[ Федеральное агентство по образованию
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по УР, доцент
_М.Т.Решетников
"_" 2008 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
по дисциплине: «Направляющие среды и пассивные компоненты линий связи»для специальности: 210405 – Радиосвязь, радиовещание и телевидение Факультет: радиотехнический (РТФ) Профилирующая кафедра: Теоретических основ радиотехники (ТОР) Курс – 4 Семестр – Учебный план набора 2005 г. и последующих лет Распределение учебного времени:
Лекции 40 ч Лабораторные работы 16 ч Всего ауд. занятий 56 ч.
Самостоятельная работа 44 ч.
Общая трудоемкость 100 ч.
Экзамен – 8 семестр Рабочая программа составлена с учетом требований Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования "Государственные требования к минимуму содержания и уровню подготовки выпускника по направлению 654400 «Телекоммуникации», включающего специальность 210405 – «Радиосвязь, радиовещание и телевидение».
Рабочая программа ОБСУЖДЕНА и УТВЕРЖДЕНА на заседании кафедры СВЧиКР 3.02.2005 протокол №_6_ Разработчик программы Доц. каф. СВЧи КР, Ефанов В.И.
3. Зав. обеспечивающей.каф. СВЧиКР, Шарангович С.Н.
4. Рабочая программа СОГЛАСОВАНА с факультетом РТФ, профилирующей кафедрой и СООТВЕТСТВУЕТ действующему рабочему плану учебных занятий.
Декан РТФ, профессор Боков Л.А.
Зав. профилирующей каф. ТОР _ Пуговкин А.В.
Срок действия рабочей программы – 31.12.2010 г.
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
1.1 Цели преподавания дисциплины Данный курс Направляющие среды и пассивные компоненты линий связи (НС и ПК ЛС) является одной из специальных дисциплин, читаемых для студентов специальности 210405 — "Радиосвязь, радиовещание и телевидение". Направляющие среды в электросвязи являются важнейшим компонентом сети связи страны. Удельный вес линейных сооружений по капитальным затратам и труду составляет более 60% от общей стоимости системы связи.Направляющие среды – основа структурированных кабельных систем, используемых в локальных компьютерных сетях.
Целью изучения дисциплины является знакомство студентов с направляющими средами электросвязи, являющимися в настоящее время самыми массовыми и быстродействующими из всех известных систем связи, знакомство с электрическими и оптическими кабелями и пассивными компонентами, используемыми для: организации городской, междугородней и международных сетей связи; структурированных кабельных систем; кабельного телевидения и др.
В дисциплине излагаются принципы работы различных видов направляющих сред, их характеристики, методы расчета, изготовления и проектирования. Рассматриваются все эксплуатационные характеристики электрических и оптических кабелей, их достоинства и области применения. Рассмотрены методы расчета направляющих сред. Особое внимание уделено изучению пассивных компонент - различным типам разветвителей, мультиплексорам и другого коммутационного оборудования.
1.2. Задачи изучения дисциплины.
Основные задачи изучения курса – изучение направляющих сред и пассивных компонентов линий связи в объеме: современная связь, принципы построения электрических и волоконно-оптических телекоммуникационных сетей; направляющие среды передачи (НСП); основы теории НСП; конструктивные характеристики и параметры; основные положения электродинамики НСП; конструктивные характеристические параметры коаксиальных, симметричных кабелей и оптических кабелей; основные характеристики электромагнитного влияния на НСП; взаимное влияние между различными НСП; вопросы электромагнитной совместимости различных НСП; влияние внешних электромагнитных полей и коррозии на НСП; проектирование междугородных, внутриобъектовых линий связи;
современные методы строительства НСП; надежность НСП; основы технической эксплуатации.
1.3. Требования к уровню освоения содержания дисциплины В результате изучения дисциплины студент должен - иметь представление о наиболее перспективных направлениях развития НСП и применяемых в них компонентах;
- знать современные тенденции развития линий связи, конструкции и характеристики направляющих систем и пассивных компонентов, основы технической эксплуатации линейных сооружений связи;
- уметь использовать полученные знания для расчета основных технических характеристик НСП и их проектирования с учетом требований быстродействия, надежности, технологичности и удобства технической эксплуатации.
- приобрести навыки работы с электрическими и оптическими кабелями. Иметь опыт работы с приборами и аппаратурой по настройке и испытанию НСП.
1.4. Перечень обеспечивающих дисциплин.
Данная дисциплина базируется на знаниях, полученных студентами в процессе изучения следующих дисциплин: ЕН.Ф.03. Физика. ЕН.Ф.08. Электромагнитные поля и волны. ОПД.Ф.05. Теория электрической связи. Основы физической и квантовой оптики.
2. СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ.
2.1. Введение (1 час).Предмет и задачи курса. Краткий обзор истории развития НСП. Место и роль направляющих сред передачи (НСП) в современных системах связи. Мировой уровень развития электрической и оптической связи. Существующие и строящиеся линии связи (ЛС) в России и за рубежом. Содержание и последовательность изучения курса, связь с другими дисциплинами, место курса в общей подготовке по настоящей специальности.
Рекомендуемая литература.
2.2. Достоинства НСП (1 час).
Классификация линий связи. Сравнительная оценка средств передачи информации с использованием электрических направляющих систем и систем радиосвязи. Основные характеристики симметричных кабелей, витой пары, коаксиального кабеля, оптических кабелей. Области применения каждого. Технико-экономическое сравнение направляющих систем.
2.3. Структура кабельной линии связи (0,5 часа).
Общие принципы построения сетей связи ВCC. Первичная и вторичная сеть.
Магистральная и зоновая связь. ЛС как совокупность пассивных и активных технических устройств. Аналоговые и цифровые ЛС. Сопоставительный анализ. Основные технические характеристики существующих систем цифровой связи использующих электрический и оптический кабель.
Методические указания. Нужно четко представлять основные технические характеристики электрических кабелей связи их недостатки и достоинства в сравнении с радиолиниями.
Материалы надо изучать, используя [1,6,8,9].
2.4. Основные положения электродинамики НСП 2.4.1. Общие сведения. (2 часа) Уравнения Максвелла и граничные условия для электромагнитного поля. Энергетические соотношения. Электромагнитные процессы в проводниках и диэлектриках. Типы и классы электромагнитных волн. Дисперсия. Электромагнитное поле в ближней и дальней зонах.
2.4.2. Теория передачи сигналов по линиям связи. (2 часа) Уравнение однородной линии. Волновое сопротивление и коэффициент распространения.
Длина волны в линии. Линии с несогласованными нагрузками. Падающая, отраженная и стоячая волны в линии связи. Коэффициент отражения, входное сопротивление. Методы согласования.
Методические указания. Эта тема является основной для понимания теории электрических и оптических линий связи. При изучении необходимо использовать основную литературу [1,2,8].
2.5. Теория электрических линий связи 2.5.1. Коаксиальные кабели. (3 часа) Электрические процессы в коаксиальных цепях. Электромагнитное поле кабеля.
Передача энергии по коаксиальной цепи без учета и с учетом потерь. Первичные и вторичные параметры передачи. Оптимальные соотношения диаметров проводников кабеля.
Элементы конструкций коаксиальных кабелей. Коаксиальные кабели и пассивные элементы кабельного телевидения.
*Маркировка отечественных и зарубежных кабелей и их технические характеристики.
Области применения, достоинства и недостатки.
* - Материал - на самостоятельную работу.
2.5.2. Симметричные кабели. (3 часа) Электрические процессы в симметричных цепях. Передача энергии по идеальной симметричной цепи и с учетом потерь. Первичные и вторичные параметры симметричных цепей.
*Классификация и маркировка симметричных кабелей. Проводники, изоляция, типы скруток, защитные оболочки и бронепокровы. Конструкции магистральных, зоновых и городских кабелей связи.
* - Материал - на самостоятельную работу.
2.5.3. Полосковые линии. (2 часа) Области применения. Основные конструкции и материалы. Структура электромагнитных полей. Основы расчета и проектирования симметричных и несимметричных полосковых линий. Многослойные печатные платы. Компланарные и щелевые линии связи.
Методические указания. Нужно четко представлять основные технические характеристики электрических кабелей связи, их достоинства и недостатки. В качестве основной литературы можно рекомендовать [1,8,9], а в качестве дополнительной [17,19].
Расчетное задание по коаксиальным кабелям Расчетное задание по витым парам.
* - Материал - на самостоятельную работу.
2.6. Взаимные влияния в НСП и их помехозащищенность.
2.6.1. Электромагнитные влияния между цепями кабелей. (2 часа) Основные понятия о влиянии между симметричными цепями. Первичные и вторичные параметры влияния. Частотные и временные характеристики влияния. Переходное затухание на ближнем и дальнем концах. Защищенность. Скорость распространения и задержка прохождения сигналов. Возвратные потери. Нормирование взаимных влияний между цепями.
2.6.2. Защита линий связи от электромагнитных влияний. (1 час) Электромагнитные помехи и электромагнитная совместимость. Источники опасных и мешающих влияний. Электромагнитное экранирование в широком диапазоне частот.
Ближняя и дальняя зоны. Эффективность экранирования. Экранирование кабелей связи.
Меры защиты линий связи. Основные требования по обеспечению ЭМС.
Методические указания. Эти вопросы хорошо изложены в [1,8,9,17,19].
Расчетное задание по взаимному влиянию в витых парах.* * - Материал - на самостоятельную работу.
2.7. Основы теории оптических направляющих систем передачи.
2.7.1. Классификация оптических волноводов (ОВ) (3 часа).
Принцип работы и физические процессы в ОВ. Основные положения многомодовой и одномодовой лучевой оптики при распространении света по ОВ. Оптические волокна и их характеристики. Технология изготовления и материалы ОВ. Геометрические параметры ОВ.
Профиль показателя преломления. Ступенчатое и градиентное ОВ. Числовая апертура.
Устройства и эффективность ввода света в ОВ. Волновая теория ОВ. Характеристики распространения и типы направляемых мод. Критическая частота. Определение числа мод.
2.7.3. Потери энергии и затухание в ОВ (1,5 часа).
Потери в материале в ОВ, поглощение и рассеяние. Окна прозрачности и диапазон длин волн. Три вида поглощения. Рассеяние: Релея, Ми, нелинейное рассеяние. Потери в неоднородностях. Кабельные потери. Затухание за счет макро- и микроизгибов.
Расчетное задание по затуханию в ОВ. Расчет затухания света в ОВ и потерь на макро- и микроизгибах.
2.7.4. Дисперсия и полоса пропускания ОВ (1,5 часа).
Влияние дисперсии на передачу сигналов по ОВ. Виды дисперсии. Межмодовая, хроматическая, материальная и волноводная дисперсия. Расчт дисперсии в одномодовых и многомодовых ОВ. Поляризационная модовая дисперсия.
Расчетное задание по дисперсии в ОВ.
2.7.5. Оптические характеристики одномодовых ОВ (2 часа).
Основные типы и области применения одномодовых ОВ. Геометрические параметры, диаметр модового поля.
Затухание и хроматическая дисперсия одномодового ОВ. Международные стандарты ITU-T, рек. G.652… G.655. Дисперсионные характеристики. Коэффициент наклона и длина волны нулевой дисперсии.
Нелинейные эффекты в ОВ. Методы компенсации дисперсии. Специальные типы одномодовых волокон.
2.7.6. Расчет длины регенерационного участка (2 часа).
Общие положения по составлению проекта. Выбор трассы. Расчет длины элементарного кабельного участка. Характеристики передающих и приемных модулей.
Энергетический потенциал. Расстановка регенерационных пунктов.
Расчетное задание.
Методические указания. Это очень важный для усвоения последующих разделов курса материал. Нужно понять физику и математическую основу описания процессов передачи света по ОВ. Лучевая трактовка хорошо изложена в [2,10,15], а волновая в [3,4]. Материал можно изучать, используя [5,6,7,11].
2.8. Конструкции и характеристики оптических кабелей связи. (2 часа).
2.8.1 Оптические кабели Магистральные, зоновые, городские и объектовые кабели связи. Система обозначений и маркировки ОК. Основные компоненты ОК. Область применения, конструкция, механические и электрические характеристики кабелей для: прокладки в землю; подвески на опорах; прокладки под водой и внутри помещений. Механические параметры: масса;
разрывная прочность; раздавливающее усилие; стойкость к изгибам.
2.8.2. Коммутационно-распределительные устройства. * Монтаж кабелей. Назначения кабельных муфт и организаторов. Сращивание ОК в соединительных муфтах. Промежуточные муфты. Коммутационные полки.
Распределительные шкафы, коробки, панели для ОК. Настенные розетки. Испытания механические – климатические. Принадлежности для тестирования.
Методические указания.
Необходимо знать перечень технических характеристик ОК, влияющих на передачу сигналов в ВОЛС, конструкцию и номенклатуру ОК. иметь представление о кабельной арматуре – муфты, кроссовое оборудование. [4,5,7] * - Материал – на самостоятельную работу.
2.9. Конструкции и характеристики пассивных компонентов ОНСП.
2.9.1. Разъмные и неразъемные соединения (1,5 часа).
Соединение и сращивание ОВ. Требования к соединителям. Характеристики сростков и соединений. Соединение плавлением. Механическое соединение. Типы коннекторов.
Эффект смещения сопрягаемых ОВ (радиальное, осевое, угловое смещение). Потери за счет различия числовых апертур и диаметра сердечника, их неконцентричности и элептичности.
Соединительные и монтажные шнуры, переходные розетки.
Методические указания. Вопросы изготовления хорошо описаны в [7]. Материалы ОВ и устройства ввода – в [4], коннекторы – в [10,16].
Расчетное задание. Соединение ОВ и эффективность ввода.
2.9.2. Распределение сигналов в ВОЛС (1,5 часа).
Общие вопросы распределения сигналов в ВОЛС. Типы распределителей оптического излучения. Основные параметры распределителей оптического излучения. Неселективные оптические разветвители. Разветвители с взаимодействием через боковые поверхности.
Разветвители на основе одномодовых ОВ. Интегральный разветвитель.
2.9.3.Спектральные распределители оптического излучения (1 час).
Назначение, преимущество и недостатки WDM-систем. Система параметров и требования к ним. Принцип работы и основы WDM-систем. DWDM-системы. Виды дисперсионных элементов.
2.9.4. Оптические аттенюаторы, изоляторы, циркуляторы (1,5 часа).
Конструктивные принципы создания аттенюаторов. Рабочие характеристики и области применения ступенчатые и плавные аттенюаторы. Оптические изоляторы и циркуляторы. Типы переключающих устройств. Системы параметров оптических переключателей. Механические и оптоэлектронные переключатели.
Методические указания.
Это очень важный для усвоения последующих разделов курса материал. Нужно понять физику процессов передачи света в пассивных компонентах ОВ.
Обратить внимание на основные технические характеристики устройств распределения сигналов. Основная литература. [4,6,10,14].
2.10 Структурированные кабельные системы. * (3 часа) Структура СКС. Понятие классов и категорий и их связь с длинами кабельных трасс.
Витые пары. Кабели СКС на основе витых пар. Вторичные параметры кабелей из витых пар.
Основные конструкции и передаточные характеристики. Переходное затухание на ближнем и дальнем концах, защищенность, скорость распространения и задержка сигналов, структурные и возвратные потери.
Стандарты телекоммуникационного каблирования коммерческих зданий.
Каблирование на основе витой пары, коаксиала и оптических кабелей. Универсальные кабельные системы зданий.
Методические указания. Эти вопросы хорошо изложены в [12,13,14,18]. Расчетное задание по симметричным кабелям.
* - Материал – на самостоятельную работу.
2.11 Измерения характеристик НСП. (2 часа) Тестируемые параметры. Классификация измерительных технологий современных телекоммуникаций и локальных сетей. Особенности и приборы для измерений ОВ.
Оптические тестеры, рефлектометры и анализаторы спектра.
Методические указания. Эти вопросы хорошо изложены в [4,10,20].
1. Иследование оптических и конструктивных параметров ОВ и ОК. (2 часа).
2. Исследование экранирования электромагнитного поля (4 часа).
3. Измерение потерь на стыках и разъемных соединениях ОВ и ОК (2 часа).
4. Исследование эффективности ввода оптического излучения в ОВ (2 часа).
5. Исследование дисперсионных характеристик ОВ (4 часа).
6. Взаимные влияния в ЛС (2 часа).
На самостоятельную работу вынесены вопросы:
1. Электрические кабели связи: классификация, маркировка, элементы конструкции (коаксиальные, симметричные) (4 часа).
2. Защита линий связи от электромагнитных влияний (2 часа).
3. Изготовление оптических волокон (2 часа).
4. Источники и приемники оптического излучения (4 часа).
5. Коммутационно-распределительные устройства (2 часа).
6. Структурированные кабельные системы (4 часа).
Кроме того, самостоятельная работа включает:
а) выполнение расчетных заданий (26 часов):
1. Расчет параметров коаксиальных кабелей. (2 час) 2. Расчет первичных и вторичных параметров симметричных цепей.(2 часа) 3. Расчет взаимных влияний и помех в линиях связи. (2 часа) 4. Расчет параметров одномодового и многомодового ОВ. (числовая апер тура, нормированная частота, число мод, и др.) (2 часа) 5. Расчет затухания и дисперсии в ОВ длины регенерационного участка. (2часа) 6. Расчет характеристик передачи сигналов в СКС (4 часа) б) подготовку к лабораторным занятиям (6 часов);
в) повторение лекционного материала (6 часов).
5. РЕЙТИНГОВАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ
№ Темы коллоквиумов:1. Электрические кабельные линии связи 2. Волоконно-оптические линии связи Темы индивидуальных расчтных заданий 1. Расчет параметров коаксиальных кабелей.
2. Расчет первичных и вторичных параметров симметричных цепей.
3. Расчет взаимных влияний и помех в линиях связи.
4. Расчет параметров одномодового и многомодового ОВ. (числовая апер тура, нормированная частота, число мод, и др.) 5. Расчет затухания и дисперсии в ОВ длины регенерационного участка.
6. Расчет характеристик передачи сигналов в СКС 6. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
2. Ефанов В.И. Сборник задач по курсу «Оптические направляющие среды и пассивные компоненты волоконно-оптических линий связи». – Томск.: ТУСУР, 3. Портнов Э.Л. Оптические кабели связи и пассивные компоненты волоконнооптических линий связи: Учебное пособие для вузов. – М: Горячая линия-Телеком, 4. Ефанов В.И. Основы проектирования сетей кабельного телевидиния: Учеб.
Пособие. омск, Том. гос. ун-т систем управления и радиоэлектроники, 2007. – 5. Ефанов В.И., Миргород В. Г Основы проектирования структурированных кабельных систем: Учеб. Пособие. – Томск, Том. гос. ун-т систем управления и радиоэлектроники, 2007. – 108 с.
6.1.2. Дополнительная литература 1. Иоргачв Д.В., Бондаренко О.В. Волоконно-оптические кабели и линии связи. – М.: Эко-Трендз, 2002. – 282 с.
2. Воронцов А.С., Гурин О.И. и др. Оптические кабели связи российского производства. Справочник. - М.: Эко-Трендз, 2003. – 288 с.: ил.
3. Семенов А.Б., Стрижаков С.К., Сунчелей И.Р. Структурированные кабельные системы. Стандарты. Компоненты, проектирование, монтаж и техническая эксплуатация. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Компьютер Пресс,2001. – 608 с.: ил.
4. А.В. Листвин, В.Н.Листвин, Д.В. Швырков Оптические волокна для линии связи – М.: ЛЕСАРарт, 2003. 288с. ил.
5. Ефанов В.И. Направляющие системы электросвязи. Часть 1. Электрические линии связи: Учебное пособие. – Томск, 2007. - 182 с 6. Ефанов В.И. Направляющие системы электросвязи (ч.2 «Волоконно-оптические линии связи»): учебное пособие – Томск : Томск. гос. ун-т систем упр. и радиоэлектроники, 2007. – 163 с.
7. Ефанов В.И. Проектирование, строительство и эксплуатация ВОЛС: учебное пособие – Томск : Томск. гос. ун-т систем упр. и радиоэлектроники, 2007. – 103 с.
6.2. Прочие учебно-методические материалы.
На лекциях применяется мультимедиапроектор для предъявления опорных сигналов и/или презентаций. У лектора имеется комплект демонстрационных материалов:
Оптические волокна и кабели, оптические передатчики и оптические приемники и пассивные компоненты ВОЛС.
«