將實驗數據處理引入《光纖通信技術》課程教學中的探索

陳海燕 羅民 代紅權 黃春雄

摘要：將實驗內容引入理論課程的教學過程不僅是對理論課程的重要補充，也是課程完整性的需要。數據處理是實驗中的一個重要環節。本文以光纖通信實驗中常見的光譜儀和示波器數據處理為例，介紹一種基于Matlab軟件的實驗數據處理方法。

關鍵詞：光纖通信技術；實驗數據處理；Matlab

中圖分類號：G642.42 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）47-0125-02

一、引言

光纖通信系統是“寬帶中國”戰略的核心。《光纖通信技術》是通信工程、光信息科學與工程等專業的核心課程。課程特點是理論部分難度大、設備與系統部件更新快、實驗設備昂貴等。課程學時少，一般在40學時以下。為此，國內許多高校進行了許多有成效的改革。燕山大學的黃震等人提出了增加課程論文撰寫和講解的方式激勵學生自主學習，并以Optisystem軟件仿真作為實驗教學的補充[1]。五邑大學的鐘東洲等人對光纖通信課程實踐教學和考核方式進行改革，提出了啟發性與互動性相結合、課堂講解與仿真演示相結合、實驗與仿真設計相結合的實踐教學方法及不同層次實踐教學的考核方式等措施[2]。武漢工程大學的駱文等人在課程理論與實踐及考核方式上進行改革以提高學生分析和解決問題的能力[3]。筆者通過長期教學實踐，以光纖基器件為基礎、系統實驗與仿真為主導、應用/科研/前沿為窗口對《光纖通信技術》課程進行了全方位的研究性教學與實踐改革[4]，有效地提高了學生的系統設計能力及利用計算機解決問題的能力。但沒有將《光纖通信技術》中的實驗數據處理引入課程教學中。

Matlab軟件具有強大的可視化數據處理功能，是一種很適合處理實驗數據的一款科學計算軟件[5]。本文介紹采用Matlab軟件對光通信技術實驗中的光信號頻域與時域實驗所得數據進行處理，并將處理方法引入課程教學中。

二、光信號頻域特性數據處理

光纖通信技術實驗中，光信號的頻域特性是用光譜儀來觀察的，光譜儀（如：MS9710C，安立公司）保存的原始數據有BMP、DAT以及TXT三種文件格式，其中BMP文件保存的是光譜儀上所顯示的圖像，如圖1（a），BMP圖像所對應的數據則保存在TXT文件中。BMP圖像雖然很直觀，但不利于移動（如應用于科技論文等）及數據分析；TXT文件有利于數據分析，但不直觀。可用Matlab軟件對TXT文件數據進行處理。方法如下：

將TXT文件數據導入到Matlab軟件工作區，將第一列數據命名為‘lamd，第二列數據命名為‘power，

a1=lamd；

b1=power；

c1=10*log10（b1）；% 將mW單位轉化為dBm

plot（a1，c1）

xlabel（'波長/nm'）

ylabel（'功率/dBm'）

運行程序，適當調整橫坐標的范圍，即可得光譜圖，如圖1（b），與圖1（a）一致。

三、光信號時域特性數據處理

光信號時域特性可用示波器進行觀察。示波器（如：TDS2022B，泰克公司）保存的原始數據包括JPG、SET以及CSV表格三種文件格式。其中JPG文件保存的是示波器上所顯示的圖像，如圖2（a），JPG圖像所對應的數據則保存在CSV表格文件中。JPG圖像雖然很直觀，但不利于數據分析；CSV表格文件有利于數據分析，但不直觀。可用Matlab軟件對CSV表格文件數據進行處理。方法如下：

將CSV表格文件數據導入Matlab工作區，第一列數據命名為‘time，第二列數據命名為‘amplitude，

a1=time；

b1=amplitude；

c1=10^6*a1；% 將時間單位轉換s轉化為μs

plot（c1，b1）

xlabel（'時間/μs'）

ylabel（'幅度/a.u.'）

運行程序，即可得示波器上脈沖波形，如圖2（b），與圖2（a）一致。

四、總結

將基于Matlab軟件的實驗數據處理方法引入光纖通信技術課程教學中，有利于提高學生科學處理實驗數據的能力及其科學研究能力。

參考文獻：

[1]黃震，畢衛紅，張保軍，等.光纖通信教學實踐與總結[J].教學研究，2011，34（3）：58-59.

[2]鐘東洲，王玉青.“光纖通信”課程實踐教學和考核方式改革[J].電氣電子教學學報，2013，35（3）：38-39.

[3]駱文，張慶堂.《光纖通信》課程教學改革與實踐[J].長江大學學報：自然科學版，2010，7（2）：368-369.

[4]陳海燕，陳聰，羅江華，黃春雄.光纖通信技術[M].北京：國防工業出版社，2016.

[5]紅權，陳海燕.基于MATLAB語言的物理實驗數據處理探討[J].電子制作，2017，（20）：59-60+24.