辅助教学平台在“光纤通信”课程中的应用

李 茜

（唐山学院 信息工程系，河北 唐山063000）

通信包括无线通信、移动通信、卫星通信、光纤通信等，光纤通信是一门很前沿的学科。“光纤通信”作为通信专业的一门专业基础课程，也是组成通信技术体系的一个重要分支。该课程涉及的知识面广，包括电磁场与电磁波、高等数学等相关知识，通用教材理论性强，公式推导非常繁琐，传统教学枯燥刻板，学生很难理解抽象的概念。这使得本科学生在学习该门课程时感觉难度较大。针对这些问题，建立一个基于光纤相关特性的辅助教学仿真平台，并把仿真平台应用于教学中［1，2］，既丰富课堂内容，又提高学生兴趣。通过仿真平台可以将光纤的特性进行可视化表达，并将工程实践与科研活动得到的数据中所包含的信号特征、状态变化以及客观规律直观、充分地展现出来。

一、仿真平台在课程中的具体应用

课程中有的理论性太强，学生很难理解一些光纤的相关特性。比如光接收机灵敏度问题，从理论的角度，根据公式算出灵敏度的值后，学生很难理解灵敏度的数值大小与灵敏度高低之间的关系，以及灵敏度与输入光功率、消光比的关系。这些问题可通过点击用户界面，让学生直观地看见光纤相关特性的演示以及一些特性参数的测量。

图形用户界面（GUI）又称人机交互界面，是一种人机交互的工具和方法。GUI包含很多种图形对象，如静态文本、文本框、坐标系、窗口、图标、面板、按钮组等，使用者可以使用键盘、鼠标等输入设备和计算机进行信息交换，从而使得计算机产生某种动作或变换［3－4］。在 MATLAB中，主要用到两种方式来建立人机交互界面。一种是通过程序代码编写的方法产生对象，该方法的优点是建立的GUI菜单比较齐全，而且程序代码的通用性能也很高；另一种是通过MATLAB提供的GUIDE界面来建立GUI。

仿真平台的界面上有3个按钮，test表示参数测量，picture表示光纤器件展示，plot表示特性曲线的绘制。参数测量过程中学生可以根据参数选择，来测量光纤的损耗、色散等；器件展示可以让学生看到书上提到的相关光器件；特性曲线的绘制可以让学生看到特性之间的关系及其影响。

二、仿真平台相关特性的展示

（一）光纤通信相关特性参数的测量

光纤的特性参数有很多，大体上可以分为三大类：光学特性、几何特性和传输特性。在光纤通信系统中，当使用的条件发生变化时，几何特性和大部分光学特性是稳定的，而损耗、截止波长等均不同程度地受使用条件的影响。根据教学大纲，要求学生掌握测量的参数不多，所以仿真平台只设计了一些受使用条件影响的特性参数，以损耗、色散、截止波长、中继距离为例。学生在界面中输入参数值，便可以计算出光纤的损耗、色散、截止波长等参数。老师在授课的时候通过改变相关参数，快速地让学生看到改变某一参数对结果造成的影响，还可以直观地看到某些参数的选择有一定的范围限制，过大或过小都会造成负面的影响，所以通过改变这些参数可以起到优化参数设置的作用。

（二）光纤相关特性曲线的绘制

为了便于学生理解光纤的相关特性，在课堂中利用仿真平台的可视化对光纤相关特性进行演示，让学生能够更好地分析光纤特性，以自聚焦效应、损耗、色散［5］、误码率为例，点击plot按钮即弹出特性展示的界面。学生可以直观看出特性随着某些参数的改变而变化的趋势。比如：自聚焦效应最终会聚在一点上，学生很难理解光线的传播路径，通过仿真软件，教师在授课时改变入射角度画出特性图，学生就能很好理解光线的传播线路以及如何聚焦的原理。仿真软件还可以演示更多相关特性。

（三）光纤通信器件的展示

学生在学习光器件的时候，由于看不见实物，很难想象出器件的结构及其外貌，利用仿真平台，点击picture，学生能够直观地看见实物图，并且有详细的器件使用功能介绍。光纤器件可分为有源器件和无源器件两大类。光发射采用发光器件，如半导体激光器、发光二极管等，光接收采用光检测器件，如PIN，APD等，还有光放大器，如掺铒光纤放大器、拉曼光纤放大器、半导体光放大器等，这些均属于有源器件。光纤连接器、耦合器、光开关、波分复用器、光衰减器、光隔离器、光环行器等属于无源器件。教师可以根据教材要求掌握的内容在器件分类中选择光器件，让学生直观看见器件实物图片，在图片下面有完整的器件使用功能。当然，图片在教学课件PPT中也能展示，但是将它集成在教学软件上，有动态点击的效果，更能激发学生的学习兴趣，并且结合相关特性讲解起来更为直接。

三、结论

通过以上辅助教学仿真平台的使用，学生可以很直观地学习和分析“光纤通信”课程中相关的特性。由于基于MATLAB的仿真软件设计的灵活性，可以开发学生动手动脑的能力，让学生自行进行有关“光纤通信”课程中相关的特性、器件的界面交互设计。软件的开发设计已经成功地运用到课堂教学、实验教学、课程设计、毕业设计中，很好地激发了学生的学习兴趣，提高了教学质量。辅助教学平台的使用在“光纤通信”教学改革和实践中取得了良好的效果。

［1］汪徐德，姜恩华，周正，等.MATLAB仿真辅助光纤通信课程教学研究［J］.高师理科学刊，2012，32（5）：80－99.

［2］张振荣，岳岫峪，唐秋玲，等.仿真在光纤通信教学中的应用［J］.广西大学学报，2009，31（3）：54－55.

［3］王巧花，叶平，黄民.基于 MATLAB的图形用户界面（GUI）设计［J］.煤矿机械，2005（3）：60－63.

［4］王默玉，宗伟，刘春磊，等.基于 MATLAB的图形用户界面的构造方式与应用［J］.现代电力，2002，19（1）：76－82..

［5］宋扬，王丽.光纤色散效应对脉冲展宽的影响［J］.激光技术，2008，32（6）：568－572.