440-4215/01 – Optické komunikace III (OK III)

Garantující katedraKatedra telekomunikační technikyKredity6
Garant předmětuprof. RNDr. Vladimír Vašinek, CSc.Garant verze předmětuprof. RNDr. Vladimír Vašinek, CSc.
Úroveň studiapregraduální nebo graduálníPovinnostpovinně volitelný
Ročník2Semestrzimní
Jazyk výukyčeština
Rok zavedení2012/2013Rok zrušení
Určeno pro fakultyFEIUrčeno pro typy studianavazující magisterské
Výuku zajišťuje
Os. čís.JménoCvičícíPřednášející
FAJ072 Ing. Marcel Fajkus, Ph.D.
KOU137 Ing. Petr Koudelka, Ph.D.
NED086 Ing. Jan Nedoma, Ph.D.
VAS40 prof. RNDr. Vladimír Vašinek, CSc.
Rozsah výuky pro formy studia
Forma studiaZp.zak.Rozsah
prezenční Zápočet a zkouška 3+3
kombinovaná Zápočet a zkouška 8+4

Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi

Rozumět funkci optických přenosových tras. Učební výstupy jsou stanoveny tak, aby studenti byli schopni identifikovat, aplikovat a řešit úlohy z oblasti optoelektroniky.

Vyučovací metody

Přednášky
Cvičení (v učebně)
Experimentální práce v laboratoři

Anotace

Předmět navazuje na předchozí dva kurzy a doplňuje je o základy koncových zařízení. Posluchač by měl zvládnout po jeho absolvování všechny klíčové problémy, které se týkají sofistikovaných sítí, jak přístupových, tak páteřních, měl by zvládnout práci s dnes nejmodernějším SW pro návrh a simulaci vláknově optických sítí, měl by znát principy činnosti prvků a částí sítí, které výrazně zvyšují užitné vlastnosti sítí a tvoří dnes základ nejmodernějších vláknově optických sítí. Zároveň by měl rozumět rušivým jevům v sítích, jejich dopad na přenosové rychlosti a kapacity, měl by být schopen optimalizovat řešení sítí nejen z hlediska funkčního, ale také ekonomického. Osnova Přednášky: 1. Zdroje pro optické komunikace - pokročilý popis 1 - Podmínky pro zesílení světla, inverze populace-popis, inverze populace a metody jejího dosažení, tříhladinové a čtyřhladinové systémy, optická zpětná vazba, děje v optickém rezonátoru, prahová podmínka pro zesílení v aktivním prostředí laseru, ztráty laserového rezonátoru, celkové zesílení a inverze populace, koeficient zesílení malých signálů 2. Zdroje pro optické komunikace - pokročilý popis 2 - Účinnosti laserových diod-vnitřní, vnější, diferenciální, výkonová, rezonátoru, prahové zesílení a šířka spektrální čáry, zářivé a nezářivé rekombinace a jejich vliv na účinnosti LD, podmínky vysoké účinnosti laserových diod(LD) na PN přechodu, funkce heterostruktur, popis účinnosti LD v E-k diagramu, charakteristiky laserových diod, prahový proud LD, spektrální vlastnosti LD, tvar zářivé stopy LD, příčné a podélné módy laserového záření, modulace LD 3. Zdroje pro optické komunikace - pokročilý popis 3 - Teoretická modulační rychlost LD, analogová a digitální modulace LD, rychlostní (modulační) rovnice LD, relaxační oscilace LD, odezva LD na jednotkový proudový skok, intenzitní modulace LD, chirp LD, šum laserových diod, RIN a jeho popis, moduly optických vysílačů, blokové schéma vysílače, řídicí obvody LD, vliv linkových kódů na přenosovou rychlost LD, obvodové řešení koncových stupňů optických vysílačů s LD a LED 4. Zdroje pro optické komunikace - pokročilý popis 4 - Stabilizace pracovního proudu, stabilizace optického výkonu, vazba světla LED-optické vlákno, vazba světla LD-optické vlákno, ochrana LD před zpětným světlem, integrální charakteristika optického vysílače-eye diagram, chyby konstrukce optických vysílačů a jejich projev v eye-diagramu, interní a externí modulátory signálu, Mach-Zehnderův modulátor, elektroabsorpční (Franz-Keldyšův) modulátor 5. Detektory a přijímače pro optické komunikace - pokročilý popis 1 - SNR a chybovost přijímače, šumové zdroje fotodiod, výstřelový šum, tepelný šum, temný proud, šum 1/f, šumový ekvivalentní obvod fotodiody, celkový šum, normovaná hodnota šumu, SNR PIN fotodiody, SNR APD fotodiody, závislost SNR na zesílení APD, šumový ekvivalentní výkon fotodiody (NEP), chybovost přenosu BER, chybovost přenosu a rozhodovací práh, chybová funkce (erf), komplementární chybová funkce (erfc) 6. Detektory a přijímače pro optické komunikace - pokročilý popis 2 - Popis BER-parametr Q, souvislost BER a SNR, chybovost vyjádřená pomocí parametru Q, minimální detekovatelný výkon fotodiody, souvislost chybovosti a minimálního detekovatelného optického výkonu, minimální počet fotonů na 1 přenesený bit, kvantová limita přijatého počtu fotonů 7. Přijímače pro optické komunikace Blokové schéma optického přijímače, vstupní díl přijímače, obvodové řešení obvodu fotodioda-předzesilovač, kvantizér, obvody časové synchronizace, obvod rozhodovací úrovně, katalogové údaje a parametry optických přijímačů 8. Prvky vláknově optických sítí 1 - Optické spoje typu bod-bod, vláknově optické sítě, TDM a WDM, včleňování a vydělování kanálů, regenerátory signálu v optických sítích a signálové zesilovače, pasivní a aktivní prvky vláknově optických sítí, vysílače pro vláknově optické sítě, požadavky na vysílače WDM sítí, laditelné lasery, přijímače pro optické sítě, požadavky na přijímače WDM sítí, zesilovače v optických sítích, funkce optických zesilovačů podle umístění v síti, princip činnosti polovodičového optického zesilovače (SOA), výhody a nevýhody SOA 9. Prvky vláknově optických sítí 2 - Fabry-Perotův zesilovač(F-P), zesilovač s průchozí vlnou(TW), zesílení F-P zesilovače, zesílení TW zesilovače, saturace zesílení, šířka pásma F-P zesilovače, šířka pásma TW zesilovače, přeslechy mezi kanály, polarizačně závislé zesílení, šum optických zesilovačů, zesílení spontánní emise, katalogové údaje a parametry polovodičových optických zesilovačů 10. Prvky vláknově optických sítí 3 - Erbiové vláknové zesilovače(EDFA), princip činnosti zesilovače, energetický pásový diagram, čerpání zesilovače, C-pás a L-pás, zesílení a šum EDFA, prvky EDFA modulů, spojování erbiem dotovaných vláken, způsoby zmenšení ztrát ve spojích, čerpací diody EDFA, katalogové údaje a parametry EDFA, další typy zesilovačů optických vláknových sítí 11. Pasivní prvky vláknově optických sítí 1 - Obousměrné vazební vláknově optické vazební členy(couplery), dělicí poměry vazebních členů, charakteristiky WDM vazebních členů, katalogové parametry a hodnoty vláknově optických děličů, mikrooptické a vlnovodové vazební členy, vazební délka, fázový nesoulad vazebních členů, WDM multiplexery a demultiplexery, širokopásmové a úzkopásmové WDM 12. Pasivní prvky vláknově optických sítí 2 - Mux/Dmuxy, WDM vlnovodné mřížky, WDM difrakční mřížky, vláknově optická Braggovská mřížka, užití WDM Muxů a DMuxů ve vydělovačích svazků a routerech, filtry, tenkovrstvé filtry, rezonátorové filtry, laditelné filtry, akustooptické filtry, optické izolátory, cirkulátory a útlumové články, proměnné atenuátory, katalogové parametry a údaje, optické spojovače a přepínače, optické maticové přepínače, konvertory vlnových délek 13. Vláknově optické systémy a sítě 1 – Analogové systémy, přímá intenzitní modulace, plánování systému, intenzitní modulace subnosné, intenzitní modulace se dvěma postranními pásmy, frekvenční modulace, fázová modulace, PAM, multiplexní strategie 14. Vláknově optické systémy a sítě 2 – Koherentní a fázově modulované systémy, principy koherentní detekce, modulační formáty, demodulační principy, diferenciální fázová modulace, ASK, FSK, PSK heterodynní detekce, ASK a PSK homodynní detekce, interferometrická přímá detekce DPSK, systémy s více nosnými, polarizační multiplex Laboratorní měření: 1.cvičení - Seznámení s úlohami a simulačním SW 2-4.cvičení - Měření parametrů WDM PON 5.cvičení - úvod do simulačního SW Optisystem 6.cvičení - Test č.1 7.-12.cvičení - Simulace vybraných typů sítí a měření jejich parametrů v Optisystem 13.cvičení - test č.2 14.cvičení - kontrola projektů, náhradní měření

Povinná literatura:

Senior,J.M.: Optical fiber communications - principles and practise. Prentice Hall Inc., 2. vydání, 1992, ISBN 0-13-635426-2; Ghatak,A.K., Thyagarajan,K.: Introduction to fiber optics. Cambridge University Press, 1.vydání, 1998, ISBN 0-521-577853; Agrawal,G.P.: Fiber optic communication systems. J.Wiley and Sons, 1. vydání, 1992, ISBN 0-471-54286-5

Doporučená literatura:

Filka,M.: Optoelektronika pro telekomunikace a informatiku. ProfiberNetworking CZ,s.r.o., ISBN 987-80-86785-14-1 Látal, J., Koudelka, P., Svatuška, J., Hlavinka, T., Bednárek, L., Optické komunikace III, Studijní podklady, Ostrava, 2014, 90 str., ESF Látal, J., Koudelka, P. a kolektiv, Optické vláknové zesilovače, Studijní podklady, Ostrava, 2014, 27 str., ESF

Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta

Podmínky udělení zápočtu: Absolvování testu č.1 a testu č.2 Odevzdání všech protokolů z měření

E-learning

Další požadavky na studenta

Podmínkou udělení zápočtu je odevzdání všech protokolů z laboratorních měření a simulací a úspěšné zvládnutí dvou testů.

Prerekvizity

Předmět nemá žádné prerekvizity.

Korekvizity

Předmět nemá žádné korekvizity.

Osnova předmětu

Přednášky: 1. Zdroje pro optické komunikace - pokročilý popis 1 - Podmínky pro zesílení světla, inverze populace-popis, inverze populace a metody jejího dosažení, tříhladinové a čtyřhladinové systémy, optická zpětná vazba, děje v optickém rezonátoru, prahová podmínka pro zesílení v aktivním prostředí laseru, ztráty laserového rezonátoru, celkové zesílení a inverze populace, koeficient zesílení malých signálů 2. Zdroje pro optické komunikace - pokročilý popis 2 - Účinnosti laserových diod-vnitřní, vnější, diferenciální, výkonová, rezonátoru, prahové zesílení a šířka spektrální čáry, zářivé a nezářivé rekombinace a jejich vliv na účinnosti LD, podmínky vysoké účinnosti laserových diod(LD) na PN přechodu, funkce heterostruktur, popis účinnosti LD v E-k diagramu, charakteristiky laserových diod, prahový proud LD, spektrální vlastnosti LD, tvar zářivé stopy LD, příčné a podélné módy laserového záření, modulace LD 3. Zdroje pro optické komunikace - pokročilý popis 3 - Teoretická modulační rychlost LD, analogová a digitální modulace LD, rychlostní (modulační) rovnice LD, relaxační oscilace LD, odezva LD na jednotkový proudový skok, intenzitní modulace LD, chirp LD, šum laserových diod, RIN a jeho popis, moduly optických vysílačů, blokové schéma vysílače, řídicí obvody LD, vliv linkových kódů na přenosovou rychlost LD, obvodové řešení koncových stupňů optických vysílačů s LD a LED 4. Zdroje pro optické komunikace - pokročilý popis 4 - Stabilizace pracovního proudu, stabilizace optického výkonu, vazba světla LED-optické vlákno, vazba světla LD-optické vlákno, ochrana LD před zpětným světlem, integrální charakteristika optického vysílače-eye diagram, chyby konstrukce optických vysílačů a jejich projev v eye-diagramu, interní a externí modulátory signálu, Mach-Zehnderův modulátor, elektroabsorpční (Franz-Keldyšův) modulátor 5. Detektory a přijímače pro optické komunikace - pokročilý popis 1 - SNR a chybovost přijímače, šumové zdroje fotodiod, výstřelový šum, tepelný šum, temný proud, šum 1/f, šumový ekvivalentní obvod fotodiody, celkový šum, normovaná hodnota šumu, SNR PIN fotodiody, SNR APD fotodiody, závislost SNR na zesílení APD, šumový ekvivalentní výkon fotodiody (NEP), chybovost přenosu BER, chybovost přenosu a rozhodovací práh, chybová funkce (erf), komplementární chybová funkce (erfc) 6. Detektory a přijímače pro optické komunikace - pokročilý popis 2 - Popis BER-parametr Q, souvislost BER a SNR, chybovost vyjádřená pomocí parametru Q, minimální detekovatelný výkon fotodiody, souvislost chybovosti a minimálního detekovatelného optického výkonu, minimální počet fotonů na 1 přenesený bit, kvantová limita přijatého počtu fotonů 7. Přijímače pro optické komunikace Blokové schéma optického přijímače, vstupní díl přijímače, obvodové řešení obvodu fotodioda-předzesilovač, kvantizér, obvody časové synchronizace, obvod rozhodovací úrovně, katalogové údaje a parametry optických přijímačů 8. Prvky vláknově optických sítí 1 - Optické spoje typu bod-bod, vláknově optické sítě, TDM a WDM, včleňování a vydělování kanálů, regenerátory signálu v optických sítích a signálové zesilovače, pasivní a aktivní prvky vláknově optických sítí, vysílače pro vláknově optické sítě, požadavky na vysílače WDM sítí, laditelné lasery, přijímače pro optické sítě, požadavky na přijímače WDM sítí, zesilovače v optických sítích, funkce optických zesilovačů podle umístění v síti, princip činnosti polovodičového optického zesilovače (SOA), výhody a nevýhody SOA 9. Prvky vláknově optických sítí 2 - Fabry-Perotův zesilovač(F-P), zesilovač s průchozí vlnou(TW), zesílení F-P zesilovače, zesílení TW zesilovače, saturace zesílení, šířka pásma F-P zesilovače, šířka pásma TW zesilovače, přeslechy mezi kanály, polarizačně závislé zesílení, šum optických zesilovačů, zesílení spontánní emise, katalogové údaje a parametry polovodičových optických zesilovačů 10. Prvky vláknově optických sítí 3 - Erbiové vláknové zesilovače(EDFA), princip činnosti zesilovače, energetický pásový diagram, čerpání zesilovače, C-pás a L-pás, zesílení a šum EDFA, prvky EDFA modulů, spojování erbiem dotovaných vláken, způsoby zmenšení ztrát ve spojích, čerpací diody EDFA, katalogové údaje a parametry EDFA, další typy zesilovačů optických vláknových sítí 11. Pasivní prvky vláknově optických sítí 1 - Obousměrné vazební vláknově optické vazební členy(couplery), dělicí poměry vazebních členů, charakteristiky WDM vazebních členů, katalogové parametry a hodnoty vláknově optických děličů, mikrooptické a vlnovodové vazební členy, vazební délka, fázový nesoulad vazebních členů, WDM multiplexery a demultiplexery, širokopásmové a úzkopásmové WDM 12. Pasivní prvky vláknově optických sítí 2 - Mux/Dmuxy, WDM vlnovodné mřížky, WDM difrakční mřížky, vláknově optická Braggovská mřížka, užití WDM Muxů a DMuxů ve vydělovačích svazků a routerech, filtry, tenkovrstvé filtry, rezonátorové filtry, laditelné filtry, akustooptické filtry, optické izolátory, cirkulátory a útlumové články, proměnné atenuátory, katalogové parametry a údaje, optické spojovače a přepínače, optické maticové přepínače, konvertory vlnových délek 13. Vláknově optické systémy a sítě 1 – Analogové systémy, přímá intenzitní modulace, plánování systému, intenzitní modulace subnosné, intenzitní modulace se dvěma postranními pásmy, frekvenční modulace, fázová modulace, PAM, multiplexní strategie 14. Vláknově optické systémy a sítě 2 – Koherentní a fázově modulované systémy, principy koherentní detekce, modulační formáty, demodulační principy, diferenciální fázová modulace, ASK, FSK, PSK heterodynní detekce, ASK a PSK homodynní detekce, interferometrická přímá detekce DPSK, systémy s více nosnými, polarizační multiplex Laboratorní měření: 1.cvičení - Seznámení s úlohami a simulačním SW 2-4.cvičení - Měření parametrů WDM PON 5.cvičení - úvod do simulačního SW Optisystem 6.cvičení - Test č.1 7.-12.cvičení - Simulace vybraných typů sítí a měření jejich parametrů v Optisystem 13.cvičení - test č.2 14.cvičení - kontrola projektů, náhradní měření

Podmínky absolvování předmětu

Kombinovaná forma (platnost od: 2013/2014 zimní semestr)
Název úlohyTyp úlohyMax. počet bodů
(akt. za podúlohy)
Min. počet bodů
Zápočet a zkouška Zápočet a zkouška 100 (100) 51
        Zápočet Zápočet 45  10
        Zkouška Zkouška 55 (55) 25
                1. Písemná zkouška 50  25
                2. Ústní zkouška 5  0
Rozsah povinné účasti:

Zobrazit historii

Výskyt ve studijních plánech

Akademický rokProgramObor/spec.Spec.ZaměřeníFormaJazyk výuky Konz. stř.RočníkZLTyp povinnosti
2019/2020 (N2647) Informační a komunikační technologie (2601T013) Telekomunikační technika P čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2019/2020 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T059) Mobilní technologie P čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2019/2020 (N2647) Informační a komunikační technologie (2601T013) Telekomunikační technika K čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2019/2020 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T059) Mobilní technologie K čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2018/2019 (N2647) Informační a komunikační technologie (2601T013) Telekomunikační technika P čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2018/2019 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T059) Mobilní technologie P čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2018/2019 (N2647) Informační a komunikační technologie (2601T013) Telekomunikační technika K čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2018/2019 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T059) Mobilní technologie K čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2017/2018 (N2647) Informační a komunikační technologie (2601T013) Telekomunikační technika P čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2017/2018 (N2647) Informační a komunikační technologie (2601T013) Telekomunikační technika K čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2017/2018 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T059) Mobilní technologie P čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2017/2018 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T059) Mobilní technologie K čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2016/2017 (N2647) Informační a komunikační technologie (2601T013) Telekomunikační technika P čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2016/2017 (N2647) Informační a komunikační technologie (2601T013) Telekomunikační technika K čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2016/2017 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T059) Mobilní technologie P čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2016/2017 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T059) Mobilní technologie K čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2015/2016 (N2647) Informační a komunikační technologie (2601T013) Telekomunikační technika P čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2015/2016 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T059) Mobilní technologie P čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2015/2016 (N2647) Informační a komunikační technologie (2601T013) Telekomunikační technika K čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2015/2016 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T059) Mobilní technologie K čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2015/2016 (N2649) Elektrotechnika (2612T015) Elektronika K čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2015/2016 (N2649) Elektrotechnika (2612T015) Elektronika P čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2015/2016 (N2649) Elektrotechnika (2612T003) Aplikovaná elektronika K čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2015/2016 (N2649) Elektrotechnika (2612T003) Aplikovaná elektronika P čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2014/2015 (N2647) Informační a komunikační technologie (2601T013) Telekomunikační technika P čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2014/2015 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T059) Mobilní technologie P čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2014/2015 (N2647) Informační a komunikační technologie (2601T013) Telekomunikační technika K čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2014/2015 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T059) Mobilní technologie K čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2014/2015 (N2649) Elektrotechnika (2612T015) Elektronika K čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2014/2015 (N2649) Elektrotechnika (2612T015) Elektronika P čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2013/2014 (N2647) Informační a komunikační technologie (2601T013) Telekomunikační technika P čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2013/2014 (N2647) Informační a komunikační technologie (2601T013) Telekomunikační technika K čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2013/2014 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T059) Mobilní technologie P čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2013/2014 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T059) Mobilní technologie K čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2013/2014 (N2649) Elektrotechnika (2612T015) Elektronika P čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2013/2014 (N2649) Elektrotechnika (2612T015) Elektronika K čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2012/2013 (N2649) Elektrotechnika (2612T015) Elektronika P čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2012/2013 (N2649) Elektrotechnika (2612T015) Elektronika K čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2012/2013 (N2647) Informační a komunikační technologie (2601T013) Telekomunikační technika P čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2012/2013 (N2647) Informační a komunikační technologie (2601T013) Telekomunikační technika K čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2012/2013 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T059) Mobilní technologie P čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2012/2013 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T059) Mobilní technologie K čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán

Výskyt ve speciálních blocích

Název blokuAkademický rokForma studiaJazyk výuky RočníkZLTyp blokuVlastník bloku
V - ECTS - mgr. 2014/2015 prezenční čeština volitelný odborný 401 - Studijní oddělení FEI stu. blok
V - ECTS - mgr. 2013/2014 prezenční čeština volitelný odborný 401 - Studijní oddělení FEI stu. blok
V - ECTS - mgr. 2012/2013 prezenční čeština volitelný odborný 401 - Studijní oddělení FEI stu. blok