龍 洋，羅俊波，吳 熹

(1.重慶電力高等?？茖W(xué)校電力工程系，重慶400053;2.沈機集團昆明機床股份有限公司，云南昆明650203;3.宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息與控制工程系，四川宜賓644000)

移動通信教學(xué)過程中經(jīng)常采用模擬實驗進行輔助教學(xué)，旨在幫助學(xué)生從物理現(xiàn)象上進一步掌握基本原理。其中，普遍采用了實驗箱。盡管實驗箱教學(xué)使得學(xué)生對移動通信系統(tǒng)的運作過程有了進一步的認識和掌握，但是存在以下不足:不能幫助學(xué)生深入理解移動通信技術(shù)的實現(xiàn)原理;實驗項目難以更新，難以跟進技術(shù)前沿;元件易老化，導(dǎo)致部分實驗的效果逐漸衰退;更換設(shè)備的經(jīng)濟成本較高。面對這些問題，計算機仿真已逐漸成為實驗教學(xué)的主流技術(shù)，其中，MATLAB得到了廣泛的應(yīng)用。MATLAB在移動通信的教學(xué)過程中，只是用于驗證性實驗，對于學(xué)生而言，安裝MATLAB沒有太大的意義。

MATLAB提供的MATLAB Web Server組件可以實現(xiàn)與Web服務(wù)器進行動態(tài)交互。運用這個組件構(gòu)建在線實驗平臺，可以輔助、部分替代甚至全部替代傳統(tǒng)實驗的相關(guān)軟硬件操作環(huán)境。實驗者可以像在真實的環(huán)境中一樣完成各種實驗項目，所取得的實驗效果等價于甚至優(yōu)于在真實環(huán)境中所取得的效果，實現(xiàn)了實驗操作的交互性和實驗結(jié)果的仿真性。用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)訪問服務(wù)器中的MATLAB仿真程序，進行在線實驗，從而達到遠程教學(xué)的目的［1-5］，而用戶也無需安裝 MATLAB。另外，該技術(shù)已經(jīng)滲透到多個學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域，用于遠程測試與分析［6-7］。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)功能設(shè)計

在線實驗平臺具備兩個主要功能:一方面讓用戶在線操作進行仿真實驗;另一方面向用戶提供學(xué)習(xí)資源，從而實現(xiàn)遠程教學(xué)。

盡管現(xiàn)代移動通信技術(shù)已經(jīng)進入4G時代，但是第二、三代移動通信系統(tǒng)依然擁有絕大多數(shù)的用戶。同時，通信系統(tǒng)的發(fā)展具有后向兼容性，當(dāng)今的移動通信是2G、3G和4G并存的系統(tǒng)。實驗教學(xué)項目應(yīng)當(dāng)覆蓋三代移動通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)和網(wǎng)站首頁如圖1、2所示。

圖1 移動通信在線實驗平臺功能結(jié)構(gòu)

圖2 移動通信在線實驗平臺網(wǎng)站首頁

1.2 開發(fā)環(huán)境

實驗平臺采用dreamwaver CS5制作實驗網(wǎng)站，用Apache1.3.20［8］配置服務(wù)器，實驗程序用 MATLAB編寫。

2 在線實驗的實現(xiàn)

實驗平臺的所有在線實驗均采用MATLAB Web Server技術(shù)實現(xiàn)?，F(xiàn)以四相相移鍵控(QPSK)調(diào)制解調(diào)實驗為例，介紹在線實驗平臺的具體實現(xiàn)方法及實驗網(wǎng)頁與MATLAB的交互。

實驗頁面分為四個部分:QPSK調(diào)制解調(diào)原理、仿真參數(shù)設(shè)置、M文件和輸出頁面。

2.1 QPSK調(diào)制解調(diào)原理模塊

模塊用圖片的方式顯示QPSK調(diào)制器和解調(diào)器的構(gòu)成(如圖3所示)，只需用以下語句將預(yù)先制作好的圖片導(dǎo)入即可。

＜p align="center"＞＜img src="/icons/QPSK_modulation.png"alt="qpsk1"width="613"height="323"/＞＜/p＞

圖3 QPSK調(diào)制解調(diào)原理模塊

2.2 仿真參數(shù)設(shè)置模塊

如圖4所示，該模塊是用戶實際操作的功能模塊。在模塊中可以選擇OQPSK和相移QPSK兩種調(diào)制類型，自定義輸入基帶信號和載頻，實現(xiàn)關(guān)鍵代碼如下。第四行中輸入變量mlmfile是處理表單的MATLAB程序名，用以告知matweb調(diào)用哪個M文件處理該表單。

圖4 QPSK仿真參數(shù)設(shè)置模塊

2.3 M文件的制作

M文件是實驗平臺的核心。仿真程序運行時，網(wǎng)頁通過matweb.exe調(diào)用M文件，從而實現(xiàn)在線實驗?？梢姡琈文件在系統(tǒng)中實際上是一個可調(diào)用的自定義函數(shù)。QPSK的調(diào)制解調(diào)算法由圖3所示模型進行設(shè)計。本文僅介紹M文件與網(wǎng)頁的交互。M文件中用以下語句讀取html文件中的表單數(shù)據(jù)。

function retstr=p_qpsk(in)

retstr=char(");%初始化返回字符串

cd(in.mldir);%設(shè)置工作目錄，保存圖片用

f=str2double(in.f);

g=eval(in.g);%基帶信號

pha=str2double(in.pha);

第一行是MATLAB Web Server應(yīng)用程序的入口定義，in是一個struct類型的結(jié)構(gòu)變量，包含matweb.exe網(wǎng)關(guān)程序傳送過來的參數(shù)和程序工作目錄。M文件實際上是通過in.f、in.g和in.pha讀取了仿真參數(shù)設(shè)置模塊中輸入的“載頻”、“輸入序列”和“調(diào)制類型”數(shù)據(jù)。

M文件通過以下語句生成圖片并在輸出頁面中顯示。

fig=figure('visible'，'off');

……

drawnow;

pic=sprintf('%spic.jpeg'，in.mlid);

wsprintjpeg(fig，pic);

close(fig);

out.pic=pic;%設(shè)置輸出變量，供輸出html文件用

tmpfile=which('QPSK_output.html');

retstr=htmlrep(out，tmpfile);

其中，out是一個struct類型的結(jié)構(gòu)變量，包含所有的輸出變量。M文件通過調(diào)用htmlrep，生成用于輸出的html文件。

2.4 輸出頁面

本實驗的輸出結(jié)果是以圖片為表現(xiàn)形式，采用以下語句即可實現(xiàn)。輸出頁面通過調(diào)用M文件生成的輸出變量(out.pic)顯示結(jié)果。

＜p＞ ＜center＞＜strong＞原始序列波形，載波波形，已調(diào)信號波形及功率譜 ＜/strong＞＜/center＞＜/p＞

＜center＞ ＜img src="/icons/pic"＞ ＜/center＞

2.5 調(diào)試與運行

采用圖4中默認數(shù)據(jù)進行調(diào)試，運行結(jié)果如圖5所示。

調(diào)試中偶爾會因為MALAB Server停止工作出現(xiàn)連接失敗的情況。此時，只需在控制面板中重新啟動即可。此外，還需要注意的是被調(diào)用的M文件必須在服務(wù)器的matweb.conf文件中添加目錄，否則服務(wù)器將無法找到該文件。

圖5 QPSK調(diào)制解調(diào)實驗輸出頁面

3 總結(jié)

本平臺實現(xiàn)了移動通信系統(tǒng)中常用技術(shù)的在線實驗，其中也不乏采用通信領(lǐng)域的新技術(shù)。用戶可以在網(wǎng)頁中輸入符合技術(shù)原理的數(shù)據(jù)完成驗證性實驗。同時，也可以通過在線學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)交流平臺進行學(xué)習(xí)。但是，本實驗平臺依然有一些不足之處。例如，在線編程的功能并未解決，有待在今后的工作中完善。

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