系统仿真技术也称为系统模拟技术, 这里特指自1970年以来发展起来的利用现代计算机和仿真软件来进行的计算机仿真技术。由于计算机仿真具有精度高、通用性强、重复性好、建模迅速及成本低廉等许多优点, 尤其是近年来发展了Opti System、L a b V I E W、M A T L A B/S i m u l i n K、System View、Network Simulator等多种科学计算和系统仿真语言, 使用起来比传统的C/C++语言进行仿真方便快捷得多。仿真技术是分析、研究各种系统, 尤其是复杂系统的重要工具。随着信息科学的迅速发展, 用于研发、测试的仪器更新速度加快, 技术含量提高, 价格越来越昂贵, 采用仿真的方法可以在一定程度上克服仪器设备的不足[1]。
《光纤通信》是通信工程专业的一门专业课程。课程内容包括光纤通信的基本概念、光纤的基本结构、传光原理和特性参数、光纤通信收发设备的基本构成及功能特点、光纤数字通信系统传输体制等部分[2]。本文结合光纤通信课程特点, 采用Opti System软件仿真的实验教学法, 使得学生在学习书本知识的同时, 能够对光通信系统的实践应用有进一步的了解, 为更好的学习和掌握理论知识, 培养创新能力打下良好的基础。
1 光纤通信实验教学中存在的问题
1.1 实验内容少
目前光纤通信这门课程只是利用实验箱安排了四个实验:码型变换 (CMI) 实验、光发送和接收系统实验、P C M话路光传输系统实验、模拟和数字光纤系统综合实验。实验内容与通信原理实验大同小异, 没有充分体现光纤传输的主要特点。
1.2 学生积极性不高
以往我们让学生做实验只是在集成的实验箱上进行, 学生只是简单的插拔导线就轻松完成实验, 而且有些同学已将理论知识基本遗忘, 在这样的情况下, 学生的综合思维能力、创新能力和动手能力实验中得不到培养, 对实验的积极性不高, 达不到我们对学生掌握实验的要求。
1.3 实验考核不合理[3]
由于实验内容少, 不能全面地反映学生的实践动手能力。因此, 学生实验的考核成绩具有一定的局限性, 导致学生对实验教学不重视, 缺乏培养锻炼自己理论联系实际能力的意愿。在光纤通信技术迅速发展的今天, 这样的实验教学方式是不利于培养出适应时代发展的高技术、高素质人才的。因此, 必须对其进行改革。
2 光纤通信系统仿真在实验教学中的应用
光通信仿真软件可以对大到整个传输系统, 小到一个器件进行优化设计和性能仿真, 从而为光传输系统和光网络的设计、规划、优化、维护和管理提供有力的支持。这里介绍加拿大Optiwave公司的Opti System仿真软件在实践性教学中的应用。Opti System是一款创新的光通讯系统模拟软件包, 它集设计、测试和优化各种类型宽带光网络物理层的虚拟光连接等功能于一身, 从长距离通讯系统到LANS和MANS都使用。Opti System具有强大的模拟环境和真实的器件和系统的分级定义。它的性能可以通过附加的用户器件库和完整的界面进行扩展, 而成为一系列广泛使用的工具。
2.1 该软件特点
(1) 模块化的元器件设计, 使得软件具有优秀的可扩展和升级的能力, 可以非常方便地开发新的元器件。
(2) 网络仿真算法能方便地实现多种仿真功能。
(3) 方便直观实用的虚拟仪表设计, 能区分显示信号与噪声, 多样的分析能力。
2.2 软件功能
本软件包括的器件有发射机组件、接收机组件、虚拟仪表组件、光纤组件、辅助元件组件、滤波器组件以及波分复用组件。每一组器件都包含有多个元件来满足实际运用中的不同需求, 总共有超过40个的基本元器件, 每种器件中都有可调节的参数, 用户可以根据实际情况进行设置。
2.3 辅助实验功能
仿真软件能够适应特定的要求, 在忽略某些条件的情况下, 创造理想的实验条件, 得到现实中不可能看到的现象与结果。
通过该专用软件仿真平台, 可以在学校没有实践性条件的情况下, 帮助学生完成实验教学, 既提高了学生实验实训的效率, 又节省了教学投资费用。
3 光纤通信系统仿真的实验教学方法
在光纤通信系统仿真实验实施过程中, 教师应及时并恰当地对学生进行引导, 督促学生根据教学内容, 根据仿真软件的功能特性, 建立相应仿真模型, 进行光纤通信系统各部分的仿真实验, 加深对基础知识的理解[4]。
(1) 教师应该通过讲授建模的基本原理, 使学生具备仿真建模知识, 并在建模过程中, 加强对学生基本原理的训练。
(2) 学生通过学习仿真软件进行基本的仿真过程, 对于系统的仿真实验, 主要采用老师演示的方式。
(3) 仿真实验总结报告。
如同做实验一样, 仿真实验完成后要求学生撰写总结报告, 主要记录对基本理论知识的实验数据, 总结整个仿真实验过程中的发现与创新, 对于一些新技术的仿真实验, 教师可以引导鼓励学生撰写学术论文。
4 光纤通信系统仿真实验的优点
(1) 增加学生练习的机会。采用软件仿真进行光纤通信实验教学, 可以避免客观环境的限制, 提供无数次的练习机会, 直到完成教学目标为止。
(2) 有效地降低实习经费。运用计算机模拟仿真进行光纤通信实验教学, 不需要昂贵的光通信设备, 其费用相对来说要比真正的实践性教学低得多。可以为学校节省成本, 同时可以直观地模拟信息在光纤通信中传输的整个过程, 起到事半功倍的作用。
(3) 有助于学生精心地观察、学习。通过仿真教学, 学习者可以调整仿真波形的幅度、频率、相位, 随意添加噪声的大小等, 以便于观察和学习, 容易引起学生的学习兴趣与动机。
5 结语
总之, “培养什么人、如何培养人”是高校发展必须解决好的根本问题。21世纪是知识经济时代, 其核心是科技, 关键是人才。培养创新型人才是新时期高等学校的重要任务, 实验教学是新形势下培养创新型人才的关键环节。光纤通信系统仿真已成为深入理解光纤通信系统特性的有价值的工具, 使学生可以很容易地做参数研究, 观测到参数改变对系统性能的影响, 可以很容易地产生直观的波形, 如时域波形、信号频谱、眼图等, 加深学生对信噪比、功率预算、误码率等系统指标的理解;增加新型调制格式、光网络节点、密集波分复用 (DWDM) 系统与技术、光时分复用 (OTDM) 系统与技术等方面的前沿发展动态。最大限度地把学生的积极性、创造性充分发挥出来, 从而达到实验教学改革的要求。
摘要：光纤通信系统的仿真同所有仿真问题一样, 是利用计算机软件为平台, 对实验设备进行软件建模, 通过软件程序等手段模拟实际操作过程, 获得实验数据。本文在分析光纤通信实验教学存在的问题的基础上, 从系统仿真技术角度出发, 提出了针对性对策建议, 为深化实验教学改革, 提高实验教学质量提供参考。
关键词：光纤通信,实验教学改革,系统仿真
参考文献
[1] 李环, 等.通信系统仿真设计与应用[M].北京:电子工业出版社, 2009
[2] 方志豪.光纤通信[M].武汉:武汉大学出版社, 2004
[3] 周建华.《光纤通信》实验教学改革探讨[J].电子科技大学学报 (社科版) , 2003, 5:89～91
[4] 张振荣.仿真在《光纤通信》教学中的应用[J].广西大学学报 (哲学社会科学版) , 2009, 4:54～55.