《光纤网络与通信技术》课程教学大纲（本科）.docx

光纤网络与通信技术(Optical Fiber Network and Communication Technology)课程代码：05410107学 分：2.0学 时：32 （其中：课题教学学时：28实验学时：4上机学时：0课程实践学:0） 先修课程：模拟电子技术A,数字电子技术A,通信原理及应用，计算机网络技术 适用专业：电子信息工程教 材：光纤通信系统，沈建华，陈健，李履信，机械工业出版社，2015年1 月第3版，第2次印刷一、课程性质与课程目标（一）课程性质光纤网络与通信技术是信息通信技术中开展最为快速的领域之一，随着包括移动互联网、 大数据、云计算和物联网等新一代业务和应用的快速推进，对光纤通信与技术的要求也不断提高。 该课程是电子信息工程专业的一门理论性与实践性很强的专业课，也是本专业的专业方向选修课程 之一，它建立在模拟电子技术A,数字电子技术A,通信原理及应用，计算机网络技术等先修课程 知识的基础上。通过本课程的学习，使学生掌握光纤网络与通信技术的组成局部、工作原理，为学 生毕业后从事光纤网络与通信相关工作打下理论与实践基础。本课程既培养学生分析问题、解决问 题的能力，又能够使学生具备一定的实践能力。本课程重视理论与实际的结合，通过实验来提高学 生分析问题、解决问题的能力。（二）课程目标光纤网络与通信技术课程主要介绍光纤通信系统的基本结构、组成局部、工作原理、光放大 原理、复用技术、系统性能等内容。简要介绍了光纤通信系统的产生、基本结构与应用、常见的光 纤通信网络、光纤通信的新技术。重点介绍光纤传输原理与传输特性、光源的工作原理、光发送机 的结构与性能参数、光检测器的工作原理、光接收机的结构与性能指标、光放大器的基本原理与产 儿光纤放大器的结构与工作原理、准同步数字体系与同步数字体系的工作原理、波分复用系统的原 理、结构与关键技术、光纤通信系统的性能。课程目标包括知识目标和能力目标，具体如下：课程目标1： 了解光纤通信系统的基本知识。掌握光纤的结构，掌握光纤传输原理，包括射线光 学理论分析法和波动光学理论分析法。掌握光纤的三个传输特性：损耗特性、色散特性和非线性效 应。课程目标2：掌握激光产生的原理，掌握半导体激光器和发光二极管的工作原理。熟悉光发送 机的结构和性能参数。掌握光检测的原理，能够熟练运用光检测的原理分析PIN光敏二极管和雪崩 光敏二极管的工作原理。了解光接收机的结构和性能参数，了解光接收机灵敏度和噪声分析。能针 对个人或职业开展的需求，自主深入学习激光器和光检测器的工作原理，适应今后开展需要。课程目标3：理解无源光器件的工作原理。掌握光放大器的基本原理和主要参数，掌握掺饵光 纤放大器和光纤拉曼放大器的工作原理、结构和性能参数。掌握光波分复用系统的原理、结构和关 键技术。课程目标4：掌握准同步数字体系和同步数字体系的传输体制。掌握光波分复用系统的基本原 理、结构与分类、关键技术。了解数字传输系统模型，掌握光纤数字通信系统性能参数。了解光纤 通信网相关知识，了解光纤通信新技术。课程目标5：能够根据光纤传光原理和光纤通信系统的原理构建光纤发送、接收实验系统和光 传输系统，进行实验验证并进行分析。（三）课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系本课程支撑专业培养计划中的毕业要求指标点1-5、3-1、3-2和3-4。1 .毕业要求1-5.掌握电子信息工程方向的专业知识，能够用于解决复杂电子信息工程问题的 分析、建模和求解。2 .毕业要求3-1 .能够针对复杂电子信息工程问题进行需求分析，明确相关约束条件。3 .毕业要求3-2.能够针对特定需求设计硬件系统和软件程序，并能验证其正确性。4 .毕业要求3-4.能够综合考虑解决复杂电子信息工程问题所涉及的经济、环境、法律、平安、 健康、伦理等制约因素，提出解决方案，完成系统设计与调试，并分析实现方案的有效性。呈目标 毕业要求检点课程目标1课程目标2课程目标3课程目标4课程目标5毕业要求1-5/毕业要求3-1/毕业要求3-2毕业要求3-4二、课程内容及教学要求（按章撰写）第一章导论（一）教学内容（列出主要知识点、能力点）.光纤通信的产生与开展历程等基本知识。1 .光纤通信系统的基本结构、组成及作用。2 .光纤通信系统的特点、应用与开展趋势。（二）教学要求（将相关内容按照掌握、理解、了解等不同教学要求进行分类）1. 了解本课程的性质、地位及保护对象。2. 了解光纤通信技术的产生与开展史。3. 掌握光纤通信系统的定义、基本结构、组成及作用。4. 了解光纤通信系统的特点、应用与新的开展趋势。（三）重点与难点（假设不单独列出，需在教学要求中适当注明）.重点光纤通信系统的基本组成：光纤、光源、光检测器、无源光器件和光放大器，各组成局部的工 作原理。1 .难点本章无难点。第二章光纤与光缆（一）教学内容1 .光纤光缆的结构与类型。2 .光纤传光原理，包括射线光学理论分析法和波动光学理论分析法。3 .光纤的传输特性：损耗、色散、非线性效应。4 .常见光纤类型。（二）教学要求.掌握光纤的基本结构，了解光纤的分类方式。1 . 了解光纤的类型、制造工艺、光缆及其结构。2 .掌握光纤传输射线光学分析法、光纤的传光原理、最大入射角与数值孔径的计算方法。3 .掌握波动光学理论分析的基本方法，阶跃折射率光纤的传输原理。4 . 了解单模传输的条件。5 .掌握光纤传输特性：损耗、色散和非线性效应，熟练计算相关性能参数。6 . 了解常用光纤类型。（三）重点与难点L重点光纤传输原理：射线光学理论分析法与波动光学理论分析法；光纤传输特性：损耗、色散和非 线性效应。2 .难点射线光学理论分析法；波动光学理论分析法。第三章光源和光发送机（-）教学内容1 .激光产生的原理。2 .半导体激光器和发光二极管的结构、工作原理和相关参数。3 .光源调制的相关知识。4 .光发送机的结构和性能参数。（二）教学要求1 .理解激光产生的原理。2 .掌握半导体激光器的结构和工作原理，掌握半导体激光器的阈值、转换效率、温度特性等工 作特性。3 .掌握发光二极管的工作原理和结构，理解发光二极管的工作特性。4 .理解光源调制的分类与原理。5 .了解光发送机的结构，掌握光发送机线路码型变换的原理，并具备熟练运用该原理解决实际 问题的能力。6 .了解光发送机的性能参数。（三）重点与难点L重点激光产生的原理；半导体激光器的结构与工作原理；发光二极管的结构与工作原理；光发送机 线路码型变换的原理。7 .难点半导体激光器的工作原理；光发送机线路码型变换的原理及运用。第四章光检测器和光接收机（一）教学内容1 .光检测器的工作原理。2 . PIN光敏二极管和雪崩光敏二极管的工作原理。3 .光接收机的结构与性能指标。4 .光接收机的灵敏度与噪声分析。5 .光中继器的相关知识。（二）教学要求1 . 了解光纤通信系统中对光检测器的主要要求。2 .掌握光检测的工作原理。3 .掌握PIN光敏二极管的原理与特性参数。4 .掌握雪崩倍增效应的原理及雪崩二极管的特性参数。5 .理解光接收机的结构，掌握光接收机的性能指标。6 .理解光接收机的灵敏度及噪声分析。7 . 了解光中继器的组成及原理。（三）重点与难点1 .重点光检测器光电转换的工作原理；PIN光敏二极管的工作原理；雪崩倍增效应的原理；PIN光敏 二极管与雪崩二极管的特性参数。2 .难点光检测器实现光电转换的工作原理，PIN光敏二极管和雪崩二极管的工作原理。第五章无源光器件（一）教学内容L光纤连接器的原理与类型。3 .光纤耦合器的原理.、结构与性能参数。4 .光衰减器及其原理。5 .光隔离器与光环形器的工作原理。6 .光调制器的相关知识。7 .光开关的原理与分类。（二）教学要求1. 了解光纤连接器的原理、类型与性能参数。2. 掌握光纤耦合器的原理、分类、结构和性能参数。3. 了解光衰减器的工作原理。4. 掌握光隔离器的工作原理，了解光环形器的工作原理。5. 了解光调制器的分类及基本原理。6. 了解光开关的分类与原理。（三）重点与难点1 .重点光纤耦合器的工作原理和性能参数；光隔离器的工作原理。2 .难点本章无难点。第六章光放大器（-）教学内容1 .光放大器的基本原理、主要参数和分类。2 .掺饵光纤放大器的特点、结构、工作原理、性能参数及应用。3 .光纤拉曼放大器的工作原理、结构、特点及噪声分析。4 .新型光纤放大器。（二）教学要求1 .掌握光放大器的工作原理。2 . 了解光放大器的主要参数与分类。3 . 了解掺饵光纤放大器的特点。4 .掌握掺饵光纤放大器的主要结构和工作原理，了解掺饵光纤放大器的泵浦方式。5 .理解产儿光纤放大器的性能参数及三种具体的应用形式。6 .掌握光纤拉曼放大器的工作原理。7 . 了解光纤拉曼放大器的结构、特点及应用，理解光纤拉曼放大器的噪声特性。8 . 了解新型光纤放大器的相关知识。（三）重点与难点1 .重点光放大器的工作原理；掺饵光纤放大器的结构与工作原理；光纤拉曼放大器的工作原理。2 .难点光放大器的工作原理；掺饵光纤放大器的工作原理。第七章数字传输体制（一）教学内容1 .准同步数字体系的复用原理、主要技术和技术特点。2 .同步数字体系的帧结构、复用和映射过程、网元设备、网同步、传送网、网络管理的相关知 识。3 .光传送网的基本原理、复用映射结构和关键技术。（二）教学要求1 . 了解数字基带光纤通信系统组成、脉冲编码调制（PCM）的步骤。2 .掌握准同步数字体系的复用原理，了解准同步数字体系的主要技术和特点。3 .掌握同步数字体系复用和映射过程。4 . 了解同步数字体系的帧结构，网元设备、网同步、传送网、网络管理的相关知识。5 .掌握同步数字体系传送网的结构、网络拓扑结构。6 .掌握同步数字体系三种自愈体系，掌握常用的同步数字体系自愈环的工作原理。7 . 了解同步数字体系网络管理、城域光纤通信网络、多业务传送平台的相关知识。8 .理解光传送网的基本原理、复用映射结构和关键技术。（三）重点与难点L重点同步数字体系复用和映射的过程；同步数字体系传送网的结构和网络拓扑结构；同步数字体系 自愈环的工作原理。9 .难点同步数字体系自愈环的工作原理。第八章光波分复用系统（一）教学内容1 .波分复用系统的基本概念与应用形式。2 .波分复用系统的结构、分类方法和波长规划。3 .波分复用系统的关键技术。4 .波分复用系统设备类型、网络结构和网络保护。5 .光时分复用的相关知识。（-）教学要求1 .理解波分复用系统的基本概念，波分复用技术的优点。2 .理解波分复用系统的三种主要应用形式。3 .理解波分复用系统的系统结构、分类方法和波长规划的相关知识。4 .掌握波分复用/解复用器的工作原理、器件性能。5 . 了解光波长转换器、光纤传输技术、光放大器增益钳制技术与光监控信道技术的知识。6 . 了解波分复用器的设备类型、网络结构、网络保护相关知识。7 .理解光时分复用的原理与系统结构。（三）重点与难点1 .重点波分复用/解复用器的工作原理、器件性能。2 .难点波分复用/解复用器的工作原理。第九章光纤通信系统性能（一）教学内容1 .数字传输模型。2 .光接口性能。3 .光纤数字通信系统性能。4 .光纤通信系统可用性。5 .光纤通信系统设计。（二）教学要求1 . 了解数字传输模型的原理、意义及光传送网传输模型。2 .理解光接口性能。3 .掌握光纤数字通信系统性能，掌握误码、抖动、漂移、延时的概念、产生原因。4 .掌握光纤通信系统可用性的基本概念，了解光纤通信系统可用性计算和指标要求。5 . 了解光纤通信系统设计的主要方法、主要参数。（三）重点与难点L重点光纤数字通信系统性能；误码、抖动、漂移、延时的概念、产生原因；光纤通信系统可用性的 基本概念。6 .难点本章无难点。第十章光纤通信网（一）教学内容1 .光接入网。2 .计算机高速互联光网络技术。3 .智能光网络。4 .全光网络。（二）教学要求1. 了解接入网的基本概念、光接入网的基本概念。2. 理解光接入网关键技术。3. 了解计算机高速互联光网络技术相关知识。4. 了解智能光网络的概念。5. 掌握全光网的原理和全光交换技术。（三）重点与难点1 .重点全光网的原理和全光交换技术。2 .难点本章无难点。第十一章光纤通信新技术（一）教学内容1 .相干光通信系统原理和关键技术。2 .光孤子通信技术。3 .空间光通信的原理、特点和关键技术。4 .量子光通信。（二）教学要求.掌握相干光通信的原理和关键技术。1 .掌握光孤子通信系统的基本组成及影响其传输容量的因素。2 . 了解空间光通信的原理、特点、关键技术。3 .掌握量子通信的原理。（三）重点与难点L重点相干光通信的原理；光孤子通信系统的工作原理；量子通信的原理。2 ,难点本章无难点。三、本课程开设的实验工程实验1：光纤通信信号和码型变换实验编号实验工程名称学时类型要求支撑的课程目标1光纤通信信号和码型变换实验2验证性必做课程目标52光纤发送系统和接收系统实验2验证性必做课程目标51 .实验目的及要求1）熟悉光纤通信实验系统原理和电路组成；2）熟悉光纤发送端信号产生的方法；3）熟悉光纤通信采用的线性码型；4）掌握线性编码的特点和编解码实现方法。2 .实验主要内容1）观察和测量光纤发送端信号波形并加以分析；2）分析信号发生器的工作原理并画出输出波形；3）进行信号发生器的设计、仿真，分析电路，测试各点的波形;4）比拟时钟信号和典型线性码型。3 .重难点线性码型的变换。实验2.光纤发送系统和接收系统实验.实验目的及要求1）掌握光源的发光特性和光发送的电光变换原理；） 了解模拟光发送和数字光发送的区别；3）掌握光检测器的光电变换原理；4）掌握光接收电路的功能和光接收及的动态范围。2 .实验主要内容1）用示波器观察数字信号和模拟信号光传输的各点波形；2）测量、计算光源的驱动电流和光纤功率；3）测量光检测器的偏置电压和动态范围；4）利用误码测试仪进行光接收机的误码测试。3 .重难点设计测试方法以及误码测试。注：本课程为专业课，授课对象为大三学生，实验类型主要包括验证性和综合性实验，均需要提 交实验报告，实验报告主要包括实验目的、要求和内容，数据的分析以及思考题的回答。实验评价 内容和评分细那么参见附录1。四、学时分配及教学方法章教学形式及学时分配主要教学方法支撑的课程目 标课堂 教学实验上机课程 实践小计第一章导论22讲授、案例、演示、讨论课程目标1第二章光纤与光缆426讲授、案例、自学、 实验课程目标1,5第三章光源和光发送机44讲授、讨论、比照、 自学课程目标2,5第四章光检测器和光接 收机426讲授、演示、讨论、 自学课程目标2,5第五章无源光器件22讲授、自学课程目标3第八早光放人器44讲授、自学课程目标 3第七章数字传输体制22讲授、自学课程目标4第八章光波分复用系统33讲授、讨论、自学、 实验课程目标4第九章光纤通信系统性 能11讲授、自学课程目标4第十章光纤通信网11讲授、自学课程目标4第十一章光纤通信新技 术11讲授、自学课程目标4合计28432五、课程考核1.课程考核方式包括期末考试、平时作业及阶段测试情况考核（其中包括笔记、大作业等）和 实验情况考核。考核形式考核要求考核权重备注出勤、平 时作业及 阶段测试课后完成1520个习题，主要考核学生对每节课知识点 的复习、理解和掌握度，计算全部作业的平均成绩再按 15%计入总成绩；可让学生查阅资料，了解本课程相关 技术开展情况，自主学习并完成。同时结合出勤情况。15%根据出勤率，平时 作业得分取平均 值或结合平时测 试情况实验完成2个实验，主要训练学生应用所学知识构建实验系 统，并进行实验的能力，最后按15%计入课程总成绩。15%评分细那么见附录1期末考试试卷题型包括填空题、选择题、名词解释、简答题、计 算题5大类，以卷面成绩的70%计入课程总成绩。其中 考核光纤通信系统原理及应用基础知识及应用能力的 题占90%；考核能针对个人或职业开展的需求，采用合 适的方法，自主学习，适应开展占比10%。70%期末考试采用闭 卷笔试。六、参考书目及学习资料.沈建华等编，光纤通信系统（第3版），机械工业出版社，2015.1 .刘增基等编，光纤通信（第2版），西安电子科技大学出版社，2010o.Gerd Keiser编，光纤通信（第五版），电子工业出版社，2015.七、大纲说明.主要采用多媒体教学手段，主要知识点板书与多媒体相结合，多种教学手段综合运用。1 .课后共需完成近10道习题作业，以评价学生对所学内容的理解和应用情况。建议利用网络 教学平台自学相关内容。2017年09月19日附录1:实验考核方式及评分细那么本实验以考查为主，考核的内容包括实验过程的表现（其中包含分析与解决问题的能力）、实验 报告的质量等。分析与解决问题的能力采用提问和现场操作的方式进行。实验成绩中出勤、预习占 10%,实验过程表现占60%、实验报告及思考题占30%。成绩组成考核/评价环节分值考核/评价细那么对应的毕业 要求指标点出勤、预 习10%出勤状况， 预习评价10能按时到勤，遵守实验规定，不损坏实验设备（占 5%）；能够预习，并理解实验原理及目的（占5%）o4-3实验过程 60%实验中的表现60按照预设方案操作实验设备、仪表，正确完成实 验（占25%）；实验结果的准确性（占20%）；利 用所学知识分析解决问题的能力（占15%）。各 个实验在总分中所占权重系数以课时数为标准。4-3实验报告 30%实验报告评价30主要考察学生对实验结果进行分析和实验数据 进行处理的能力。要求报告字迹工整、格式规范 （占10%）；数据准确（占10%）；并按要求完成 相应思考题（10%）。4-3