基于虛擬仿真技術的通信原理實驗設計

馬利鋒 張妍 張宇陽

（大連海洋大學 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，是一個信息和數據交換的過程，也就是說通信是雙方共同來完成的。通信行為的發生需要媒介，信息通過媒介進行傳播，在信息技術的概念中，通信技術是指數據通過信號傳輸介質進行交換的過程。隨著通信技術的發展，現如今的信息交換數據量大、時效性高，并且還附加了許多其他的功能。通信原理是現代電子信息工程和通信工程中最重要的基礎課程之一，有著很強的理論性和實踐性，對于通信原理的掌握不僅要建立好理論基礎，還要將理論與實踐相結合，通過實驗的設計來驗證理論結果。[1]。

1 虛擬仿真技術在科學實驗中的應用概述

虛擬仿真技術也可以稱為虛擬現實技術或現實模擬技術，是指的利用一個虛擬的系統來模擬真實環境或者真實系統。在虛擬仿真技術中，人工智能技術和大數據技術都是重要的技術組成部分，虛擬仿真技術的發展是建立在多領域發展的基礎之上的，隨著計算機技術的發展，計算機的性能得到了很大的提升，高運算速度下的計算機有能力處理人工智能技術需求的巨大量運算。現如今，人們對于虛擬仿真技術的期望越來越高，在虛擬仿真環境中，使用者可以擁有與實現世界相同的感官，而在科學應用領域，虛擬仿真技術可以用來模擬某種實驗環境或者物理現象，舉個最為典型的例子，航空實驗的前期大多數是利用虛擬仿真實驗完成的，如氣動力實驗、風洞實驗、返回艙再入大氣層實驗等。

syetemview可以說是IBM最早認可的工業標準協議產品，在虛擬仿真領域發揮著非常明顯的作用，syetemview是一種可視化軟件工具，主要用于構建各種復雜的數字模擬環境以及各種多速率系統，不管是線性還是非線性的數據模擬仿真都有可以通過syetemview來實現。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的基本庫十分強大，應用領域廣泛。

2 虛擬仿真技術下的通信原理實驗設計實現

2.1 設計目標確定

利用虛擬仿真技術實現通信原理實驗，首先要保證的就是實驗模擬的準確性，結合通信原理的理論和實際的實驗數據，建立合理的模型和實驗數據庫，準確把握實驗結果，并且在設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境。整個實驗的設計是以通信組件為核心設計，通過虛擬技術來完善實驗所需的各項指標，用戶可以使用通信組件完成實驗環境的自由搭配，為實驗過程創造更多的可能性[2]。

2.2 總體結構設計

實驗平臺所選用的設計結構加B/S形式，即瀏覽器/服務器的形式，在實驗開始之后，實驗所需要的重要數據都會被存放于數據庫之中，用戶在瀏覽器中打開操作界面之后可以進行實驗環境的模擬。服務器通過數據庫連接服務與數據庫工作相連接，在處理邏輯時業務層發出指令從數據庫中獲取相關的數據，在服務器進行驗算之后把結果返回給瀏覽器頁面，瀏覽器頁面在獲取到數據更新之后會自動進行刷新。由于系統采用B/S架構和syetemview技術，所以遠程虛擬實驗的要求完全可以滿足，用戶在使用遠程實驗服務時可以通過syetemview進行調用，無需安裝桌面應用程度即可以完成實驗過程[3]。

2.3 具體實現過程

在本虛擬仿真實驗的設計中，實現過程主要分為三個部分，首先是設置實驗參數和設計平臺的基本功能，這一過程主要是在syetemview中編寫代碼實現，設計的過程中為了優化代碼結構，對于一些通用性的功能都寫成函數的形式方便在其他地方調用；其次是實驗界面的設計，實驗界面在設計時保持簡潔易用的設計要求，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計有對應的管理模塊，用戶只需要點擊添加和刪除即可以實現通信組件的設置；最后是用戶自定義擴展組件的設計，通過syetemview庫向系統中添加對應的擴展功能[4]。

2.4 BPSK實驗設計

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、調制器、解調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據，系統會以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來查看學生的實驗數據以及結果，并在實驗管理界面中對學生的實驗數據以為評價和打分[5]。

3 結語

利用虛擬仿真技術進行通信原理的實驗模擬，不僅可以讓實驗過程達到接近真實實驗的效果，還可以減少實驗器材的損耗，節約教學資源。本實驗平臺的設計基于B/S結構，結合syetemview初步實現了通信原理實驗的模擬和仿真，解決了實驗器材的數據設置和普適性。