基于IUV_LTE的“无线网络”课程教学设计与实践

毛柯平

摘 要：为有效搭建网络实验虚拟化项目平台，文章提出了基于IUV_LTE的“无线网络”课程的项目化设计方案。通过该方案的设计与实践，学生不仅能理解LTE无线接入网及下一代5G网络的相关原理与技能，还能实现高效率、低成本的无线组网、维护、优化等工作，有力地支撑了高职院校网络专业的相关人才培养。

关键词：IUV_LTE;“无线网络”课程;教学设计与实践

1    “无线网络”课程教学现状

无线宽带网络乃至下一代5G网络全面走进行业的发展与人们的生活，伴随而来的是各类企业对5G无线网络建设与组网、维护及优化等行业相关一线人员的大量行业需求，以及高职院校网络专业相关培养课程投入的进一步加大，但是网络5G设备种类繁多，导致相关行业人才培养的成本显著增加，如何以较低成本更高效率地培养更多符合行业企业需求的高素质高技能人才日益成为学校、专业、企业和行业运营商共同面对的问题[1]。

在传统“无线网络”课程的教学设计中，经常遇到的问题是网络实验设备往往从单一厂商购买，购买价格昂贵、维护复杂，且只能安排部署在分组环境内分别按项目实训，不能满足所有学生同时实验的需求。而一般的厂商虚拟仿真平台在架构设计与实习操作时，则往往侧重单方面虚拟数据的非可视化配置，很多时候没有添加真实设备的安装部署以及网络接线中的连接组网虚拟仿真化设计操作，不利于高职学生网络组建技能的培养，更不利于培养学生在项目实训中通过深化学习来发现问题且解决问题的能力。

本文通过IUV_LTE部署无线PTN，BBU，RRU等设备，建立不同虚拟城市及虚拟机房，利用路由、MIMO、无线射频、邻区切换等无线网络技术构建整体“无线网络”课程的教学设计方案，设计基于 IUV 的LTE虚拟仿真平台，来模拟完成无线网络中LTE 承载网的网络拓扑规划与数据配置、IP 承载网的容量规划、网络设备配置以及网络调优与业务排障等工作，最终利用该LTE仿真实训平台实现无线承载网这一教学课程的单元组网设计及建设维护的实验实训教学工作，有效利用平台实现学生专业技能的综合培养与提高[2]。

2    IUV_LTE平台项目设计

2.1  频段设计

TD-LTE系统基本频率复用方式分两种：同频组网以及异频组网。

2.1.1  组网同频

全网所有小区使用设计相同的网络频点、网络业务信道与数据控制信道均为全网设计同频，由于每个小区的工作频率与架构一样，那么小区所有邻区的网络均为同频网络配置，并由于该情况可能会出现较多的同频干扰。

2.1.2  SFR同频

在同步组网的相关网络概念方式的架构基础上，网络为了改善小区边缘服务的网络质量与吞吐效能，出现了设计SFR同频的组网架构方式，即同频组网与IC双结合的网络架构技术，有效降低小区中数据边缘用户间的互相网络干扰，同时不断提升小区总处于边缘用户的分布式网络吞吐率，加强用户的数据全功率发送以及使小区中心用户可以使用整个可用频段发送同频数据[3]。

2.1.3  组网异频

在非同频方式中，将同一基站的不同相邻小区采用不同频率加以分割，同时同一基站发送的控制信道欧空数据业务信道，由系统全部施加异频工作，但由于不同此基站小区的间格内仍配置有存在同频设备，该方式则往往受限于频带资源，同时仍旧存在干扰控制、如何控制网络数据与控制系统平衡的效能问题。

2.2  MIMO双流分布

2.2.1  新建加合路

在不改动原系统设计天馈线的基础上，新增加一路单独天馈線系统，将一路接入新建馈线，而另一路则与原室分系统进行合路，其设计的前提是现有室分无源器件频段覆盖范围已涵盖了原有LTE频率，且各数据链路系统合路无信号干扰。

同时根据干扰分析与覆盖性能分析，在合路器的隔离度目前指标满足现有要求的情况下，该系统可达到与传统TD-SCDMA系统不差的覆盖能力，同时原有分布系统的一般支持工作频段均工作在800～2 500 MHz，那么其就可以直接支持高频率E频段，满足下步扩建。

2.2.2  新建两路

在不改动设计原分布系统天馈线的物理基础上，在新项目中额外增加另外两路天馈线系统，而新建的系统则使用新建天馈线，该方案与其他通信系统相比，设计相对独立，为后期引入更为先进技术手段提供方便，并在施工中通过空间隔离技术，能够最大限度地规避由多系统的合路产生而可能产生的数据干扰风险。

3    IUV_LTE平台项目的教学实施

IUV_LTE平台包含实训、测评、竞技3种登录模式，可实现TD-LTE和FDD-LTE两种制式的网络规划、设备及数据的配置、业务调测5个功能模块，共模拟仿真万绿、千湖、百山这3个不同规模城市的不同数据不同业务量的相关规划建设任务。为实现三城市间无线网络的联调，其相关的数据配置功能需要规划好无线设备、核心网设备、承载网设备相应的IP地址，再通过业务调试功能模块，实现移动终端的视频下载、拨测、故障查询切换及设备漫游等功能。

为此，项目在汇聚机房选用中型OTN、中型PTN（RT），并在中心机房和骨干网的机房选用设备为大型OTN ，RT（PTN），再通过市级汇聚机房到省区域骨干机房，并且除了汇聚 PTN1-PTN2的互联线路、万绿市中心机房 RT1至RT2、省骨干网内机房 RT1至RT2再使用成对 LC 光纤线路直连汇聚线路，再使用成对FC 光纤连到 ODF 架站点机房，同时对两个站点之间相应设备的连线都必须设置条件，即经过 OTN 再到 ODF 架，最终连接入网络。

3.1  设备连接

（1）单击进入万绿市A站点，在右上角显示的指示图来实现设备间的切换。（2）设备指示图上单击BBU，进入内部结构，在软件右下角出现黄色线缆池。（3）鼠标左键单击线缆池，并将成对LC-LC光纤按住，发现BBU3个接口呈现黄色状态，这样可以插线缆，并将光纤接到TX0至RX0口上，重复此步骤，直至用LC光纤对完成BBU，RRU2，RRU3的全部连线。（4）进行RRU与天线连线，默认使用2对2的模式，故将RRU和天线ANT1-ANT4连接，在线缆池里点击选择跳线，鼠标单击RRU1，再鼠标单击RRU1-ANT1，然后完成一端对一端的连接，然后单击设备ANT1，单击另一段，最后分别完成从初始到RRU2，RRU3之间分布天线连接。（5）再进行BBU至GPS连接，在线缆池里GPS馈线，单击馈线，再单击设备指示图BBU的端口，将馈线一端连在BBU的进入IN端口，然后单击指示图GPS，将另一端OUT连好。（6）最后BBU与PTN相互连接，在线缆池里找到LC成对光纤线路，单击LC进行连线，再单击设备指示图中的BBU设备，将该成对光纤一端连在BBU的TX端口上，同时连接至RX互联端口上，最后单击系统图的PTN网络设备，将另一端LC光纤接口连在接通PTN1设备的GE1光电口的槽位上面。

3.2  无线配置

（1）进入无线配置的LET图形界面。（2）左键单击节点里面的机房RRU1按钮，进入无线射频的数据配置终端界面，首先射频配置的单击按钮，进入RRU1配置射频的界面。其中频段范围根据选择TDD或者FDD制式来决定其选择模式，RRU的收发模式根据其RRU设备与ANT设备的连线模式来选择相应的MIMO数据模式，再在发射接收端口号的相应位置打对应的选择勾。（3）完成RRU射频的数据配置线路之后，RRU2-RRU3射频数据的配置与原先RRU1保持完全相同。（4）单击设备的LTE无线参数配置的系统界面，进行该小区的无线线路配置，由于之前在设备配置里增加并配置了3个RRU小区组网设备，所以必须创建3个小区，再进行小区的线路调试，先增加小区一，其标示ID必须保持是每个小区唯一非共享的一个数据TAC源，且TAC数据标识是    4位十六进制数也保持唯一，再增加其他小区2、小区3，直至网络中的小区保持全线路覆盖。

3.3  优化调试

（1）单击LTE系统中业务测试按钮的告警标注，项目主要根据告警的信号标识来排除系统故障，必须先排除设备本身物理配置的故障，再排除系统中数据配置故障。       （2）发现无线机房BBU产生了有S1-C的告警信号，核心网的机房MME也有S1-MME故障信号，这说明BBU与核心网对接数据配置产生了问题。（3）排查S6的错误信号，说明错误是MME与HSS对接的信息发生了错误。（4）查看业务观察模块，通过排查每网元的基本线路信息，可以发现PGW的PLMN是否有數据配置错误。（5）如果找不到相关SGW的信号报警错误，是因为在MME网元里面，可能有EPC地址配置的解析信息发生了对应配置错误。（6）最终业务验证界面，验证是否可以拨测，从而对线路故障排除、以及系统链路调试优化整体完毕。

4    结语

通过IUV_LTE平台的项目建设与实践，相关网络专业可以将虚拟仿真实验与实际工程当中的项目相结合，其不但克服了因传统通信系统设备的价格昂贵、不兼容性等缺陷，且在该虚拟仿真系统软件中，还可以根据不同的业务场景要求进行不同的网络项目实验操作，实现相关无线网络相应的组网规划和配置;同时利用该平台实践与实际工程接入网项目积极紧密结合的特点，学生还可以根据实验的设计任务，提出不同的解决办法，并能进一步提炼出自己的专业见解，从而一方面有利于提高学生的自主学习能力，增强学生解决实际工程问题的能力;另一方面也促进了网络工程专业相关教学改革、人才培养模式改革的积极尝试，最终实现专业、行业、教师、学生的多赢。

[参考文献]

[1]元泉.LTE轻松进阶[M].北京：电子工业出版社，2012.

[2]百度文库.IUV-BOX LTE全网仿真教学解决方案[EB/OL].（2018-05-08）[2021-04-10].https：//max.book118.com/html/2018/0503/164486195.shtm.

[3]姜大源.当代世界职业教育发展趋势研究[J].中国职业技术教育，2012（18）：5-14.

（编辑 王雪芬）