基于IUV_LTE的“無線網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

毛柯平

摘 要：為有效搭建網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)虛擬化項(xiàng)目平臺(tái)，文章提出了基于IUV_LTE的“無線網(wǎng)絡(luò)”課程的項(xiàng)目化設(shè)計(jì)方案。通過該方案的設(shè)計(jì)與實(shí)踐，學(xué)生不僅能理解LTE無線接入網(wǎng)及下一代5G網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)原理與技能，還能實(shí)現(xiàn)高效率、低成本的無線組網(wǎng)、維護(hù)、優(yōu)化等工作，有力地支撐了高職院校網(wǎng)絡(luò)專業(yè)的相關(guān)人才培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：IUV_LTE;“無線網(wǎng)絡(luò)”課程;教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

1? ? “無線網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)現(xiàn)狀

無線寬帶網(wǎng)絡(luò)乃至下一代5G網(wǎng)絡(luò)全面走進(jìn)行業(yè)的發(fā)展與人們的生活，伴隨而來的是各類企業(yè)對(duì)5G無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與組網(wǎng)、維護(hù)及優(yōu)化等行業(yè)相關(guān)一線人員的大量行業(yè)需求，以及高職院校網(wǎng)絡(luò)專業(yè)相關(guān)培養(yǎng)課程投入的進(jìn)一步加大，但是網(wǎng)絡(luò)5G設(shè)備種類繁多，導(dǎo)致相關(guān)行業(yè)人才培養(yǎng)的成本顯著增加，如何以較低成本更高效率地培養(yǎng)更多符合行業(yè)企業(yè)需求的高素質(zhì)高技能人才日益成為學(xué)校、專業(yè)、企業(yè)和行業(yè)運(yùn)營商共同面對(duì)的問題[1]。

在傳統(tǒng)“無線網(wǎng)絡(luò)”課程的教學(xué)設(shè)計(jì)中，經(jīng)常遇到的問題是網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)設(shè)備往往從單一廠商購買，購買價(jià)格昂貴、維護(hù)復(fù)雜，且只能安排部署在分組環(huán)境內(nèi)分別按項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)，不能滿足所有學(xué)生同時(shí)實(shí)驗(yàn)的需求。而一般的廠商虛擬仿真平臺(tái)在架構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)習(xí)操作時(shí)，則往往側(cè)重單方面虛擬數(shù)據(jù)的非可視化配置，很多時(shí)候沒有添加真實(shí)設(shè)備的安裝部署以及網(wǎng)絡(luò)接線中的連接組網(wǎng)虛擬仿真化設(shè)計(jì)操作，不利于高職學(xué)生網(wǎng)絡(luò)組建技能的培養(yǎng)，更不利于培養(yǎng)學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)中通過深化學(xué)習(xí)來發(fā)現(xiàn)問題且解決問題的能力。

本文通過IUV_LTE部署無線PTN，BBU，RRU等設(shè)備，建立不同虛擬城市及虛擬機(jī)房，利用路由、MIMO、無線射頻、鄰區(qū)切換等無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建整體“無線網(wǎng)絡(luò)”課程的教學(xué)設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)基于 IUV 的LTE虛擬仿真平臺(tái)，來模擬完成無線網(wǎng)絡(luò)中LTE 承載網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟?guī)劃與數(shù)據(jù)配置、IP 承載網(wǎng)的容量規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置以及網(wǎng)絡(luò)調(diào)優(yōu)與業(yè)務(wù)排障等工作，最終利用該LTE仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)無線承載網(wǎng)這一教學(xué)課程的單元組網(wǎng)設(shè)計(jì)及建設(shè)維護(hù)的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)工作，有效利用平臺(tái)實(shí)現(xiàn)學(xué)生專業(yè)技能的綜合培養(yǎng)與提高[2]。

2? ? IUV_LTE平臺(tái)項(xiàng)目設(shè)計(jì)

2.1? 頻段設(shè)計(jì)

TD-LTE系統(tǒng)基本頻率復(fù)用方式分兩種：同頻組網(wǎng)以及異頻組網(wǎng)。

2.1.1? 組網(wǎng)同頻

全網(wǎng)所有小區(qū)使用設(shè)計(jì)相同的網(wǎng)絡(luò)頻點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)信道與數(shù)據(jù)控制信道均為全網(wǎng)設(shè)計(jì)同頻，由于每個(gè)小區(qū)的工作頻率與架構(gòu)一樣，那么小區(qū)所有鄰區(qū)的網(wǎng)絡(luò)均為同頻網(wǎng)絡(luò)配置，并由于該情況可能會(huì)出現(xiàn)較多的同頻干擾。

2.1.2? SFR同頻

在同步組網(wǎng)的相關(guān)網(wǎng)絡(luò)概念方式的架構(gòu)基礎(chǔ)上，網(wǎng)絡(luò)為了改善小區(qū)邊緣服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量與吞吐效能，出現(xiàn)了設(shè)計(jì)SFR同頻的組網(wǎng)架構(gòu)方式，即同頻組網(wǎng)與IC雙結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)，有效降低小區(qū)中數(shù)據(jù)邊緣用戶間的互相網(wǎng)絡(luò)干擾，同時(shí)不斷提升小區(qū)總處于邊緣用戶的分布式網(wǎng)絡(luò)吞吐率，加強(qiáng)用戶的數(shù)據(jù)全功率發(fā)送以及使小區(qū)中心用戶可以使用整個(gè)可用頻段發(fā)送同頻數(shù)據(jù)[3]。

2.1.3? 組網(wǎng)異頻

在非同頻方式中，將同一基站的不同相鄰小區(qū)采用不同頻率加以分割，同時(shí)同一基站發(fā)送的控制信道歐空數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道，由系統(tǒng)全部施加異頻工作，但由于不同此基站小區(qū)的間格內(nèi)仍配置有存在同頻設(shè)備，該方式則往往受限于頻帶資源，同時(shí)仍舊存在干擾控制、如何控制網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)與控制系統(tǒng)平衡的效能問題。

2.2? MIMO雙流分布

2.2.1? 新建加合路

在不改動(dòng)原系統(tǒng)設(shè)計(jì)天饋線的基礎(chǔ)上，新增加一路單獨(dú)天饋線系統(tǒng)，將一路接入新建饋線，而另一路則與原室分系統(tǒng)進(jìn)行合路，其設(shè)計(jì)的前提是現(xiàn)有室分無源器件頻段覆蓋范圍已涵蓋了原有LTE頻率，且各數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)合路無信號(hào)干擾。

同時(shí)根據(jù)干擾分析與覆蓋性能分析，在合路器的隔離度目前指標(biāo)滿足現(xiàn)有要求的情況下，該系統(tǒng)可達(dá)到與傳統(tǒng)TD-SCDMA系統(tǒng)不差的覆蓋能力，同時(shí)原有分布系統(tǒng)的一般支持工作頻段均工作在800～2 500 MHz，那么其就可以直接支持高頻率E頻段，滿足下步擴(kuò)建。

2.2.2? 新建兩路

在不改動(dòng)設(shè)計(jì)原分布系統(tǒng)天饋線的物理基礎(chǔ)上，在新項(xiàng)目中額外增加另外兩路天饋線系統(tǒng)，而新建的系統(tǒng)則使用新建天饋線，該方案與其他通信系統(tǒng)相比，設(shè)計(jì)相對(duì)獨(dú)立，為后期引入更為先進(jìn)技術(shù)手段提供方便，并在施工中通過空間隔離技術(shù)，能夠最大限度地規(guī)避由多系統(tǒng)的合路產(chǎn)生而可能產(chǎn)生的數(shù)據(jù)干擾風(fēng)險(xiǎn)。

3? ? IUV_LTE平臺(tái)項(xiàng)目的教學(xué)實(shí)施

IUV_LTE平臺(tái)包含實(shí)訓(xùn)、測(cè)評(píng)、競(jìng)技3種登錄模式，可實(shí)現(xiàn)TD-LTE和FDD-LTE兩種制式的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、設(shè)備及數(shù)據(jù)的配置、業(yè)務(wù)調(diào)測(cè)5個(gè)功能模塊，共模擬仿真萬綠、千湖、百山這3個(gè)不同規(guī)模城市的不同數(shù)據(jù)不同業(yè)務(wù)量的相關(guān)規(guī)劃建設(shè)任務(wù)。為實(shí)現(xiàn)三城市間無線網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)調(diào)，其相關(guān)的數(shù)據(jù)配置功能需要規(guī)劃好無線設(shè)備、核心網(wǎng)設(shè)備、承載網(wǎng)設(shè)備相應(yīng)的IP地址，再通過業(yè)務(wù)調(diào)試功能模塊，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端的視頻下載、撥測(cè)、故障查詢切換及設(shè)備漫游等功能。

為此，項(xiàng)目在匯聚機(jī)房選用中型OTN、中型PTN（RT），并在中心機(jī)房和骨干網(wǎng)的機(jī)房選用設(shè)備為大型OTN ，RT（PTN），再通過市級(jí)匯聚機(jī)房到省區(qū)域骨干機(jī)房，并且除了匯聚 PTN1-PTN2的互聯(lián)線路、萬綠市中心機(jī)房 RT1至RT2、省骨干網(wǎng)內(nèi)機(jī)房 RT1至RT2再使用成對(duì) LC 光纖線路直連匯聚線路，再使用成對(duì)FC 光纖連到 ODF 架站點(diǎn)機(jī)房，同時(shí)對(duì)兩個(gè)站點(diǎn)之間相應(yīng)設(shè)備的連線都必須設(shè)置條件，即經(jīng)過 OTN 再到 ODF 架，最終連接入網(wǎng)絡(luò)。

3.1? 設(shè)備連接

（1）單擊進(jìn)入萬綠市A站點(diǎn)，在右上角顯示的指示圖來實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的切換。（2）設(shè)備指示圖上單擊BBU，進(jìn)入內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在軟件右下角出現(xiàn)黃色線纜池。（3）鼠標(biāo)左鍵單擊線纜池，并將成對(duì)LC-LC光纖按住，發(fā)現(xiàn)BBU3個(gè)接口呈現(xiàn)黃色狀態(tài)，這樣可以插線纜，并將光纖接到TX0至RX0口上，重復(fù)此步驟，直至用LC光纖對(duì)完成BBU，RRU2，RRU3的全部連線。（4）進(jìn)行RRU與天線連線，默認(rèn)使用2對(duì)2的模式，故將RRU和天線ANT1-ANT4連接，在線纜池里點(diǎn)擊選擇跳線，鼠標(biāo)單擊RRU1，再鼠標(biāo)單擊RRU1-ANT1，然后完成一端對(duì)一端的連接，然后單擊設(shè)備ANT1，單擊另一段，最后分別完成從初始到RRU2，RRU3之間分布天線連接。（5）再進(jìn)行BBU至GPS連接，在線纜池里GPS饋線，單擊饋線，再單擊設(shè)備指示圖BBU的端口，將饋線一端連在BBU的進(jìn)入IN端口，然后單擊指示圖GPS，將另一端OUT連好。（6）最后BBU與PTN相互連接，在線纜池里找到LC成對(duì)光纖線路，單擊LC進(jìn)行連線，再單擊設(shè)備指示圖中的BBU設(shè)備，將該成對(duì)光纖一端連在BBU的TX端口上，同時(shí)連接至RX互聯(lián)端口上，最后單擊系統(tǒng)圖的PTN網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，將另一端LC光纖接口連在接通PTN1設(shè)備的GE1光電口的槽位上面。

3.2? 無線配置

（1）進(jìn)入無線配置的LET圖形界面。（2）左鍵單擊節(jié)點(diǎn)里面的機(jī)房RRU1按鈕，進(jìn)入無線射頻的數(shù)據(jù)配置終端界面，首先射頻配置的單擊按鈕，進(jìn)入RRU1配置射頻的界面。其中頻段范圍根據(jù)選擇TDD或者FDD制式來決定其選擇模式，RRU的收發(fā)模式根據(jù)其RRU設(shè)備與ANT設(shè)備的連線模式來選擇相應(yīng)的MIMO數(shù)據(jù)模式，再在發(fā)射接收端口號(hào)的相應(yīng)位置打?qū)?yīng)的選擇勾。（3）完成RRU射頻的數(shù)據(jù)配置線路之后，RRU2-RRU3射頻數(shù)據(jù)的配置與原先RRU1保持完全相同。（4）單擊設(shè)備的LTE無線參數(shù)配置的系統(tǒng)界面，進(jìn)行該小區(qū)的無線線路配置，由于之前在設(shè)備配置里增加并配置了3個(gè)RRU小區(qū)組網(wǎng)設(shè)備，所以必須創(chuàng)建3個(gè)小區(qū)，再進(jìn)行小區(qū)的線路調(diào)試，先增加小區(qū)一，其標(biāo)示ID必須保持是每個(gè)小區(qū)唯一非共享的一個(gè)數(shù)據(jù)TAC源，且TAC數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)是? ? 4位十六進(jìn)制數(shù)也保持唯一，再增加其他小區(qū)2、小區(qū)3，直至網(wǎng)絡(luò)中的小區(qū)保持全線路覆蓋。

3.3? 優(yōu)化調(diào)試

（1）單擊LTE系統(tǒng)中業(yè)務(wù)測(cè)試按鈕的告警標(biāo)注，項(xiàng)目主要根據(jù)告警的信號(hào)標(biāo)識(shí)來排除系統(tǒng)故障，必須先排除設(shè)備本身物理配置的故障，再排除系統(tǒng)中數(shù)據(jù)配置故障。? ? ? ?（2）發(fā)現(xiàn)無線機(jī)房BBU產(chǎn)生了有S1-C的告警信號(hào)，核心網(wǎng)的機(jī)房MME也有S1-MME故障信號(hào)，這說明BBU與核心網(wǎng)對(duì)接數(shù)據(jù)配置產(chǎn)生了問題。（3）排查S6的錯(cuò)誤信號(hào)，說明錯(cuò)誤是MME與HSS對(duì)接的信息發(fā)生了錯(cuò)誤。（4）查看業(yè)務(wù)觀察模塊，通過排查每網(wǎng)元的基本線路信息，可以發(fā)現(xiàn)PGW的PLMN是否有數(shù)據(jù)配置錯(cuò)誤。（5）如果找不到相關(guān)SGW的信號(hào)報(bào)警錯(cuò)誤，是因?yàn)樵贛ME網(wǎng)元里面，可能有EPC地址配置的解析信息發(fā)生了對(duì)應(yīng)配置錯(cuò)誤。（6）最終業(yè)務(wù)驗(yàn)證界面，驗(yàn)證是否可以撥測(cè)，從而對(duì)線路故障排除、以及系統(tǒng)鏈路調(diào)試優(yōu)化整體完畢。

4? ? 結(jié)語

通過IUV_LTE平臺(tái)的項(xiàng)目建設(shè)與實(shí)踐，相關(guān)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)可以將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與實(shí)際工程當(dāng)中的項(xiàng)目相結(jié)合，其不但克服了因傳統(tǒng)通信系統(tǒng)設(shè)備的價(jià)格昂貴、不兼容性等缺陷，且在該虛擬仿真系統(tǒng)軟件中，還可以根據(jù)不同的業(yè)務(wù)場(chǎng)景要求進(jìn)行不同的網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)操作，實(shí)現(xiàn)相關(guān)無線網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)的組網(wǎng)規(guī)劃和配置;同時(shí)利用該平臺(tái)實(shí)踐與實(shí)際工程接入網(wǎng)項(xiàng)目積極緊密結(jié)合的特點(diǎn)，學(xué)生還可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)任務(wù)，提出不同的解決辦法，并能進(jìn)一步提煉出自己的專業(yè)見解，從而一方面有利于提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，增強(qiáng)學(xué)生解決實(shí)際工程問題的能力;另一方面也促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)相關(guān)教學(xué)改革、人才培養(yǎng)模式改革的積極嘗試，最終實(shí)現(xiàn)專業(yè)、行業(yè)、教師、學(xué)生的多贏。

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[3]姜大源.當(dāng)代世界職業(yè)教育發(fā)展趨勢(shì)研究[J].中國職業(yè)技術(shù)教育，2012（18）：5-14.

（編輯 王雪芬）