将实验数据处理引入《光纤通信技术》课程教学中的探索

陈海燕 罗民 代红权 黄春雄

摘要：将实验内容引入理论课程的教学过程不仅是对理论课程的重要补充，也是课程完整性的需要。数据处理是实验中的一个重要环节。本文以光纤通信实验中常见的光谱仪和示波器数据处理为例，介绍一种基于Matlab软件的实验数据处理方法。

关键词：光纤通信技术；实验数据处理；Matlab

中图分类号：G642.42 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）47-0125-02

一、引言

光纤通信系统是“宽带中国”战略的核心。《光纤通信技术》是通信工程、光信息科学与工程等专业的核心课程。课程特点是理论部分难度大、设备与系统部件更新快、实验设备昂贵等。课程学时少，一般在40学时以下。为此，国内许多高校进行了许多有成效的改革。燕山大学的黄震等人提出了增加课程论文撰写和讲解的方式激励学生自主学习，并以Optisystem软件仿真作为实验教学的补充[1]。五邑大学的钟东洲等人对光纤通信课程实践教学和考核方式进行改革，提出了启发性与互动性相结合、课堂讲解与仿真演示相结合、实验与仿真设计相结合的实践教学方法及不同层次实践教学的考核方式等措施[2]。武汉工程大学的骆文等人在课程理论与实践及考核方式上进行改革以提高学生分析和解决问题的能力[3]。笔者通过长期教学实践，以光纤基器件为基础、系统实验与仿真为主导、应用/科研/前沿为窗口对《光纤通信技术》课程进行了全方位的研究性教学与实践改革[4]，有效地提高了学生的系统设计能力及利用计算机解决问题的能力。但没有将《光纤通信技术》中的实验数据处理引入课程教学中。

Matlab软件具有强大的可视化数据处理功能，是一种很适合处理实验数据的一款科学计算软件[5]。本文介绍采用Matlab软件对光通信技术实验中的光信号频域与时域实验所得数据进行处理，并将处理方法引入课程教学中。

二、光信号频域特性数据处理

光纤通信技术实验中，光信号的频域特性是用光谱仪来观察的，光谱仪（如：MS9710C，安立公司）保存的原始数据有BMP、DAT以及TXT三种文件格式，其中BMP文件保存的是光谱仪上所显示的图像，如图1（a），BMP图像所对应的数据则保存在TXT文件中。BMP图像虽然很直观，但不利于移动（如应用于科技论文等）及数据分析；TXT文件有利于数据分析，但不直观。可用Matlab软件对TXT文件数据进行处理。方法如下：

将TXT文件数据导入到Matlab软件工作区，将第一列数据命名为‘lamd，第二列数据命名为‘power，

a1=lamd；

b1=power；

c1=10*log10（b1）；% 将mW单位转化为dBm

plot（a1，c1）

xlabel（'波长/nm'）

ylabel（'功率/dBm'）

运行程序，适当调整横坐标的范围，即可得光谱图，如图1（b），与图1（a）一致。

三、光信号时域特性数据处理

光信号时域特性可用示波器进行观察。示波器（如：TDS2022B，泰克公司）保存的原始数据包括JPG、SET以及CSV表格三种文件格式。其中JPG文件保存的是示波器上所显示的图像，如图2（a），JPG图像所对应的数据则保存在CSV表格文件中。JPG图像虽然很直观，但不利于数据分析；CSV表格文件有利于数据分析，但不直观。可用Matlab软件对CSV表格文件数据进行处理。方法如下：

將CSV表格文件数据导入Matlab工作区，第一列数据命名为‘time，第二列数据命名为‘amplitude，

a1=time；

b1=amplitude；

c1=10^6*a1；% 将时间单位转换s转化为μs

plot（c1，b1）

xlabel（'时间/μs'）

ylabel（'幅度/a.u.'）

运行程序，即可得示波器上脉冲波形，如图2（b），与图2（a）一致。

四、总结

将基于Matlab软件的实验数据处理方法引入光纤通信技术课程教学中，有利于提高学生科学处理实验数据的能力及其科学研究能力。

参考文献：

[1]黄震，毕卫红，张保军，等.光纤通信教学实践与总结[J].教学研究，2011，34（3）：58-59.

[2]钟东洲，王玉青.“光纤通信”课程实践教学和考核方式改革[J].电气电子教学学报，2013，35（3）：38-39.

[3]骆文，张庆堂.《光纤通信》课程教学改革与实践[J].长江大学学报：自然科学版，2010，7（2）：368-369.

[4]陈海燕，陈聪，罗江华，黄春雄.光纤通信技术[M].北京：国防工业出版社，2016.

[5]红权，陈海燕.基于MATLAB语言的物理实验数据处理探讨[J].电子制作，2017，（20）：59-60+24.