光纖通信系統(tǒng) 第4版 教學(xué)大綱

光纖通信與數(shù)字傳輸（混合式）OpticalFiberCommunicationandDigitalTransmission課程編號：學(xué)分：2開課學(xué)院：通信與信息工程學(xué)院學(xué)時：32適用專業(yè)：通信工程先修課程：通信工程課程類別：專業(yè)基礎(chǔ)課課程性質(zhì)：必修一、課程概述《光纖通信與數(shù)字傳輸》是為通信工程專業(yè)的學(xué)生開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)必修課，是集通信技術(shù)、電磁場技術(shù)、光電技術(shù)以及數(shù)字傳輸技術(shù)為一體的綜合性專業(yè)基礎(chǔ)課。隨著光纖通信系統(tǒng)在傳輸領(lǐng)域的推廣與普及，理解、掌握并熟練應(yīng)用光纖通信與數(shù)字傳輸理論成為相關(guān)鄰域科研和技術(shù)人員必備的能力。本課程的主要先修課程為《通信原理》，本課程著重介紹基本概念和原理，為后續(xù)專業(yè)課程《可見光通信技術(shù)》、《光接入網(wǎng)技術(shù)》、《全光通信網(wǎng)絡(luò)》等課程的先修課程。本課程結(jié)合線上資源采用混合式教學(xué)方式。二、課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生理解光纖通信系統(tǒng)原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、理解以SDH和WDM為代表的數(shù)字傳輸技術(shù)及其在通信網(wǎng)中的應(yīng)用，掌握光纖通信網(wǎng)的技術(shù)性能指標(biāo)，了解改善光纖通信網(wǎng)性能的各種措施，培養(yǎng)學(xué)生具備光纖通信網(wǎng)分析、設(shè)計和維護(hù)方面的能力，為今后從事通信領(lǐng)域的工程和研究工作奠定基礎(chǔ)。同時注重引導(dǎo)學(xué)生樹立社會主義核心價值觀，培養(yǎng)學(xué)生求真務(wù)實的科學(xué)態(tài)度、獨立思考的科學(xué)精神、團(tuán)隊合作的科學(xué)素養(yǎng)。具體課程目標(biāo)如下：課程目標(biāo)1：掌握光纖通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和基本原理。課程目標(biāo)2：理解SDH和WDM為代表的數(shù)字傳輸技術(shù)及其在通信網(wǎng)中的應(yīng)用。課程目標(biāo)3：理解光纖通信網(wǎng)性能指標(biāo)，并能據(jù)此對光纖通信系統(tǒng)進(jìn)行分析、設(shè)計和維護(hù)。課程目標(biāo)4：在教學(xué)過程中融入社會主義核心價值觀教育，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神、團(tuán)隊協(xié)作能力和社會責(zé)任感。三、課程教學(xué)內(nèi)容及基本要求（一）課程教學(xué)內(nèi)容及知識模塊順序1．知識單元一：概論（參考學(xué)時1學(xué)時）（1）知識點一：光纖通信的發(fā)展概況（2）知識點二：光纖通信的優(yōu)點和應(yīng)用（3）知識點三：光纖傳輸系統(tǒng)的組成教學(xué)基本要求：了解光纖通信發(fā)展概況，掌握光纖通信主要優(yōu)點；掌握光纖通信系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)。2．知識單元二：光纖傳輸理論（參考學(xué)時5.5學(xué)時）（1）知識點一：光纖與光纜結(jié)構(gòu)、組成和分類（線上MOOC學(xué)習(xí)內(nèi)容，第一周第2單元光纖與光纜的結(jié)構(gòu)與類型）（2）知識點二：射線光學(xué)分析方法（線上MOOC學(xué)習(xí)內(nèi)容，第一周第3單元射線光學(xué)分析方法）（3）知識點三：波動光學(xué)分析方法（4）知識點四：光纖傳輸特性教學(xué)基本要求：掌握光纖、光纜的主要結(jié)構(gòu)；掌握射線光學(xué)分析光纖傳輸?shù)姆椒ǎ焕斫怆姶挪ㄔ诠饫w中的傳輸，重點是理解階躍折射率中波動方程的求解思路和結(jié)論；理解和掌握光纖中傳輸模式的意義和單模傳輸?shù)臈l件；了解傳輸光纖類型及其傳輸特性。3．知識單元三：光源和光發(fā)送機(jī)（參考學(xué)時4學(xué)時）（1）知識點一：半導(dǎo)體激光器和發(fā)光二極管工作原理（2）知識點二：光源調(diào)制方式及特點（線上MOOC學(xué)習(xí)內(nèi)容，第三周第2單元光調(diào)制及輸入電路）（3）知識點三：光發(fā)送機(jī)組成（線上MOOC學(xué)習(xí)內(nèi)容，第三周第3單元光發(fā)送電路）教學(xué)基本要求：理解激光產(chǎn)生的物理基礎(chǔ)；掌握激光器的主要結(jié)構(gòu)；理解半導(dǎo)體激光器和發(fā)光二極管的工作原理和工作特性；掌握光源調(diào)制的目的和方法；熟悉光發(fā)送機(jī)的構(gòu)成；理解LD發(fā)送電路構(gòu)成、APC和ATC電路設(shè)置目的及工作原理。4．知識單元四：光檢測器和光接收機(jī)（參考學(xué)時3.5學(xué)時）（1）知識點一：光檢測器工作原理（2）知識點二：光接收機(jī)結(jié)構(gòu)（3）知識點三：光接收機(jī)性能分析（線上MOOC學(xué)習(xí)內(nèi)容，第四周第3單元光接收機(jī)性能分析）（4）知識點四：光中繼機(jī)教學(xué)基本要求：理解光電二極管和雪崩光電二極管的工作原理；掌握光接收機(jī)構(gòu)成及各部分工作原理；理解光接收機(jī)的主要性能指標(biāo)和主要噪聲；了解光接收機(jī)的誤碼率和Q值；掌握靈敏度、動態(tài)范圍的定義和計算；理解影響靈敏度的因素；了解光中繼機(jī)構(gòu)成。5．知識單元五：無源器件（參考學(xué)時2學(xué)時）（1）知識點一：光纖連接器（線上MOOC學(xué)習(xí)內(nèi)容，第五周第1單元光纖連接器和耦合器）（2）知識點二：光纖耦合器（線上MOOC學(xué)習(xí)內(nèi)容，第五周第1單元光纖連接器和耦合器）（3）知識點三：光衰減器（線上MOOC學(xué)習(xí)內(nèi)容，第五周第2單元常用無源器件）（4）知識點四：光隔離器與光環(huán)行器（線上MOOC學(xué)習(xí)內(nèi)容，第五周第2單元常用無源器件）（5）知識點五：光調(diào)制器和光開關(guān)（線上MOOC學(xué)習(xí)內(nèi)容，第五周第2單元常用無源器件）教學(xué)基本要求：了解光路無源器件的主要類型；了解光纖連接損耗及影響因素；了解光纖連接器的結(jié)構(gòu)。6.知識單元六：光放大器（參考學(xué)時3學(xué)時）（1）知識點一：光放大器工作原理和性能指標(biāo)（2）知識點二：摻鉺光纖放大器（3）知識點三：光纖拉曼放大器（4）知識點四：新型光放大器及應(yīng)用（線上MOOC學(xué)習(xí)內(nèi)容，第六周第2單元新型光放大器及應(yīng)用）教學(xué)基本要求：掌握光放大器的工作原理和分類方法；理解EDFA的工作原理和EDFA工作特性；掌握EDFA基本結(jié)構(gòu)和應(yīng)用形式；理解光纖拉曼放大器的工作原理和特點。7．知識單元七：光纖數(shù)字通信系統(tǒng)（參考學(xué)時4.5學(xué)時）（1）知識點一：準(zhǔn)同步數(shù)字體系（2）知識點二：同步數(shù)字體系（線上MOOC學(xué)習(xí)內(nèi)容，第一周第1單元同步數(shù)字體系幀結(jié)構(gòu)）（3）知識點三：光傳送網(wǎng)教學(xué)基本要求：掌握復(fù)用技術(shù)、多址技術(shù)、同步等數(shù)字傳輸系統(tǒng)主要技術(shù)。了解準(zhǔn)同步數(shù)字體系的原理和復(fù)用方法；理解同步數(shù)字體系SDH的基本概念和特點；掌握SDH的速率等級和幀結(jié)構(gòu)中各部分的構(gòu)成與作用；熟悉SDH復(fù)用和映射過程，理解指針作用及其調(diào)整機(jī)制；掌握SDH設(shè)備類型及其用途；熟悉SDH網(wǎng)同步基本原理；理解SDH自愈環(huán)結(jié)構(gòu)原理；了解SDH網(wǎng)絡(luò)管理。掌握光傳送網(wǎng)復(fù)用結(jié)構(gòu)，理解光傳送網(wǎng)與同步數(shù)字體系的異同。8．知識單元八：波分復(fù)用系統(tǒng)（參考學(xué)時2學(xué)時）（線上MOOC學(xué)習(xí)內(nèi)容，第九周WDM系統(tǒng)）（1）知識點一：波分復(fù)用原理和系統(tǒng)構(gòu)成（2）知識點二：WDM系統(tǒng)中的光器件（3）知識點三：WDM光纖傳輸及信道監(jiān)控技術(shù)教學(xué)基本要求：掌握光波分復(fù)用的基本概念和應(yīng)用形式；理解WDM系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和分類方法；了解WDM系統(tǒng)中的光器件；理解光纖信道監(jiān)控技術(shù)。9．知識單元八：光纖通信系統(tǒng)性能（參考學(xué)時4.5學(xué)時）（1）知識點一：數(shù)字傳輸模型（2）知識點二：誤碼（3）知識點三：抖動（線上MOOC學(xué)習(xí)內(nèi)容，第十一周第1單元光纖通信系統(tǒng)傳輸性能指標(biāo)3）（4）知識點四：漂移（線上MOOC學(xué)習(xí)內(nèi)容，第十一周第1單元光纖通信系統(tǒng)傳輸性能指標(biāo)3）（5）知識點五：延時（線上MOOC學(xué)習(xí)內(nèi)容，第十一周第1單元光纖通信系統(tǒng)傳輸性能指標(biāo)3）（6）知識點六：光纖通信系統(tǒng)的可用性（7）知識點七：最壞值設(shè)計方法教學(xué)基本要求：掌握數(shù)字傳輸模型概念和分類；理解誤碼特性及其評定方法；理解抖動的定義和單位；了解抖動性能的規(guī)范；了解漂移和延時基本概念；理解可靠性和可用性表示方法；掌握光纖通信系統(tǒng)可用性計算；掌握衰減限制系統(tǒng)和色散限制系統(tǒng)最大中繼距離的計算。10．知識單元十：光纖通信網(wǎng)（參考學(xué)時1學(xué)時）（1）知識點一：光接入網(wǎng)（2）知識點二：計算機(jī)高速互聯(lián)光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（3）知識點三：智能光網(wǎng)絡(luò)（4）知識點四：全光網(wǎng)教學(xué)基本要求：掌握接入網(wǎng)和光接入網(wǎng)的定義和結(jié)構(gòu)；了解光接入網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)；了解有源和無源光接入網(wǎng)的定義、特點和主要類型。了解計算機(jī)高速互聯(lián)光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的主要技術(shù)；理解智能光網(wǎng)絡(luò)的主要特點和功能結(jié)構(gòu)；了解全光網(wǎng)的特點。11．知識單元十一：光纖通信新技術(shù)（參考學(xué)時1學(xué)時）（線上MOOC學(xué)習(xí)內(nèi)容，第十二周）（1）知識點一：相干光通信（2）知識點二：光孤子通信（3）知識點三：空間光通信（4）知識點四：量子光通信教學(xué)基本要求：了解相關(guān)光通信系統(tǒng)組成、與IM/DD系統(tǒng)的異同、技術(shù)特點；了解自由空間光通信的特點和應(yīng)用場合；了解量子光通信的原理。（二）課程的重點、難點及解決辦法課程重點和難點主要包括：波動光學(xué)分析光纖傳輸理論分析、激光器工作原理/光源調(diào)制、光檢測器原理/光接收機(jī)性能分析、同步數(shù)字體系SDH復(fù)用映射過程、波分復(fù)用關(guān)鍵技術(shù)、數(shù)字傳輸模型/系統(tǒng)可用性分析/系統(tǒng)設(shè)計、摻鉺光纖放大器性能等。這部分難點的解決辦法主要通過教學(xué)中采用的靈活多樣的方法，包括圖形化分析、例題講解、習(xí)題訓(xùn)練等。課程另外一個難點就是鞏固學(xué)生MOOC自學(xué)的內(nèi)容。解決辦法就是，學(xué)生自學(xué)前向?qū)W生簡單介紹自學(xué)內(nèi)容的要點和重點，同時根據(jù)學(xué)生MOOC自學(xué)內(nèi)容有針對性地設(shè)計各種練習(xí)題（如單選題、多選題、判斷題、填空題、計算題……）并布置下去，練習(xí)題的知識點要細(xì)覆蓋面要全。學(xué)生自學(xué)之后，針對學(xué)生的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行引導(dǎo)性的提問并重點講解。學(xué)生自學(xué)MOOC的練習(xí)也作為平時成績考核的重要依據(jù)。（三）產(chǎn)教融合課程內(nèi)容及基本要求1．產(chǎn)教融合教學(xué)內(nèi)容在本課程中的作用及要求。產(chǎn)教融合在本課程中起到關(guān)鍵作用，旨在將理論知識與實際應(yīng)用緊密結(jié)合，幫助學(xué)生將課堂所學(xué)的專業(yè)知識運(yùn)用到實際工程和行業(yè)實踐中。通過引入光纖通信網(wǎng)在實際應(yīng)用中的案例，幫助學(xué)生接觸到真實的應(yīng)用場景并實際體會光纖網(wǎng)絡(luò)工程施工中的實際操作，提高學(xué)生興趣并提升解決實際問題的能力和創(chuàng)新思維。2．產(chǎn)教融合課程內(nèi)容與課程目標(biāo)對應(yīng)關(guān)系。產(chǎn)教融合教學(xué)內(nèi)容學(xué)時課程目標(biāo)知識點一：光檢測器和光接收機(jī)4理解光纖通信光源的基本原理，掌握光發(fā)送電路的基本構(gòu)成，掌握光源測試的基本方法。知識點二：光纖通信系統(tǒng)性能4.5理解光纖通信系統(tǒng)的基本性能指標(biāo)，并能根據(jù)性能指標(biāo)對光纖通信系統(tǒng)進(jìn)行分析、設(shè)計。知識點三：光接入網(wǎng)1了解光接入網(wǎng)基本概念和構(gòu)成，理解PON的概念和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，能分析和設(shè)計基于PON的光接入網(wǎng)。（四）課程思政教學(xué)設(shè)計教學(xué)內(nèi)容思政目標(biāo)思政素材融入方式評價方法光纖通信的發(fā)展增強(qiáng)民族自信光纖之父-高琨教師講授、在線平臺討論問卷調(diào)查光纖的傳輸理論樹立職業(yè)理想2023年，烽火通信基于自研19芯單模光纖，實現(xiàn)了凈傳輸容量3.61Pbit/s的系統(tǒng)傳輸，刷新了單模多芯光纖傳輸容量的世界紀(jì)錄。教師講授、在線平臺討論問卷調(diào)查光纖數(shù)字通信系統(tǒng)增強(qiáng)民族自信，激勵學(xué)生科技創(chuàng)新華為在光纖通信鄰域的成就學(xué)生自行查閱問卷調(diào)查四、教學(xué)方法講授式教學(xué)：本課程教學(xué)以教師課堂講授為主，輔以基于課程視頻資料的課前自學(xué)和課后作業(yè)。授課過程應(yīng)能靈活運(yùn)用板書和多媒體教學(xué)、加強(qiáng)師生互動、注重啟發(fā)式教學(xué)?；旌鲜浇虒W(xué)：基于相關(guān)教學(xué)平臺，教學(xué)過程中穿插部分線上線下混合式教學(xué),部分內(nèi)容以及工程應(yīng)用讓同學(xué)自學(xué)。案例式教學(xué)法：在介紹理論知識的同時結(jié)合實際案例，幫助學(xué)生理解抽象概念，并了解初步的工程知識。五、課程教學(xué)內(nèi)容、學(xué)時分配、教學(xué)方法與課程目標(biāo)對應(yīng)關(guān)系教學(xué)內(nèi)容學(xué)時分配教學(xué)方法課程目標(biāo)講課實驗上機(jī)線上課外一：概論1講授式課程目標(biāo)1/4二：光纖傳輸理論2.53講授式、混合式課程目標(biāo)1/4三：光源和光發(fā)送機(jī)22講授式、混合式、案例式課程目標(biāo)1/4四：光檢測器和光接收機(jī)2.51講授式、混合式、案例式課程目標(biāo)1/4五：無源器件2混合式課程目標(biāo)1/4六：光放大器21講授式、混合式課程目標(biāo)1/4七：光纖數(shù)字通信系統(tǒng)2.52講授式、混合式課程目標(biāo)1/2/4八：波分復(fù)用系統(tǒng)2混合式課程目標(biāo)1/4九：光纖通信系統(tǒng)性能2.52講授式、混合式課程目標(biāo)1/3/4十：光纖通信網(wǎng)1講授式課程目標(biāo)1/3/4十一：光纖通信新技術(shù)1混合式課程目標(biāo)1/4六、教材、教學(xué)參考資料和網(wǎng)絡(luò)資源（一）教材[1]沈建華等．光纖通信系統(tǒng)（第三版）．機(jī)械工業(yè)出版社，2014年（二）主要參考書[1]韋樂平，張成良.光網(wǎng)絡(luò)：系統(tǒng)、器件與聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，人民郵電出版社，2006[2]RajivRamaswamiandKumarN.Sivarajan.光網(wǎng)絡(luò)（上卷）光纖通信技術(shù)與系統(tǒng)，機(jī)械工業(yè)出版社，2004。[3]RajivRamaswamiandKumarN.Sivarajan.光網(wǎng)絡(luò)（下卷）組網(wǎng)技術(shù)分析，機(jī)械工業(yè)出版社，2004。[4]GredKeiser著，李玉權(quán)譯.光纖通信，電子工業(yè)出版社，2002（三）網(wǎng)絡(luò)資源[1]慕課：光纖通信_南京郵電大學(xué)_中國大學(xué)MOOC(慕課)()七、考核方式與評分標(biāo)準(zhǔn)（一）考核方式《光纖通信與數(shù)字傳輸》課程考核由期末期末考試60%+過程考核40%（課堂出勤、線上自習(xí)、作業(yè)、課堂表現(xiàn)、測驗等）構(gòu)成，總成績登記方式采用百分制。（二）評分標(biāo)準(zhǔn)1．課程成績評定采用綜合評分法，具體的課程考核評價環(huán)節(jié)及權(quán)重如下表：《光纖通信與數(shù)字傳輸》課程考核評價環(huán)節(jié)及權(quán)重考核環(huán)節(jié)考核評價細(xì)則成績占比%占比總占比過程考核課前預(yù)習(xí)與課后作業(yè)1.主要考核學(xué)生課前預(yù)習(xí)（線上），及課堂學(xué)習(xí)后對課程主要知識點的理解和掌握程度，通過課后作業(yè)改進(jìn)薄弱環(huán)節(jié)；2.每次作業(yè)按百分制單獨評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績依據(jù)。3.平均成績乘以15%計入課程平時成績；15%40%課堂測驗1.主要考查學(xué)生應(yīng)用課程所學(xué)知識分析問題解決問題的能力；2.通過雨課堂或?qū)W習(xí)通等網(wǎng)絡(luò)平臺的隨堂測試形式，對學(xué)生知識掌握程度綜合評定。取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績依據(jù)。3.平均成