仿真软件在《光纤通信》实验教学中的应用

2019-11-30张春光

电子技术与软件工程 2019年9期

文/张春光

作为国内近几年各大学将多种学科渗透交叉成一门独立学科的光纤通信，其涵盖了电子和通信两个领域的知识，因而呈现了内容复杂、基础理论要求较深以及更新较快的特点，是大多高等院校通信类相关专业所必须要求学生学习的课程。对于本门课程的教学来说，教师既要注重理论知识的讲解，同时应该注重实际应用，锻炼学生的动手操作能力。但因为考虑到进行光纤通信实验所需器材成本较高且实验需要进行反复研究的特点，大多院校采用了计算机仿真和实验相结合的方法，利用仿真技术建立系统模型，而后在该模型上进行计算机实验，不仅能降低成本费用，同时实现了良好的教学效果，为学生之后更好地从事该行业打下坚实的基础。

1 实际应用

在讲解本课程之前，书本对光纤通信做出了明确定义，即以光纤作为媒介的通信方式。用射线原理对光纤通信进行分析，就是将光信号封闭进纤芯中，使其沿着直线的方向传播，使得包层和光纤的接触面产生全反射来传播光信号。同时在纤芯中形成导波，如果无法满足全反射所需条件时，导波会出现中断，即光纤中会产生辐射模，造成光信号的衰减。为加强学生对光纤通信的认知，可以借助于光声信号实验进行电信号传播，通过观察电信号的变化，了解光纤通信的实际应用原理。

1.1 光纤传输特性

因为本章所涵盖较多数学和电学知识，内容复杂抽象，故而在讲解时可引用动画演示不同类型光纤的传输特点和消耗过程中所导致的色散程度。除应用多媒体教学外，还可利用光学仿真软件对光纤的非线性特点进一步说明，例如交叉相位调制以及自相位调制等，对于复杂的公式推导则可借助Optisystem程序进行分析，可以通过使用该程序建立光链路，输入不同频率的光信号在不同的非线性媒介中产生不同频率混频效应的光输出信号，利用仿真软件还能便于借助光谱仪来观察发生混频效应后的图像，操作简单且便于理解，以此来营造良好的学习氛围。

1.2 光通信所需元件

该章主要讲解应用于光通信中的不同元器件的效用，与实际应用在很大程度上相符。在讲解本课时，可以组织学生进入实验室，利用实验室的环境和器材进行实验，在学生进行实验操作时教师可播放动画讲解说明，便于同学们深入了解所用器件的工作原理，例如可将特殊物质和抽象光之间的作用过程以动态的形式播放出来，帮助学生理解半导体激光器的实际工作机理，培养学生们的抽象思维能力。

1.3 互联网技术和光纤通信

随着工业信息化的不断深入发展，近几年来，光纤通信俨然已成为一门知识更新速度快和技术不断成熟的学科，课本中目前所提及的技术主要有光交换、光放大、光分复用以及光接入网等技术，这些新出现的技术在短时间内已经发展到了相对成熟的地步，但尚有些新技术还待挖掘开发。在对此类技术进行讲解时，教师可以举例近几年的科研成果或讨论热点和同学们一起探讨，将课前搜集好大量的数据资料展示给同学们，使其更能深刻地感知新型技术的发展之快以及其产生的巨大影响。由于光纤通信实验所需器材一般来说成本不低，故而，在允许学生实际操作之前进行仿真分析及构建模型十分必要。光波分复用技术作为光纤通信的重要核心，利用仿真软件完成对超长系统的实体传输，可以模拟整个系统的性能，对光谱、误码分析仪以及示波器等设备进行模拟仿真，便于检测传输光信号过程中的重要监测点，为设计光波分复用系统提供有效参数参考。利用Optisystem软件根据不同的实验需要设计合适的传输系统以减少光纤传输过程中的色散和损耗并用眼图分析仪对通道的信号传输效能进行分析，测量误码率及指数因子。学生在搭建仿真平台和模型的过程中，可以有效增强自身对光纤通信技术的掌握。

2 优点好处

多媒体技术和仿真软件的结合在教学当中的应用，使得光纤通信内容讲解实现了声文图貌的结合，便于学生从多方面理解光纤通信的重要性和实际应用意义，从而搭建自己的知识认知结构。仿真软件在实际教学当中的优点主要有：为学生提供更多的动手机会，体现了培养技能人才的教学目标，学生在进行仿真练习时可以不受器材的限制，结合所学知识充分发挥自己的想象力，体现了创新激发式教学；能帮助学生更加细心观察实验现象，学生需要掌控好仿真调节的速度并仔细观察速度变化过程中的实验结果；减少了重复性操作实验所容易造成的经费浪费，借助计算机进行仿真教学通常来说不需要很贵的设备仪器，便于经济效益最大化，且能实现和实际实验同等的教学效果；仿真软件的教学应用可根据实验需要作出灵活的变动，解决了实际实验当中各种器件缺失所带来的弊端，学生可根据实验要求自主模拟不同情境变化，观察不同环境下所产生的的不同实验结果和现象，有利于培养学生多维思考能力。