虛擬仿真與在線實(shí)境技術(shù)在通信原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

屈代明，徐爭(zhēng)光，李 瑋

（1.華中科技大學(xué) 電子信息與通信學(xué)院，湖北 武漢 430074；2.武漢易思達(dá)科技有限公司 研發(fā)中心，湖北 武漢 430205）

1 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與在線實(shí)境實(shí)驗(yàn)

基于虛擬仿真技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，能以直觀、形象的方式再現(xiàn)科學(xué)原理，使學(xué)生主動(dòng)參與仿真過(guò)程，并進(jìn)行開(kāi)放式探索實(shí)驗(yàn)，可以有效提升學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力[1-2]。近年來(lái)虛擬仿真技術(shù)發(fā)展迅速，在交互性、逼真度、沉浸感等方面取得了較大進(jìn)步，行業(yè)領(lǐng)域有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)逐漸形成。隨著技術(shù)的日臻成熟，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展態(tài)勢(shì)[3]。

但有的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)參數(shù)的仿真不充分，使實(shí)驗(yàn)效果與真實(shí)情況差距較大。有的理論驗(yàn)證型虛擬仿真實(shí)驗(yàn)僅是簡(jiǎn)單模擬在實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)的場(chǎng)景和操作步驟，沒(méi)有顧及讓實(shí)驗(yàn)者加深對(duì)理論知識(shí)理解的目的，沒(méi)有將系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要精力用在理論知識(shí)所對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的實(shí)景再現(xiàn)上，而是花費(fèi)在本就沒(méi)有必要的對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的虛擬仿真上。

針對(duì)目前一些虛擬仿真實(shí)驗(yàn)存在的問(wèn)題，有學(xué)者提出了“實(shí)境實(shí)驗(yàn)”的概念。我們認(rèn)為，“實(shí)境實(shí)驗(yàn)”是“實(shí)境學(xué)習(xí)”概念的引申和發(fā)展，實(shí)境學(xué)習(xí)是要使所設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)情境、學(xué)習(xí)任務(wù)體現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界的復(fù)雜性，而不是刻意簡(jiǎn)化問(wèn)題和任務(wù)[4]。較早將“實(shí)境學(xué)習(xí)”理念應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的是東南大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)中心的胡仁杰教授，他認(rèn)為“基于軟件工具的虛擬仿真不能完全替代實(shí)物實(shí)驗(yàn)，實(shí)物實(shí)驗(yàn)中響應(yīng)速度、阻抗匹配、分布參數(shù)、驅(qū)動(dòng)能力、電路干擾、參數(shù)誤差、測(cè)量精度等因素對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響在仿真中是無(wú)法體驗(yàn)的。如何實(shí)現(xiàn)實(shí)境實(shí)驗(yàn)，是在線教育迫在眉睫的問(wèn)題”[5]。

具體來(lái)講，在線實(shí)境實(shí)驗(yàn)是指利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和遠(yuǎn)程訪問(wèn)技術(shù)，使實(shí)驗(yàn)者在本地通過(guò)終端設(shè)備（個(gè)人電腦、智能手機(jī)等）遠(yuǎn)程訪問(wèn)實(shí)驗(yàn)所需軟硬件資源，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、參數(shù)等發(fā)送給遠(yuǎn)端的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，并實(shí)時(shí)接收、顯示實(shí)驗(yàn)設(shè)備處理后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，使在線實(shí)境實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)者如同在實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)一樣。

相對(duì)于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，在線實(shí)境實(shí)驗(yàn)具有與實(shí)物實(shí)驗(yàn)完全一致的效果，更真實(shí)，也更貼近工程實(shí)踐，通過(guò)遠(yuǎn)程調(diào)用即可實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的操作，而不需要另外對(duì)實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行虛擬仿真實(shí)現(xiàn)。其缺點(diǎn)是一套實(shí)驗(yàn)設(shè)備同時(shí)只能進(jìn)行一組實(shí)驗(yàn)，無(wú)法像虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)菢又灰摂M仿真系統(tǒng)的運(yùn)算、存儲(chǔ)、通信帶寬等資源足夠，就可以支持多用戶并發(fā)訪問(wèn)。但在線實(shí)境實(shí)驗(yàn)支持隨時(shí)隨地的訪問(wèn)，可以很方便地與缺乏這些實(shí)驗(yàn)設(shè)備的用戶共享使用，通過(guò)提前預(yù)約、排隊(duì)訪問(wèn)等管理手段還可以大大提高實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用效率。

綜上所述，在電子信息類(lèi)專業(yè)本科理論課程教學(xué)中，可以將虛擬仿真和在線實(shí)境兩種實(shí)驗(yàn)方式有機(jī)結(jié)合，以獲得揚(yáng)長(zhǎng)避短、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的效果。在理論驗(yàn)證和算法仿真階段，可利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)效果生動(dòng)、直觀等優(yōu)勢(shì)，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)者對(duì)理論知識(shí)的理解，單用戶的實(shí)現(xiàn)成本和使用成本也很低。在工程實(shí)踐階段，可利用在線實(shí)境實(shí)驗(yàn)貼近工程實(shí)踐的優(yōu)勢(shì)，鍛煉實(shí)驗(yàn)者理論聯(lián)系實(shí)踐的能力，同時(shí)有效提高實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用率。

2 利用虛擬仿真、在線實(shí)境技術(shù)改進(jìn)“通信原理”課程教學(xué)

“通信原理”是電子信息類(lèi)專業(yè)一門(mén)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，在整個(gè)課程體系中起著承前啟后的作用。該課程涉及的知識(shí)面廣，且理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)，對(duì)初學(xué)者而言，學(xué)好“通信原理”是很大的挑戰(zhàn)[6]。一般而言，課程理論越抽象，就越需要用模擬教學(xué)方式來(lái)進(jìn)行理論驗(yàn)證。典型的模擬教學(xué)通常是基于一定的簡(jiǎn)化假設(shè)條件，因此對(duì)一些重要的實(shí)際問(wèn)題不能充分體現(xiàn)。由于理論與實(shí)踐之間的差異日趨明顯，再加上對(duì)模擬教學(xué)的日趨依賴，使得很多“通信原理”的學(xué)習(xí)者無(wú)法將學(xué)到的知識(shí)迅速應(yīng)用于真正的通信系統(tǒng)中[7]。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為承擔(dān)理論聯(lián)系實(shí)踐重任的教學(xué)環(huán)節(jié)，其現(xiàn)狀也不盡如人意，部分高校仍在使用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)箱。實(shí)驗(yàn)箱功能較為單一，大部分實(shí)驗(yàn)為驗(yàn)證理論知識(shí)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，僅有的少量實(shí)踐性實(shí)驗(yàn)卻缺乏系統(tǒng)性和創(chuàng)新性。部分高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)引入了與工程實(shí)踐一致、開(kāi)放性強(qiáng)的軟件無(wú)線電平臺(tái)，但由于成本較高且需要用較多時(shí)間學(xué)習(xí)平臺(tái)的使用方法，所以受益面有限，設(shè)備的使用率不高。因此我們認(rèn)為，可以利用虛擬仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)箱的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)功能，利用在線實(shí)境技術(shù)遠(yuǎn)程連接軟件無(wú)線電平臺(tái)，提高設(shè)備的使用率。

在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容方面，除了設(shè)計(jì)一些經(jīng)典的系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)，如模擬調(diào)制傳輸系統(tǒng)、數(shù)字調(diào)制傳輸系統(tǒng)外，為了使學(xué)習(xí)者了解通信技術(shù)與系統(tǒng)發(fā)展的最新趨勢(shì)，并為學(xué)有余力者提供個(gè)性化發(fā)展的平臺(tái)，有必要設(shè)計(jì)一個(gè)與5G 移動(dòng)通信系統(tǒng)相關(guān)的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。作為最新一代進(jìn)入實(shí)用階段的移動(dòng)通信系統(tǒng)，5G 移動(dòng)通信系統(tǒng)具有很好的新穎性和系統(tǒng)性，其物理層各功能模塊分別對(duì)應(yīng)了通信原理課程中不同章節(jié)的內(nèi)容，通過(guò)將5G物理層相關(guān)知識(shí)引入通信原理教學(xué)，可以較好地解決將通信原理教學(xué)與工程應(yīng)用相結(jié)合的問(wèn)題。

在實(shí)驗(yàn)層次方面，利用虛擬仿真和在線實(shí)境技術(shù)各自的優(yōu)勢(shì)，在不同的實(shí)驗(yàn)層次上使用不同的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的目的。在理論驗(yàn)證、算法仿真階段使用虛擬仿真技術(shù)，使實(shí)驗(yàn)的大部分功能都能在虛擬仿真模式下完成，實(shí)驗(yàn)者的代碼也可在虛擬仿真系統(tǒng)中進(jìn)行驗(yàn)證，從而減少甚至消除錯(cuò)誤，并縮短硬件實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)、提高實(shí)驗(yàn)硬件的使用效率。在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與軟硬件聯(lián)調(diào)階段使用在線實(shí)境技術(shù)，使實(shí)驗(yàn)者在任何有網(wǎng)絡(luò)連接的場(chǎng)所都能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)到實(shí)驗(yàn)室中的實(shí)驗(yàn)硬件，從而開(kāi)展遠(yuǎn)程在線實(shí)境實(shí)驗(yàn)。這樣，一方面可以使實(shí)驗(yàn)效果與工程實(shí)踐完全一致，另一方面也可以使實(shí)驗(yàn)者自由地利用課外時(shí)間錯(cuò)峰開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，使有限的實(shí)驗(yàn)設(shè)備得到充分利用。

考慮到5G 物理層指標(biāo)要求較高，相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)平臺(tái)、測(cè)試儀表價(jià)格昂貴，這樣的設(shè)計(jì)還可以有效地解決因資金預(yù)算有限導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)設(shè)備臺(tái)套數(shù)有限與“通信原理”實(shí)驗(yàn)者數(shù)量眾多、實(shí)驗(yàn)課時(shí)較長(zhǎng)的矛盾。

3 通信原理虛擬仿真與在線實(shí)境實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

我校電子信息與通信學(xué)院“通信原理”課程組根據(jù)通信原理課程教學(xué)改革需求，在武漢易思達(dá)科技有限公司的支持下，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了通信原理虛擬仿真與在線實(shí)境實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)基于B/S（瀏覽器/服務(wù)器）架構(gòu)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將虛擬仿真服務(wù)器、實(shí)境實(shí)驗(yàn)設(shè)備以及虛擬仿真客戶端等功能單元連接起來(lái)。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 通信原理虛擬仿真與在線實(shí)境實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)架構(gòu)

虛擬仿真服務(wù)器上部署本系統(tǒng)所需的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件、實(shí)驗(yàn)資源和實(shí)驗(yàn)管理軟件，實(shí)現(xiàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的主要實(shí)驗(yàn)功能以及整個(gè)系統(tǒng)的管理功能。

實(shí)境實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括軟件無(wú)線電平臺(tái)、在線測(cè)試儀表（根據(jù)需求選配）以及在線實(shí)驗(yàn)終端，實(shí)現(xiàn)實(shí)境實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)功能。

由于采用B/S 架構(gòu)，虛擬仿真客戶端只需要接入虛擬仿真服務(wù)器和實(shí)境實(shí)驗(yàn)設(shè)備所在的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)驗(yàn)者就可以通過(guò)虛擬仿真客戶端上的瀏覽器進(jìn)行虛擬仿真和在線實(shí)境實(shí)驗(yàn)。

3.1.1 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)為純虛擬實(shí)驗(yàn)，不需要實(shí)驗(yàn)室硬件設(shè)備支持，實(shí)驗(yàn)者選擇實(shí)驗(yàn)后可以隨時(shí)開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)者在虛擬仿真客戶端實(shí)驗(yàn)頁(yè)面的相關(guān)請(qǐng)求，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至虛擬仿真服務(wù)器，服務(wù)器通過(guò)預(yù)先部署的WEB 服務(wù)調(diào)用實(shí)驗(yàn)運(yùn)算軟件模塊，處理完畢后將實(shí)驗(yàn)輸出結(jié)果返回給客戶端，渲染后展示給實(shí)驗(yàn)者。

圖2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)例

圖2 展示了一個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)例。實(shí)驗(yàn)者首先 通過(guò)瀏覽器訪問(wèn)虛擬仿真服務(wù)器，獲得如圖2 所示的DPSK 調(diào)制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)界面，再設(shè)置DPSK 調(diào)制系統(tǒng)參數(shù)，點(diǎn)擊運(yùn)行后實(shí)驗(yàn)波形、數(shù)據(jù)等均顯示在實(shí)驗(yàn)界面的右側(cè)。

3.1.2 在線實(shí)境實(shí)驗(yàn)

在線實(shí)境實(shí)驗(yàn)需要對(duì)應(yīng)的實(shí)境實(shí)驗(yàn)設(shè)備的支持，系統(tǒng)管理員需要設(shè)置對(duì)應(yīng)設(shè)備的開(kāi)放時(shí)間段，實(shí)驗(yàn)者需要在系統(tǒng)中提前預(yù)約實(shí)驗(yàn)時(shí)間和設(shè)備，并且在預(yù)約的時(shí)間段內(nèi)通過(guò)遠(yuǎn)程登錄實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)完成實(shí)驗(yàn)。

在線實(shí)境實(shí)驗(yàn)時(shí)，WEB 服務(wù)被部署在實(shí)驗(yàn)室的在線實(shí)驗(yàn)終端中，一臺(tái)在線實(shí)驗(yàn)終端對(duì)應(yīng)一套實(shí)境實(shí)驗(yàn)設(shè)備。實(shí)驗(yàn)者在虛擬仿真客戶端進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，虛擬仿真服務(wù)器收到實(shí)驗(yàn)請(qǐng)求后將實(shí)驗(yàn)輸入數(shù)據(jù)和參數(shù)傳遞至在線實(shí)驗(yàn)終端的WEB 服務(wù)，WEB 服務(wù)再將相關(guān)數(shù)據(jù)和參數(shù)傳至硬件設(shè)備中進(jìn)行處理，最后將實(shí)驗(yàn)輸出結(jié)果反向返回至客戶端，客戶端可以展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果和儀表的測(cè)量數(shù)據(jù)和圖像。實(shí)驗(yàn)者還可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)攝像頭觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

圖3 展示了在線實(shí)境實(shí)驗(yàn)的一種典型應(yīng)用場(chǎng)景。系統(tǒng)先將DPSK 調(diào)制算法遠(yuǎn)程加載到一臺(tái)軟件無(wú)線電設(shè)備上運(yùn)行，并通過(guò)射頻發(fā)射DPSK 已調(diào)信號(hào)；另一臺(tái)軟件無(wú)線電設(shè)備接收DPSK 已調(diào)信號(hào)，并運(yùn)行遠(yuǎn)程加載的DPSK 解調(diào)算法對(duì)已調(diào)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)處理；兩臺(tái)示波器分別測(cè)量發(fā)射部分的調(diào)制信號(hào)和接收部分的解調(diào)信號(hào)；運(yùn)行結(jié)果和測(cè)量結(jié)果都可以返回到客戶端展示。實(shí)驗(yàn)者可以通過(guò)攝像頭觀察實(shí)時(shí)實(shí)驗(yàn)圖像。

圖3 在線實(shí)境實(shí)驗(yàn)典型應(yīng)用場(chǎng)景

3.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括FM 模擬調(diào)制無(wú)線傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、DPSK 數(shù)字調(diào)制無(wú)線傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和5G 物理層處理系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)等三項(xiàng)難度依次漸增大、系統(tǒng)架構(gòu)一脈相承的實(shí)驗(yàn)，讓實(shí)驗(yàn)者循序漸進(jìn)地熟悉和掌握通信系統(tǒng)的架構(gòu)、功能及實(shí)現(xiàn)方法。

下面以5G 物理層處理系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)為例，說(shuō)明本系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)思路。

5G 物理層處理系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)遵循3GPP（3rd generation partnership project）相關(guān)技術(shù)規(guī)范的定義[8-12]，對(duì)5G物理層的物理上行共享信道（PUSCH，physical uplink shared channel）進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)整體分為UE（user equipment）發(fā)送與基站接收兩個(gè)部分、26 個(gè)算法模塊。具體的實(shí)驗(yàn)功能框圖如圖4 所示。

圖4 5G 物理層處理系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)功能框圖

該實(shí)驗(yàn)流程、參數(shù)、輸入輸出數(shù)據(jù)格式等嚴(yán)格遵循3GPP 相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，與5G 終端、基站設(shè)備PUSCH 信道的實(shí)現(xiàn)原理完全一致。實(shí)驗(yàn)不僅能通過(guò)虛擬仿真方式實(shí)現(xiàn)5G 物理層PUSCH 信道基帶處理的全過(guò)程，還能通過(guò)在線實(shí)境實(shí)驗(yàn)方式遠(yuǎn)程連接軟件無(wú)線電設(shè)備和測(cè)試儀表，在滿足5G 物理層性能要求的硬件上實(shí)現(xiàn)、觀測(cè)5G 物理層PUSCH 信道處理全過(guò)程。

3.3 實(shí)驗(yàn)層次設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)如圖5 所示分為4 個(gè)層次。

圖5 實(shí)驗(yàn)層次和實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

（1）系統(tǒng)功能驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)者在本實(shí)驗(yàn)構(gòu)架的通信系統(tǒng)中選擇不同的配置參數(shù)，觀察各功能模塊處理結(jié)果的變化以及對(duì)系統(tǒng)關(guān)鍵指標(biāo)的影響，從而理解通信系統(tǒng)中各功能模塊的作用，以及相關(guān)參數(shù)的相互影響。例如對(duì)于“提高調(diào)制階數(shù)增加了傳輸帶寬，但抗噪聲性能會(huì)降低”的驗(yàn)證，可以通過(guò)改變調(diào)制方式和信噪比來(lái)實(shí)現(xiàn)。又例如，在同樣的調(diào)制階數(shù)和信噪比情況下，可以通過(guò)使用信道編碼來(lái)糾正誤碼，但由于信道編碼帶來(lái)了冗余數(shù)據(jù)，有效數(shù)據(jù)的傳輸速率會(huì)下降。這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象都是對(duì)通信原理教材中對(duì)應(yīng)的結(jié)論的驗(yàn)證。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)者通過(guò)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，還可以結(jié)合課本知識(shí)了解不同通信系統(tǒng)對(duì)相同功能和作用的不同實(shí)現(xiàn)技術(shù)和方法。

（2）單個(gè)模塊算法仿真實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)者打開(kāi)通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中某個(gè)功能框圖的M 語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)代碼，通過(guò)對(duì)單個(gè)模塊功能的算法實(shí)現(xiàn)仿真（為降低設(shè)計(jì)難度，可以只選取部分代碼功能來(lái)實(shí)現(xiàn)），加深實(shí)驗(yàn)者對(duì)于通信原理理論知識(shí)的理解，使實(shí)驗(yàn)者初步掌握該功能模塊的工程實(shí)現(xiàn)方法。

（3）虛擬仿真模式下的系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)者將自己獨(dú)立設(shè)計(jì)的某個(gè)功能模塊的M 語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)代碼上傳到本系統(tǒng)的虛擬仿真服務(wù)器，與其他系統(tǒng)自帶的模塊聯(lián)合運(yùn)行，可掌握通信模塊算法仿真與軟件聯(lián)調(diào)、測(cè)試的方法，同時(shí)深入理解單個(gè)模塊是如何應(yīng)用于一個(gè)完整的通信系統(tǒng)中的。

（4）在線實(shí)境模式下的系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)者將上一步軟件聯(lián)調(diào)中測(cè)試通過(guò)的M 語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)代碼，通過(guò)遠(yuǎn)程連接硬件的方式加載到軟件無(wú)線電平臺(tái)上運(yùn)行，并遠(yuǎn)程連接儀表觀測(cè)運(yùn)行結(jié)果，掌握通信系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)、軟硬件調(diào)試、指標(biāo)測(cè)量方法。

以上四個(gè)層次與電子信息相關(guān)學(xué)科科學(xué)研究和工程應(yīng)用過(guò)程中從總體設(shè)計(jì)到單元設(shè)計(jì)，再到單元測(cè)試和系統(tǒng)測(cè)試的實(shí)現(xiàn)階段完全對(duì)應(yīng)。因此，本系統(tǒng)不僅使實(shí)驗(yàn)者能夠更好地學(xué)習(xí)和掌握通信原理相關(guān)知識(shí)，還能使實(shí)驗(yàn)者熟悉通信系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)方法，為他們今后的科學(xué)研究和工程應(yīng)用奠定深厚的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。

4 通信原理虛擬仿真與在線實(shí)境實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的應(yīng)用情況

本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的測(cè)試版本于2019—2020 學(xué)年第一學(xué)期在我校電子信息與通信學(xué)院電子信息工程專業(yè)201701 班（數(shù)理提高班）“通信原理”課程實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行了試用，全部27 名學(xué)生均按時(shí)完成了實(shí)驗(yàn)，學(xué)生反響積極，還對(duì)實(shí)驗(yàn)界面提出了優(yōu)化改進(jìn)建議。

對(duì)學(xué)生的調(diào)查問(wèn)卷結(jié)果顯示，認(rèn)為純虛擬仿真實(shí)驗(yàn)比MATLAB 仿真實(shí)驗(yàn)效果更好的比例只有22%，而認(rèn)為實(shí)境實(shí)驗(yàn)有助于加深對(duì)通信系統(tǒng)理解的比例達(dá)96%。這個(gè)結(jié)果一方面說(shuō)明在“通信原理”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中建設(shè)單純的虛擬仿真項(xiàng)目意義不大，驗(yàn)證了虛擬仿真項(xiàng)目建設(shè)必須遵循“能實(shí)不虛”的指導(dǎo)思想；另一方面也體現(xiàn)了在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中增加在線實(shí)境模式的必要性。

5 結(jié)語(yǔ)

通信原理虛擬仿真與在線實(shí)境實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)針對(duì)目前“通信原理”課程實(shí)物實(shí)驗(yàn)存在的問(wèn)題，有針對(duì)性地引入虛擬仿真和在線實(shí)境技術(shù)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了FM 模擬調(diào)制無(wú)線傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、DPSK 數(shù)字調(diào)制無(wú)線傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、5G 物理層處理系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)等理論緊密聯(lián)系實(shí)踐、難度循序漸進(jìn)、實(shí)驗(yàn)方法與工程實(shí)現(xiàn)高度一致的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，在“通信原理”課程教學(xué)實(shí)踐中取得了良好的效果。