基于LTE—Nanocell設(shè)備的移動通信實踐教學方法

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方法。

關(guān)鍵詞：移動通信；實踐教學；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方法做深入的探討和分析。

一、移動通信課程實踐教學存在的主要問題

雖然各高校的移動通信課程的開設(shè)時間較早，其理論教學和實踐教學方式也較為成熟，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，該課程的教學內(nèi)容特別是實踐教學由于開設(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。學生僅能通過教師的實驗演示學習，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方法。

二、基于LTE-Nanocell的移動通信實踐教學方法

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、實訓環(huán)境，學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.融合實踐教學內(nèi)容?；贜anocell的移動通信融合實踐教學內(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.融合實踐教學特點。本文所提的LTE移動通信的實踐教學具有以下幾個特點：（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)學生綜合的通信技術(shù)能力，學生也可以根據(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)兩個學生為實驗小組單位部署設(shè)備來提高學生的參與度。（3）融合方案設(shè)備配置可以實現(xiàn)教師教學與學生實驗同步進行，提高實驗教學效果。

三、結(jié)語

本文分析了當前移動通信課程實踐教學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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