移動通信仿真實訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計研究
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摘要：基于移動通信系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)，設(shè)計移動通信仿真實訓(xùn)系統(tǒng)。闡述項目背景，功能模塊，軟件結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)實現(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：移動通信，仿真設(shè)計，組網(wǎng)配置，實訓(xùn)系統(tǒng)
引言
計算機技術(shù)和虛擬仿真技術(shù)在各個學(xué)科的教學(xué)之中得以廣泛應(yīng)用。尤其是在移動通信的教學(xué)之中，借助于仿真實訓(xùn)系統(tǒng)，可以為學(xué)生提供出一個簡單易行的實驗操作平臺，讓學(xué)生對知識和技術(shù)做到輕松掌握。這對于移動通信這一學(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項目背景
（1）可以幫助學(xué)生能夠清晰地了解到移動通信系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)，減少了學(xué)生從理論走向?qū)嵺`的時間。（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)備平臺與課程體系，可以加深學(xué)生對通信網(wǎng)絡(luò)的了解，從而能夠從事多種類型的通信領(lǐng)域工作。
2.1功能模塊
從功能角度，可以按照兩大模塊對該系統(tǒng)進(jìn)行劃分：（1）移動通信基礎(chǔ)理論子系統(tǒng)；（2）移動通信網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗子系統(tǒng)。基礎(chǔ)理論系統(tǒng)之中的子實驗共有五個：（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）差錯檢驗。網(wǎng)絡(luò)虛擬系統(tǒng)之中的子系統(tǒng)有四個：（1）信道質(zhì)量CQI檢測；（2）路徑耗損檢測；（3）丟包率檢測；（4）數(shù)據(jù)包檢測[1]?；A(chǔ)理論這一子系統(tǒng)是將MatlabWebServer作為基礎(chǔ)來進(jìn)行建立的系統(tǒng)，其主要目的就是實現(xiàn)一個遠(yuǎn)程Matlab仿真實訓(xùn)平臺的建立，并完成操作界面以及實訓(xùn)內(nèi)容的開發(fā)。借助于這一平臺，學(xué)生僅僅需要簡單地選擇參數(shù)和網(wǎng)頁動作，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，可以對移動網(wǎng)絡(luò)實際運行的環(huán)境進(jìn)行虛擬，而借助于虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以真實地將底層網(wǎng)絡(luò)實際的運行狀態(tài)在3D虛擬場景之中展示出來，進(jìn)而直接給原本抽象的移動通信網(wǎng)絡(luò)提供出一個展示接口[3]。同時，該系統(tǒng)之中也融入了網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，學(xué)生通過該系統(tǒng)不僅可以更加深入地掌握理論知識，也能夠讓理論與實踐之間進(jìn)行有機結(jié)合。在該系統(tǒng)之中，主要的模塊有兩個：（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、模型庫以及路測系統(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)聽模塊。圖1是該仿真實訓(xùn)系統(tǒng)的功能框架圖。
2.2軟件結(jié)構(gòu)
為保障該仿真實訓(xùn)系統(tǒng)互操作性和可擴展性的全面提升，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該系統(tǒng)。服務(wù)器端的MatlabWebServer可以接收來自客戶端的請求，并對基礎(chǔ)認(rèn)知試驗部分進(jìn)行計算和仿真處理，然后將仿真結(jié)果在服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫之中儲存，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于無線網(wǎng)絡(luò)的操作，在經(jīng)計算之后，再將結(jié)果傳遞給瀏覽器，其結(jié)果將會直接在瀏覽器之中輸出。也就是說，學(xué)生通過瀏覽器就可以實現(xiàn)對相應(yīng)信息的讀取[5]。
3系統(tǒng)實現(xiàn)
3.1移動通信設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)仿真
在該仿真實訓(xùn)系統(tǒng)之中，需要設(shè)計出移動通信設(shè)備的所有硬件結(jié)構(gòu)，在學(xué)生輸入了仿真實訓(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)生僅僅通過點擊鼠標(biāo)和鍵盤之中的上下左右方向鍵就可以對各個組分進(jìn)行操控，以此來組裝硬件結(jié)構(gòu)。通過這一模塊的應(yīng)用，不僅可以讓學(xué)生全面了解移動通信設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)，也可以使其對硬件結(jié)構(gòu)的組裝做到全面掌握。
3.2移動通信設(shè)備的功能仿真
借助于系統(tǒng)的功能仿真模塊，可以實現(xiàn)對移動通信設(shè)備功能的仿真。比如，在這個系統(tǒng)之中，會進(jìn)行一個十分龐大的虛擬場景設(shè)計，進(jìn)而為移動通信設(shè)備的定位功能提供合理化的模擬場景。首先借助于GoogleEarth之中的距離計算，可以確定出基站坐標(biāo)，并在指定站點的經(jīng)緯度上加載距離。因為地球赤道周長是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訓(xùn)方面，該模塊都進(jìn)行了相應(yīng)場景的設(shè)計，學(xué)生只要在用戶端選擇自己想要研究的功能，該模塊就會立刻呈現(xiàn)出模擬場景，學(xué)生僅僅通過鍵盤和鼠標(biāo)就可以完成復(fù)雜的模擬實驗。
3.3移動通信設(shè)備的安裝和維護(hù)仿真
在移動通信仿真之中，設(shè)備安裝和維護(hù)仿真是一項關(guān)鍵性的內(nèi)容，為保障實訓(xùn)效果，在該系統(tǒng)的移動通信設(shè)備安裝和維護(hù)仿真模塊之中，對于移動通信設(shè)備所有的組成部分進(jìn)行了3D仿真制作，并對移動通信設(shè)備故障進(jìn)行了仿真模擬，以此來全面提升學(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程中，學(xué)生可以通過操縱鍵盤和鼠標(biāo)來完成安裝，這種安裝方式十分簡單便捷。在設(shè)備維護(hù)仿真之中，系統(tǒng)會自動地出現(xiàn)相應(yīng)故障，學(xué)生可以根據(jù)相關(guān)保護(hù)設(shè)備的模擬運行情況或者是報警來找出發(fā)生故障的位置，然后從系統(tǒng)之中選擇相應(yīng)的工具來進(jìn)行維修。
3.4移動通信工程的組網(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。在仿真實訓(xùn)過程中，學(xué)生可以在用戶端對這四種仿真方式進(jìn)行選擇，以此來實現(xiàn)移動通信工程的組網(wǎng)配置仿真。在本次所研究的系統(tǒng)之中，各個仿真模塊都進(jìn)行了仿真實訓(xùn)結(jié)果評價的設(shè)置，在學(xué)生完成了仿真實訓(xùn)之后，模塊會根據(jù)學(xué)生的仿真實訓(xùn)用時與仿真情況來為其評分。通過這樣的方式，就給學(xué)生的仿真實訓(xùn)提供出一個更具科學(xué)性的評價結(jié)果，減輕教師負(fù)擔(dān)。
4結(jié)語
借助于移動通信仿真訓(xùn)練系統(tǒng)，可以讓原本復(fù)雜枯燥的移動通信理論和實踐都變得更加簡化、具體，并能夠讓理論與實踐之間實現(xiàn)有機結(jié)合。因此，在移動通信這一學(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
