工程教育認證背景下《移動通信基礎》課程教學改革探索

張軍，劉會衡

（湖北文理學院物理與電子工程學院，襄陽 441053）

0 引言

目前，我國工科專業(yè)畢業(yè)生不斷增長，工程教育認證在我國高等教育體系中的地位愈發(fā)重要。工程教育認證是實現(xiàn)教育質量與國際接軌，實現(xiàn)專業(yè)的工程認證不僅保證了該專業(yè)學生培養(yǎng)的質量，還可以使得學生在申請相應行業(yè)職業(yè)資格證書或者更高層次學位證書時，獲得行業(yè)內或學術界的認可[1]。工程教育認證的核心觀念是以“學習結果”為導向，并將這個目標貫徹到人才培養(yǎng)的各個環(huán)節(jié)。其核心問題是對教學目標的實現(xiàn)過程和實現(xiàn)程度提供一套可以操作的評估準則[2]。通常而言，這個準則是根據(jù)高校和認證專業(yè)自身定位制定，必須能夠體現(xiàn)學生學習后技能上的變化。

1 《移動通信基礎》課程教學現(xiàn)狀

《移動通信基礎》課程是通信工程本科專業(yè)的必修課程之一，是一門綜合性很強的課程。因此，學生覺得概念特別多、特別抽象，學不能致用[3]。原因主要有以下幾點：首先，學生在學習《移動通信基礎》課程之前，已經(jīng)學習了《信號與系統(tǒng)》、《電路分析》、《通信原理》等專業(yè)基礎課程，對信號的表示、調制和編碼有了一定的認識，但是把這些技術綜合到移動通信系統(tǒng)中去時教學信息量過大，學生難以接受。其次，移動通信技術發(fā)展非常迅速，如今已經(jīng)發(fā)展到了第五代移動通信系統(tǒng)（5G），每代移動通信系統(tǒng)都會有新的技術出現(xiàn)。學生對這些移動通信系統(tǒng)發(fā)展脈絡的掌握程度難以量化，經(jīng)常被復雜的公式推導所局限，對畢業(yè)后所能從事的工作對象——移動通信系統(tǒng)缺乏整體認識。

《移動通信基礎》課程教學存在概念繁雜和系統(tǒng)性不強的問題，難以實現(xiàn)對教學目標可操作的評估。在工程教育認證背景下，在重視學生專業(yè)基本知識和素養(yǎng)的同時，還應該適當?shù)淖寣W生以實際工程中的項目進行鍛煉，提升教學目標與實際工作崗位需求的技能的適配性。因此，本文認為在《移動通信基礎》教學過程中可以增加部分綜合性強、解決難度不高的實際工程問題，形成以工程實踐問題為導向的教學模式，可以提高學生系統(tǒng)分析移動通信系統(tǒng)的能力，提高學生的學習興趣。

2 工程實踐問題為導向的教學模式

工程實踐問題為導向的教學模式在學生掌握理論課程的基本原理的同時，適當?shù)耐卣箤W生綜合運用理論知識解決工程實踐中的簡單問題，從而鍛煉學生系統(tǒng)性地看待工程問題的能力；其教學目標是熟練掌握理論知識，能夠分析工程實踐中出現(xiàn)的錯誤，并提出有效的解決方案。教學內容的難點在于重、難點的選取，即如何不影響理論教學內容，又擴展一些工程實踐中解決問題的方法[4]，保持整個教學體系的完整性。本文以移動通信中的切換準則為例，建議按照如下兩個方面開展教學。

2. 1 移動通信中的切換準則理論知識

當處于通話狀態(tài)中的移動用戶設備（User Equipment，UE）離開其當前服務基站，移動到相鄰的基站的覆蓋范圍實，UE將切換到相鄰基站。UE在原服務基站的信道將被釋放，重新在相鄰基站（即目標基站）分配信道。切換準則分為相對信號強度準則（準則1）、具有門限規(guī)定的相對信號強度準則（準則2）、具有滯后余量的相對信號強度準則（準則3）和具有滯后余量和門限規(guī)定的相對信號強度準則（準則4），分別對應圖1中的A、B、C和D處。各種切換準則均有優(yōu)缺點，實際網(wǎng)絡中經(jīng)常采用準則3來進行切換。準則3表明，當原服務基站信號比相鄰基站弱很多（即小于h）時發(fā)起切換流程。該準則避免了UE在原基站和目標基站之間來回切換的“乒乓效應”，該效應會導致核心網(wǎng)信令開銷大幅度增加和UE掉話。

圖1 切換準則示意圖

2. 2 工程實踐中的切換問題

在實際網(wǎng)絡中，UE持續(xù)監(jiān)聽原基站和相鄰基站信號并形成鄰區(qū)列表。當相鄰基站信號滿足準則3時，UE經(jīng)歷了A3切換事件，從而發(fā)起切換。然而，實際網(wǎng)絡中的情況比較復雜，切換成敗與切換過程中的所有參與者有關，適當?shù)卦O置切換滯后余量h至關重要。以如下網(wǎng)絡優(yōu)化過程中的問題為例分析：

某項目拉網(wǎng)測試數(shù)據(jù)如下：車輛由東向西行駛，UE占用A小區(qū)向（頻點37900，PCI=5）向相鄰基站B小區(qū)（頻點37900，PCI=18）進行切換，結果切換失敗發(fā)生掉線，其中A3切換offset為3db，核心網(wǎng)eNodeB側信令跟蹤如圖2和圖3所示。UE側信令如圖4所示。拉網(wǎng)過程中A小區(qū)和B小區(qū)的RSRP如圖5所示。請分析UE切換失敗的原因。

圖2 eNodeB側的Uu空口信令

圖3 eNodeB側的X2接口信令

圖4 UE側信令

2. 3 工程實踐問題解決方案

從圖2中可以看出，在移動過程中，原eNodeB接收到了相鄰小區(qū)的測量報告，隨后原eNodeB給目標eNodeB發(fā)送了RRC連接重配置信令（即切換命令）。圖3表示原eNode B到目標eNodeB的信令傳輸無誤。從圖4中發(fā)現(xiàn)，UE向原eNodeB上報鄰區(qū)測量報告后，并沒有接收到由eNodeB下發(fā)的RRC連接重配置信令；所以UE自行連接至原eNodeB，從而導致切換失敗。進一步地查看圖5中切換過程中A小區(qū)和B小區(qū)的RSRP曲線發(fā)現(xiàn)，開始2秒之內B小區(qū)信號比A小區(qū)高出1dB，觸發(fā)了切換流程，但是2秒之后A小區(qū)的信號急劇下降，導致切換流程中的RRC連接重配置信令丟失，UE無法接收到切換命令。因此，為了避免A小區(qū)的信號在切換結束之前急劇降低，應該將切換過程提早進行，即將切換滯后量減小。

從以上工程實踐問題的解決過程中可以看出，雖然切換由切換準則觸發(fā)，但是切換成功卻取決于網(wǎng)絡的通信質量。上述工程實踐問題是由于原小區(qū)信號下降過快導致的，還可能出現(xiàn)其他因素引起切換失敗。上述分析過程涉及了切換過程中的原eNodeB、目標eNodeB和UE之間的通信信令，將切換過程的理論知識和實踐之間的關聯(lián)關系統(tǒng)一起來。同時，還培養(yǎng)了學生分析問題和解決問題的能力。在教學過程中，不僅要教導學生熟練掌握切換的理論知識，還要根據(jù)實際工程問題系統(tǒng)性地分析諸多影響因素，整個教學過程的實現(xiàn)過程和實現(xiàn)程度易于評估。

3 結語

《移動通信基礎》教學過程中存在綜合性強、概念繁雜和系統(tǒng)性不強的問題，本文以移動通信過程中切換準則為例，提出了一種以工程實踐問題為導向的教學模式；該教學模式能夠將課程中繁雜的概念統(tǒng)一起來，培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的實踐能力，預期學習成果的實現(xiàn)過程和程度易于評估。