移動(dòng)通信課程實(shí)驗(yàn)改革與實(shí)踐

章堅(jiān)武,張 磊,姚英彪

(杭州電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院,浙江杭州 310018)

移動(dòng)通信課程實(shí)驗(yàn)改革與實(shí)踐

章堅(jiān)武,張 磊,姚英彪

(杭州電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院,浙江杭州 310018)

本文結(jié)合我校通信工程國(guó)家一類特色專業(yè)建設(shè)點(diǎn)和省級(jí)移動(dòng)通信精品課程建設(shè)方面的一些工作,積極進(jìn)行移動(dòng)通信課程工程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的改革與實(shí)踐,通過(guò)利用大型儀器設(shè)備對(duì)工程實(shí)踐中的真實(shí)設(shè)備和真實(shí)信號(hào)進(jìn)行測(cè)試和分析,達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力和提高大型設(shè)備利用率的目的。

移動(dòng)通信;大型儀器設(shè)備;實(shí)驗(yàn)改革;工程實(shí)踐

一、概述

杭州電子科技大學(xué)通信工程專業(yè)是 1992年獲批準(zhǔn)的國(guó)家管理專業(yè),1993年正式面向全國(guó)招生,2003年列入省重點(diǎn)建設(shè)專業(yè),2008年批準(zhǔn)為省重點(diǎn)專業(yè),2010年列入國(guó)家一類特色專業(yè)建設(shè)點(diǎn)。移動(dòng)通信課程是一門專業(yè)性、理論性和工程性均較強(qiáng)的課程,是通信工程專業(yè)的核心專業(yè)課程之一。我校自1996年開始講授《移動(dòng)通信》課程,2006年,“移動(dòng)通信”課程入選杭州電子科技大學(xué)校級(jí)精品課程,2007年,“移動(dòng)通信”課程被列入杭州電子科技大學(xué)重點(diǎn)培育國(guó)家級(jí)精品課程,2008年,“移動(dòng)通信”課程入選浙江省精品課程。編著的《移動(dòng)通信》教材被列入“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材,已第 9次印刷,發(fā)行近 5萬(wàn)冊(cè),被國(guó)內(nèi)許多高校使用。

在建設(shè)省級(jí)移動(dòng)通信精品課程過(guò)程中,我們發(fā)現(xiàn)存在兩個(gè)問(wèn)題:第一,傳統(tǒng)“移動(dòng)通信”課程教學(xué)與工程實(shí)踐脫鉤;第二,通信工程專業(yè)的一些大型儀器設(shè)備利用率偏低。為解決這兩個(gè)問(wèn)題,我們積極進(jìn)行“移動(dòng)通信”實(shí)驗(yàn)課程改革,計(jì)劃通過(guò)在“移動(dòng)通信”實(shí)驗(yàn)課程體系中增加新的工程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目——利用大型儀器設(shè)備對(duì)工程實(shí)踐中的真實(shí)設(shè)備和真實(shí)信號(hào)進(jìn)行測(cè)試分析,努力使移動(dòng)通信理論教學(xué)與工程實(shí)踐緊密聯(lián)系起來(lái),從而實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和提高大型設(shè)備利用率的目標(biāo)。

二、移動(dòng)通信課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)及實(shí)踐

(一 )設(shè)計(jì)思路

1.利用工程實(shí)踐中的真實(shí)設(shè)備和真實(shí)信號(hào)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與工程實(shí)踐脫鉤的主要原因在于實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與實(shí)驗(yàn)設(shè)備與真實(shí)的工程實(shí)踐相差較遠(yuǎn),比如利用Matlab進(jìn)行通信系統(tǒng)仿真[1],它對(duì)學(xué)生理解通信系統(tǒng)原理比較有幫助,但是在工程實(shí)踐中卻很少能用到。因此,我們進(jìn)行移動(dòng)通信課程工程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的基本出發(fā)點(diǎn)就是要利用工程實(shí)踐中的真實(shí)設(shè)備和真實(shí)信號(hào)來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),使學(xué)生明白書本上的移動(dòng)通信理論知識(shí)如何應(yīng)用到實(shí)際工程實(shí)踐中。

2.提高大型儀器設(shè)備利用率

大型儀器設(shè)備利用率偏低一直是高校實(shí)驗(yàn)室資產(chǎn)使用中的一個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題,這個(gè)問(wèn)題在我院實(shí)驗(yàn)室大型儀器設(shè)備中也存在。我院“無(wú)線通信技術(shù)國(guó)家財(cái)政專項(xiàng)實(shí)驗(yàn)室”和“無(wú)線通信與移動(dòng)通信省財(cái)政專項(xiàng)實(shí)驗(yàn)室”均購(gòu)買了一些大型設(shè)備儀器 (見表 1),這些實(shí)驗(yàn)室雖然已經(jīng)對(duì)教師和學(xué)生開放,大型設(shè)備也已加入浙江省大型設(shè)備共享網(wǎng) (www.dxyq.zj.cn),但利用率仍然不高。因此,我們進(jìn)行移動(dòng)通信課程工程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的另一個(gè)出發(fā)點(diǎn)就是要充分利用這些大型設(shè)備儀器,開發(fā)新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,以提高它們的利用率。

表 1 已購(gòu)買的大型設(shè)備儀器

3.重點(diǎn)突出 3G實(shí)驗(yàn)特色

隨著第三代移動(dòng)通信 (3G)技術(shù)在我國(guó)投入商用,其發(fā)展趨勢(shì)表明,3G必將在未來(lái)幾年取代 2G成為移動(dòng)通信的主要技術(shù)[2]。學(xué)生畢業(yè)后有很大一部分將從事 3G方面的組網(wǎng)與優(yōu)化工作。但是目前各高校實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的內(nèi)容大部分仍然是 2G實(shí)驗(yàn),遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于技術(shù)的發(fā)展。學(xué)生對(duì)于 3G知識(shí)的掌握也較2G更為迫切,因此我們?cè)O(shè)計(jì)的新的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)將重點(diǎn)放在對(duì) 3G系統(tǒng)的測(cè)試、分析上,更加突出 3G的特色。

4.與運(yùn)營(yíng)商合作開放校內(nèi)基站

由于移動(dòng)通信基站設(shè)備昂貴,通過(guò)與運(yùn)營(yíng)商的合作,以專題講解、參觀基站設(shè)備的方式讓學(xué)生進(jìn)入實(shí)際的基站中進(jìn)行學(xué)習(xí),并配套有相關(guān)的工程設(shè)備原理介紹,讓學(xué)生更加了解基站的工作原理,極大地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

(二 )實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

根據(jù)以上思路,我們?cè)O(shè)計(jì)和開發(fā)了以下 4個(gè)移動(dòng)通信課程工程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,每個(gè)項(xiàng)目又可以分為多個(gè)實(shí)驗(yàn):

1.GS M/GPRS、cdma2000移動(dòng)臺(tái)主呼及被呼叫過(guò)程

利用我院自主開發(fā)的 GS M/GPRS及 cdma2000手機(jī)模塊進(jìn)行實(shí)際的 GS M/GPRS、cdma2000通信系統(tǒng)的移動(dòng)臺(tái)主呼及被呼實(shí)驗(yàn)。通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn),學(xué)生可以掌握實(shí)際的移動(dòng)臺(tái)主呼及被呼叫過(guò)程,AT指令集,實(shí)際的基站小區(qū)覆蓋等問(wèn)題。

2.GS M/GPRS、cdma2000短消息發(fā)送及接收過(guò)程

短消息業(yè)務(wù)是移動(dòng)通信中一項(xiàng)重要業(yè)務(wù),利用上述手機(jī)模塊設(shè)計(jì)出短消息發(fā)送及接收處理流程,以更形象化的方式讓學(xué)生掌握短消息業(yè)務(wù)的原理。

3.3G信號(hào)測(cè)試與分析

3G通信已經(jīng)成為移動(dòng)通信領(lǐng)域的重頭戲,如何開設(shè) 3G實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目正是本課程面臨的一大問(wèn)題。目前 3G設(shè)備相對(duì)十分昂貴,又存在WCDMA、cdma2000、TD-SCDMA三種不同的標(biāo)準(zhǔn)[3],想要全面開設(shè)實(shí)驗(yàn)存在不少困難。我們利用已購(gòu)買的大型儀器對(duì) 3G信號(hào)的調(diào)制解調(diào)、編碼解碼、功率譜、誤碼性能等進(jìn)行分析,以提高學(xué)生對(duì) 3G技術(shù)的深入理解與認(rèn)識(shí)。

4.移動(dòng)通信直放站測(cè)試實(shí)驗(yàn)

利用大型儀器設(shè)備對(duì)實(shí)際的通信設(shè)備(直放站)進(jìn)行參數(shù)測(cè)試,提高學(xué)生對(duì)通信設(shè)備的理解和大型儀器設(shè)備的操作能力。

當(dāng)然,由于大型儀器設(shè)備套數(shù)的限制,以上實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要供教師向?qū)W生演示和學(xué)生開放實(shí)驗(yàn),是移動(dòng)通信課程實(shí)驗(yàn)體系的重要補(bǔ)充。實(shí)踐下來(lái)的結(jié)果表明,學(xué)生對(duì)此類實(shí)驗(yàn)非常感興趣,這類實(shí)驗(yàn)?zāi)艹晒ぐl(fā)他們對(duì)移動(dòng)通信課程的興趣,效果反映良好。

(三)開放運(yùn)營(yíng)商在學(xué)校的基站

中國(guó)移動(dòng)與中國(guó)聯(lián)通均在我校校園內(nèi)建有基站,我校與中國(guó)聯(lián)通合作,為學(xué)生定期開放聯(lián)通 GS M/WCDMA基站,并安排中國(guó)聯(lián)通資深工程師為學(xué)生講解基站設(shè)備及其功能,學(xué)生有機(jī)會(huì)接觸到實(shí)際運(yùn)營(yíng)中的通信基站,極大地激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。中國(guó)聯(lián)通資深工程師對(duì)學(xué)生授課內(nèi)容現(xiàn)已攝成錄像放置在我校移動(dòng)通信浙江省精品課程網(wǎng)站供學(xué)生觀看。

三、3G信號(hào)測(cè)試與分析案例

移動(dòng)通信課程工程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目案例:3G信號(hào)測(cè)試與分析工程實(shí)驗(yàn)的原理框圖如圖 1所示。首先,利用天線將空口中的實(shí)際 3G信號(hào)接收下來(lái),并送到實(shí)際的微型直放站進(jìn)行信號(hào)放大,經(jīng)過(guò)衰減器后送到頻譜分析儀 (Agilent E4445A PSA),最后通過(guò)網(wǎng)線將數(shù)據(jù)送到 PC上。PC機(jī)上安裝有 Agilent公司的矢量信號(hào)分析儀 (Vector SignalAnalyzer:VSA)軟件,其內(nèi)部集成有各種解調(diào)方法及參數(shù)分析程序。我們分別對(duì)中國(guó)聯(lián)通的WCDMA、中國(guó)電信的 cdma2000和中國(guó)移動(dòng)的 TD-SCDMA三種不同的標(biāo)準(zhǔn)的空中信號(hào)進(jìn)行了頻譜、信道、星座圖、概率密度函數(shù)、累計(jì)分布函數(shù)、碼域功率、誤差矢量幅度等參數(shù)[4]的測(cè)量分析。

圖 1 實(shí)驗(yàn)原理示意圖

圖 2所示是我們從空中抓到的 cdma2000信號(hào)的頻譜,中心頻率為 878.49MHz,帶寬為 1.25MHz。在信號(hào)的占據(jù)帶寬 OBW(Occupied Bandwidth)[5]內(nèi),大部分能量集中在此頻帶以內(nèi)。圖 3為復(fù)合碼域功率,是對(duì) cdma2000下行鏈路中每個(gè)Walsh編碼碼道[3]功率的測(cè)量。由圖中可以看到,當(dāng)前第 0、1、4、12、44信道中有數(shù)據(jù)傳輸。其中第 0信道為導(dǎo)頻信道,任意時(shí)刻總有數(shù)據(jù)傳送,而且由解調(diào)后的數(shù)據(jù)分析可知,此信道中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為全 0,這與理論上的設(shè)置完全符合。第 1、4信道為尋呼信道,表明基站正在尋呼附近的某些移動(dòng)臺(tái)。第 12、44信道為業(yè)務(wù)信道,表明當(dāng)前有業(yè)務(wù)傳輸。

圖 2 cdma2000信號(hào)的頻譜

圖 3復(fù)合碼域功率 CCDP

四、結(jié)束語(yǔ)

本文在移動(dòng)通信課程工程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)踐方面做了一些有益的探索,其特色主要體現(xiàn)在兩方面:一方面,使實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與工程實(shí)際聯(lián)系更加緊密,提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力,為培養(yǎng)學(xué)生成為“卓越工程師”服務(wù);另一方面,設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目大大提高了大型設(shè)備的利用率。下一步的工作是進(jìn)一步完善開發(fā)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),使實(shí)驗(yàn)設(shè)備更接近工程實(shí)際,實(shí)驗(yàn)方法采用運(yùn)營(yíng)商的標(biāo)準(zhǔn)操作流程,盡量將演示實(shí)驗(yàn)改進(jìn)為學(xué)生可以自己動(dòng)手操作的實(shí)驗(yàn)。通過(guò)這些工作,培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力、工程設(shè)計(jì)能力和工程創(chuàng)新能力,提高通信工程專業(yè)的辦學(xué)水平,為國(guó)家,特別是為浙江省培養(yǎng)一流的專業(yè)技術(shù)人才。

[1] 蒲秀娟,韓慶文.移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)課程探索[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2005,24(5):77-79.

[2] 章堅(jiān)武.移動(dòng)通信 (第二版)[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2007.

[3] 廖曉濱,趙熙.第三代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)技術(shù)、應(yīng)用及演進(jìn)[M].北京:人民郵電出版社,2008.

[4] 劉君榮,謝少鋒.關(guān)于測(cè)量 CDMA2000中 Rho值和 EVM值的問(wèn)題[J].中國(guó)計(jì)量,2009(3):91-92.

[5] 黃祿洋,王兆永.占用帶寬及鄰道漏泄功率的測(cè)量[J].微波與衛(wèi)星通信,1998(1):8-10.

Reforms of Mobile Communication Courses

ZHANG Jian-wu,ZHANG Lei,YAO Y ing-biao
(School of Communication Engineering,Hangzhou DianziUniversity,Hangzhou Zhejiang310018,China)

With the help of achievements done on the construction of the national specialty ofmobile communication courses,we carried out the reforms on the engineering experiment sector of the course,which developed the students’engineering experiment abilities and increased the utilization of the large scale equipments by analyzing and testing the real communication equipments and signalswith large scale test equipments.

mobile communication;large scale equipment;experiment refor m;engineering experiment

G642.0 < class="emphasis_bold">文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):

1001-9146(2010)04-0061-04

2010-05-12

浙江省教育考試院“十一五”教改課題 (2006yks003)

章堅(jiān)武 (1961-),男,浙江杭州人,教授,個(gè)人通信與移動(dòng)通信、多媒體通信技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)與終端技術(shù).