基于LTE—Nanocell設(shè)備的移動通信實踐教學(xué)方法

陳鋒 錢慧 林一

摘要：移動通信原理是通信、電子、信息等專業(yè)的核心課程。該門課程的開設(shè)對于學(xué)生掌握移動通信技術(shù)具有關(guān)鍵的作用。本文分析了當前移動通信課程實踐教學(xué)過程中存在的主要問題，并且基于LTE-Nanocell設(shè)備提出了一種移動通信課程實踐的部署和教學(xué)方法。

關(guān)鍵詞：移動通信；實踐教學(xué)；Nanocell

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）23-0182-02

從國家“十一五”規(guī)劃開始，寬帶移動通信技術(shù)已經(jīng)被列為我國的重點發(fā)展計劃。近幾年，從以GSM語音通話為代表的2G發(fā)展到高速率數(shù)據(jù)傳輸?shù)?G，到今天我們廣泛使用的速率可達百兆的4G[1]網(wǎng)絡(luò)以及正在研究的5G網(wǎng)絡(luò)，移動通信技術(shù)迅猛發(fā)展。技術(shù)的發(fā)展離不開人才的培養(yǎng)，相關(guān)企業(yè)和科研機構(gòu)對移動通信技術(shù)的人才需求也在不斷增加，尤其是高素質(zhì)的移動通信人才。目前，很多高校都開設(shè)了通信工程、電子類和信息專業(yè)。其中，移動通信課程是通信、電子、信息等專業(yè)的核心課程。該門課程的開設(shè)對于學(xué)生掌握移動通信技術(shù)具有關(guān)鍵的作用。本文將圍繞該課程的實踐教學(xué)方法做深入的探討和分析。

一、移動通信課程實踐教學(xué)存在的主要問題

雖然各高校的移動通信課程的開設(shè)時間較早，其理論教學(xué)和實踐教學(xué)方式也較為成熟，但目前仍存在一些問題，具體說明如下。

1.實踐設(shè)備技術(shù)陳舊，與主流移動通信技術(shù)脫節(jié)。隨著移動通信技術(shù)的發(fā)展，該課程的教學(xué)內(nèi)容特別是實踐教學(xué)由于開設(shè)時間較早，已和當前的主流技術(shù)脫節(jié)。例如，部分高校的移動通信技術(shù)實驗課程安排的是2G技術(shù)的GSM移動實驗，甚至于有些高校直接利用程控交換設(shè)備開展移動通信技術(shù)實驗。而當前的主流移動通信技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了4G，正在向5G技術(shù)演進。這類高校的移動通信課程的教學(xué)完全不能滿足當前社會對移動通信人才的需求。

2.實踐教學(xué)內(nèi)容單一，課程間關(guān)聯(lián)性較差。部分重點高校或者是電子類院校已經(jīng)配備了移動通信實驗室，而且也部署了當前的4G移動通信設(shè)備，如LTE基站設(shè)備。但通過調(diào)研我們發(fā)現(xiàn)，由于LTE基站設(shè)備價格較高，通常一個實驗室僅部署一臺基站。學(xué)生僅能通過教師的實驗演示學(xué)習(xí)，無法獨立操作，實驗的實施效果較差。另一方面，移動通信技術(shù)和其他網(wǎng)絡(luò)技術(shù)關(guān)聯(lián)較大，如計算機網(wǎng)絡(luò)、WLAN、光網(wǎng)絡(luò)等。學(xué)生在移動通信技術(shù)實驗過程中，如果僅涉及移動通信技術(shù)，則將缺乏對整體通信網(wǎng)絡(luò)的理解和把握。

基于上述兩個關(guān)鍵問題，本課題通過和福建三元達網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有限公司合作，共同探討研究了基于LTE-Nanocell[2]的移動通信實踐教學(xué)方法。

二、基于LTE-Nanocell的移動通信實踐教學(xué)方法

1.LTE-Nanocell簡介。為了滿足未來移動通信的需求，中國移動研究院聯(lián)合產(chǎn)業(yè)界提出了一種新型的集成SmallCell[3]和WLAN的移動接入產(chǎn)品，即Nanocell。Nanocell的主要特點是同時支持蜂窩網(wǎng)和WLAN接入，實現(xiàn)小基站和WLAN AP的集成，并且可以通過IP接口和網(wǎng)絡(luò)相連。Nanocell雖然覆蓋范圍較小，但可以為運營商提供熱點增強覆蓋以及補盲覆蓋，并且具有成本低和帶寬高的特點。正因為其成本低，并且同時具有蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)和WLAN網(wǎng)絡(luò)功能的特點，該產(chǎn)品非常適合于在實驗室部署。在實驗室部署中，各實驗分組可以獨立部署該設(shè)備，分組獨立操作設(shè)備。我們知道，在利用上述所提的宏站方案部署中，容易對現(xiàn)有的移動網(wǎng)絡(luò)造成干擾，且無法實現(xiàn)所有學(xué)生獨立實驗。而采用Nanocell進行部署由于其覆蓋范圍小，可以避免對現(xiàn)有移動網(wǎng)絡(luò)造成干擾，學(xué)生也可以獨立操作，提高實驗效果。

2.LTE-Nanocell移動通信融合實踐部署。本系統(tǒng)方案中融合了LTE移動通信技術(shù)以及目前主要的通信接入技術(shù)，包括PON[4]、EOC[5]、TCP/IP技術(shù)，把它們整合為一體，再加上音視頻服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器和終端設(shè)備組成一個三大網(wǎng)絡(luò)融合的實驗室，不僅實現(xiàn)了LTE、PON、EOC、TCP/IP物理傳輸、接入技術(shù)的融合，也實現(xiàn)了語音、視頻、數(shù)據(jù)的融合。同時，彼此之間也可以單獨作為一個子系統(tǒng)來實現(xiàn)語音、視頻、數(shù)據(jù)，且系統(tǒng)之間可以隨意組合使用，本系統(tǒng)方案可以給學(xué)生提供一個符合實際操作現(xiàn)場的全程全網(wǎng)的實驗、實訓(xùn)環(huán)境，學(xué)生可以自己組建各種通信網(wǎng)，并從中了解各種網(wǎng)絡(luò)傳輸及接入技術(shù)，對培養(yǎng)學(xué)生的通信系統(tǒng)觀念、多理論知識的綜合應(yīng)用水平、實際設(shè)備和測試儀表的操作能力等都會有本質(zhì)的改觀。

3.融合實踐教學(xué)內(nèi)容。基于Nanocell的移動通信融合實踐教學(xué)內(nèi)容主要包括LTE實驗、WLAN實驗、PON實驗、EOC實驗和綜合實驗幾個部分。其中LTE實驗是融合實驗的關(guān)鍵部分，主要側(cè)重于LTE相關(guān)技術(shù)實驗，包括LTE基站與EPC信息交互、UE與LTE基站信息交互、UE接入、UE附著、UE通話以及LTE切換等實驗。通過這部分實驗學(xué)生可以熟悉了解LTE的基本原理和信息交互流程。WLAN實驗主要包括胖瘦AP的配置、無線網(wǎng)卡接入AP的報文交互過程以及信道優(yōu)化等。PON實驗主要包括ONU的MPCP發(fā)現(xiàn)、注冊、OLT基本VLAN功能實驗和組播實驗。EOC實驗包括EOC自動發(fā)現(xiàn)、VLAN功能等實驗。綜合實驗基于上述實驗，將各種技術(shù)互連互通，比如搭建圖2所示的實驗環(huán)境。綜合實驗關(guān)鍵在于讓學(xué)生能夠了解各種技術(shù)的融合應(yīng)用方法，比如LTE和WLAN在技術(shù)融合下，服務(wù)器的多媒體資源既可以利用WLAN接口進行訪問，也可以利用LTE進行訪問。

4.融合實踐教學(xué)特點。本文所提的LTE移動通信的實踐教學(xué)具有以下幾個特點：（1）所提融合方案包含了現(xiàn)有通信領(lǐng)域中幾種主要的傳輸接入技術(shù)，包括路由交換、光纖網(wǎng)、4G和同軸網(wǎng)，可以培養(yǎng)學(xué)生綜合的通信技術(shù)能力，學(xué)生也可以根據(jù)自己的興趣挑選一種通信技術(shù)作為深入研究。（2）融合實驗室采用小型終端設(shè)備（室內(nèi)小基站、小型ONU、EOC終端），實驗室可以根據(jù)兩個學(xué)生為實驗小組單位部署設(shè)備來提高學(xué)生的參與度。（3）融合方案設(shè)備配置可以實現(xiàn)教師教學(xué)與學(xué)生實驗同步進行，提高實驗教學(xué)效果。

三、結(jié)語

本文分析了當前移動通信課程實踐教學(xué)當中存在的一些問題，介紹了基于LTE-Nanocell設(shè)備開展移動通信融合實踐的教學(xué)方法，相比于傳統(tǒng)的基于LTE的宏蜂窩基站實驗室部署，LTE-Nanocell設(shè)備具有價格低和學(xué)生操作性好等特點。并且，本文所提的利用LTE-Nanocell設(shè)備聯(lián)合PON設(shè)備可以讓學(xué)生掌握WLAN技術(shù)、PON技術(shù)以及這些技術(shù)的融合應(yīng)用方法。

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