Fotonikus eszközök és optikai kommunikáció

A tantárgy angol neve: Photonic devices and optical communication

Adatlap utolsó módosítása: 2022. szeptember 12.

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Villamosmérnöki és Informatikai Kar

Űrmérnök mesterszak
Űrmérnöki szakmai ismeretek
kötelezően választható

Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
VIHVMB05   2/2/0/f 4  
3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Bitó János,
A tantárgy tanszéki weboldala https://hvt.bme.hu/
4. A tantárgy előadója
Név: Beosztás: Tanszék, Int.: 
Dr. Berceli Tiborprofessor emeritusBME VIK Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék 
Dr. Hilt Attilacímzetes egyetemi docensBME VIK Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék 
5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít Infokommunikáció, elektronika
6. Előtanulmányi rend
Ajánlott:
-
7. A tantárgy célkitűzése
A modern telekommunikációs infrastruktúra optikai szál alapú rendszerekből áll, amelyet vezeték nélküli technológiákkal kombinálunk. A szabadtéri optikai kommunikációs összeköttetések esetén a lézer fényforrás, fotodetektor kiegészül adaptív optikával és távcsövekkel. A szabadtéri optikai kommunikáció alkalmazható műholdak között (LEO, GEO), illetve műhold-földi állomás közötti kapcsolatban is.
A tárgyat teljesítő hallgatók jártasak lesznek az optikai hálózatok fizikai rétegének tervezési feladataiban. A tárgy bemutatja az optikai közeget használó adatátviteli rendszerekben lejátszódó fizikai alapjelenségeket és azok mérését, ismerteti a korszerű hálózatokban alkalmazott átviteli eljárásokat és azok méréstechnikáját.

8. A tantárgy részletes tematikája

1. előadás: Bevezetés, történelmi áttekintés
Bevezetés, fénytávközlő rendszerek fejlődési lépései, optikai rendszerek előnyei-hátrányai

1.  gyakorlat: Üvegszál típusok
Optikai átviteli közeg. Fényterjedés alapjai, üvegszál felépítése, üvegszál típusok: SI MMF (lépcsős törésmutatójú többmódusú szál), GI MMF, SMF (monomódusú szál). Csillapítás: abszorpció, Rayleigh-szórás, sugárzási veszteség, szóródás felületről

2. előadás: Egycsatornás optikai átviteli rendszer felépítése
Adó, vevő, optikai átviteli közeg, moduláció és demoduláció

2.  gyakorlat: Optikai összeköttetés csillapítás (teljesítmény) mérlege
Számítógépes gyakorlat, eszközök méretezése 

3. előadás: Többcsatornás rendszerek

SDM, SCM,TDM/OTDM, egyszerű WDM, CWDM, DWDM; eszközök tulajdonságainak hatása a rendszer kapacitására

3. gyakorlat: Optikai távközlési szálak, csatlakozók

csatlakozók, mikroszkópos szálvég vizsgálat, hibadetektálás látható fénnyel

4. előadás: DWDM gerinchálózat

felépítés,tervezési szempontok, logikai-fizikai topológia eltérése

4. gyakorlat: DWDM hálózat tervezési feladat

pont-pont és tisztán optikai hálózatok tervezési lépései

5. előadás: Nagysebességű kommunikációs rendszerek

10Gbps feletti adatátvitel megvalósítása egyetlen optikai vivő alkalmazásával(40G, 100G, 400G)

5. gyakorlat: Diszperzió

Diszperzió mérleg számítása, számítógépes gyakorlat

6. előadás: Nagysebességű kommunikációs rendszerek

koherens optikai rendszerek (homodin, heterodin, intradin)

6. gyakorlat:

Koherens rendszerek tulajdonságainak számítása, számítógépes gyakorlat

7. előadás:Optikai hozzáférési hálózatok 1

Fiber To The Home (FTTH), Fiber To The Site (FTTS) megoldások: pont-pont, aktív pont-multipont, passzív pont-multipont, TDM-PON (időosztásos passzív optikai hálózat)

7.gyakorlat: Moduláció

Optikai távközlésben alkalmazott modulációs megoldások paramétereinek összehasonlítása

8. előadás: Optikai hozzáférési hálózatok 2

FTTX jövőbeli irányai (WDM-PON, kódosztás, többcsatornás megoldások, multiplexálási lehetőségek)

8.gyakorlat: FTTH rendszerek teljesítménymérleg számítása

TDM-PON és WDM PON típusok teljesítményviszonyainak számítása

9. előadás: Optikai hozzáférési hálózatok: RoF (Radio over Fibre rendszerek)

Rádiós jelek átvitele. Digitális – analóg megoldás, alapsávi, középfrekvenciás, rádiós frekvencia alkalmazása, digitalizált megoldás

9. gyakorlat: Optikai méréstechnika 1.

Az optikai távközlés minősítő műszereinek megismerése, laborbemutató

10. előadás: Látható fényű kommunikáció

Visible Light Communication (VLC), működési elv, előnyök, hátrányok,alkalmazási lehetőségek, beltéri és kültéri rendszerek

10. gyakorlat: Radio over Fibre rendszer - tartalék

Számítógépes gyakorlat. RoF típusok paramétereinek számítása, összehasonlító elemzés

11. előadás: Szabadtéri optikai összeköttetések

Free Space Optic(FSO) rendszer felépítése, tulajdonságai. Szabadtéri optikai csatorna

11. gyakorlat: Labor demonstráció - tartalék

Visible Light Communication (VLC), demonstráció

10. előadás: Műholdak közötti és Műhold - Föld szabadtéri optikai kommunikáció 

Rendszer felépítése, tulajdonságok, missziók paraméterei, jellemzők, up- és down-link, atmoszféra hatása, csatorna tulajdonságok

10. gyakorlat: Szabadtéri optikai összeköttetés

Műholdak és Műhold – Föld közötti szabadtéri optikai összeköttetés teljesítménymérleg számítása

11. előadás: LIDAR

Elv ismertetése, funkcionális blokkdiagram, osztályozás, tulajdonságok, működés,űrbeli alkalmazás.

11. gyakorlat: Optikai méréstechnika 2.

Az optikai távközlés minősítő műszereinek megismerése,laborbemutató

12. előadás: Optoelektronikai berendezések a műhold fedélzetén

Műholdon belüli optikai kommunikáció, a műhold fedélzetén végzett optikai kísérletek

12. gyakorlat: Optikai érzékelők

Az érzékelő rendszerek szerepe, alkalmazása. Mikrohullámú szenzorok, lézeres távolságmérők,optikai szenzorok összehasonlító elemzése

13. előadás:Szabadtéri optikai összeköttetés biztonsági kérdései

Lehallgathatóság. Fizikai szintű védelem.

13. gyakorlat:Optikai méréstechnika 3.

Szabadtéri optikai kísérletek műszerei

14. előadás: Összefoglalás, kitekintés - tartalék

14. gyakorlat: Laborbemutató - tartalék


9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium)

Előadás: A tárgy sikeres elvégzése és az ismeretek egymásra épülése miatt a leadott tananyag folyamatos elsajátítása szükséges.

Gyakorlat: Az előadáson elhangzottak áttekintése, gyakorlati példákkal történő kiegészítése. A legfontosabb gyakorlati ismeretek bemutatása laboratóriumban is.

10. Követelmények

a.    A szorgalmi időszakban: két zárthelyi dolgozat. Minden zárthelyire maximum 100 pontot lehet kapni. A kapott pontok alapján az egyes zárthelyik eredménye a következő:

Elégtelen

Elégséges

Közepes

Jeles

0-49 pont

50-62 pont

63-74 pont

75-87 pont

88-100 pont

A meg nem írt zárthelyiket 0 eredménnyel vesszük figyelembe.

Amennyiben a zárthelyik pontszámának átlaga eléri az 50 pontot, a hallgató megkapja a félévközi jegyet, az előző táblázat alapján. Az 50 pontnál gyengébb átlag esetén a félévközi számonkérés eredménye elégtelen és így a hallgató a jegyre nem jogosult.

b.    A vizsgaidőszakban: -


c.    Elővizsga: -


11. Pótlási lehetőségek

Mindkét zárthelyi javítására, illetve pótlására a szorgalmi időszak utáni pótlási héten van lehetőség. Amennyiben a zárthelyi pótlását megkísérli a hallgató (jelzi a tanszék számára, hogy azt javítani/pótolni kívánja), akkor ezen zárthelyi végső eredménye minden esetben a pótlási héten írt javító/pótló zárthelyi eredménye lesz.

12. Konzultációs lehetőségek

Az előadások előtt és után, valamint bármikor, de előre egyeztetett időpontban.

13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

1.  Berceli Tibor, Gerhátné Udvary Eszter, Zólomy Attila, Bánky Tamás: Optikai távközlés (1. rész), elektronikus jegyzet, 2006.

2.  Govind P.Agrawal: Fiber-Optic Communication Systems, 4th edition, John Willey & Sons, 2010.

3.  Murat Uysal, Carlo Capsoni, Zabih Ghassemlooy, Anthony Boucouvalas, Eszter G. Udvary: Optical

     Wireless Communication, Springer International, 2016.

4.  John M.Senior: Optical Fiber Communications, Principles and Practice, 3rd edition, Pearson, Prentice Hall, 2009.

 

14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
Kontakt óra56
Félévközi készülés órákra16
Félévközi készülés gyakorlatokra22
Felkészülés laborra0
Felkészülés zárthelyire18
Önálló tananyag feldolgozás8
Házi feladat elkészítése0
Vizsgafelkészülés0
Összesen120
15. A tantárgy tematikáját kidolgozta  
Név: Beosztás: Tanszék, Int.: 
Gerhátné Dr. Udvary Eszteregyetemi docensBME-HIT