软件对光纤通信教程的影响范文

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Matlab和Optisystem仿真软件的特点

Matlab是一种广泛应用于工程计算和系统仿真的新型高级语言，将数值计算和可视化集成在一起，具有优秀的工程应用开发环境，其编程方式自由，简单易学，可以通过编写脚本或者函数文件实现用户自己的算法，有利于算法开发和建模仿真等．而Optisystem进行仿真主要偏重系统方面，可以按照具体的物理概念直接建立仿真模型，可以根据需要对每个模块设定具体参数，并且能够对所建立的数学模型进行直观地分析和仿真，并且仿真界面简明生动，非常适合作为光纤通信系统的综合实验平台．

仿真软件辅助光纤通信教学

1Matlab编程应用于光纤通信教学

在本门课程的学习过程中，由于涉及到的数学处理比较复杂，学生学习起来普遍感到困难，如果恰当地使用可视化的界面以展现数学公式的物理图像，使其变得直观、形象，使学生获得感性认识，缩小理论与实际的差距，缩短学生的认识过程，则提高课堂教学质量．而Matlab编程仿真可以有效的弥补这一缺陷．

例如在光纤的模式理论一节，涉及到光纤模式的大量数学推导，教材中一般是通过麦克斯韦方程，经过复杂的推导过程，最后给出光纤中传导模式的特性方程、场分布等结果，公式推导过程繁琐、结果抽象，理解起来复杂．为解决这一问题，我们在课程教学中引入Matlab软件，自写程序绘制典型的模场分布图，达到了抽象的问题形象化，如图1所示，给出了不同形式的线性偏振模(LP模)三维立体图像和横截面模场分布形式．将Matlab与光纤通信的公式推导相结合，通过编程和仿真，使学生更好地理解了公式的实际意义，也使得公式的推导不再变得枯燥无味．将Matlab数学建模引入光纤通信教学，可以让学生参与编程，让学生进一步搞清数学公式与物理概念的内在联系，把Matlab程序设计语言的学习，变成了对问题求解所采取的探究行动，使教材中枯燥繁琐的理论分析结果可视化．相对于繁琐的公式推导来说，可视化的图形更能调动学生的学习兴趣和积极性，更能吸引学生的注意力，增强学生的课堂学习主动性，从而使学生轻松地理解掌握教材中的理论知识，达到提高教学质量的目的．同时在Matlab编程过程中，学生需要查询资料、互相探讨，无形中也提高学生实际动手能力，培养其合作和创新的能力．

2Optisystem系统仿真应用于光纤通信教学

利用Matlab语言编程来进行实验，要求学生有较强的数学思维能力，能够对公式和复杂的理论知识进行建模．相比而言，Optisystem则适合于对整个光纤通信系统链路的仿真设计，系统模型的搭建操作简单，界面完整形象，有利于引导学生进行更复杂的系统探索和分析．例如色散是光纤的一种重要的光学特性，在高速光纤通信系统中，光纤色散是不可忽视的因素，色散使得输出光信号脉冲被展宽，这样就限制了通信容量和传输距离，解决色散问题的办法之一是利用色散补偿光纤进行色散补偿，则通过Optisystem软件可以构建这一通信链路，如图2所示．

学生在仿真的过程中，可以自由设定各个通信模块的参数，从而对整个通信系统有一个直观的印象．通过点击图中的示波器和频谱仪，了解到各个通信节点处的波形和频谱特点，如图3所示．从输出波形中可以看到输入的初始脉冲在通过10km的常规光纤后，脉冲展宽，中心功率降低，发生色散现象，然后通过1km的色散补偿光纤后，最终的输出脉冲回到原来的状态，色散被完全补偿．另外通过各个节点的频谱仪可以看出，色散仅仅影响脉冲时域波形，不会引入新的频率成分，频谱在传输过程中保持不变．又例如波分复用(WDM)系统，它是现行光纤通信系统的主要架构形式，由于硬件平台的限制，传统的实验箱教学不易对整个系统进行构建．而通过Optisystem仿真软件可以很方便地搭建密集波分复用系统(DWDM)的仿真模型，并通过运行模拟，对系统中各个通信节点处的传输性能实施实时监测，模拟中各通信模块所采用的参数可以为实际规划WDM系统提供可靠的参考依据．

如图4所示，用Optisystem软件设计的一个4通道的DWDM长距离传输系统，复用器的左侧是各个通道的间接调制发射系统，采用了马赫曾德调制器．解复用器的右侧是通信的光接收系统，可以用眼图分析仪来分析通道的性能指标，而中间部分设置了在线放大器———掺铒光纤放大器(EDFA)，其目的是为了减少光纤传输损耗的影响．学生通过这个模型的搭建和仿真，理解和巩固了比如间接调制、眼图、EDFA等有关DWDM方面的知识，综合能力得到提高．波分复用技术，是以光波为载波，在同一根光纤内同时传输多个不同波长的光载波信号的技术，每个波长的光波可以单独携带语音、数据和图像信号．如图5所示，学生通过点击波复用器后的光谱分析仪，就可以了解到4路光信号传输时的波长复用情况．

结论

将Matlab/Optisystem软件仿真与光纤通信课程教学相结合，使枯燥难懂的理论知识形象化，增强教学的直观性，同时培养学生的学习兴趣和创新能力．在光纤通信教学中引入软件仿真，有如下优点:1)Matlab数学建模，使学生参与编程，可以让学生深入了解公式与物理概念的内在实质，使教材中复杂理论分析结果可视化．2)Optisystem软件提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境，将光纤通信系统链路以直观的方框图方式呈现，使学生对通信系统中涉及到各个模块有了深刻的体会，有利于今后的工程实践．3)Matlab/Optisystem仿真解决传统实验教学平台的困境，为光纤通信课程开辟了一个直观简易的操作空间，使学生提高了实验的自主性，增强了学习的兴趣．

作者：汪徐德李素文窦德召姜恩华单位：淮北师范大学物理与电子信息学院