移動(dòng)通信仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

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摘要：基于移動(dòng)通信系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)移動(dòng)通信仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。闡述項(xiàng)目背景，功能模塊，軟件結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。內(nèi)容包括硬件結(jié)構(gòu)、設(shè)備功能、安裝維護(hù)、組網(wǎng)配置的仿真。

關(guān)鍵詞：移動(dòng)通信，仿真設(shè)計(jì)，組網(wǎng)配置，實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)

引言

計(jì)算機(jī)技術(shù)和虛擬仿真技術(shù)在各個(gè)學(xué)科的教學(xué)之中得以廣泛應(yīng)用。尤其是在移動(dòng)通信的教學(xué)之中，借助于仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，可以為學(xué)生提供出一個(gè)簡(jiǎn)單易行的實(shí)驗(yàn)操作平臺(tái)，讓學(xué)生對(duì)知識(shí)和技術(shù)做到輕松掌握。這對(duì)于移動(dòng)通信這一學(xué)科教學(xué)質(zhì)量的提升及其發(fā)展都有著十分深遠(yuǎn)的影響。

1項(xiàng)目背景

（1）可以幫助學(xué)生能夠清晰地了解到移動(dòng)通信系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，減少了學(xué)生從理論走向?qū)嵺`的時(shí)間。（2）可以幫助學(xué)生更快地適應(yīng)通信企業(yè)的技術(shù)要求，從而提供了快速融入通信行業(yè)的基礎(chǔ)。（3）多種類的虛擬設(shè)備平臺(tái)與課程體系，可以加深學(xué)生對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的了解，從而能夠從事多種類型的通信領(lǐng)域工作。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1功能模塊

從功能角度，可以按照兩大模塊對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行劃分：（1）移動(dòng)通信基礎(chǔ)理論子系統(tǒng)；（2）移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)子系統(tǒng)?；A(chǔ)理論系統(tǒng)之中的子實(shí)驗(yàn)共有五個(gè)：（1）是制度調(diào)節(jié)技術(shù)；（2）信源編碼；（3）信道編碼；（4）通信系統(tǒng)性能仿真；（5）差錯(cuò)檢驗(yàn)。網(wǎng)絡(luò)虛擬系統(tǒng)之中的子系統(tǒng)有四個(gè)：（1）信道質(zhì)量CQI檢測(cè)；（2）路徑耗損檢測(cè)；（3）丟包率檢測(cè)；（4）數(shù)據(jù)包檢測(cè)[1]?；A(chǔ)理論這一子系統(tǒng)是將MatlabWebServer作為基礎(chǔ)來(lái)進(jìn)行建立的系統(tǒng)，其主要目的就是實(shí)現(xiàn)一個(gè)遠(yuǎn)程Matlab仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的建立，并完成操作界面以及實(shí)訓(xùn)內(nèi)容的開(kāi)發(fā)。借助于這一平臺(tái)，學(xué)生僅僅需要簡(jiǎn)單地選擇參數(shù)和網(wǎng)頁(yè)動(dòng)作，就可以將傳統(tǒng)配置操作之中十分復(fù)雜的基礎(chǔ)理論實(shí)訓(xùn)輕松完成[2]。網(wǎng)絡(luò)虛擬這一子系統(tǒng)是將仿真技術(shù)以及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為基礎(chǔ)而建立的系統(tǒng)，借助于底層網(wǎng)絡(luò)的仿真，可以對(duì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際運(yùn)行的環(huán)境進(jìn)行虛擬，而借助于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以真實(shí)地將底層網(wǎng)絡(luò)實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)在3D虛擬場(chǎng)景之中展示出來(lái)，進(jìn)而直接給原本抽象的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)提供出一個(gè)展示接口[3]。同時(shí)，該系統(tǒng)之中也融入了網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，學(xué)生通過(guò)該系統(tǒng)不僅可以更加深入地掌握理論知識(shí)，也能夠讓理論與實(shí)踐之間進(jìn)行有機(jī)結(jié)合。在該系統(tǒng)之中，主要的模塊有兩個(gè)：（1）上層的交互系統(tǒng)；（2）下層的仿真系統(tǒng)。前者包括基站分布、模型庫(kù)以及路測(cè)系統(tǒng)這三大模塊，后者包括仿真處理、仿真服務(wù)處理返回以及系統(tǒng)監(jiān)聽(tīng)模塊。圖1是該仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的功能框架圖。

2.2軟件結(jié)構(gòu)

為保障該仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)互操作性和可擴(kuò)展性的全面提升，該系統(tǒng)主要應(yīng)用到了B/S結(jié)構(gòu)。在系統(tǒng)的服務(wù)器端，主要進(jìn)行了MatlabWebServer、數(shù)據(jù)庫(kù)以及LTE-Sim的部署，不需要安裝客戶端，僅僅借助于IE6以上的瀏覽器就可以訪問(wèn)該系統(tǒng)。服務(wù)器端的MatlabWebServer可以接收來(lái)自客戶端的請(qǐng)求，并對(duì)基礎(chǔ)認(rèn)知試驗(yàn)部分進(jìn)行計(jì)算和仿真處理，然后將仿真結(jié)果在服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫(kù)之中儲(chǔ)存，以供客戶端進(jìn)行查看和調(diào)用[4]。LTE-Sim主要可以虛擬和仿真客戶端對(duì)于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的操作，在經(jīng)計(jì)算之后，再將結(jié)果傳遞給瀏覽器，其結(jié)果將會(huì)直接在瀏覽器之中輸出。也就是說(shuō)，學(xué)生通過(guò)瀏覽器就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)信息的讀取[5]。

3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1移動(dòng)通信設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)仿真

在該仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)之中，需要設(shè)計(jì)出移動(dòng)通信設(shè)備的所有硬件結(jié)構(gòu)，在學(xué)生輸入了仿真實(shí)訓(xùn)指令之后，用戶端將直接以3D模型的形式展示出所有的硬件結(jié)構(gòu)。學(xué)生僅僅通過(guò)點(diǎn)擊鼠標(biāo)和鍵盤之中的上下左右方向鍵就可以對(duì)各個(gè)組分進(jìn)行操控，以此來(lái)組裝硬件結(jié)構(gòu)。通過(guò)這一模塊的應(yīng)用，不僅可以讓學(xué)生全面了解移動(dòng)通信設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)，也可以使其對(duì)硬件結(jié)構(gòu)的組裝做到全面掌握。

3.2移動(dòng)通信設(shè)備的功能仿真

借助于系統(tǒng)的功能仿真模塊，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)通信設(shè)備功能的仿真。比如，在這個(gè)系統(tǒng)之中，會(huì)進(jìn)行一個(gè)十分龐大的虛擬場(chǎng)景設(shè)計(jì)，進(jìn)而為移動(dòng)通信設(shè)備的定位功能提供合理化的模擬場(chǎng)景。首先借助于GoogleEarth之中的距離計(jì)算，可以確定出基站坐標(biāo)，并在指定站點(diǎn)的經(jīng)緯度上加載距離。因?yàn)榈厍虺嗟乐荛L(zhǎng)是40075.04km，一周又可以按照360º進(jìn)行劃分。所以，在地球赤道上，每1º的長(zhǎng)度大約是111319.55m。例如：重慶解放碑的緯度是29.558116º，經(jīng)度是106.577125º，因此，與其相距500m位置的基站經(jīng)度是500/111319.55＋29.558116＝29.56260757403，緯度是500/111319.55＋106.577125＝106.58161657403。同樣，在自導(dǎo)航功能、跟蹤功能等的模擬實(shí)訓(xùn)方面，該模塊都進(jìn)行了相應(yīng)場(chǎng)景的設(shè)計(jì)，學(xué)生只要在用戶端選擇自己想要研究的功能，該模塊就會(huì)立刻呈現(xiàn)出模擬場(chǎng)景，學(xué)生僅僅通過(guò)鍵盤和鼠標(biāo)就可以完成復(fù)雜的模擬實(shí)驗(yàn)。

3.3移動(dòng)通信設(shè)備的安裝和維護(hù)仿真

在移動(dòng)通信仿真之中，設(shè)備安裝和維護(hù)仿真是一項(xiàng)關(guān)鍵性的內(nèi)容，為保障實(shí)訓(xùn)效果，在該系統(tǒng)的移動(dòng)通信設(shè)備安裝和維護(hù)仿真模塊之中，對(duì)于移動(dòng)通信設(shè)備所有的組成部分進(jìn)行了3D仿真制作，并對(duì)移動(dòng)通信設(shè)備故障進(jìn)行了仿真模擬，以此來(lái)全面提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。在具體的安裝仿真過(guò)程中，學(xué)生可以通過(guò)操縱鍵盤和鼠標(biāo)來(lái)完成安裝，這種安裝方式十分簡(jiǎn)單便捷。在設(shè)備維護(hù)仿真之中，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)地出現(xiàn)相應(yīng)故障，學(xué)生可以根據(jù)相關(guān)保護(hù)設(shè)備的模擬運(yùn)行情況或者是報(bào)警來(lái)找出發(fā)生故障的位置，然后從系統(tǒng)之中選擇相應(yīng)的工具來(lái)進(jìn)行維修。

3.4移動(dòng)通信工程的組網(wǎng)配置仿真

在該模塊，主要設(shè)置了四種信道自動(dòng)選擇的仿真方式：（1）專用呼叫信道仿真；（2）循環(huán)定位信道仿真；（3）循環(huán)不定位信道仿真；（4）循環(huán)分散定位信道仿真。在仿真實(shí)訓(xùn)過(guò)程中，學(xué)生可以在用戶端對(duì)這四種仿真方式進(jìn)行選擇，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信工程的組網(wǎng)配置仿真。在本次所研究的系統(tǒng)之中，各個(gè)仿真模塊都進(jìn)行了仿真實(shí)訓(xùn)結(jié)果評(píng)價(jià)的設(shè)置，在學(xué)生完成了仿真實(shí)訓(xùn)之后，模塊會(huì)根據(jù)學(xué)生的仿真實(shí)訓(xùn)用時(shí)與仿真情況來(lái)為其評(píng)分。通過(guò)這樣的方式，就給學(xué)生的仿真實(shí)訓(xùn)提供出一個(gè)更具科學(xué)性的評(píng)價(jià)結(jié)果，減輕教師負(fù)擔(dān)。

4結(jié)語(yǔ)

借助于移動(dòng)通信仿真訓(xùn)練系統(tǒng)，可以讓原本復(fù)雜枯燥的移動(dòng)通信理論和實(shí)踐都變得更加簡(jiǎn)化、具體，并能夠讓理論與實(shí)踐之間實(shí)現(xiàn)有機(jī)結(jié)合。因此，在移動(dòng)通信這一學(xué)科的教學(xué)之中，可以將該仿真系統(tǒng)加以合理應(yīng)用，以此來(lái)提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升教學(xué)質(zhì)量。

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作者：黃小英 單位：福建水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院