基于cellular-Z 軟件的《移動通信網絡優化》課程研究

劉賓坤，黃超

(大連理工大學城市學院 電子與自動化學院，遼寧 大連)

一 引言

改革開放以來，我國通信技術高速發展，通信網絡覆蓋全國，通信技術更是不斷突破創新。從1987 年至今，我國以蜂窩技術為基礎的公眾移動通信在三十多年間實現了從1G 買入、2G 跟隨、3G 突破、4G 同步到5G 引領的歷史性跨越[2]。截至2020 年末，全國移動通信基站總數達931 萬個。每個移動通信基站都時刻需要運營商進行維護、規劃和優化，因此移動通信網絡規劃與優化作為運營商的必要工作的一部分，勢必也需要大量的人才需求。《移動通信網絡優化》是通信類專業的核心專業課，在人才培養中起著非常重要的作用[3]。

《移動通信網絡優化》課程是一門理論性和實踐性都比較強的課程，故本課程即要求學生掌握無線傳播理論、天線和饋線基礎知識、移動通信的演進、LTE 系統概述及其關鍵技術、無線網絡覆蓋估算、基站勘測、優化流程、覆蓋切換問題分析與優化、容量基礎計算和RF 優化等理論內容[4]；又要使學生能夠采集到關鍵有效的數據信息、完成數據分析、建立網絡模型，準確地找出網絡問題，同時兼顧社會經濟條件和當前移動通信技術手段，進行網絡結構調整和參數修改等相關優化工作，以確保網絡系統可以既經濟又高質量的方式運行。所以本課程既要求學生“懂”，又要求學生會“做”。因此需要在教學方式上采用理論教學與實踐教學相結合，讓學生的理論知識在實踐中得到實際應用，進而加深學生對理論知識的理解，提高學生的實踐能力，這樣才能達到一個比較好的教學效果。

但是在實踐教學中，不可能要求學生像真正的網絡優化工程師一樣完成路測，或修改操作基站參數，大多都是通過軟件仿真進行替代。雖然通過軟件仿真進行實踐教學有很多好處，但有一定的局限性。而cellular-Z 軟件可以簡單操作就能測量到實際網絡環境下的各種網絡指標參數數值，將其應用到課程中，對增加課程的實踐性是很有必要的。

二 cellular-Z 軟件在課程中的應用

通過cellular-Z 軟件，按照規定的測試路線，測量實際網絡系統中的參數，然后通過對手動記錄的數據和后臺自動生成的數據進行分析，得出實際網絡系統中存在的問題，并根據理論知識提出優化方法，這樣學生不僅可以加固已學習到的理論知識，而且還可以在實踐中得到鍛煉，理解實際網絡系統中各參數的具體含義。

圖1 cellular-Z 軟件的主界面

（一） cellular-Z 軟件介紹

cellular-Z 是一個手機APP 軟件，軟件不僅操作方便，而且還專業和強大，如圖1 所示。

cellular-Z 軟件主要功能有：

（1）檢測雙卡手機網絡數據（SIM 卡數據、服務小區數據、服務小區信號強度及鄰小區數據）；

（2）檢測WIFI 數據（已連接設備數據、附近WIFI 列表數據、WIFI 信道數據和信號強度）；

（3）檢測位置數據（坐標類型、定位方式、衛星圖和衛星列表數據），能夠搜索到QZSS、GPS、Glonass、北斗和Galileo 等衛星；

（4）檢測終端設備數據（電池信息數據、硬件信息數據和系統信息數據）；

（5）地圖& 軌跡測試（以LTE 為例，可以實時測量出RSSI、RSRP、RSRQ、SINR、TAC、PCI、ECI 和EARFCN 等參數數據）；

（6）速度測試、室內覆蓋測試（分為手動設置路徑測試、預設路徑測試和傳感器測試）；

（7）查詢NR-ARFCN、EARFCN 和ARFCN 等功能。

根據實踐內容和課時的安排，主要將cellular-Z 軟件中的第1、5 和7 點功能應用到課程中，其他部分作為拓展。

（二） 課程教學設計改革

為了讓輔助教學cellular-Z 軟件應用在《移動通信網絡優化》的課程中發揮更好的作用，需要進行課程教學方面的設計改革。通過教學的設計改革，最終目的是讓學生學會如何理論與實踐相結合，用理論知識解決實際問題，并在解決實際問題的過程中加深對基礎知識的掌握。針對輔助教學cellular-Z軟件在《移動通信網絡優化》的課程中應用的設計思路如下所述。

為了使學生了解終端信息，了解移動通信網絡中各參數指標的意義，學會測試各參數數據，完成處理，通過數據分析出網絡問題，根據相應的問題提出優化對策。本節以LTE 為例敘述如何進行設計課程教學。通過讓學生測試LTE 網絡中各參數數據，并完成數據處理和分析，來讓學生了解LTE 網絡中各種參數含義，分析LTE 網絡中的覆蓋問題，提出解決問題的對策。其中重點是讓學生結合實際測試的數據學習并掌握參數指標的含義。

具體設計如下：

（1）確定測試路線。選定測試地點為校園內，在校園的平面圖上確定測試地點和路線。如圖2 所示，在學校的平面圖上選定31 個測試點，從上課地點『27#實踐中心（二）』左側的測試點開始，經『25#實踐中心（一）』向上逆時針方向，依次測試剩余的30個測試點，最后返回到『27#實踐中心（二）』。在測試點過程中，cellular-Z 軟件后臺會時刻記錄整個路線上所有的數據。

圖2 測試地圖

（2）確定數據記錄表。數據記錄表主要是記錄UE 基本信息和UE 測試數據。如表1 所示，UE 基本信息包括：測試人員、測試時間、坐標類型、運營商、經緯度、MNC、MCC、IMEI、SIM IMSI、BAND WIDTH 和測試地點；那么主要的測試參數為：TAC、PCI、ECI、RSSI、RSRP、RSRQ、SINR 和EARFCN等。并讓學生在測試前熟悉各參數的含義。

（3）組織測試。首先，測試前準備如下：測試路線地圖（電子版或紙質）、cellular-Z 軟件、數據記錄表（A4 紙打印）、電子表、黑色簽字筆、USB數據線和筆記本電腦等。其次，將學生按照“四人一排”進行排隊，兩人分為一組，一人讀取測試數據，一人記錄數據。最后，檢查學生測試軟件狀態是否正常、數據記錄表的基本信息是否填寫正確等，并按照測試路線開始測試。

（4）合理設計問題，開啟學生思維，激發學生求知欲。在測試的過程中引導學生自主思考問題，或者通過設計問題來讓學生回答，豐富課堂內容，調動學習積極性。比如，如何讓學生理解課程中RSSI 和RSRP 這兩個參數的含義？可以進行如下設計：首先，設計問題，即在實際測試中RSSI 的測試值為什么會比RSRP 的測試值大？其次，根據學生的不同回答情況，作出不同的相關提示，提示可以設計為隱晦的，也可以為直白的，通過學生的思考狀態做動態調整；最后，再根據實際的測試值，作出定量計算，進一步加深學生的理解。

（5）測試結束后，整理分析數據，提出優化對策；在完成測試后，將軟件后臺的數據導出，結合記錄的數據，完成對數據的整理、分析，得出校園內LTE 網絡中存在的覆蓋問題，并給出優化措施，完成報告的書寫。

通過對課程的設計改革，使輔助教學cellular-Z軟件完美應用在《移動通信網絡優化》的課程中，引導學生在實踐中通過基本理論知識來解決問題，提高學生自主分析問題和解決問題的能力，從而提升學生的綜合素質。

三 應用cellular-Z 軟件后的課程教學效果

經過對應用了輔助教學cellular-Z 軟件的《移動通信網絡優化》課程做精心的改革設計之后，在實際的教學中得到了非常不錯的教學效果，不僅豐富了課堂內容，開啟了學生思維，而且還大大激發了學生的學習興趣，更提升了學生綜合實踐的能力。

表1 LTE 路測數據記錄表

（一） 設計合理問題，開啟學生思維

《移動通信網絡優化》課程是一門綜合性強的專業課程。理論基礎知識范圍廣，有些不易理解。很多同學在學習中雖然掌握了基礎理論，但不會舉一反三，活學活用，遇到老師提出的問題不知如何解決。

應用軟件輔助教學后，以cellular-Z軟件為載體，學生能夠清楚和理解問題的背景，拓寬了思維，并改變了固有的思維方式，能夠結合已學的理論知識，輕松地解決老師提出的問題。輔助教學cellular-Z軟件像是捅破了那窗戶紙的利器，開啟了學生思維大門，讓學生能夠輕松地將各單元的知識轉化為解決問題的方法。

（二） 理論聯系實際，加深理解知識

作為一門專業實踐性特別強的課程，《移動通信網絡優化》課程大多都是由理論課和實驗課組成。其中許多學校由于資金不足、場地受限或專業建設重視度低的原因，大多像其他課程一樣，理論課課時比例過高，過于注重理論原理與公式的教學，將授課的重心放在掌握理論知識的層面，忽視了實驗課程的重要性[5]，即使有的學校開設實驗課程，也都是通過軟件進行仿真，老師演示性教學，導致實驗課中缺乏實踐性，大大抑制了學生學習的積極性，造成了學生對知識一直停留在理論的層次上。

在應用軟件輔助教學后，學生通過用cellular-Z軟件可以真正地去測試校園內的網絡數據，通過網絡數據的分析，能夠發現校園內的網絡問題，基于理論知識提出優化對策。此外在分析數據時，能夠通過數據加深對理論概念的理解，如在處理LTE 網絡中RSSI 參數數據時，能夠通過折線圖理解什么是快衰落和什么是慢衰落。這樣通過解決問題同時，加深對理論知識的理解，使理論學習與實踐學習形成互補，也使學生的學習興趣被成功激發，同時課堂也會生動有趣。

（三） 精簡理論授課，注重自主學習

許多高校開設的《移動通信網絡優化》課程都存在一些亟需解決的問題，最主要的是大多都是基于講授性的單向授課模式，教學內容較偏重于理論，使學生處于被動接受地位[6]。這種現象的出現是有一些客觀原因造成的，這種客觀原因多數是受制于傳統的教學模式影響和學校資金場地等客觀條件限制，然而對于《移動通信網絡優化》這樣實踐性、自主性較強的課程，僅靠理論教學是不行的，還需要在課程中增加合適的實踐項目，在具體的實踐項目中，發揮學生的主觀能動性，注重培養學生自主發現問題和解決問題的能力。

在應用輔助教學cellular-Z 軟件之后，將節省出來的授課時間和學生的精力轉移到必須完全掌握的知識以及實踐測試上去，大大減輕了學生的負擔和講課的枯燥程度[7]。針對有些知識點可以在實踐操作中進行掌握，可以要求學生在實踐操作中學習，這樣不僅可以提升學生學習的效率，還提升了學習的趣味性。所以在課堂上精簡理論授課時間，增加學生更喜歡的實踐課時，培養學生自主實踐學習，讓學生得到較多的實踐鍛煉。

多數學生的抽象思維能力都偏弱，更適合于富有形象性的教學，他們不適應長時間大跨度地在理論推導范疇內不斷演進深化的學習形式，而更適合于每一個獨立的具象性的學習成果的獲得。學生更喜歡實踐類的課程，不喜歡理論分析的課程。因此，應用軟件輔助教學，在課堂上多給學生提出問題，注重啟發和培養學生的思考能力，精簡理論授課內容，多讓學生去實踐、思考和討論，以增加學生的學習主動性，提升學習興趣。

四 結語

總之，將cellular-Z 軟件引入《移動通信網絡優化》課堂中，可以有效地將理論知識學習與工程實踐結合起來，可以讓學生從枯燥的學習中解脫出來，還可以引導學生思考，激發學生的求知欲，讓學生從被動學習轉變為主動學習，使課堂的面貌也煥然一新。特別是在后疫情時代，許多的實踐教學工具不能應用在線上教學中，具有一定的局限性，但cellular-Z 軟件可以經過不同的課程教學設計，能夠輕松應用在線上教學、線下教學和線上線下混合制教學中，具有一定的實用性。此外，還提高學生的實踐和動手能力，使學生掌握基本的工程分析、研究、設計和管理方法，具有系統工程實踐的能力，創新源于實踐，實踐教學是提高學生的綜合素質、培養學生的創新精神的重要途徑，通過實踐能提高學生綜合運用知識的能力，激發學生的創造能力，同時培養科學嚴謹的工作作風和相互合作的團隊精神[8]。