移动通信课程实验改革与实践

章坚武,张 磊,姚英彪

(杭州电子科技大学通信工程学院,浙江杭州 310018)

移动通信课程实验改革与实践

章坚武,张 磊,姚英彪

(杭州电子科技大学通信工程学院,浙江杭州 310018)

本文结合我校通信工程国家一类特色专业建设点和省级移动通信精品课程建设方面的一些工作,积极进行移动通信课程工程实验项目的改革与实践,通过利用大型仪器设备对工程实践中的真实设备和真实信号进行测试和分析,达到培养学生工程实践能力和提高大型设备利用率的目的。

移动通信;大型仪器设备;实验改革;工程实践

一、概述

杭州电子科技大学通信工程专业是 1992年获批准的国家管理专业,1993年正式面向全国招生,2003年列入省重点建设专业,2008年批准为省重点专业,2010年列入国家一类特色专业建设点。移动通信课程是一门专业性、理论性和工程性均较强的课程,是通信工程专业的核心专业课程之一。我校自1996年开始讲授《移动通信》课程,2006年,“移动通信”课程入选杭州电子科技大学校级精品课程,2007年,“移动通信”课程被列入杭州电子科技大学重点培育国家级精品课程,2008年,“移动通信”课程入选浙江省精品课程。编著的《移动通信》教材被列入“十一五”国家级规划教材,已第 9次印刷,发行近 5万册,被国内许多高校使用。

在建设省级移动通信精品课程过程中,我们发现存在两个问题:第一,传统“移动通信”课程教学与工程实践脱钩;第二,通信工程专业的一些大型仪器设备利用率偏低。为解决这两个问题,我们积极进行“移动通信”实验课程改革,计划通过在“移动通信”实验课程体系中增加新的工程实验项目——利用大型仪器设备对工程实践中的真实设备和真实信号进行测试分析,努力使移动通信理论教学与工程实践紧密联系起来,从而实现培养学生的工程实践能力和提高大型设备利用率的目标。

二、移动通信课程实验项目设计及实践

(一 )设计思路

1.利用工程实践中的真实设备和真实信号设计实验

传统实验与工程实践脱钩的主要原因在于实验项目与实验设备与真实的工程实践相差较远,比如利用Matlab进行通信系统仿真[1],它对学生理解通信系统原理比较有帮助,但是在工程实践中却很少能用到。因此,我们进行移动通信课程工程实验项目设计的基本出发点就是要利用工程实践中的真实设备和真实信号来设计实验,使学生明白书本上的移动通信理论知识如何应用到实际工程实践中。

2.提高大型仪器设备利用率

大型仪器设备利用率偏低一直是高校实验室资产使用中的一个难点问题,这个问题在我院实验室大型仪器设备中也存在。我院“无线通信技术国家财政专项实验室”和“无线通信与移动通信省财政专项实验室”均购买了一些大型设备仪器 (见表 1),这些实验室虽然已经对教师和学生开放,大型设备也已加入浙江省大型设备共享网 (www.dxyq.zj.cn),但利用率仍然不高。因此,我们进行移动通信课程工程实验项目设计的另一个出发点就是要充分利用这些大型设备仪器,开发新的实验项目,以提高它们的利用率。

表 1 已购买的大型设备仪器

3.重点突出 3G实验特色

随着第三代移动通信 (3G)技术在我国投入商用,其发展趋势表明,3G必将在未来几年取代 2G成为移动通信的主要技术[2]。学生毕业后有很大一部分将从事 3G方面的组网与优化工作。但是目前各高校实验项目的内容大部分仍然是 2G实验,远远落后于技术的发展。学生对于 3G知识的掌握也较2G更为迫切,因此我们设计的新的实验系统将重点放在对 3G系统的测试、分析上,更加突出 3G的特色。

4.与运营商合作开放校内基站

由于移动通信基站设备昂贵,通过与运营商的合作,以专题讲解、参观基站设备的方式让学生进入实际的基站中进行学习,并配套有相关的工程设备原理介绍,让学生更加了解基站的工作原理,极大地提高学生的学习兴趣。

(二 )实验项目

根据以上思路,我们设计和开发了以下 4个移动通信课程工程实验项目,每个项目又可以分为多个实验:

1.GS M/GPRS、cdma2000移动台主呼及被呼叫过程

利用我院自主开发的 GS M/GPRS及 cdma2000手机模块进行实际的 GS M/GPRS、cdma2000通信系统的移动台主呼及被呼实验。通过这个实验,学生可以掌握实际的移动台主呼及被呼叫过程,AT指令集,实际的基站小区覆盖等问题。

2.GS M/GPRS、cdma2000短消息发送及接收过程

短消息业务是移动通信中一项重要业务,利用上述手机模块设计出短消息发送及接收处理流程,以更形象化的方式让学生掌握短消息业务的原理。

3.3G信号测试与分析

3G通信已经成为移动通信领域的重头戏,如何开设 3G实验项目正是本课程面临的一大问题。目前 3G设备相对十分昂贵,又存在WCDMA、cdma2000、TD-SCDMA三种不同的标准[3],想要全面开设实验存在不少困难。我们利用已购买的大型仪器对 3G信号的调制解调、编码解码、功率谱、误码性能等进行分析,以提高学生对 3G技术的深入理解与认识。

4.移动通信直放站测试实验

利用大型仪器设备对实际的通信设备(直放站)进行参数测试,提高学生对通信设备的理解和大型仪器设备的操作能力。

当然,由于大型仪器设备套数的限制,以上实验项目主要供教师向学生演示和学生开放实验,是移动通信课程实验体系的重要补充。实践下来的结果表明,学生对此类实验非常感兴趣,这类实验能成功激发他们对移动通信课程的兴趣,效果反映良好。

(三)开放运营商在学校的基站

中国移动与中国联通均在我校校园内建有基站,我校与中国联通合作,为学生定期开放联通 GS M/WCDMA基站,并安排中国联通资深工程师为学生讲解基站设备及其功能,学生有机会接触到实际运营中的通信基站,极大地激发他们的学习兴趣。中国联通资深工程师对学生授课内容现已摄成录像放置在我校移动通信浙江省精品课程网站供学生观看。

三、3G信号测试与分析案例

移动通信课程工程实验项目案例:3G信号测试与分析工程实验的原理框图如图 1所示。首先,利用天线将空口中的实际 3G信号接收下来,并送到实际的微型直放站进行信号放大,经过衰减器后送到频谱分析仪 (Agilent E4445A PSA),最后通过网线将数据送到 PC上。PC机上安装有 Agilent公司的矢量信号分析仪 (Vector SignalAnalyzer:VSA)软件,其内部集成有各种解调方法及参数分析程序。我们分别对中国联通的WCDMA、中国电信的 cdma2000和中国移动的 TD-SCDMA三种不同的标准的空中信号进行了频谱、信道、星座图、概率密度函数、累计分布函数、码域功率、误差矢量幅度等参数[4]的测量分析。

图 1 实验原理示意图

图 2所示是我们从空中抓到的 cdma2000信号的频谱,中心频率为 878.49MHz,带宽为 1.25MHz。在信号的占据带宽 OBW(Occupied Bandwidth)[5]内,大部分能量集中在此频带以内。图 3为复合码域功率,是对 cdma2000下行链路中每个Walsh编码码道[3]功率的测量。由图中可以看到,当前第 0、1、4、12、44信道中有数据传输。其中第 0信道为导频信道,任意时刻总有数据传送,而且由解调后的数据分析可知,此信道中传输的数据为全 0,这与理论上的设置完全符合。第 1、4信道为寻呼信道,表明基站正在寻呼附近的某些移动台。第 12、44信道为业务信道,表明当前有业务传输。

图 2 cdma2000信号的频谱

图 3复合码域功率 CCDP

四、结束语

本文在移动通信课程工程实验项目设计与实践方面做了一些有益的探索,其特色主要体现在两方面:一方面,使实验项目与工程实际联系更加紧密,提高学生的工程实践能力,为培养学生成为“卓越工程师”服务;另一方面,设计的实验项目大大提高了大型设备的利用率。下一步的工作是进一步完善开发的实验系统,使实验设备更接近工程实际,实验方法采用运营商的标准操作流程,尽量将演示实验改进为学生可以自己动手操作的实验。通过这些工作,培养学生的工程实践能力、工程设计能力和工程创新能力,提高通信工程专业的办学水平,为国家,特别是为浙江省培养一流的专业技术人才。

[1] 蒲秀娟,韩庆文.移动通信实验课程探索[J].实验室研究与探索,2005,24(5):77-79.

[2] 章坚武.移动通信 (第二版)[M].西安:西安电子科技大学出版社,2007.

[3] 廖晓滨,赵熙.第三代移动通信网络系统技术、应用及演进[M].北京:人民邮电出版社,2008.

[4] 刘君荣,谢少锋.关于测量 CDMA2000中 Rho值和 EVM值的问题[J].中国计量,2009(3):91-92.

[5] 黄禄洋,王兆永.占用带宽及邻道漏泄功率的测量[J].微波与卫星通信,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">文献标识码:B文章编号:

1001-9146(2010)04-0061-04

2010-05-12

浙江省教育考试院“十一五”教改课题 (2006yks003)

章坚武 (1961-),男,浙江杭州人,教授,个人通信与移动通信、多媒体通信技术、通信网络与终端技术.