基于虛擬仿真技術(shù)的通信原理實驗設(shè)計

馬利鋒 張妍 張宇陽

（大連海洋大學(xué) 遼寧 大連 116023）

引言

通信就是人與人或者事物與事物之間的信息傳遞，是一個信息和數(shù)據(jù)交換的過程，也就是說通信是雙方共同來完成的。通信行為的發(fā)生需要媒介，信息通過媒介進(jìn)行傳播，在信息技術(shù)的概念中，通信技術(shù)是指數(shù)據(jù)通過信號傳輸介質(zhì)進(jìn)行交換的過程。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)如今的信息交換數(shù)據(jù)量大、時效性高，并且還附加了許多其他的功能。通信原理是現(xiàn)代電子信息工程和通信工程中最重要的基礎(chǔ)課程之一，有著很強(qiáng)的理論性和實踐性，對于通信原理的掌握不僅要建立好理論基礎(chǔ)，還要將理論與實踐相結(jié)合，通過實驗的設(shè)計來驗證理論結(jié)果。[1]。

1 虛擬仿真技術(shù)在科學(xué)實驗中的應(yīng)用概述

虛擬仿真技術(shù)也可以稱為虛擬現(xiàn)實技術(shù)或現(xiàn)實模擬技術(shù)，是指的利用一個虛擬的系統(tǒng)來模擬真實環(huán)境或者真實系統(tǒng)。在虛擬仿真技術(shù)中，人工智能技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)都是重要的技術(shù)組成部分，虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展是建立在多領(lǐng)域發(fā)展的基礎(chǔ)之上的，隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)的性能得到了很大的提升，高運算速度下的計算機(jī)有能力處理人工智能技術(shù)需求的巨大量運算?，F(xiàn)如今，人們對于虛擬仿真技術(shù)的期望越來越高，在虛擬仿真環(huán)境中，使用者可以擁有與實現(xiàn)世界相同的感官，而在科學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域，虛擬仿真技術(shù)可以用來模擬某種實驗環(huán)境或者物理現(xiàn)象，舉個最為典型的例子，航空實驗的前期大多數(shù)是利用虛擬仿真實驗完成的，如氣動力實驗、風(fēng)洞實驗、返回艙再入大氣層實驗等。

syetemview可以說是IBM最早認(rèn)可的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議產(chǎn)品，在虛擬仿真領(lǐng)域發(fā)揮著非常明顯的作用，syetemview是一種可視化軟件工具，主要用于構(gòu)建各種復(fù)雜的數(shù)字模擬環(huán)境以及各種多速率系統(tǒng)，不管是線性還是非線性的數(shù)據(jù)模擬仿真都有可以通過syetemview來實現(xiàn)。syetemview在操作時十分簡單，用戶只需要在圖形界面來完成即可。syetemview的基本庫十分強(qiáng)大，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。

2 虛擬仿真技術(shù)下的通信原理實驗設(shè)計實現(xiàn)

2.1 設(shè)計目標(biāo)確定

利用虛擬仿真技術(shù)實現(xiàn)通信原理實驗，首先要保證的就是實驗?zāi)M的準(zhǔn)確性，結(jié)合通信原理的理論和實際的實驗數(shù)據(jù)，建立合理的模型和實驗數(shù)據(jù)庫，準(zhǔn)確把握實驗結(jié)果，并且在設(shè)計時還要考慮平臺的易用性和可操作性。在本次實驗的過程中，使用的是syetemview作為虛擬仿真的運算環(huán)境。整個實驗的設(shè)計是以通信組件為核心設(shè)計，通過虛擬技術(shù)來完善實驗所需的各項指標(biāo)，用戶可以使用通信組件完成實驗環(huán)境的自由搭配，為實驗過程創(chuàng)造更多的可能性[2]。

2.2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

實驗平臺所選用的設(shè)計結(jié)構(gòu)加B/S形式，即瀏覽器/服務(wù)器的形式，在實驗開始之后，實驗所需要的重要數(shù)據(jù)都會被存放于數(shù)據(jù)庫之中，用戶在瀏覽器中打開操作界面之后可以進(jìn)行實驗環(huán)境的模擬。服務(wù)器通過數(shù)據(jù)庫連接服務(wù)與數(shù)據(jù)庫工作相連接，在處理邏輯時業(yè)務(wù)層發(fā)出指令從數(shù)據(jù)庫中獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)，在服務(wù)器進(jìn)行驗算之后把結(jié)果返回給瀏覽器頁面，瀏覽器頁面在獲取到數(shù)據(jù)更新之后會自動進(jìn)行刷新。由于系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)和syetemview技術(shù)，所以遠(yuǎn)程虛擬實驗的要求完全可以滿足，用戶在使用遠(yuǎn)程實驗服務(wù)時可以通過syetemview進(jìn)行調(diào)用，無需安裝桌面應(yīng)用程度即可以完成實驗過程[3]。

2.3 具體實現(xiàn)過程

在本虛擬仿真實驗的設(shè)計中，實現(xiàn)過程主要分為三個部分，首先是設(shè)置實驗參數(shù)和設(shè)計平臺的基本功能，這一過程主要是在syetemview中編寫代碼實現(xiàn)，設(shè)計的過程中為了優(yōu)化代碼結(jié)構(gòu)，對于一些通用性的功能都寫成函數(shù)的形式方便在其他地方調(diào)用；其次是實驗界面的設(shè)計，實驗界面在設(shè)計時保持簡潔易用的設(shè)計要求，各個功能分類直觀易于理解，對于實驗過程中要用到的通信組件都在界面上設(shè)計有對應(yīng)的管理模塊，用戶只需要點擊添加和刪除即可以實現(xiàn)通信組件的設(shè)置；最后是用戶自定義擴(kuò)展組件的設(shè)計，通過syetemview庫向系統(tǒng)中添加對應(yīng)的擴(kuò)展功能[4]。

2.4 BPSK實驗設(shè)計

在BPSK實驗中，實驗臺中的功能模塊包括Palette、信號源、線路碼型、濾波器、調(diào)制器、解調(diào)器以及信號變換組件，用戶打開客戶端之后，需要輸入密碼來使用實驗臺界面，管理組件時用戶只需要從功能模塊中將組件移動到實驗臺界面中即可，對于用戶所做的實驗數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會以XML的形式將其保存在本地存儲中。老師可以通過登錄管理系統(tǒng)來查看學(xué)生的實驗數(shù)據(jù)以及結(jié)果，并在實驗管理界面中對學(xué)生的實驗數(shù)據(jù)以為評價和打分[5]。

3 結(jié)語

利用虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行通信原理的實驗?zāi)M，不僅可以讓實驗過程達(dá)到接近真實實驗的效果，還可以減少實驗器材的損耗，節(jié)約教學(xué)資源。本實驗平臺的設(shè)計基于B/S結(jié)構(gòu)，結(jié)合syetemview初步實現(xiàn)了通信原理實驗的模擬和仿真，解決了實驗器材的數(shù)據(jù)設(shè)置和普適性。