные в предыдущей работе.
При выполнении контрольной работы обращается особое внимание на выработку у студентов умения пользоваться научно-технической литературой, оптимальными приемами работы с программными продуктами.
На занятиях со студентами должны широко использоваться разнообразные средства обучения, способствующие более полному и правильному пониманию темы лекции или лабораторного занятия, а также выработке практических навыков по работе с прикладным программным обеспечением.
К средствам обучения студентов относятся:
- речь преподавателя;
- технические средства обучения: - персональные компьютеры с установленным прикладным программным обеспечением;
- - учебники, учебные пособия, лекции в электронном виде.
Список учебно-методической литературы
Литература
Основная:
1. Р. Фриман Волоконно-оптические системы связи. Издательство: Техносфера, 2003.
2. Убайдулаев -оптические сети. — М.: Эко-Трендз, 2002.
Дополнительная :
3. Волоконная оптика: теория и практика. - М.: Эко-Трендз, 2008. – 320 с.
4. Оптические волокна для линий связи / , , . - М.: ЛЕСАРарт, 20с.
5. Бакланов и диагностика систем связи. – М.: Эко-Трендз, 2001. – 264 с.
Образец контрольной работы
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)
РОССИЙСКАЯ ОТКРЫТАЯ АКАДЕМИЯ ТРАНСПОРТА (РОАТ)
Факультет «Управление процессами перевозок»
Кафедра «Железнодорожная автоматика, телемеханика и связь »
Контрольная работа
по дисциплине
«Элементы устройств волоконно-оптических линий связи»
Выполнил:
Студент V курса спец. АТС
02-п/АТС-33883
Проверил:
Москва-2011
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ЛИНЕЙНОГО ТРАКТА ВОЛС
Задача №1
Расчет первичных параметров оптического волокна
Одномодовое оптическое волокно (ООВ) является направляющей системой для распространения электромагнитных волн. Для их распространения по световоду используется известное явление полного внутреннего отражения на границе двух диэлектрических сред п1 и п2, где п1- среда распространения волны НЕ11, ограниченная средой п2, при этом п1< п2 .
Средой распространения и ограничения является кварцевое стекло с различной концентрацией легирующих добавок для получения различных показателей преломления (ПП).
Исходные данные:
показатели преломления (ПП) п1 и п2, п1=1,4 и п2= 1,2.
Определим относительное значение ПП:
По оптоволокну эффективно передаются только лучи, заключенные внутри телесного угла θ, величина которого обусловлена углом полного внутреннего отражения. Этот телесный угол характеризуется числовой аппертурой
где 
- аппертурный угол падения луча
σ = arcsin 0,721 = 46,137°.
Для ООВ диаметр сердечника выбирается таким, чтобы обеспечить условия распространения только одной моды НЕ11. В этом случае, из условия одномодовости, нормированная частота, Гц
где d = 10 мкм - диаметр сердцевины ОВ;
λ =1,3 мкм - длина волны оптического излучения.
Одномодовая передача реализуется на гибридной волне НЕ1 1. Эта волна — нулевое значение корня бесселевой функции Риш=0,000, следовательно, она не имеет критической частоты и может распространяться при любой частоте. Все другие волны имеют конечное значение, поэтому они не распространяются на частотах ниже критической. Интервал значений Рпт, при которых распространяется лишь один тип волны НЕ11, находится в пределах 0< Рпт <17,42. Поэтому при выборе диаметра сердцевины ОВ и выборе частоты передачи исходим из условия Рпт =16.
Определим критическую частоту, Гц, при которой распространяется лишь один тип волны НЕ11:
где с = 3 • 108 м/с - скорость света.
Определим также длину волны
Таким образом, по данной направляющей системе распространяется лишь одна волна НЕ1 1 при λ0 = 1,41 мкм.
Расчет вторичных параметров оптического волокна
В одномодовых световодах отсутствует модовая дисперсия, и в целом дисперсия оказывается существенно меньше. В данном случае возможно проявление волноводной и материальной дисперсии, но при длинах волн λ, = 1,2…1,6 мкм происходит их компенсация, т. е. τмат 
τвв.
При взаимодействии всех факторов форма сигнала на приеме не известна. Поэтому в качестве меры дисперсии используется среднеквадратическая дисперсия в оптоволокне, пс/км:
σ = Δλ• σн,
где Δλ = 5нм - ширина полосы длин волн оптического излучения;
σн = 3,5 пс/км - номинальное значение среднеквадратической дисперсии для ОК типа ОКЛ.
σ = 5 •3,5 = 17,5
Итак, σ = 17,5 пс/км, что существенно меньше медовой дисперсии многомодового ОК.
Расчет быстродействия ВОСП
Выбор типа ОК может быть оценен расчетом быстродействия системы и сравнением его с допустимым значением.
Быстродействие системы определяется инертностью ее элементов и дисперсионными свойствами ОК.
Полное допустимое быстродействие системы, не, определяется скоростью передачи В' бит/с способом модуляции оптического излучения, типом линейного кода и определяется по формуле:
где β — коэффициент, учитывающий характер линейного сигнала (вид линейного кода). β =0,7 для кода NRZ.
В соответствии с рекомендациями МСЭ-Т линейным кодом транспортных систем SDH является код NRZ
Общее ожидаемое быстродействие ВОСП, не, определяется по формуле
где tnep - быстродействие передающего оптического модуля (ПОМ), зависящее от скорости передачи информации и типа источника излучения; tnep = 1 нс (для скорости 155 Мбит/с);
tnp - быстродействие приемного оптического модуля (ПРОМ), определяемое скоростью передачи информации и типом фотодетектора (ФД), tnp = 0,8 нc;
tов- уширение импульса на длине РУ, нс:
где σ – дисперсия, определяемая в зависимости от типа волокна.
tов=17,5-83 = 1,45 нс
Так как 
= 1,69 нс< = 4,52 нс, то выбор типа кабеля и длины РУ сделан верно. Величина
Δt = tдоп Σ - tож Σ ;
Δt = 4,52 -1,69 = 2,83
называется запасом по быстродействию.
При tож Σ < tдоп Σ станционное и линейное оборудование ВОЛП будет обеспечивать безыскаженную передачу линейного сигнала.
Расчет порога чувствительности ПРОМ
Одной из основных характеристик приемника оптического излучения является его чувствительность, т. е. минимальное значение обнаруживаемой (детектируемой) мощности оптического сигнала, при которой обеспечиваются заданные значения отношения сигнал/шум или вероятность ошибок.
В условиях идеального приема, т. е. при отсутствии шума и искажений, для обеспечения вероятности ошибок не более 10-9 требуется генерация 21 фотона на каждый приемный импульс. Это является фундаментальным пределом, который присущ любому физически реализуемому фотоприемнику и называется квантовым пределом детектирования.
Соответствующая указанному пределу минимальная средняя мощность оптического сигнала, с/бит, длительностью
называется минимально детектируемой мощностью (МДМ).
Минимальная средняя мощность оптического сигнала на входе ПРОМ, при которой обеспечивается заданное отношение сигнал/шум или вероятность ошибок, называется порогом чувствительности.
Расчет затухания соединителей ОВ
Уровень оптической мощности, поступающей на вход ПРОМ, зависит от энергетического потенциала системы, потерь мощности в ОВ, потерь мощности в разъемных и неразъемных соединителях.
Потери мощности в ОВ нормируются и составляют, например, во втором окне прозрачности 0,36 дБ/км, а в третьем окне прозрачности 0,22 дБ/км (берутся из паспортных данных ОК).
Потери мощности в неразъемном соединителе нормируются и составляют 0,1 дБ.
Потери в разъемном соединителе, дБ, определяются суммой
Ар = Σai, i= 1,2,3,4,
где a1 - потери вследствие радиального смещения на стыке ОВ (рис. 2.1)
а2- потери на угловое рассогласование (рис. 2.2);
а3 - потери на осевое рассогласование (рис. 2.3);
а4 - неучтенные потери.
Потери вследствие радиального смещения в одномодовом ОВ рассчитываются по формуле
где δ — величина максимального радиального смещения двух ОВ,
δ = 1,138 мкм;
w - параметр, определяющий диаметр моды ООВ, w = 10 мкм.
Угловое рассогласование ОВ также приводит к существенным оптическим потерям. В формулы для расчета указанных потерь кроме угла рассогласования θ входят еще и показатели преломления и воздуха. Вследствие того, что в паспортных данных ОВ не приводится величина ПП, расчет потерь из-за углового рассогласования вызывает определенные трудности. Поэтому принимаем а2 = 0,35 дБ.
Рис. 2.1. Радиальное смещение ОВ
Рис. 2.2. Угловое рассогласование ОВ
Рис. 2.3. Осевое рассогласование ОВ
Оптические потери в разъемных соединителях увеличиваются также в результате осевого рассогласования.
Для расчета потерь из-за осевого рассогласования можно воспользоваться следующей формулой:
где Z - максимальное расстояние между торцами ОВ;
d - диаметр ОВ;
θа - аппертурный угол.
Для достижения малых величин потерь для ООВ можно принять максимальное значение Z = 2,95, θа = 46,137° (п.2.1.).
Неучтенные потери в разъемном соединителе можно принять равным а4 =0,01 дБ.
При существующих технологиях потери в разъемном соединителе не превышают величины
Ар = а, + аг + а3 + а4 < 0,5 ,
Ар = 0,056 + 0,35 + 0,01 = 0,426 < 0,5 ,
а в неразъемных соединителях — не более ан < 0,1 дБ.
Расчет распределения энергетического потенциала
Уровень оптической мощности сигнала, падающего на вход ПРОМ, зависит от энергетического потенциала ВОСП, потерь мощности в ОВ, потерь мощности в разъемных соединителях и потерь в неразъемных соединителях.
Исходные данные для расчета распределения энергетического потенциала поместим в табл. 2.
Таблица 2
Параметры | Обозначение | Единица измерения | Значение |
Уровень мощности передачи оптического сигнала | Рпер | дБм | -4 |
Минимальный уровень мощности приема | Рпр min | дБм | -40 |
Энергетический потенциал ВОСП | Э | дБ | 36 |
Длина РУ | Lpy | км | 83 |
Строительная длина ОК | Lc | км | 2 |
Количество строительных длин ОК на РУ | Nc | - | 50 |
Количество разъемных соединителей на РУ | Np | - | 2 |
Количество неразъемных соединителей ОВ наРУ | Nн | - | 49 |
Затухание оптического сигнала на неразъемном соединителе | Ан | ДБ | 0,1 |
Коэффициент затухания ОВ | α | дБ | 0,3 |
Затухание оптического сигнала на разъемном соединителе | Ap | дБ | 0,5 |
Уровень передачи оптического сигнала Рпер = - 4 дБ м. Уровень сигнала после первого разъемного соединителя:
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 |
