LTE移動通信實訓教學平臺的構(gòu)建

劉小莉， 王 俊， 余 翔， 張家波， 劉 鴻

(重慶郵電大學 通信與信息工程學院，重慶 400065)

·實驗教學示范中心建設(shè)·

LTE移動通信實訓教學平臺的構(gòu)建

劉小莉， 王 俊， 余 翔， 張家波， 劉 鴻

(重慶郵電大學 通信與信息工程學院，重慶 400065)

闡述了重慶郵電大學移動通信與網(wǎng)絡(luò)國家級實驗示范中心LTE移動通信實踐教學平臺的組網(wǎng)構(gòu)建和實訓項目的設(shè)置。平臺建設(shè)包括TDD、FDD兩種LTE制式的硬件平臺建設(shè)和軟性的教學資源建設(shè)，采用運營級設(shè)備，并與現(xiàn)有實驗平臺聯(lián)合組網(wǎng)，形成了模擬運營商的全程全網(wǎng)、全業(yè)務(wù)的下一代融合信息網(wǎng)絡(luò)實驗實訓平臺。該平臺服務(wù)于本校的教學和科研工作，同時也能擴大移動通信與網(wǎng)絡(luò)國家級實驗示范中心在信息類高校中的輻射示范作用。

長期演進； 移動通信； 融合網(wǎng)絡(luò)； 實訓平臺

0 引 言

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展、LTE在全世界的快速商用，移動通信已進入LTE時代[1]；并且隨著國內(nèi)TD-LTE運營牌照的發(fā)放，各大運營商紛紛部署自己的LTE網(wǎng)絡(luò)，LTE產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將需要大量的LTE技術(shù)人才。信息通信類高校作為信息通信專業(yè)人才培養(yǎng)基地，應(yīng)該承擔培養(yǎng)LTE技術(shù)人才的重任。但目前實驗室有不少設(shè)備逐步落后、過時，不能滿足通信專業(yè)教學需要。行業(yè)的高速發(fā)展推動了高校實驗室的建設(shè)，重慶郵電大學以“中央地方共建實驗室”為契機，根據(jù)信息類本科、研究生教育教學的實際狀況，部署和建設(shè)了LTE專業(yè)實踐教學平臺，建立起以學生能力培養(yǎng)為核心系統(tǒng)的下一代融合信息網(wǎng)絡(luò)實驗實訓平臺，服務(wù)于本校的教學和科研，并推動移動通信與網(wǎng)絡(luò)國家級實驗示范中心對行業(yè)和相關(guān)院校的輻射示范作用[2]。

1 平臺構(gòu)建目標

LTE實訓平臺分為硬件建設(shè)和軟性教學資源建設(shè)兩個部分。LTE實訓平臺建設(shè)目標就是推動新技術(shù)、培養(yǎng)適應(yīng)行業(yè)需求的人才。通信行業(yè)的發(fā)展極大推動了通信工程專業(yè)的發(fā)展[3]，其發(fā)展趨勢決定了通信專業(yè)新平臺需要向行業(yè)看齊，同時實驗平臺是學生探索知識、創(chuàng)新發(fā)現(xiàn)的場所，引入新技術(shù)，便于學生了解通信新技術(shù)，并啟發(fā)學生的創(chuàng)新開發(fā)意識，從而提升學生的就業(yè)競爭力，也進一步推動通信新技術(shù)在行業(yè)中的應(yīng)用[4]。除建設(shè)硬件平臺外，軟件教學資源建設(shè)亦是新平臺建設(shè)需要考慮的重點，實訓平臺建設(shè)要充分考慮教學的開展，首先是要服務(wù)于教學[5]。新建LTE實訓平臺需要與實驗中心現(xiàn)有的無線通信系統(tǒng)、光傳輸系統(tǒng)、交換平臺等實訓平臺聯(lián)合組網(wǎng)，實現(xiàn)模擬電信運營商現(xiàn)網(wǎng)環(huán)境的整體通信網(wǎng)。

因此，LTE實訓平臺是要建設(shè)基于現(xiàn)有實驗網(wǎng)的、全程全網(wǎng)全業(yè)務(wù)的下一代融合信息網(wǎng)絡(luò)實驗實訓平臺，服務(wù)于本校的教學和科研，并努力擴大移動通信與網(wǎng)絡(luò)國家級實驗示范中心的輻射示范作用。

2 實訓平臺建設(shè)

實訓平臺硬件建設(shè)方面主要從新建LTE實驗網(wǎng)、LTE仿真教學平臺及LTE智能終端開發(fā)平臺幾個方面著手，同時整合本實驗中心現(xiàn)有的實驗資源，形成以IMS為核心網(wǎng)、以PTN為高速分組傳送網(wǎng)、以高速光纖接入(GPON)和高速無線接入(LTE)為高速寬帶接入網(wǎng)的高速融合信息通信專業(yè)實驗網(wǎng)絡(luò)。

2.1 LTE實訓平臺建設(shè)

(1) LTE實驗網(wǎng)應(yīng)兼容TDD、FDD兩種制式以滿足行業(yè)需求，包括演進的分組核心網(wǎng)(EPC)、演進型陸地無線接入網(wǎng)(E-UTRAN)和用戶終端設(shè)備(UE)3個部分[6]?？紤]各大運營商采用的LTE制式，核心網(wǎng)兼容TDD、FDD兩種制式[7]，無線接入側(cè)TDD和FDD分開建設(shè)，能夠?qū)崿F(xiàn)語音通話、高速無線數(shù)據(jù)通信、即時通信等業(yè)務(wù)。LTE實驗網(wǎng)采用網(wǎng)管軟件與實驗軟件聯(lián)合管理，解決運營級設(shè)備不能滿足多人多次上機實驗的問題。能夠?qū)崿F(xiàn)實驗管理功能，設(shè)備網(wǎng)管功能能夠?qū)TE實驗網(wǎng)設(shè)備進行統(tǒng)一管理。

(2) 基于LTE實驗網(wǎng)的LTE系統(tǒng)仿真教學平臺，能夠仿真基站概預(yù)算、仿真LTE基站規(guī)劃、仿真LTE核心網(wǎng)組網(wǎng)等功能[8]。仿真平臺與LTE實驗網(wǎng)配套，能夠與LTE實驗網(wǎng)進行業(yè)務(wù)驗證。仿真平臺采用服務(wù)器/客戶端模式，一臺服務(wù)器可支持40個客戶端同時授課，即可供40名學生同時使用。

(3) 新建LTE智能終端開發(fā)平臺，包括智能開發(fā)終端硬件和Android、iOS等操作系統(tǒng)[9]，既可作為普通LTE實驗終端用，也可進行軟硬件二次開發(fā)，作為移動互聯(lián)網(wǎng)軟硬件創(chuàng)新開發(fā)平臺。利用此平臺開展學生創(chuàng)新實踐活動，同時為老師、研究生提供科研平臺。

LTE實驗網(wǎng)如圖1所示。

圖1 LTE實驗平臺拓撲結(jié)構(gòu)

2.2 融合實驗網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

LTE實驗網(wǎng)將與本實驗中心現(xiàn)有的高速PTN光傳送網(wǎng)、IMS核心網(wǎng)、VoIP軟交換設(shè)備、TD-SCDMA核心網(wǎng)、高速光接入網(wǎng)等實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)融合[10]。

以10G PTN分組光傳送網(wǎng)作為整個實訓網(wǎng)絡(luò)的承載網(wǎng)，TD、LTE的基站信號均通過PTN環(huán)網(wǎng)進行傳送至TD核心網(wǎng)和LTE核心網(wǎng)。GPON光接入平臺的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)可以通過PTN環(huán)網(wǎng)承載，與校園網(wǎng)對接訪問外網(wǎng)。LTE核心網(wǎng)通過VOLTE服務(wù)系統(tǒng)和IMS核心網(wǎng)對接，實現(xiàn)LTE語音業(yè)務(wù)的互聯(lián)互通。建成后的實驗室高速融合網(wǎng)絡(luò)拓撲如圖2所示。

3 實訓平臺軟件教學資源建設(shè)

通過LTE專業(yè)實驗平臺的建設(shè)，本實驗中心將與設(shè)備商及其代理公司進行長期合作，不斷完善實踐教學體系，實施校企聯(lián)合師資隊伍建設(shè)、實驗實訓教材建設(shè)、新課程開發(fā)、聯(lián)合授課等。通過聯(lián)合教學資源建設(shè)，提高師資隊伍水平，尤其是提高中青年教師的實踐教學能力和科研能力，完善移動通信技術(shù)課程體系[11]。爭取將LTE移動通信實踐教學平臺建設(shè)成為本地區(qū)LTE技術(shù)培訓中心，為我國西南地區(qū)的高校通信專業(yè)學生、企業(yè)員工提供培訓服務(wù)，支持我國西南區(qū)域信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

圖2 以IMS為核心的高速融合網(wǎng)絡(luò)實驗網(wǎng)拓撲圖

(1) 師資隊伍建設(shè)。新建LTE實踐教學平臺可繼續(xù)實踐特色鮮明的校企互動式師資能力持續(xù)提升機制。通過購置LTE實驗網(wǎng)相關(guān)平臺，激勵和支持實驗教師直接進入國內(nèi)知名通信企業(yè)學習，通過融入行業(yè)，持續(xù)提升師資水平；不斷提高實驗中心師資隊伍水平，尤其是中青年教師的科研實力，通過教師的最新研究成果反哺教學，提高教師教學水平[12]。在LTE建設(shè)過程中，可以通過隨工培訓、現(xiàn)場培訓、假期培訓、工程現(xiàn)場實習等幾種模式進行師資隊伍培訓。

(2) 教材建設(shè)。新增LTE實踐教學平臺計劃和企業(yè)合作編寫實驗實訓教材1本，共同開發(fā)LTE實踐教學課件，使移動通信技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)系列實訓教材更加完整。

(3) 校企聯(lián)合課程建設(shè)。LTE課程開發(fā)的目標是學校與企業(yè)一起建立基于工作任務(wù)驅(qū)動，工作過程為導(dǎo)向的人才培養(yǎng)體制和針對性的課程體系，最終形成具有工程教育特色的課程體系[13]，實驗中心與企業(yè)合作進行聯(lián)合課程開發(fā)，定期探討課程建設(shè)的條件和實行辦法，結(jié)合學校課程設(shè)置和實驗室建設(shè)內(nèi)容共同建設(shè)好國家級實驗示范中心。

(4) 校企聯(lián)合授課。在LTE實踐教學平臺建設(shè)的初期階段，為了確保實驗室能夠順利進行實踐教學工作，實驗中心和企業(yè)合作開展聯(lián)合授課，學校在進行專業(yè)實踐模塊授課時，邀請相關(guān)公司派遣高級工程師到實驗室承擔一定學時的授課，順利完成LTE專業(yè)實踐課程的授課；學校在進行專業(yè)課程實訓時，邀請相關(guān)公司派遣高級工程師到校進行實訓指導(dǎo)。

4 實訓項目及內(nèi)容開展

該專業(yè)實訓平臺建成后，可以就LTE系統(tǒng)產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、部署策略等LTE移動通信系統(tǒng)項目、LTE系統(tǒng)仿真實訓項目、LTE無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與優(yōu)化3個方面進行實訓和研究，同時結(jié)合現(xiàn)有IMS、PTN、TD-SCDMA、寬帶接入等實訓平臺設(shè)備，開展聯(lián)網(wǎng)設(shè)計與調(diào)測等實訓項目。

(1) LTE移動通信系統(tǒng)項目包括系統(tǒng)認知實習類、系統(tǒng)配置類、維護測試類和綜合分析設(shè)計類項目；使學生了解網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、接口協(xié)議、關(guān)鍵技術(shù)、信令流程等LTE的基本原理，并掌握LTE設(shè)備的現(xiàn)場維護技能，包括產(chǎn)品架構(gòu)、典型配置、設(shè)備管理、傳輸管理無線管理等。同時可根據(jù)行業(yè)人才需求，針對不同崗位、不同層次、不同領(lǐng)域進行技術(shù)培訓，培養(yǎng)學生設(shè)備調(diào)試、業(yè)務(wù)開通、系統(tǒng)維護、故障處理等技能，全面掌握LTE接入、核心交換等LTE移動通信技術(shù)，讓學生在學校實驗室中能掌握到行業(yè)領(lǐng)先的LTE移動通信技術(shù)。

(2) LTE系統(tǒng)仿真平臺實驗實訓項目主要包括LTE系統(tǒng)硬件組網(wǎng)仿真、終端模擬接入仿真、系統(tǒng)數(shù)據(jù)配置及仿真分析、系統(tǒng)設(shè)備告警上報等功能仿真、網(wǎng)絡(luò)仿真及分析等5個部分。通過模擬真實系統(tǒng)的各種環(huán)境、操作維護平臺、建站環(huán)境和MML業(yè)務(wù)配置界面，完全模仿真實業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)配置，并與實驗平臺配合，使學生更好地掌握LTE移動通信基本原理，熟悉LTE設(shè)備的數(shù)據(jù)配置和系統(tǒng)操作維護。

(3) LTE智能終端開發(fā)平臺屬應(yīng)用開發(fā)類平臺，涉及到軟硬件的開發(fā)設(shè)計，可根據(jù)硬件和iOS、安卓等軟件開發(fā)環(huán)境，通過開放的軟硬件開發(fā)接口，開發(fā)基于LTE移動通信網(wǎng)絡(luò)的多種應(yīng)用項目，使感興趣的同學可以從事相關(guān)研發(fā)設(shè)計學習。

(4) LTE無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與優(yōu)化包括網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃優(yōu)化流程、LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、LTE網(wǎng)絡(luò)路測及優(yōu)化等幾個部分[14]，使學生掌握LTE無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃優(yōu)化的原理、流程、優(yōu)化工具平臺、優(yōu)化經(jīng)驗和典型的優(yōu)化案例，成為能夠從事無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計、優(yōu)化等工作的高素質(zhì)、高技能人才。

(5) LTE與分組傳輸實驗平臺PTN、VoIP系統(tǒng)、IMS、TD-SCDMA、寬帶接入系統(tǒng)聯(lián)調(diào)實訓項目，從通信業(yè)務(wù)到傳輸網(wǎng)絡(luò)到接入網(wǎng)絡(luò)各個環(huán)節(jié)開設(shè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合組網(wǎng)及調(diào)測實訓，使學生理解全程全網(wǎng)的概念，初步具備通信網(wǎng)絡(luò)工程師的素質(zhì)。

5 結(jié) 語

LTE移動通信實訓平臺是中央地方共建示范實驗中心項目，也是基于通信行業(yè)的新技術(shù)而建立的平臺。LTE新平臺將與學院原有的各個網(wǎng)絡(luò)平臺整網(wǎng)運行，并開展基于LTE平臺和融合平臺的實驗實訓項目，起到了良好的教學效果，學生對通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和移動通信新技術(shù)有了明確認識，得到學生和企業(yè)的好評。當然，我們還需要通過不斷的教學實踐和改革，不斷完善實驗教學體系、方法和內(nèi)容，培養(yǎng)高質(zhì)量的通信人才。

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Construction of the LTE Mobile Communication Training Platform

LIUXiaoli,WANGJun,YUXiang,ZHANGJiabo，LIUHong

(School of Communication and Information Engineering, Chongqing University of Posts and Telecommunications, Chongqing 400065, China)

This paper presents the networks design and training programs setting of LTE mobile communication training platform in Chongqing University of Posts and Telecommunications, which belongs to the Mobile Communications and Network State-level Lab Center. Cooperating with other platforms of the lab, the platform consists of hardware, software, and teaching resource, then forms the next generation fusing information network training platform simulating telecom operators network, and provides full-fledged services. It has been widely used in the teaching and research, and expands the experimental efforts of the lab center in the other information colleges and universities.

long term evolution(LTE); mobile communication; converted network; training platform

2016-06-23

2013年中央與地方共建高等學校專項資金項目，LTE移動通信實踐教學平臺重慶市財政局政府采購計劃編號(13A4441)

劉小莉(1980-)，女，四川遂寧人，學士，講師，主要從事通信工程規(guī)劃與設(shè)計的教學和研究。

Tel.:13527555281; E-mail：liuxl@cqupt.edu.cn

TP 391；G 642

A

1006-7167(2017)05-0154-03