LTE移動(dòng)通信實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)的構(gòu)建

劉小莉， 王 俊， 余 翔， 張家波， 劉 鴻

(重慶郵電大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院，重慶 400065)

·實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)·

LTE移動(dòng)通信實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)的構(gòu)建

劉小莉， 王 俊， 余 翔， 張家波， 劉 鴻

(重慶郵電大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院，重慶 400065)

闡述了重慶郵電大學(xué)移動(dòng)通信與網(wǎng)絡(luò)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)示范中心LTE移動(dòng)通信實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的組網(wǎng)構(gòu)建和實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的設(shè)置。平臺(tái)建設(shè)包括TDD、FDD兩種LTE制式的硬件平臺(tái)建設(shè)和軟性的教學(xué)資源建設(shè)，采用運(yùn)營(yíng)級(jí)設(shè)備，并與現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)平臺(tái)聯(lián)合組網(wǎng)，形成了模擬運(yùn)營(yíng)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(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。該平臺(tái)服務(wù)于本校的教學(xué)和科研工作，同時(shí)也能擴(kuò)大移動(dòng)通信與網(wǎng)絡(luò)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)示范中心在信息類(lèi)高校中的輻射示范作用。

長(zhǎng)期演進(jìn)； 移動(dòng)通信； 融合網(wǎng)絡(luò)； 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)

0 引 言

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展、LTE在全世界的快速商用，移動(dòng)通信已進(jìn)入LTE時(shí)代[1]；并且隨著國(guó)內(nèi)TD-LTE運(yùn)營(yíng)牌照的發(fā)放，各大運(yùn)營(yíng)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(lèi)高校作為信息通信專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)基地，應(yīng)該承擔(dān)培養(yǎng)LTE技術(shù)人才的重任。但目前實(shí)驗(yàn)室有不少設(shè)備逐步落后、過(guò)時(shí)，不能滿足通信專(zhuān)業(yè)教學(xué)需要。行業(yè)的高速發(fā)展推動(dòng)了高校實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，重慶郵電大學(xué)以“中央地方共建實(shí)驗(yàn)室”為契機(jī)，根據(jù)信息類(lèi)本科、研究生教育教學(xué)的實(shí)際狀況，部署和建設(shè)了LTE專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，建立起以學(xué)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(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，服務(wù)于本校的教學(xué)和科研，并推動(dòng)移動(dòng)通信與網(wǎng)絡(luò)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)示范中心對(duì)行業(yè)和相關(guān)院校的輻射示范作用[2]。

1 平臺(tái)構(gòu)建目標(biāo)

LTE實(shí)訓(xùn)平臺(tái)分為硬件建設(shè)和軟性教學(xué)資源建設(shè)兩個(gè)部分。LTE實(shí)訓(xùn)平臺(tái)建設(shè)目標(biāo)就是推動(dòng)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(dòng)了通信工程專(zhuān)業(yè)的發(fā)展[3]，其發(fā)展趨勢(shì)決定了通信專(zhuān)業(yè)新平臺(tái)需要向行業(yè)看齊，同時(shí)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是學(xué)生探索知識(shí)、創(chuàng)新發(fā)現(xiàn)的場(chǎng)所，引入新技術(shù)，便于學(xué)生了解通信新技術(shù)，并啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新開(kāi)發(fā)意識(shí)，從而提升學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，也進(jìn)一步推動(dòng)通信新技術(shù)在行業(yè)中的應(yīng)用[4]。除建設(shè)硬件平臺(tái)外，軟件教學(xué)資源建設(shè)亦是新平臺(tái)建設(shè)需要考慮的重點(diǎn)，實(shí)訓(xùn)平臺(tái)建設(shè)要充分考慮教學(xué)的開(kāi)展，首先是要服務(wù)于教學(xué)[5]。新建LTE實(shí)訓(xùn)平臺(tái)需要與實(shí)驗(yàn)中心現(xiàn)有的無(wú)線通信系統(tǒng)、光傳輸系統(tǒng)、交換平臺(tái)等實(shí)訓(xùn)平臺(tái)聯(lián)合組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)模擬電信運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)網(wǎng)環(huán)境的整體通信網(wǎng)。

因此，LTE實(shí)訓(xùn)平臺(tái)是要建設(shè)基于現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，服務(wù)于本校的教學(xué)和科研，并努力擴(kuò)大移動(dòng)通信與網(wǎng)絡(luò)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)示范中心的輻射示范作用。

2 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)建設(shè)

實(shí)訓(xùn)平臺(tái)硬件建設(shè)方面主要從新建LTE實(shí)驗(yàn)網(wǎng)、LTE仿真教學(xué)平臺(tái)及LTE智能終端開(kāi)發(fā)平臺(tái)幾個(gè)方面著手，同時(shí)整合本實(shí)驗(yàn)中心現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)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(wú)線接入(LTE)為高速寬帶接入網(wǎng)的高速融合信息通信專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)。

2.1 LTE實(shí)訓(xùn)平臺(tái)建設(shè)

(1) LTE實(shí)驗(yàn)網(wǎng)應(yīng)兼容TDD、FDD兩種制式以滿足行業(yè)需求，包括演進(jìn)的分組核心網(wǎng)(EPC)、演進(jìn)型陸地?zé)o線接入網(wǎng)(E-UTRAN)和用戶終端設(shè)備(UE)3個(gè)部分[6]。考慮各大運(yùn)營(yíng)商采用的LTE制式，核心網(wǎng)兼容TDD、FDD兩種制式[7]，無(wú)線接入側(cè)TDD和FDD分開(kāi)建設(shè)，能夠?qū)崿F(xiàn)語(yǔ)音通話、高速無(wú)線數(shù)據(jù)通信、即時(shí)通信等業(yè)務(wù)。LTE實(shí)驗(yàn)網(wǎng)采用網(wǎng)管軟件與實(shí)驗(yàn)軟件聯(lián)合管理，解決運(yùn)營(yíng)級(jí)設(shè)備不能滿足多人多次上機(jī)實(shí)驗(yàn)的問(wèn)題。能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)驗(yàn)管理功能，設(shè)備網(wǎng)管功能能夠?qū)TE實(shí)驗(yàn)網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理。

(2) 基于LTE實(shí)驗(yàn)網(wǎng)的LTE系統(tǒng)仿真教學(xué)平臺(tái)，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(tái)與LTE實(shí)驗(yàn)網(wǎng)配套，能夠與LTE實(shí)驗(yàn)網(wǎng)進(jìn)行業(yè)務(wù)驗(yàn)證。仿真平臺(tái)采用服務(wù)器/客戶端模式，一臺(tái)服務(wù)器可支持40個(gè)客戶端同時(shí)授課，即可供40名學(xué)生同時(shí)使用。

(3) 新建LTE智能終端開(kāi)發(fā)平臺(tái)，包括智能開(kāi)發(fā)終端硬件和Android、iOS等操作系統(tǒng)[9]，既可作為普通LTE實(shí)驗(yàn)終端用，也可進(jìn)行軟硬件二次開(kāi)發(fā)，作為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)軟硬件創(chuàng)新開(kāi)發(fā)平臺(tái)。利用此平臺(tái)開(kāi)展學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)，同時(shí)為老師、研究生提供科研平臺(tái)。

LTE實(shí)驗(yàn)網(wǎng)如圖1所示。

圖1 LTE實(shí)驗(yàn)平臺(tái)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

2.2 融合實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

LTE實(shí)驗(yàn)網(wǎng)將與本實(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)融合[10]。

以10G PTN分組光傳送網(wǎng)作為整個(gè)實(shí)訓(xùn)網(wǎng)絡(luò)的承載網(wǎng)，TD、LTE的基站信號(hào)均通過(guò)PTN環(huán)網(wǎng)進(jìn)行傳送至TD核心網(wǎng)和LTE核心網(wǎng)。GPON光接入平臺(tái)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)可以通過(guò)PTN環(huán)網(wǎng)承載，與校園網(wǎng)對(duì)接訪問(wèn)外網(wǎng)。LTE核心網(wǎng)通過(guò)VOLTE服務(wù)系統(tǒng)和IMS核心網(wǎng)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)LTE語(yǔ)音業(yè)務(wù)的互聯(lián)互通。建成后的實(shí)驗(yàn)室高速融合網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D2所示。

3 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)軟件教學(xué)資源建設(shè)

通過(guò)LTE專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)，本實(shí)驗(yàn)中心將與設(shè)備商及其代理公司進(jìn)行長(zhǎng)期合作，不斷完善實(shí)踐教學(xué)體系，實(shí)施校企聯(lián)合師資隊(duì)伍建設(shè)、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教材建設(shè)、新課程開(kāi)發(fā)、聯(lián)合授課等。通過(guò)聯(lián)合教學(xué)資源建設(shè)，提高師資隊(duì)伍水平，尤其是提高中青年教師的實(shí)踐教學(xué)能力和科研能力，完善移動(dòng)通信技術(shù)課程體系[11]。爭(zhēng)取將LTE移動(dòng)通信實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)建設(shè)成為本地區(qū)LTE技術(shù)培訓(xùn)中心，為我國(guó)西南地區(qū)的高校通信專(zhuān)業(yè)學(xué)生、企業(yè)員工提供培訓(xùn)服務(wù)，支持我國(guó)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(shí)驗(yàn)網(wǎng)拓?fù)鋱D

(1) 師資隊(duì)伍建設(shè)。新建LTE實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)可繼續(xù)實(shí)踐特色鮮明的校企互動(dòng)式師資能力持續(xù)提升機(jī)制。通過(guò)購(gòu)置LTE實(shí)驗(yàn)網(wǎng)相關(guān)平臺(tái)，激勵(lì)和支持實(shí)驗(yàn)教師直接進(jìn)入國(guó)內(nèi)知名通信企業(yè)學(xué)習(xí)，通過(guò)融入行業(yè)，持續(xù)提升師資水平；不斷提高實(shí)驗(yàn)中心師資隊(duì)伍水平，尤其是中青年教師的科研實(shí)力，通過(guò)教師的最新研究成果反哺教學(xué)，提高教師教學(xué)水平[12]。在LTE建設(shè)過(guò)程中，可以通過(guò)隨工培訓(xùn)、現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)、假期培訓(xùn)、工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)等幾種模式進(jìn)行師資隊(duì)伍培訓(xùn)。

(2) 教材建設(shè)。新增LTE實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)計(jì)劃和企業(yè)合作編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教材1本，共同開(kāi)發(fā)LTE實(shí)踐教學(xué)課件，使移動(dòng)通信技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)系列實(shí)訓(xùn)教材更加完整。

(3) 校企聯(lián)合課程建設(shè)。LTE課程開(kāi)發(fā)的目標(biāo)是學(xué)校與企業(yè)一起建立基于工作任務(wù)驅(qū)動(dòng)，工作過(guò)程為導(dǎo)向的人才培養(yǎng)體制和針對(duì)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(shí)驗(yàn)中心與企業(yè)合作進(jìn)行聯(lián)合課程開(kāi)發(fā)，定期探討課程建設(shè)的條件和實(shí)行辦法，結(jié)合學(xué)校課程設(shè)置和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)內(nèi)容共同建設(shè)好國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)示范中心。

(4) 校企聯(lián)合授課。在LTE實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)建設(shè)的初期階段，為了確保實(shí)驗(yàn)室能夠順利進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)工作，實(shí)驗(yàn)中心和企業(yè)合作開(kāi)展聯(lián)合授課，學(xué)校在進(jìn)行專(zhuān)業(yè)實(shí)踐模塊授課時(shí)，邀請(qǐng)相關(guān)公司派遣高級(jí)工程師到實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)一定學(xué)時(shí)的授課，順利完成LTE專(zhuān)業(yè)實(shí)踐課程的授課；學(xué)校在進(jìn)行專(zhuān)業(yè)課程實(shí)訓(xùn)時(shí)，邀請(qǐng)相關(guān)公司派遣高級(jí)工程師到校進(jìn)行實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)。

4 實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目及內(nèi)容開(kāi)展

該專(zhuān)業(yè)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)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(dòng)通信系統(tǒng)項(xiàng)目、LTE系統(tǒng)仿真實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目、LTE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與優(yōu)化3個(gè)方面進(jìn)行實(shí)訓(xùn)和研究，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)有IMS、PTN、TD-SCDMA、寬帶接入等實(shí)訓(xùn)平臺(tái)設(shè)備，開(kāi)展聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)與調(diào)測(cè)等實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。

(1) LTE移動(dòng)通信系統(tǒng)項(xiàng)目包括系統(tǒng)認(rèn)知實(shí)習(xí)類(lèi)、系統(tǒng)配置類(lèi)、維護(hù)測(cè)試類(lèi)和綜合分析設(shè)計(jì)類(lèi)項(xiàng)目；使學(xué)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(chǎng)維護(hù)技能，包括產(chǎn)品架構(gòu)、典型配置、設(shè)備管理、傳輸管理無(wú)線管理等。同時(shí)可根據(jù)行業(yè)人才需求，針對(duì)不同崗位、不同層次、不同領(lǐng)域進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)備調(diào)試、業(yè)務(wù)開(kāi)通、系統(tǒng)維護(hù)、故障處理等技能，全面掌握LTE接入、核心交換等LTE移動(dòng)通信技術(shù)，讓學(xué)生在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室中能掌握到行業(yè)領(lǐng)先的LTE移動(dòng)通信技術(shù)。

(2) LTE系統(tǒng)仿真平臺(tái)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)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(bào)等功能仿真、網(wǎng)絡(luò)仿真及分析等5個(gè)部分。通過(guò)模擬真實(shí)系統(tǒng)的各種環(huán)境、操作維護(hù)平臺(tái)、建站環(huán)境和MML業(yè)務(wù)配置界面，完全模仿真實(shí)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)配置，并與實(shí)驗(yàn)平臺(tái)配合，使學(xué)生更好地掌握LTE移動(dòng)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(hù)。

(3) LTE智能終端開(kāi)發(fā)平臺(tái)屬應(yīng)用開(kāi)發(fā)類(lèi)平臺(tái)，涉及到軟硬件的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，可根據(jù)硬件和iOS、安卓等軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，通過(guò)開(kāi)放的軟硬件開(kāi)發(fā)接口，開(kāi)發(fā)基于LTE移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的多種應(yīng)用項(xiàng)目，使感興趣的同學(xué)可以從事相關(guān)研發(fā)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)。

(4) LTE無(wú)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(cè)及優(yōu)化等幾個(gè)部分[14]，使學(xué)生掌握LTE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃優(yōu)化的原理、流程、優(yōu)化工具平臺(tái)、優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)和典型的優(yōu)化案例，成為能夠從事無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)、優(yōu)化等工作的高素質(zhì)、高技能人才。

(5) LTE與分組傳輸實(shí)驗(yàn)平臺(tái)PTN、VoIP系統(tǒng)、IMS、TD-SCDMA、寬帶接入系統(tǒng)聯(lián)調(diào)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，從通信業(yè)務(wù)到傳輸網(wǎng)絡(luò)到接入網(wǎng)絡(luò)各個(gè)環(huán)節(jié)開(kāi)設(shè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合組網(wǎng)及調(diào)測(cè)實(shí)訓(xùn)，使學(xué)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(yǔ)

LTE移動(dòng)通信實(shí)訓(xùn)平臺(tái)是中央地方共建示范實(shí)驗(yàn)中心項(xiàng)目，也是基于通信行業(yè)的新技術(shù)而建立的平臺(tái)。LTE新平臺(tái)將與學(xué)院原有的各個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)整網(wǎng)運(yùn)行，并開(kāi)展基于LTE平臺(tái)和融合平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，起到了良好的教學(xué)效果，學(xué)生對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和移動(dòng)通信新技術(shù)有了明確認(rèn)識(shí)，得到學(xué)生和企業(yè)的好評(píng)。當(dāng)然，我們還需要通過(guò)不斷的教學(xué)實(shí)踐和改革，不斷完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)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(xué)校專(zhuān)項(xiàng)資金項(xiàng)目，LTE移動(dòng)通信實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)重慶市財(cái)政局政府采購(gòu)計(jì)劃編號(hào)(13A4441)

劉小莉(1980-)，女，四川遂寧人，學(xué)士，講師，主要從事通信工程規(guī)劃與設(shè)計(jì)的教學(xué)和研究。

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

TP 391；G 642

A

1006-7167(2017)05-0154-03