0  引言

移动通信是通信工程专业一门与行业结合十分紧密的必修课。近年来，以LTE、4G乃至5G为代表的移动通信技术高速发展，目前已经成为物联网、云计算、大数据、人工智能、无人驾驶等前沿领域的重要支撑服务。移动通信技术给社会带来了巨大信息化变革的同时，也对高校通信工程专业的人才培养提出了更高要求^[1]。

然而，在4G无线技术已经大规模商用，5G即将投入商用的市场环境下，学校的实验课却停留在2G、3G 技术的观察、验证阶段，造成“商用4G-校学2G”的尴尬局面^[2]。一方面，将造成所培养的毕业生无法迅速适应行业需求，在校期间所见所学与实际行业需求脱节，企业将额外耗资和耗时进行培训，增加人力成本；另一方面，实验室建设普遍依赖于实验箱教学，存在不够灵活、成本较高以及教学投入产出比低等问题^[3]。

本文针对上述问题，探索基于LTE无线网络测试软件CDS和移动终端完成4G移动通信教学实验系统的方案设计，旨在提升理论教学与现行4G网络的紧密结合度，为实验课程的改革和实验室建设提供新思路。

1 移动通信实验教学现状与问题

1.1 实验教学与现行4G网络结合度较差

“移动通信”是高等院校通信工程专业的重要专业课程之一，课程的教学内容主要涉及无线通信的基本概念和原理、蜂窝组网技术、传输技术、控制和交换技术以及GSM、3/4G和LTE等典型的移动通信系统^[4]。实验环节大多基于实验室购置的实验箱进行，鉴于移动通信技术换代周期极短，大多数早期实验箱仍停留在GSM和3G的层面，针对4G现行网络的升级和更新灵活度不高；另外，实验箱式教学方法侧重强调学生按部就班的操作和观察，忽略了对4G网络工作机理的深层揭示和通信步骤的细节展现，往往学生通过指导书完成一系列操作最终实现了预期结果，但是并没有将相关理论在实验细节中得以展现。

1.2 实验室建设的投入产出比不够高

在移动通信实验室建设中，购置成本较高，用于搭建仿真环境的核心网iEPC、系统网元、交换机、eNode B和移动终端市场售价均较高，且功能涵盖有限，灵活性差，实验内容主要针对通信过程、基本原理和系统原型进行演示与仿真，与实际现行网络仍存在一定的差异性，导致移动实验室建设的前期投入巨大，但实验教学最终取得的效果并不理想，无法满足目前移动通信相关企业对通信工程人才的需求。

2 基于CDS的4G实验教学系统构建

2.1 LTE路测优化工具CDS简介

CDS是一款创新型的无线网络优化系列产品，专门为无线数据业务测试和优化而设计，是目前移动通信相关企业研发产品的重要工具软件^[5]。不仅跟随网络由2G—>3G—>LTE的不断演进，具有传统语音测试的所有功能，而且提供了多样性的数据采集和分析手段。例如：可对TD-LTE、FDD-LTE、TD-SCDMA、GSM、CDMA2000、EVDO、WCDMA等网络下的各种语音及数据业务测试，可配套使用CDS后台软件对测试数据进行全面的分析统计，包括FTP、Ping、HTTP、WAP等数据业务测试、IP协议抓包等。

2.2 实验教学环境搭建

构建基于CDS的4G实验教学系统，除了安装CDS软件，还需要合理配置移动终端，开启后台端口，以实现用户对底层信令的访问。实验室既可以采购华为E5375/E5776 LTE网优工程机或G5510测试手机作为直接可用的终端，也可以令学生对自己的手机进行开端口操作。前者需额外增加成本投入，后者不需要实验室额外购置，但需要学生在实验开始前完成准备工作。以中兴ZTE Blade V8手机为例，简述手机开端口的步骤：

(1) 电脑上安装手机驱动；在手机上，选择设置—高级设置—连接PC—安装驱动。

(2) 完成移动终端和电脑之间的链接操作，首先在手机上拨号*983*87274#，弹出界面后选择rndis+diag+adb+modem，选择安装驱动；在手机设置—更多里面打开USB网络共享。查看电脑设备管理器中“端口(COM和LPT)”一栏中是否有手机端口，如果没有再重复上面步骤。

(3) 成功识别到端口后，在CDS上选择设备-添加设备-UE-Qualcomm UE，然后选择设备-添加设备-Navigator-NMEA GPS。

(4) 根据测试计划完成CDS相关配置，数据业务可以基于LTE Demo视图，语音业务可以基于VoLTE Demo视图。

2.1 基于CDS软件的实验内容设计

CDS是一款用于移动通信LTE网络路测优化的专业级软件，功能强大，如图1所示，在其主界面上，包含事件视图（左上框）、信令视图（左中框）、速率与信号强度折线图（左下框）、系统信息及物理层视图（中上框）、临区信息与HARQ视图（中框）、MCS视图（下框）、DCI格式和CQI统计（右框）和PRB占用情况（左框）。基于CDS软件的上述功能区，有利于学生熟悉移动通信终端产品的底层协议，掌握LTE系统信令流程，例如可以直接开展的典型实验包括：

(1) UE附着实验，学生可以掌握用户终端开机后附着小区建立信令承载的过程。

(2) 系统消息实验，学生能够掌握接收广播到UE接入层和非接入层的公共信息的实现细节。

(3) 专用承载试验，学生能够掌握专用承载的建立、更新、释放流程，以及上下行业务中各种信令和逻辑信道的使用。

(4) 小区切换实验，学生能够掌握切换发生的必要条件，熟悉各种切换类型的具体信令流程。

此外，通过CDS软件，可以基于地图模式，了解到基站和小区的分布情况和扇区的划分情况，有利于学生完成实际LTE路测数据采集与统计分析以及网络优化等更为高级的实验。

图2 CDS基站分布与扇区划分的地图显示

2.4 实验教学系统实施评价

上述实验系统于2019年上半年在我校通信工程专业16级本科生中实施，相比于往年的实验教学情况，学生对于使用CDS软件和手机互联探索4G网络参数和信令流程表现出浓厚的学习兴趣；课堂上对GSM系统的逻辑信道和信令进行讲授后，学生能够通过上述实验方案对LTE网络和4G网络的相关信令和流程自行掌握；学生对于行业认知加深，对网络优化、路测手段以及现网设备的了解更为深入；对于移动通信实验室的扩建，实现周期短、成本低、产出高。

3 结语

本文基于CDS专业软件和移动终端构建4G移动通信实验教学系统，有助于学生深入理解现行4G网络的系统信令流程、无线信号质量测量、网络布局与优化等专业知识，解决学生在校所学与企业所需严重脱节的问题，同时，对于提高移动通信实验室建设的投入产出比具有较高的参考价值。

参考文献:

[1] 胡苏. 移动通信专业课程教学设计与改革[J].教育教学论坛, 2017, (16): 155-156.

[2] 滕君华，金国华，何荣希，毕胜. 让LTE走进移动通信实验课堂[J]. 实验科学与技术, 2016, 14(3): 138-140.

[3] 戴翠琴，冉海霞，鲍宁海. 移动通信课程实验教学改革与平台建设[J].实验技术与管理, 2012(2): 144-147.

[4] 张宝华. 面向岗位需求的《移动通信》教学内容和手段改革探讨[J]．教育教学论坛, 2014, (2): 51-52.

[5] 苏晨. 基于终端测试的LTE 网络设计验证与优化分析[J]. 工程技术(文摘版), 2016(4):245.