仿真軟件平臺(tái)在“移動(dòng)通信技術(shù)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

張瑩 展慧 馬華玲

摘要：移動(dòng)通信技術(shù)是通信類專業(yè)的核心課程，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)普遍采用實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行教學(xué)，但是它無(wú)法滿足移動(dòng)通信組網(wǎng)等實(shí)驗(yàn)的需要。在該文中，引入仿真軟件平臺(tái)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)建、測(cè)試、優(yōu)化等實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，豐富了移動(dòng)課堂實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，加強(qiáng)了學(xué)生們對(duì)理論知識(shí)的掌握，增強(qiáng)了實(shí)際工作中所需要的專業(yè)知識(shí)和技能，以及對(duì)移動(dòng)通信系統(tǒng)的認(rèn)知能力。

關(guān)鍵詞：移動(dòng)通信;仿真平臺(tái);實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號(hào)：TP311? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）32-0101-02

1引言

移動(dòng)通信技術(shù)是高等院校通信工程與信息工程專業(yè)的核心課程，涉及移動(dòng)通信的基本理論、無(wú)線通信系統(tǒng)的傳播特性和組網(wǎng)方式;移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)，如編碼、數(shù)字調(diào)制、干擾和抑制等;不同類型的移動(dòng)通信多址接入方式;移動(dòng)通信技術(shù)的應(yīng)用系統(tǒng)，覆蓋2G到4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，如GSM、CDMA-95、WCDMA、TD-SCDMA、WiMax、LTE-Advanced等，課程內(nèi)容理論性強(qiáng)、知識(shí)點(diǎn)多，如何能讓學(xué)生們更好地掌握移動(dòng)通信基礎(chǔ)理論、緊跟通信技術(shù)發(fā)展的步伐、熟悉現(xiàn)實(shí)生活中網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的應(yīng)用方法、讓學(xué)生們更好地理論聯(lián)系實(shí)際，是移動(dòng)通信課程不斷改革的方向和亟待解決的重要問(wèn)題。

2 移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

目前，大多數(shù)高校使用的實(shí)驗(yàn)箱依然是移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)課程的首選。實(shí)驗(yàn)箱能夠?qū)σ苿?dòng)通信技術(shù)中的調(diào)制和解制、擴(kuò)頻和解擴(kuò)等基礎(chǔ)原理進(jìn)行模擬仿真，通過(guò)示波器對(duì)各級(jí)信號(hào)波形的觀察和分析來(lái)幫助學(xué)生們掌握移動(dòng)通信的基礎(chǔ)知識(shí)。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)箱設(shè)備價(jià)格較低，易于配備，因此一直受高校青睞。實(shí)驗(yàn)箱如圖1所示。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為檢驗(yàn)學(xué)生是否充分理解并掌握理論知識(shí)的方式，應(yīng)該與理論教學(xué)相輔相成，但是實(shí)驗(yàn)箱僅能滿足基礎(chǔ)性原理的驗(yàn)證，不能構(gòu)建蜂窩無(wú)線通信系統(tǒng)，與現(xiàn)實(shí)的移動(dòng)交換機(jī)、基站、手機(jī)用戶等元素組建的通信網(wǎng)絡(luò)相差較大;在實(shí)驗(yàn)箱中，多個(gè)信號(hào)處理模塊集成在一起，學(xué)生無(wú)法觀察到信號(hào)的傳輸和處理過(guò)程;此外，實(shí)驗(yàn)箱的驗(yàn)證操作對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、解決問(wèn)題的能力等方面，也存在一定的局限性。因此，為了讓學(xué)生更好地掌握移動(dòng)通信技術(shù)、提升他們實(shí)際工程組網(wǎng)能力、啟發(fā)他們能夠獨(dú)自思考和解決問(wèn)題、培養(yǎng)高素質(zhì)通信人才，移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)需不斷改革新的教學(xué)方式。

3 仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

目前，移動(dòng)通信技術(shù)課程采用的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是武漢凌特電子的移動(dòng)通信LTE網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化仿真平臺(tái)，包含場(chǎng)景仿真系統(tǒng)和仿真路側(cè)端系統(tǒng)兩部分，如圖2所示。場(chǎng)景仿真系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)仿真，該系統(tǒng)模擬生成的數(shù)據(jù)能夠被仿真路側(cè)端系統(tǒng)采集記錄，仿真結(jié)束后，場(chǎng)景仿真系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)能夠供仿真路側(cè)端系統(tǒng)導(dǎo)入并進(jìn)行分析。場(chǎng)景仿真系統(tǒng)和仿真路側(cè)端系統(tǒng)相互配合使用能夠形成一個(gè)閉環(huán)的操作系統(tǒng)，幫助學(xué)生們更好地學(xué)習(xí)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)以及相關(guān)的知識(shí)。

以LTE組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行實(shí)例分析。

LTE組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)流程包括：網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建、網(wǎng)絡(luò)預(yù)評(píng)估、測(cè)試數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)優(yōu)化、優(yōu)化后網(wǎng)絡(luò)評(píng)估、實(shí)驗(yàn)報(bào)告輸出等內(nèi)容。

創(chuàng)建移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。打開(kāi)仿真場(chǎng)景創(chuàng)建功能，添加所在地圖中的基站小區(qū)并部署基站，設(shè)置基站參數(shù)，并規(guī)劃測(cè)試路線和軌跡，添加實(shí)驗(yàn)中需測(cè)試的仿真手機(jī)，網(wǎng)絡(luò)如圖3所示。

仿真測(cè)試。打開(kāi)測(cè)試功能，仿真軟件中測(cè)試手機(jī)可沿規(guī)劃路線進(jìn)行移動(dòng)，同時(shí)測(cè)量沿途需要采集的信息，測(cè)試軌跡如圖4所示。

測(cè)試數(shù)據(jù)分析。將仿真系統(tǒng)采集的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)入并分析，可以得到手機(jī)沿途收集到的各個(gè)小區(qū)、各個(gè)基站的相關(guān)參數(shù)信息，如圖5所示。由此次測(cè)試，系統(tǒng)經(jīng)過(guò)分析給出結(jié)論“基站規(guī)劃不合理導(dǎo)致弱覆蓋”。

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。調(diào)用無(wú)線參數(shù)重新對(duì)測(cè)試過(guò)程進(jìn)行回放，察看每一個(gè)測(cè)試點(diǎn)的覆蓋參數(shù)，定位網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題;通過(guò)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行基站參數(shù)的調(diào)整，沿原規(guī)劃路徑進(jìn)行復(fù)測(cè)和驗(yàn)證，如圖6所示，得到優(yōu)化后的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。

4 實(shí)驗(yàn)箱+仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)相結(jié)合的效果

實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行原理性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生自己動(dòng)手連接和測(cè)試電路板，利用示波器可以對(duì)波形進(jìn)行觀察和分析，加深對(duì)其原理的認(rèn)識(shí)，提高實(shí)際操作能力。然而，由于硬件條件的限制，能夠進(jìn)行的移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)有限，因此引入仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以彌補(bǔ)這一方面的缺陷。

通過(guò)上述LTE組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)例，可以看出引入仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，克服了移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備價(jià)格昂貴、無(wú)法開(kāi)展大規(guī)模實(shí)驗(yàn)的困難;同時(shí)，開(kāi)展組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生理解和熟悉實(shí)際的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，包括系統(tǒng)的連接方式和設(shè)備配置方法，培養(yǎng)學(xué)生的思維和分析能力。

因此，實(shí)驗(yàn)箱+仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)相結(jié)合的方式，使《移動(dòng)通信技術(shù)》實(shí)驗(yàn)課程的內(nèi)容更加豐富多彩、實(shí)用性強(qiáng)，學(xué)生普遍感受到實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐相結(jié)合，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)課程理論知識(shí)的掌握和理解，培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)際工作中所需要的專業(yè)知識(shí)和技能，以及對(duì)移動(dòng)通信系統(tǒng)的認(rèn)知能力，提高了學(xué)生在行業(yè)內(nèi)的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，縮短了畢業(yè)生工作崗位適應(yīng)期，實(shí)現(xiàn)從“畢業(yè)”到“就業(yè)”的無(wú)縫銜接。

5 結(jié)束語(yǔ)

從傳統(tǒng)的《移動(dòng)通信》實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)現(xiàn)狀出發(fā)，分析了實(shí)驗(yàn)箱教學(xué)的制約因素，并將虛擬仿真平臺(tái)引入移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)教學(xué)課堂，使學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新性、綜合性的實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)了對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的理解和掌握，使枯燥的移動(dòng)通信原理變得更加生動(dòng)形象，也更加貼近生活現(xiàn)實(shí)。實(shí)驗(yàn)箱+仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)相結(jié)合的教學(xué)方式，既有利于移動(dòng)通信課堂的多元化發(fā)展，又促使學(xué)生“理論聯(lián)系實(shí)際”，快速成長(zhǎng)為通信行業(yè)人才。

參考文獻(xiàn)：

[1] 孫強(qiáng)，劉敏，季晨.“移動(dòng)通信”課程教學(xué)改革探討[J].科教導(dǎo)刊（中旬刊），2020（4）：111-112.

[2] 劉慶，戴青云，韓國(guó)軍，等.移動(dòng)通信技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2016，35（7）：158-161，169.

[3] 鄭云，吳怡.移動(dòng)通信虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)與管理[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2019，38（3）：127-131.

[4] 趙慶平，姜恩華，李德川.“移動(dòng)通信原理”實(shí)驗(yàn)課程的多元化教學(xué)實(shí)踐[J].遼東學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014，21（2）：149-153.

【通聯(lián)編輯：聞翔軍】