“光纖通信”課程實驗教學改革和研究

陳 琳，施正一，朱 武，楊俊杰

(上海電力學院計算機與信息工程學院，上海 200090)

“光纖通信”是我校面向通信工程、光電信息工程專業本科生開設的一門重要的專業主干課程，也作為電子信息等信息類專業本科生的選修課程。該課程主要講授光纖通信的基本概念和光纖通信系統的基本組成，為現代光纖通信系統的研究、應用和開發奠定基礎[1]。

在開設“光纖通信”實驗時，需要結合課程的特點合理安排實驗內容。現有的“光纖通信”實驗包括半導體激光器P-I特性測試、多模光纖衰減測試、模擬信號光纖傳輸、數字光纖通信系統綜合和光纖通信網中的時分復用技術等五個實驗。在實驗室硬件方面，近年學校加大了對“光纖通信”實驗的投入。實驗設備由原來的2臺套增加到12臺套，基本上滿足了學生實驗的要求。但是以驗證性實驗為主，缺少綜合性和設計性實驗。

1 實驗教學的改革

我校“光纖通信”課程總學時為48學時，其中實驗學時為10學時。具體開設的實驗項目如表1所示，其中有三個驗證性實驗，一個綜合性實驗，而設計性實驗為四選一或四選二[2]。

我們取用如下的實驗教學手段。

(1)積極采用多媒體或實物等進行教學。如光器件部分，包括光開關、連接器和接頭、光纖光柵和光隔離器等。在實驗室沒有購買上述相關光器件的情況下，通過多媒體手段向學生展示各類光器件的外觀及應用情況，以彌補學生沒有感性認識的缺憾。

表1 “光纖通信”課程實驗所開設的項目

(2)充分利用通信系統仿真軟件，如Optisystem和Matlab。在系統仿真實驗中，學生可以隨意調整波形參數等，對一個光學元器件甚至整個通信系統進行優化設計和性能仿真，直觀地模擬信息在光纖通信系統中的整個傳輸過程[3]。

(3)部分學有余力的學生參與了上海市大學生科研創新基金項目和教師科研項目等。

目前“光纖通信”課程主要通過理論考試確定學生的學科成績。我們加大了實驗成績的比重，將實驗成績在課程總成績中的比重由10%提高到30%。同時不同層次的實驗采用不同考評方式，如對綜合性和設計性實驗，根據方案設計、實驗報告和答辯環節等方式進行綜合考評[4]。

2 設計性實驗的內容

2.1 直接檢測接收機的設計

本實驗在光傳輸系統OptiSystem仿真平臺上完成。通過使用光傳輸系統仿真軟件，建立由偽隨機碼發生器(Pseudo-Random Bit Sequence Generator)、歸零碼電脈沖發生器(NRZ Pulse Generator)、可調制激光器(Laser Measured)、光衰減器(Optical Attenuator)和PIN光電探測器(Photodetector PIN)組成的直接檢測接收機，如圖1所示。要求學生利用光譜儀(Optical Spectrum Analyzer)觀察調制輸出的光信號，同時通過誤碼率分析儀(BER Analyzer)對原始信號和傳輸解調信號的比較，以判斷信號傳輸質量。

2.2 WDM系統的設計

本實驗在光傳輸系統OptiSystem仿真平臺上完成。要求學生使用光傳輸系統仿真軟件，搭建WDM系統，如圖2所示。該系統由波分復用器(WDM)、摻鉺光纖放大器(EDFA)、傳輸光纖鏈路和光波解復用器(WDM Demux)和光接收機等部分組成。要求學生自行設計搭建系統，并利用虛擬頻譜分析儀來觀察輸出結果，分析色散和非線性效應等對WDM傳輸系統的影響。

圖1 直接檢測光接收機框圖

圖2 WDM系統框圖

2.3 SDH光傳輸設備組網配置實驗

該實驗利用中興通信公司的SDH光傳輸設備為實驗平臺，使學生可以接觸到包括光傳輸、數據網絡和智能業務平臺等方面先進的光通信技術。要求學生對ZXMPS320傳輸設備的整機和單板硬件有個大致了解，并掌握SDH的部分測試方法;要求學生自主完成對網元業務的設置、數據修改和監視，實現SDH通道保護鏈和二纖單向通道保護環等配置及性能測試。

2.4 光OFDM通信系統的設計

將OFDM技術應用于光通信系統是近年的研究熱點。我院課程建設小組以參與的國家自然科學基金項目“OFDM-PON理論與關鍵技術”為依托，積極吸收學生參與科研項目。要求學生利用Matlab和OptiSystem軟件，建立相應的OFDM系統模型;并利用實驗室現有的儀器設備和仿真軟件，搭建簡單的光OFDM單模光纖通信系統。

3 結語

通過對“光纖通信”實驗教學內容、手段和考核方式的改革，學生的實驗效果和質量明顯提升。在今后“光纖通信”教學過程中，只有進一步突出工程應用實踐、強化創新培養特色，不斷提高學生的學習興趣、激發學生的學習主動性，才能達到培養高素質通信專業人才的目的。

[1]劉增基.光纖通信(第2版)[M].西安:西安電子科技大學出版社，2008

[2]李萍，鄒念育，楊軼.光纖通信實驗教學改革與實踐[J].天津:實驗室科學，2010，13(6):35-36

[3]徐文云.實驗與仿真在光纖通信教學改革中的應用研究[J].重慶:重慶郵電大學學報(社會科學版)，2007，(B06):183-186

[4]李書旗，朱昌平，陳小剛.光纖通信實驗教學的改革與探索[J].北京:中國電力教育，2010，(36):132-133

[5]黃永清，陳雪，李蔚等.“光纖通信原理”課程的教學改革[J].南京:電氣電子教學學報，2010，32(6):12-13