章堅武,張 磊,姚英彪

(杭州電子科技大學通信工程學院,浙江杭州 310018)

移動通信課程實驗改革與實踐

章堅武,張 磊,姚英彪

(杭州電子科技大學通信工程學院,浙江杭州 310018)

本文結合我校通信工程國家一類特色專業(yè)建設點和省級移動通信精品課程建設方面的一些工作,積極進行移動通信課程工程實驗項目的改革與實踐,通過利用大型儀器設備對工程實踐中的真實設備和真實信號進行測試和分析,達到培養(yǎng)學生工程實踐能力和提高大型設備利用率的目的。

移動通信;大型儀器設備;實驗改革;工程實踐

一、概述

杭州電子科技大學通信工程專業(yè)是 1992年獲批準的國家管理專業(yè),1993年正式面向全國招生,2003年列入省重點建設專業(yè),2008年批準為省重點專業(yè),2010年列入國家一類特色專業(yè)建設點。移動通信課程是一門專業(yè)性、理論性和工程性均較強的課程,是通信工程專業(yè)的核心專業(yè)課程之一。我校自1996年開始講授《移動通信》課程,2006年,“移動通信”課程入選杭州電子科技大學校級精品課程,2007年,“移動通信”課程被列入杭州電子科技大學重點培育國家級精品課程,2008年,“移動通信”課程入選浙江省精品課程。編著的《移動通信》教材被列入“十一五”國家級規(guī)劃教材,已第 9次印刷,發(fā)行近 5萬冊,被國內許多高校使用。

在建設省級移動通信精品課程過程中,我們發(fā)現(xiàn)存在兩個問題:第一,傳統(tǒng)“移動通信”課程教學與工程實踐脫鉤;第二,通信工程專業(yè)的一些大型儀器設備利用率偏低。為解決這兩個問題,我們積極進行“移動通信”實驗課程改革,計劃通過在“移動通信”實驗課程體系中增加新的工程實驗項目——利用大型儀器設備對工程實踐中的真實設備和真實信號進行測試分析,努力使移動通信理論教學與工程實踐緊密聯(lián)系起來,從而實現(xiàn)培養(yǎng)學生的工程實踐能力和提高大型設備利用率的目標。

二、移動通信課程實驗項目設計及實踐

(一 )設計思路

1.利用工程實踐中的真實設備和真實信號設計實驗

傳統(tǒng)實驗與工程實踐脫鉤的主要原因在于實驗項目與實驗設備與真實的工程實踐相差較遠,比如利用Matlab進行通信系統(tǒng)仿真[1],它對學生理解通信系統(tǒng)原理比較有幫助,但是在工程實踐中卻很少能用到。因此,我們進行移動通信課程工程實驗項目設計的基本出發(fā)點就是要利用工程實踐中的真實設備和真實信號來設計實驗,使學生明白書本上的移動通信理論知識如何應用到實際工程實踐中。

2.提高大型儀器設備利用率

大型儀器設備利用率偏低一直是高校實驗室資產使用中的一個難點問題,這個問題在我院實驗室大型儀器設備中也存在。我院“無線通信技術國家財政專項實驗室”和“無線通信與移動通信省財政專項實驗室”均購買了一些大型設備儀器 (見表 1),這些實驗室雖然已經(jīng)對教師和學生開放,大型設備也已加入浙江省大型設備共享網(wǎng) (www.dxyq.zj.cn),但利用率仍然不高。因此,我們進行移動通信課程工程實驗項目設計的另一個出發(fā)點就是要充分利用這些大型設備儀器,開發(fā)新的實驗項目,以提高它們的利用率。

表 1 已購買的大型設備儀器

3.重點突出 3G實驗特色

隨著第三代移動通信 (3G)技術在我國投入商用,其發(fā)展趨勢表明,3G必將在未來幾年取代 2G成為移動通信的主要技術[2]。學生畢業(yè)后有很大一部分將從事 3G方面的組網(wǎng)與優(yōu)化工作。但是目前各高校實驗項目的內容大部分仍然是 2G實驗,遠遠落后于技術的發(fā)展。學生對于 3G知識的掌握也較2G更為迫切,因此我們設計的新的實驗系統(tǒng)將重點放在對 3G系統(tǒng)的測試、分析上,更加突出 3G的特色。

4.與運營商合作開放校內基站

由于移動通信基站設備昂貴,通過與運營商的合作,以專題講解、參觀基站設備的方式讓學生進入實際的基站中進行學習,并配套有相關的工程設備原理介紹,讓學生更加了解基站的工作原理,極大地提高學生的學習興趣。

(二 )實驗項目

根據(jù)以上思路,我們設計和開發(fā)了以下 4個移動通信課程工程實驗項目,每個項目又可以分為多個實驗:

1.GS M/GPRS、cdma2000移動臺主呼及被呼叫過程

利用我院自主開發(fā)的 GS M/GPRS及 cdma2000手機模塊進行實際的 GS M/GPRS、cdma2000通信系統(tǒng)的移動臺主呼及被呼實驗。通過這個實驗,學生可以掌握實際的移動臺主呼及被呼叫過程,AT指令集,實際的基站小區(qū)覆蓋等問題。

2.GS M/GPRS、cdma2000短消息發(fā)送及接收過程

短消息業(yè)務是移動通信中一項重要業(yè)務,利用上述手機模塊設計出短消息發(fā)送及接收處理流程,以更形象化的方式讓學生掌握短消息業(yè)務的原理。

3.3G信號測試與分析

3G通信已經(jīng)成為移動通信領域的重頭戲,如何開設 3G實驗項目正是本課程面臨的一大問題。目前 3G設備相對十分昂貴,又存在WCDMA、cdma2000、TD-SCDMA三種不同的標準[3],想要全面開設實驗存在不少困難。我們利用已購買的大型儀器對 3G信號的調制解調、編碼解碼、功率譜、誤碼性能等進行分析,以提高學生對 3G技術的深入理解與認識。

4.移動通信直放站測試實驗

利用大型儀器設備對實際的通信設備(直放站)進行參數(shù)測試,提高學生對通信設備的理解和大型儀器設備的操作能力。

當然,由于大型儀器設備套數(shù)的限制,以上實驗項目主要供教師向學生演示和學生開放實驗,是移動通信課程實驗體系的重要補充。實踐下來的結果表明,學生對此類實驗非常感興趣,這類實驗能成功激發(fā)他們對移動通信課程的興趣,效果反映良好。

(三)開放運營商在學校的基站

中國移動與中國聯(lián)通均在我校校園內建有基站,我校與中國聯(lián)通合作,為學生定期開放聯(lián)通 GS M/WCDMA基站,并安排中國聯(lián)通資深工程師為學生講解基站設備及其功能,學生有機會接觸到實際運營中的通信基站,極大地激發(fā)他們的學習興趣。中國聯(lián)通資深工程師對學生授課內容現(xiàn)已攝成錄像放置在我校移動通信浙江省精品課程網(wǎng)站供學生觀看。

三、3G信號測試與分析案例

移動通信課程工程實驗項目案例:3G信號測試與分析工程實驗的原理框圖如圖 1所示。首先,利用天線將空口中的實際 3G信號接收下來,并送到實際的微型直放站進行信號放大,經(jīng)過衰減器后送到頻譜分析儀 (Agilent E4445A PSA),最后通過網(wǎng)線將數(shù)據(jù)送到 PC上。PC機上安裝有 Agilent公司的矢量信號分析儀 (Vector SignalAnalyzer:VSA)軟件,其內部集成有各種解調方法及參數(shù)分析程序。我們分別對中國聯(lián)通的WCDMA、中國電信的 cdma2000和中國移動的 TD-SCDMA三種不同的標準的空中信號進行了頻譜、信道、星座圖、概率密度函數(shù)、累計分布函數(shù)、碼域功率、誤差矢量幅度等參數(shù)[4]的測量分析。

圖 1 實驗原理示意圖

圖 2所示是我們從空中抓到的 cdma2000信號的頻譜,中心頻率為 878.49MHz,帶寬為 1.25MHz。在信號的占據(jù)帶寬 OBW(Occupied Bandwidth)[5]內,大部分能量集中在此頻帶以內。圖 3為復合碼域功率,是對 cdma2000下行鏈路中每個Walsh編碼碼道[3]功率的測量。由圖中可以看到,當前第 0、1、4、12、44信道中有數(shù)據(jù)傳輸。其中第 0信道為導頻信道,任意時刻總有數(shù)據(jù)傳送,而且由解調后的數(shù)據(jù)分析可知,此信道中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為全 0,這與理論上的設置完全符合。第 1、4信道為尋呼信道,表明基站正在尋呼附近的某些移動臺。第 12、44信道為業(yè)務信道,表明當前有業(yè)務傳輸。

圖 2 cdma2000信號的頻譜

圖 3復合碼域功率 CCDP

四、結束語

本文在移動通信課程工程實驗項目設計與實踐方面做了一些有益的探索,其特色主要體現(xiàn)在兩方面:一方面,使實驗項目與工程實際聯(lián)系更加緊密,提高學生的工程實踐能力,為培養(yǎng)學生成為“卓越工程師”服務;另一方面,設計的實驗項目大大提高了大型設備的利用率。下一步的工作是進一步完善開發(fā)的實驗系統(tǒng),使實驗設備更接近工程實際,實驗方法采用運營商的標準操作流程,盡量將演示實驗改進為學生可以自己動手操作的實驗。通過這些工作,培養(yǎng)學生的工程實踐能力、工程設計能力和工程創(chuàng)新能力,提高通信工程專業(yè)的辦學水平,為國家,特別是為浙江省培養(yǎng)一流的專業(yè)技術人才。

[1] 蒲秀娟,韓慶文.移動通信實驗課程探索[J].實驗室研究與探索,2005,24(5):77-79.

[2] 章堅武.移動通信 (第二版)[M].西安:西安電子科技大學出版社,2007.

[3] 廖曉濱,趙熙.第三代移動通信網(wǎng)絡系統(tǒng)技術、應用及演進[M].北京:人民郵電出版社,2008.

[4] 劉君榮,謝少鋒.關于測量 CDMA2000中 Rho值和 EVM值的問題[J].中國計量,2009(3):91-92.

[5] 黃祿洋,王兆永.占用帶寬及鄰道漏泄功率的測量[J].微波與衛(wèi)星通信,1998(1):8-10.

Reforms of Mobile Communication Courses

ZHANG Jian-wu,ZHANG Lei,YAO Y ing-biao
(School of Communication Engineering,Hangzhou DianziUniversity,Hangzhou Zhejiang310018,China)

With the help of achievements done on the construction of the national specialty ofmobile communication courses,we carried out the reforms on the engineering experiment sector of the course,which developed the students’engineering experiment abilities and increased the utilization of the large scale equipments by analyzing and testing the real communication equipments and signalswith large scale test equipments.

mobile communication;large scale equipment;experiment refor m;engineering experiment

G642.0 < class="emphasis_bold">文獻標識碼:B文章編號:

1001-9146(2010)04-0061-04

2010-05-12

浙江省教育考試院“十一五”教改課題 (2006yks003)

章堅武 (1961-),男,浙江杭州人,教授,個人通信與移動通信、多媒體通信技術、通信網(wǎng)絡與終端技術.