| 课程号 |
04835710 |
学分 |
1 |
| 英文名称 |
Theory and Simulation Experiment of Optical Communication |
| 先修课程 |
《光学》、《通信原理》 |
| 中文简介 |
本课程是光通信系统理论与上机实验课程，旨在通过基于锟森光系统仿真平台（KingSim OpticSystem）的实践操作，深化学生对光纤通信理论知识的理解，培养系统设计与仿真能力。课程涵盖光纤通信系统核心模块的搭建、参数优化及性能分析，包括光信号调制、光纤传输特性、非线性效应、相干接收等关键技术，为后续工程实践奠定基础。 |
| 英文简介 |
This course is an experimental course on optical fiber communication systems. It aims to deepen students' understanding of optical fiber communication theory through hands-on practice using the KingSim OpticSystem simulation platform and to develop their system design and simulation capabilities. The course covers the construction of core modules in optical fiber communication systems, parameter optimization, and performance analysis, including key technologies such as optical signal modulation, fiber transmission characteristics, nonlinear effects, and coherent receiver. This lays a solid foundation for future engineering practice. |
| 开课院系 |
信息科学技术学院 |
| 成绩记载方式 |
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| 通识课所属系列 |
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| 授课语言 |
中文 |
| 教材 |
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| 参考书 |
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| 教学大纲 |
教学目标
技能目标:
1. 熟练掌握光通信系统仿真软件的操作流程与核心器件建模方法。
2. 能够独立搭建光通信系统（发射机、信道、接收机），分析信号传输特性。
3. 学习使用数字信号处理（DSP）技术优化相干接收性能。
知识目标:
1. 理解激光器特性（线宽、偏振态）对信号质量的影响。
2. 掌握调制格式（NRZ、RZ、PAM、QAM）的频谱效率与抗噪声特性。
3. 分析光纤损耗、色散、非线性效应对传输距离的限制。
能力目标:
1. 通过参数调优解决实际工程问题（如TDECQ眼图闭合量化）。
2. 结合理论模型验证仿真结果，培养系统级设计思维。
模块一：基础仿真技术（2 学时）
实验 1：仿真软件操作与基础系统搭建
内容：熟悉 KingSim 软件界面，搭建 PAM-2 传输系统，掌握器件参数设置与波形分析
重点：全局变量配置、升余弦滤波、MZM 调制原理
知识点：仿真软件操作、光发射机组成、信号调制过程
模块二：光器件特性分析（4 学时）
实验 2：激光器特性分析
内容：研究椭圆率、方位角对线偏振光的影响，分析线宽对相位噪声的作用
重点：偏振态控制、光谱分析、相位噪声测量
知识点：激光器参数设置、光谱特性分析
实验 3：MZM 调制器工作原理
内容：推导传输函数，分析 Vpi 电压对传输曲线的影响，验证推挽工作模式
重点：功率传输曲线、偏置点选择、调制效率计算
知识点：电光调制原理、传输函数推导
模块三：基础调制技术（2 学时）
实验 4：ASK 信号调制
内容：对比 NRZ 与 RZ 成型特性，分析占空比对频谱效率的影响
重点：信号波形观测、频谱分析、谱效率计算
知识点：成型滤波器设计、调制格式对比
模块四：光纤传输损伤（4 学时）
实验 5：光纤损耗与色散分析
内容：验证损耗公式，观察色散对眼图的影响，设计补偿方案
重点：衰减系数计算、色散受限系统分析
知识点：损耗机制、色散补偿技术
实验 6：非线性效应研究
内容：观察 SPM/XPM 对脉冲展宽的影响，分析啁啾参数的作用
重点：非线性相移计算、频谱展宽分析
知识点：克尔效应、非线性长度计算
模块五：高阶调制与系统性能评估（4 学时）
实验 7：TDECQ 参数测量
内容：搭建 PAM-4 测试系统，分析眼图闭合代价，优化发射机参数
重点：SSPRQ 码型应用、判决阈值设置
知识点：眼图分析、误码率计算
实验 8：双偏 16QAM 相干传输
内容：搭建完整相干传输系统，分析 IQ 调制特性，观察星座图恢复过程
重点：偏振复用技术、相干检测原理、数字信号处理
知识点：QAM 调制原理、相干接收机结构
教学方式
理论讲解与案例分析结合
理论讲解基本原理，通过 PPT 演示实验原理，实验参数设置说明，解释实验现象。
仿真软件操作演示
通过屏幕共享演示 KingSim 软件关键操作（如器件拖拽、参数设置），结合实验手册中的系统搭建图。针对复杂实验（如双偏 16QAM），提供分步操作视频作为预习材料。
项目驱动式学习
每个实验设置明确任务，要求学生根据参数配置自主调整并验证结果。
分组讨论与成果展示
学生分组完成实验任务，组内讨论参数优化策略，演示仿真结果，教师点评并总结。
过程性考核（60%）
实验操作规范性、实时提交的仿真截图、课堂讨论参与度。
终结性考核（40%）
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| 教学评估 |
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