光纤通信系统 第4版 教学大纲

光纤通信与数字传输（混合式）OpticalFiberCommunicationandDigitalTransmission课程编号：学分：2开课学院：通信与信息工程学院学时：32适用专业：通信工程先修课程：通信工程课程类别：专业基础课课程性质：必修一、课程概述《光纤通信与数字传输》是为通信工程专业的学生开设的专业基础必修课，是集通信技术、电磁场技术、光电技术以及数字传输技术为一体的综合性专业基础课。随着光纤通信系统在传输领域的推广与普及，理解、掌握并熟练应用光纤通信与数字传输理论成为相关邻域科研和技术人员必备的能力。本课程的主要先修课程为《通信原理》，本课程着重介绍基本概念和原理，为后续专业课程《可见光通信技术》、《光接入网技术》、《全光通信网络》等课程的先修课程。本课程结合线上资源采用混合式教学方式。二、课程目标通过本课程的学习，使学生理解光纤通信系统原理与系统结构、理解以SDH和WDM为代表的数字传输技术及其在通信网中的应用，掌握光纤通信网的技术性能指标，了解改善光纤通信网性能的各种措施，培养学生具备光纤通信网分析、设计和维护方面的能力，为今后从事通信领域的工程和研究工作奠定基础。同时注重引导学生树立社会主义核心价值观，培养学生求真务实的科学态度、独立思考的科学精神、团队合作的科学素养。具体课程目标如下：课程目标1：掌握光纤通信系统的结构和基本原理。课程目标2：理解SDH和WDM为代表的数字传输技术及其在通信网中的应用。课程目标3：理解光纤通信网性能指标，并能据此对光纤通信系统进行分析、设计和维护。课程目标4：在教学过程中融入社会主义核心价值观教育，培养学生的科学精神、团队协作能力和社会责任感。三、课程教学内容及基本要求（一）课程教学内容及知识模块顺序1．知识单元一：概论（参考学时1学时）（1）知识点一：光纤通信的发展概况（2）知识点二：光纤通信的优点和应用（3）知识点三：光纤传输系统的组成教学基本要求：了解光纤通信发展概况，掌握光纤通信主要优点；掌握光纤通信系统的组成结构。2．知识单元二：光纤传输理论（参考学时5.5学时）（1）知识点一：光纤与光缆结构、组成和分类（线上MOOC学习内容，第一周第2单元光纤与光缆的结构与类型）（2）知识点二：射线光学分析方法（线上MOOC学习内容，第一周第3单元射线光学分析方法）（3）知识点三：波动光学分析方法（4）知识点四：光纤传输特性教学基本要求：掌握光纤、光缆的主要结构；掌握射线光学分析光纤传输的方法；理解电磁波在光纤中的传输，重点是理解阶跃折射率中波动方程的求解思路和结论；理解和掌握光纤中传输模式的意义和单模传输的条件；了解传输光纤类型及其传输特性。3．知识单元三：光源和光发送机（参考学时4学时）（1）知识点一：半导体激光器和发光二极管工作原理（2）知识点二：光源调制方式及特点（线上MOOC学习内容，第三周第2单元光调制及输入电路）（3）知识点三：光发送机组成（线上MOOC学习内容，第三周第3单元光发送电路）教学基本要求：理解激光产生的物理基础；掌握激光器的主要结构；理解半导体激光器和发光二极管的工作原理和工作特性；掌握光源调制的目的和方法；熟悉光发送机的构成；理解LD发送电路构成、APC和ATC电路设置目的及工作原理。4．知识单元四：光检测器和光接收机（参考学时3.5学时）（1）知识点一：光检测器工作原理（2）知识点二：光接收机结构（3）知识点三：光接收机性能分析（线上MOOC学习内容，第四周第3单元光接收机性能分析）（4）知识点四：光中继机教学基本要求：理解光电二极管和雪崩光电二极管的工作原理；掌握光接收机构成及各部分工作原理；理解光接收机的主要性能指标和主要噪声；了解光接收机的误码率和Q值；掌握灵敏度、动态范围的定义和计算；理解影响灵敏度的因素；了解光中继机构成。5．知识单元五：无源器件（参考学时2学时）（1）知识点一：光纤连接器（线上MOOC学习内容，第五周第1单元光纤连接器和耦合器）（2）知识点二：光纤耦合器（线上MOOC学习内容，第五周第1单元光纤连接器和耦合器）（3）知识点三：光衰减器（线上MOOC学习内容，第五周第2单元常用无源器件）（4）知识点四：光隔离器与光环行器（线上MOOC学习内容，第五周第2单元常用无源器件）（5）知识点五：光调制器和光开关（线上MOOC学习内容，第五周第2单元常用无源器件）教学基本要求：了解光路无源器件的主要类型；了解光纤连接损耗及影响因素；了解光纤连接器的结构。6.知识单元六：光放大器（参考学时3学时）（1）知识点一：光放大器工作原理和性能指标（2）知识点二：掺铒光纤放大器（3）知识点三：光纤拉曼放大器（4）知识点四：新型光放大器及应用（线上MOOC学习内容，第六周第2单元新型光放大器及应用）教学基本要求：掌握光放大器的工作原理和分类方法；理解EDFA的工作原理和EDFA工作特性；掌握EDFA基本结构和应用形式；理解光纤拉曼放大器的工作原理和特点。7．知识单元七：光纤数字通信系统（参考学时4.5学时）（1）知识点一：准同步数字体系（2）知识点二：同步数字体系（线上MOOC学习内容，第一周第1单元同步数字体系帧结构）（3）知识点三：光传送网教学基本要求：掌握复用技术、多址技术、同步等数字传输系统主要技术。了解准同步数字体系的原理和复用方法；理解同步数字体系SDH的基本概念和特点；掌握SDH的速率等级和帧结构中各部分的构成与作用；熟悉SDH复用和映射过程，理解指针作用及其调整机制；掌握SDH设备类型及其用途；熟悉SDH网同步基本原理；理解SDH自愈环结构原理；了解SDH网络管理。掌握光传送网复用结构，理解光传送网与同步数字体系的异同。8．知识单元八：波分复用系统（参考学时2学时）（线上MOOC学习内容，第九周WDM系统）（1）知识点一：波分复用原理和系统构成（2）知识点二：WDM系统中的光器件（3）知识点三：WDM光纤传输及信道监控技术教学基本要求：掌握光波分复用的基本概念和应用形式；理解WDM系统的基本结构和分类方法；了解WDM系统中的光器件；理解光纤信道监控技术。9．知识单元八：光纤通信系统性能（参考学时4.5学时）（1）知识点一：数字传输模型（2）知识点二：误码（3）知识点三：抖动（线上MOOC学习内容，第十一周第1单元光纤通信系统传输性能指标3）（4）知识点四：漂移（线上MOOC学习内容，第十一周第1单元光纤通信系统传输性能指标3）（5）知识点五：延时（线上MOOC学习内容，第十一周第1单元光纤通信系统传输性能指标3）（6）知识点六：光纤通信系统的可用性（7）知识点七：最坏值设计方法教学基本要求：掌握数字传输模型概念和分类；理解误码特性及其评定方法；理解抖动的定义和单位；了解抖动性能的规范；了解漂移和延时基本概念；理解可靠性和可用性表示方法；掌握光纤通信系统可用性计算；掌握衰减限制系统和色散限制系统最大中继距离的计算。10．知识单元十：光纤通信网（参考学时1学时）（1）知识点一：光接入网（2）知识点二：计算机高速互联光网络技术（3）知识点三：智能光网络（4）知识点四：全光网教学基本要求：掌握接入网和光接入网的定义和结构；了解光接入网的关键技术；了解有源和无源光接入网的定义、特点和主要类型。了解计算机高速互联光网络技术的主要技术；理解智能光网络的主要特点和功能结构；了解全光网的特点。11．知识单元十一：光纤通信新技术（参考学时1学时）（线上MOOC学习内容，第十二周）（1）知识点一：相干光通信（2）知识点二：光孤子通信（3）知识点三：空间光通信（4）知识点四：量子光通信教学基本要求：了解相关光通信系统组成、与IM/DD系统的异同、技术特点；了解自由空间光通信的特点和应用场合；了解量子光通信的原理。（二）课程的重点、难点及解决办法课程重点和难点主要包括：波动光学分析光纤传输理论分析、激光器工作原理/光源调制、光检测器原理/光接收机性能分析、同步数字体系SDH复用映射过程、波分复用关键技术、数字传输模型/系统可用性分析/系统设计、掺铒光纤放大器性能等。这部分难点的解决办法主要通过教学中采用的灵活多样的方法，包括图形化分析、例题讲解、习题训练等。课程另外一个难点就是巩固学生MOOC自学的内容。解决办法就是，学生自学前向学生简单介绍自学内容的要点和重点，同时根据学生MOOC自学内容有针对性地设计各种练习题（如单选题、多选题、判断题、填空题、计算题……）并布置下去，练习题的知识点要细覆盖面要全。学生自学之后，针对学生的薄弱环节进行引导性的提问并重点讲解。学生自学MOOC的练习也作为平时成绩考核的重要依据。（三）产教融合课程内容及基本要求1．产教融合教学内容在本课程中的作用及要求。产教融合在本课程中起到关键作用，旨在将理论知识与实际应用紧密结合，帮助学生将课堂所学的专业知识运用到实际工程和行业实践中。通过引入光纤通信网在实际应用中的案例，帮助学生接触到真实的应用场景并实际体会光纤网络工程施工中的实际操作，提高学生兴趣并提升解决实际问题的能力和创新思维。2．产教融合课程内容与课程目标对应关系。产教融合教学内容学时课程目标知识点一：光检测器和光接收机4理解光纤通信光源的基本原理，掌握光发送电路的基本构成，掌握光源测试的基本方法。知识点二：光纤通信系统性能4.5理解光纤通信系统的基本性能指标，并能根据性能指标对光纤通信系统进行分析、设计。知识点三：光接入网1了解光接入网基本概念和构成，理解PON的概念和网络架构，能分析和设计基于PON的光接入网。（四）课程思政教学设计教学内容思政目标思政素材融入方式评价方法光纤通信的发展增强民族自信光纤之父-高琨教师讲授、在线平台讨论问卷调查光纤的传输理论树立职业理想2023年，烽火通信基于自研19芯单模光纤，实现了净传输容量3.61Pbit/s的系统传输，刷新了单模多芯光纤传输容量的世界纪录。教师讲授、在线平台讨论问卷调查光纤数字通信系统增强民族自信，激励学生科技创新华为在光纤通信邻域的成就学生自行查阅问卷调查四、教学方法讲授式教学：本课程教学以教师课堂讲授为主，辅以基于课程视频资料的课前自学和课后作业。授课过程应能灵活运用板书和多媒体教学、加强师生互动、注重启发式教学。混合式教学：基于相关教学平台，教学过程中穿插部分线上线下混合式教学,部分内容以及工程应用让同学自学。案例式教学法：在介绍理论知识的同时结合实际案例，帮助学生理解抽象概念，并了解初步的工程知识。五、课程教学内容、学时分配、教学方法与课程目标对应关系教学内容学时分配教学方法课程目标讲课实验上机线上课外一：概论1讲授式课程目标1/4二：光纤传输理论2.53讲授式、混合式课程目标1/4三：光源和光发送机22讲授式、混合式、案例式课程目标1/4四：光检测器和光接收机2.51讲授式、混合式、案例式课程目标1/4五：无源器件2混合式课程目标1/4六：光放大器21讲授式、混合式课程目标1/4七：光纤数字通信系统2.52讲授式、混合式课程目标1/2/4八：波分复用系统2混合式课程目标1/4九：光纤通信系统性能2.52讲授式、混合式课程目标1/3/4十：光纤通信网1讲授式课程目标1/3/4十一：光纤通信新技术1混合式课程目标1/4六、教材、教学参考资料和网络资源（一）教材[1]沈建华等．光纤通信系统（第三版）．机械工业出版社，2014年（二）主要参考书[1]韦乐平，张成良.光网络：系统、器件与联网技术，人民邮电出版社，2006[2]RajivRamaswamiandKumarN.Sivarajan.光网络（上卷）光纤通信技术与系统，机械工业出版社，2004。[3]RajivRamaswamiandKumarN.Sivarajan.光网络（下卷）组网技术分析，机械工业出版社，2004。[4]GredKeiser著，李玉权译.光纤通信，电子工业出版社，2002（三）网络资源[1]慕课：光纤通信_南京邮电大学_中国大学MOOC(慕课)()七、考核方式与评分标准（一）考核方式《光纤通信与数字传输》课程考核由期末期末考试60%+过程考核40%（课堂出勤、线上自习、作业、课堂表现、测验等）构成，总成绩登记方式采用百分制。（二）评分标准1．课程成绩评定采用综合评分法，具体的课程考核评价环节及权重如下表：《光纤通信与数字传输》课程考核评价环节及权重考核环节考核评价细则成绩占比%占比总占比过程考核课前预习与课后作业1.主要考核学生课前预习（线上），及课堂学习后对课程主要知识点的理解和掌握程度，通过课后作业改进薄弱环节；2.每次作业按百分制单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩依据。3.平均成绩乘以15%计入课程平时成绩；15%40%课堂测验1.主要考查学生应用课程所学知识分析问题解决问题的能力；2.通过雨课堂或学习通等网络平台的随堂测试形式，对学生知识掌握程度综合评定。取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩依据。3.平均成