“光纤通信”课程实验教学改革和研究

2012-06-21施正一杨俊杰

电气电子教学学报 2012年4期

陈琳，施正一，朱武，杨俊杰

(上海电力学院计算机与信息工程学院，上海 200090)

“光纤通信”是我校面向通信工程、光电信息工程专业本科生开设的一门重要的专业主干课程，也作为电子信息等信息类专业本科生的选修课程。该课程主要讲授光纤通信的基本概念和光纤通信系统的基本组成，为现代光纤通信系统的研究、应用和开发奠定基础[1]。

在开设“光纤通信”实验时，需要结合课程的特点合理安排实验内容。现有的“光纤通信”实验包括半导体激光器P-I特性测试、多模光纤衰减测试、模拟信号光纤传输、数字光纤通信系统综合和光纤通信网中的时分复用技术等五个实验。在实验室硬件方面，近年学校加大了对“光纤通信”实验的投入。实验设备由原来的2台套增加到12台套，基本上满足了学生实验的要求。但是以验证性实验为主，缺少综合性和设计性实验。

1 实验教学的改革

我校“光纤通信”课程总学时为48学时，其中实验学时为10学时。具体开设的实验项目如表1所示，其中有三个验证性实验，一个综合性实验，而设计性实验为四选一或四选二[2]。

我们取用如下的实验教学手段。

(1)积极采用多媒体或实物等进行教学。如光器件部分，包括光开关、连接器和接头、光纤光栅和光隔离器等。在实验室没有购买上述相关光器件的情况下，通过多媒体手段向学生展示各类光器件的外观及应用情况，以弥补学生没有感性认识的缺憾。

表1 “光纤通信”课程实验所开设的项目

(2)充分利用通信系统仿真软件，如Optisystem和Matlab。在系统仿真实验中，学生可以随意调整波形参数等，对一个光学元器件甚至整个通信系统进行优化设计和性能仿真，直观地模拟信息在光纤通信系统中的整个传输过程[3]。

(3)部分学有余力的学生参与了上海市大学生科研创新基金项目和教师科研项目等。

目前“光纤通信”课程主要通过理论考试确定学生的学科成绩。我们加大了实验成绩的比重，将实验成绩在课程总成绩中的比重由10%提高到30%。同时不同层次的实验采用不同考评方式，如对综合性和设计性实验，根据方案设计、实验报告和答辩环节等方式进行综合考评[4]。

2 设计性实验的内容

2.1 直接检测接收机的设计

本实验在光传输系统OptiSystem仿真平台上完成。通过使用光传输系统仿真软件，建立由伪随机码发生器(Pseudo-Random Bit Sequence Generator)、归零码电脉冲发生器(NRZ Pulse Generator)、可调制激光器(Laser Measured)、光衰减器(Optical Attenuator)和PIN光电探测器(Photodetector PIN)组成的直接检测接收机，如图1所示。要求学生利用光谱仪(Optical Spectrum Analyzer)观察调制输出的光信号，同时通过误码率分析仪(BER Analyzer)对原始信号和传输解调信号的比较，以判断信号传输质量。

2.2 WDM系统的设计

本实验在光传输系统OptiSystem仿真平台上完成。要求学生使用光传输系统仿真软件，搭建WDM系统，如图2所示。该系统由波分复用器(WDM)、掺铒光纤放大器(EDFA)、传输光纤链路和光波解复用器(WDM Demux)和光接收机等部分组成。要求学生自行设计搭建系统，并利用虚拟频谱分析仪来观察输出结果，分析色散和非线性效应等对WDM传输系统的影响。

图1 直接检测光接收机框图

图2 WDM系统框图

2.3 SDH光传输设备组网配置实验

该实验利用中兴通信公司的SDH光传输设备为实验平台，使学生可以接触到包括光传输、数据网络和智能业务平台等方面先进的光通信技术。要求学生对ZXMPS320传输设备的整机和单板硬件有个大致了解，并掌握SDH的部分测试方法;要求学生自主完成对网元业务的设置、数据修改和监视，实现SDH通道保护链和二纤单向通道保护环等配置及性能测试。

2.4 光OFDM通信系统的设计

将OFDM技术应用于光通信系统是近年的研究热点。我院课程建设小组以参与的国家自然科学基金项目“OFDM-PON理论与关键技术”为依托，积极吸收学生参与科研项目。要求学生利用Matlab和OptiSystem软件，建立相应的OFDM系统模型;并利用实验室现有的仪器设备和仿真软件，搭建简单的光OFDM单模光纤通信系统。