作文「通信原理虛擬實驗仿真平臺的設計和實現」共有 4564 個字，其中有 2704 個漢字，1316 個英文，162 個數字，382 個標點符號。作者佚名，請您欣賞。瑪雅作文網薈萃眾多優秀學生作文，如果想要瀏覽更多相關作文，請使用網站頂部的作文搜索引擎進行搜索。本站作文雖然不乏優秀之作，但僅為同學們學習交流的習作，不能當作范文使用，希望對同學們有所幫助。

摘 要：通過研究Matlab與Java編程的開放接口，本文闡述了通信原理虛擬實驗平臺的設計思路，并以智能客戶端的方式實現了該平臺。利用網絡和界面編程技術，結合Matlab底層運算，使得用戶可以自由使用通信組件搭建和修改實驗，交互性強。

關鍵字：計算機應用技術；虛擬實驗；通信原理；仿真技術；Matlab builder Ja

中圖分類號：TP391.6 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2013.06.001

0 引言

通信原理是電子信息和通信工程類專業重要的專業基礎課，理論和實踐性都很強，不但需要掌握和理解基本的概念，還需要通過課程實驗來強化所學理論。為配合通信原理的教學活動，各高校在該課程實驗設置和投入方面花費了巨大的人力和物力資源。但一方面硬件實驗設備易受損，儀器的精確度所受干擾的因素過多，使得學生在很多情況下很難得到理想效果；另一方面由于實驗設備損耗大、開銷高和維護困難等局限性，使得眾多高校對該課程實驗建設的投入明顯不足，有的甚至放棄實驗教學[1-2]。

虛擬實驗技術作為現代實驗教學的發展模式，可以很好的解決以上問題[3]。虛擬實驗通過利用軟件模擬和仿真硬件功能讓用戶參與實驗教學活動，因其零損耗、靈敏度高、仿真結果穩定等優點，已經在高校教學中得到廣泛應用。

1 國內外研究現狀

目前新加坡國立大學關注通信類虛擬實驗的研究，建立了示波器實驗，將LabView作為Internet工具之一，充當儀器設備控制器級圖形化用戶操作平臺，進行信號處理、數據分析、存儲和現實工作。

國內研究方向在通信課程虛擬實驗的主要由北京郵電大學、中南大學和吉首大學。北京郵電大學和吉首大學主要關注基于Matlab Web Server的遠程通信網絡虛擬實驗室，只能夠完成部分給定實驗，其以演示性實驗為主；中南大學則使用自己創建組件的模式，用Java和開源包Jmatlink實現Java和Matlab的通信，使用Java Applet實現部分簡單的通信原理實驗[4]。

2 虛擬實驗關鍵仿真技術

2.1 Matlab builder JA

Matlab有多種應用部署產品[5]。如表1所示，Builder產品主要由Matlab Builder EX(支持Excel)、Matlab Builder Ja(支持Java和Web)、Matlab Builder NE(支持COM、C#.NET、Web)。其中Ja產品支持Matlab函數調用、圖形應用、Web應用、Web圖形化，所有Builder均需要Matlab底層運行環境(Matlab編譯器)。

Matlab在2006中添加了Matlab Builder JA，又叫Java Builder，是對Matlab Compiler的擴展。用Java類中形成一個Java組件或包。每個Matlab函數被封裝為Java類的一個方法，可以在Java應用程序中被調用，并可以免費被部署到未安裝Matlab的桌面應用或者Web服務器上。Builder JA允許Java調用Matlab的文件，方便了Java進行復雜的數學運算。

與Matlab對其他程序的外部接口相比，Builder JA接口可以直接通過Java調用Matlab資源，例如可以調用Matlab中的圖形界面直接展示結果。Java在網絡編程上比較簡單，可以通過混合編程開發基于Web的應用程序。

部署組件必須在有Matlab編譯環境的電腦上運行，Matlab開發人員可以直接安裝Matlab，Java開發人員可以安裝Matlab或安裝MCR(Matlab Compiler Runtime)和Matlab Builder Ja組件包，用戶的終端機器上需要安裝MCR，如果使用Web figures的功能，可以支持瀏覽器直接訪問而無需安裝任何插件，此類功能類似于Matlab Web Server。

3 虛擬實驗平臺的設計和實現

3.1 平臺總體結構設計

3.1.1 目標和原則

首先，盡可能真實的模擬通信原理實驗的理論和實際過程，對實驗的把握要準確，平臺要盡量簡化以方便用戶使用。

其次，使用Matlab作為底層運算環境，最大限度的滿足用戶對通信組件的需求，完成盡可能多的實驗，要有良好的擴展性。

最后，構建一個以通信組件為核心的通信原理虛擬實驗平臺，支持用戶使用通信組件自行搭建任意通信實驗，給用戶最大的自由度和良好的交互體驗。

3.1.2 總體結構

基于網絡的B/S結構，如圖3.1，將重要的數據操作和服務放在服務器端實現，而一些面向用戶的交互型操作多在瀏覽器端實現。其中，前臺表達邏輯和業務處理邏輯是客戶端主要的事務邏輯，數據庫處理邏輯是數據庫服務器端主要的事務邏輯，數據庫處理邏輯需要調用服務器數據庫進行相應操作[6-7]。

針對遠程虛擬實驗，用戶可以使用Matlab組件直接遠程調用相應仿真軟件的相關器件和腳本文件。開發人員只需事先開發好相應課程的用戶界面和實驗腳本，用戶無需安裝相關軟件，只需要使用瀏覽器訪問相應實驗頁面就可以進行實驗操作。

如圖3.2所示，通信原理虛擬實驗平臺的整體架構[8]包括3個部分：服務器端、智能客戶端和本地資源。服務器端和智能客戶端間主要使用Java網絡編程來互相傳遞數據；智能客戶端和本地資源間只要使用Matlab Builder JA調用本地函數傳遞數據；智能客戶端的界面主要使用Java SWT界面編程技術開發操作界面和虛擬實驗組件，實現組件拖拽、連接等操作，并顯示仿真結果。

3.2 平臺的實現

實現通信類虛擬實驗平臺主要分為三部分，一是實驗中所需功能模塊和需要設置的參數，主要是在Matlab中編寫的相關函數，并且將很多相似功能寫成通用函數，以方便直接調用，然后打成Jar包，使用Java語言直接調用相關函數進行運算；二是實現虛擬實驗界面，將所需組件集成在界面平臺上，實現拖拽、連接功能，并且可以設置具體參數、查看實驗結果波形和數據；三是用戶自定義擴展組件，由Matlab用戶可以自行添加相關Jar包實例化組件。主要實現過程： 第一步：編寫Matlab中實現組件的函數并測試；

第二步：使用Matlab deploytool將所需Matlab函數封裝到Java類中，并轉換為Jar包，并將Jar包導入到Java開發工程中。

第三步：配置運行環境，未安裝Matlab的環境需要安裝MCR；

第四步：Java實例化類，調用Matlab編寫的組件函數，傳遞數據，并組合調用多個組件函數，測試組合調用結果是否正確；

第五步：在界面中實現單獨組件和組件間參數和結果傳遞，實現組件拖拽和參數傳遞，搭建完整實驗原理框圖，并測試數據傳遞是否正確。

3.3 BPSK實驗[9]

打開智能客戶端，輸入用戶名密碼進入虛擬實驗平臺界面。根據BPSK實驗框圖3.3，將實驗所需器材從器材欄里拖拽到實驗臺上，用鼠標將器材正確連接起，根據需要設置器材的關鍵參數，點擊運行按鈕，即可從示波器和功率譜分析儀中看到實驗結果。用戶可以將所做的實驗以XML形式保存到本地，然后在教學管理主頁中把實驗提交到服務器中，由老師進行指導和評分。

4 結束語

通信原理虛擬實驗平臺是對遠程通信原理實驗教學的一次有力探索，驗證了平臺開發的可行性。在之前的設計基礎上，豐富了課程實驗所涉及的虛擬儀器，基本完成了通信原理的實驗設計，解決了實驗器材的參數設置和普適性，并初步引入了時間域上的概念。此平臺在量化、編碼、同步和儀器靈活性方面尚有待解決的問題，此問題的解決可以使得此平臺具有更大的靈活性和可擴展性，不僅能夠完成通信原理課程的虛擬實驗，而且可以成為涵蓋通信類學科的綜合性虛擬實驗平臺。

參考文獻

[1] Sherry,L.Issues in Distance Learning.International Journal of Educational Telecommunicationsl(4),337～365, 1995

[2] Fuan Wen,“eLearning - Theories, Design, Software and Applications”,Open Web-Based Virtual Lab for Experimental Enhanced Educational Environment, ISBN 978-953-51-0475-9. April,2012.(InTech Open Access).

[3]J.Wang,S.Chen,W.Jia,et al.The Design and implementation of Virtual Laboratory Platform in Internet. Proceeding of the First International Conference on Web-based Learning in China.2002.169~177

[4]Yue Zhao, Fuan Wen, "Rapid Implementation of Communication-related Simulation Equipment on the Open Web-based Virtual Lab," Advances in Electronic. Engineering, Communication and Management (EECM) vol.2,Dec.24-25,2011. Beijing, China. pp.417-424.

[5]http://www.mathworks.cn/products/matlab/index.html?s_cid=baidu_matlab

[6]焦瑞莉，南利平，李學華. 基于LabVIEW的通信專業遠程虛擬實驗室[J]. 國外電子測量技術(虛擬儀器)，2005(3)：4-7.

[7]廖云伢.基于Java與Matlab集成的數字通信原理虛擬實驗平臺的設計與實現. 中南大學碩士學位論文.2007.

[8]郭志強，黃燕，吳平. Java-Matlab集成方法的分析與探討. 研究與開發，2006年第6期：15~17

[9]周炯磐，龐沁華，續大我，吳偉陵 . 通信原理. 北京郵電大學出版社.2005年11月:153-156通信原理虛擬實驗平臺的設計與實現

由于信息技術和網絡的發展，通過網絡實時上課、做實驗已經成為可能。而通信原理實驗課程由于真實通信設備昂貴、折舊快、維護費用高，一般采用仿真軟件來代替真實實驗設備，所以作為一門基于仿真軟件的課程，將其搬移到網絡上開發設計虛擬實驗室成為可能。本文研究的核心就是如何在網絡上遠程進行通信原理課程仿真實驗。

通過對國內外虛擬仿真實驗領域以及相關文獻的調研，發現傳統通信仿真軟件主要有Matlab和Labview兩種，目前已有的虛擬實驗平臺主要基于這兩種軟件的Web Server服務進行二次開發，可以通過設置參數進行給定實驗的演示，交互性較弱。

本文采用Matlab作為底層運算環境，基于Matlab和Java混合編程，使用Matlab Builder Ja將實驗所需組件封裝為Java類和方法后，在Java中以組件的形式進行調用。通過Java的網絡和界面編程技術，結合Matlab的底層運算，使得用戶可以自由使用通信組件搭建和修改實驗，交互性較強。本文以2ASK實驗為例，說明該平臺及其組件的設計與實現過程，并且通過該例，證明了這種開發方式的可行性以及平臺的可操作性。

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總結

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