劉賓坤，黃超

(大連理工大學(xué)城市學(xué)院 電子與自動(dòng)化學(xué)院，遼寧 大連)

一 引言

改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)通信技術(shù)高速發(fā)展，通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋全國(guó)，通信技術(shù)更是不斷突破創(chuàng)新。從1987 年至今，我國(guó)以蜂窩技術(shù)為基礎(chǔ)的公眾移動(dòng)通信在三十多年間實(shí)現(xiàn)了從1G 買(mǎi)入、2G 跟隨、3G 突破、4G 同步到5G 引領(lǐng)的歷史性跨越[2]。截至2020 年末，全國(guó)移動(dòng)通信基站總數(shù)達(dá)931 萬(wàn)個(gè)。每個(gè)移動(dòng)通信基站都時(shí)刻需要運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行維護(hù)、規(guī)劃和優(yōu)化，因此移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與優(yōu)化作為運(yùn)營(yíng)商的必要工作的一部分，勢(shì)必也需要大量的人才需求?！兑苿?dòng)通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化》是通信類(lèi)專(zhuān)業(yè)的核心專(zhuān)業(yè)課，在人才培養(yǎng)中起著非常重要的作用[3]。

《移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化》課程是一門(mén)理論性和實(shí)踐性都比較強(qiáng)的課程，故本課程即要求學(xué)生掌握無(wú)線(xiàn)傳播理論、天線(xiàn)和饋線(xiàn)基礎(chǔ)知識(shí)、移動(dòng)通信的演進(jìn)、LTE 系統(tǒng)概述及其關(guān)鍵技術(shù)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋估算、基站勘測(cè)、優(yōu)化流程、覆蓋切換問(wèn)題分析與優(yōu)化、容量基礎(chǔ)計(jì)算和RF 優(yōu)化等理論內(nèi)容[4]；又要使學(xué)生能夠采集到關(guān)鍵有效的數(shù)據(jù)信息、完成數(shù)據(jù)分析、建立網(wǎng)絡(luò)模型，準(zhǔn)確地找出網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題，同時(shí)兼顧社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件和當(dāng)前移動(dòng)通信技術(shù)手段，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)調(diào)整和參數(shù)修改等相關(guān)優(yōu)化工作，以確保網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以既經(jīng)濟(jì)又高質(zhì)量的方式運(yùn)行。所以本課程既要求學(xué)生“懂”，又要求學(xué)生會(huì)“做”。因此需要在教學(xué)方式上采用理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，讓學(xué)生的理論知識(shí)在實(shí)踐中得到實(shí)際應(yīng)用，進(jìn)而加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，提高學(xué)生的實(shí)踐能力，這樣才能達(dá)到一個(gè)比較好的教學(xué)效果。

但是在實(shí)踐教學(xué)中，不可能要求學(xué)生像真正的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工程師一樣完成路測(cè)，或修改操作基站參數(shù)，大多都是通過(guò)軟件仿真進(jìn)行替代。雖然通過(guò)軟件仿真進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)有很多好處，但有一定的局限性。而cellular-Z 軟件可以簡(jiǎn)單操作就能測(cè)量到實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的各種網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)參數(shù)數(shù)值，將其應(yīng)用到課程中，對(duì)增加課程的實(shí)踐性是很有必要的。

二 cellular-Z 軟件在課程中的應(yīng)用

通過(guò)cellular-Z 軟件，按照規(guī)定的測(cè)試路線(xiàn)，測(cè)量實(shí)際網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的參數(shù)，然后通過(guò)對(duì)手動(dòng)記錄的數(shù)據(jù)和后臺(tái)自動(dòng)生成的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出實(shí)際網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中存在的問(wèn)題，并根據(jù)理論知識(shí)提出優(yōu)化方法，這樣學(xué)生不僅可以加固已學(xué)習(xí)到的理論知識(shí)，而且還可以在實(shí)踐中得到鍛煉，理解實(shí)際網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中各參數(shù)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(gè)手機(jī)APP 軟件，軟件不僅操作方便，而且還專(zhuān)業(yè)和強(qiáng)大，如圖1 所示。

cellular-Z 軟件主要功能有：

（1）檢測(cè)雙卡手機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)（SIM 卡數(shù)據(jù)、服務(wù)小區(qū)數(shù)據(jù)、服務(wù)小區(qū)信號(hào)強(qiáng)度及鄰小區(qū)數(shù)據(jù)）；

（2）檢測(cè)WIFI 數(shù)據(jù)（已連接設(shè)備數(shù)據(jù)、附近WIFI 列表數(shù)據(jù)、WIFI 信道數(shù)據(jù)和信號(hào)強(qiáng)度）；

（3）檢測(cè)位置數(shù)據(jù)（坐標(biāo)類(lèi)型、定位方式、衛(wèi)星圖和衛(wèi)星列表數(shù)據(jù)），能夠搜索到QZSS、GPS、Glonass、北斗和Galileo 等衛(wèi)星；

（4）檢測(cè)終端設(shè)備數(shù)據(jù)（電池信息數(shù)據(jù)、硬件信息數(shù)據(jù)和系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)）；

（5）地圖& 軌跡測(cè)試（以LTE 為例，可以實(shí)時(shí)測(cè)量出RSSI、RSRP、RSRQ、SINR、TAC、PCI、ECI 和EARFCN 等參數(shù)數(shù)據(jù)）；

（6）速度測(cè)試、室內(nèi)覆蓋測(cè)試（分為手動(dòng)設(shè)置路徑測(cè)試、預(yù)設(shè)路徑測(cè)試和傳感器測(cè)試）；

（7）查詢(xún)NR-ARFCN、EARFCN 和ARFCN 等功能。

根據(jù)實(shí)踐內(nèi)容和課時(shí)的安排，主要將cellular-Z 軟件中的第1、5 和7 點(diǎn)功能應(yīng)用到課程中，其他部分作為拓展。

（二） 課程教學(xué)設(shè)計(jì)改革

為了讓輔助教學(xué)cellular-Z 軟件應(yīng)用在《移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化》的課程中發(fā)揮更好的作用，需要進(jìn)行課程教學(xué)方面的設(shè)計(jì)改革。通過(guò)教學(xué)的設(shè)計(jì)改革，最終目的是讓學(xué)生學(xué)會(huì)如何理論與實(shí)踐相結(jié)合，用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，并在解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中加深對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握。針對(duì)輔助教學(xué)cellular-Z軟件在《移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化》的課程中應(yīng)用的設(shè)計(jì)思路如下所述。

為了使學(xué)生了解終端信息，了解移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中各參數(shù)指標(biāo)的意義，學(xué)會(huì)測(cè)試各參數(shù)數(shù)據(jù)，完成處理，通過(guò)數(shù)據(jù)分析出網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題，根據(jù)相應(yīng)的問(wèn)題提出優(yōu)化對(duì)策。本節(jié)以LTE 為例敘述如何進(jìn)行設(shè)計(jì)課程教學(xué)。通過(guò)讓學(xué)生測(cè)試LTE 網(wǎng)絡(luò)中各參數(shù)數(shù)據(jù)，并完成數(shù)據(jù)處理和分析，來(lái)讓學(xué)生了解LTE 網(wǎng)絡(luò)中各種參數(shù)含義，分析LTE 網(wǎng)絡(luò)中的覆蓋問(wèn)題，提出解決問(wèn)題的對(duì)策。其中重點(diǎn)是讓學(xué)生結(jié)合實(shí)際測(cè)試的數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)并掌握參數(shù)指標(biāo)的含義。

具體設(shè)計(jì)如下：

（1）確定測(cè)試路線(xiàn)。選定測(cè)試地點(diǎn)為校園內(nèi)，在校園的平面圖上確定測(cè)試地點(diǎn)和路線(xiàn)。如圖2 所示，在學(xué)校的平面圖上選定31 個(gè)測(cè)試點(diǎn)，從上課地點(diǎn)『27#實(shí)踐中心（二）』左側(cè)的測(cè)試點(diǎn)開(kāi)始，經(jīng)『25#實(shí)踐中心（一）』向上逆時(shí)針?lè)较?，依次測(cè)試剩余的30個(gè)測(cè)試點(diǎn)，最后返回到『27#實(shí)踐中心（二）』。在測(cè)試點(diǎn)過(guò)程中，cellular-Z 軟件后臺(tái)會(huì)時(shí)刻記錄整個(gè)路線(xiàn)上所有的數(shù)據(jù)。

圖2 測(cè)試地圖

（2）確定數(shù)據(jù)記錄表。數(shù)據(jù)記錄表主要是記錄UE 基本信息和UE 測(cè)試數(shù)據(jù)。如表1 所示，UE 基本信息包括：測(cè)試人員、測(cè)試時(shí)間、坐標(biāo)類(lèi)型、運(yùn)營(yíng)商、經(jīng)緯度、MNC、MCC、IMEI、SIM IMSI、BAND WIDTH 和測(cè)試地點(diǎn)；那么主要的測(cè)試參數(shù)為：TAC、PCI、ECI、RSSI、RSRP、RSRQ、SINR 和EARFCN等。并讓學(xué)生在測(cè)試前熟悉各參數(shù)的含義。

（3）組織測(cè)試。首先，測(cè)試前準(zhǔn)備如下：測(cè)試路線(xiàn)地圖（電子版或紙質(zhì)）、cellular-Z 軟件、數(shù)據(jù)記錄表（A4 紙打?。?、電子表、黑色簽字筆、USB數(shù)據(jù)線(xiàn)和筆記本電腦等。其次，將學(xué)生按照“四人一排”進(jìn)行排隊(duì)，兩人分為一組，一人讀取測(cè)試數(shù)據(jù)，一人記錄數(shù)據(jù)。最后，檢查學(xué)生測(cè)試軟件狀態(tài)是否正常、數(shù)據(jù)記錄表的基本信息是否填寫(xiě)正確等，并按照測(cè)試路線(xiàn)開(kāi)始測(cè)試。

（4）合理設(shè)計(jì)問(wèn)題，開(kāi)啟學(xué)生思維，激發(fā)學(xué)生求知欲。在測(cè)試的過(guò)程中引導(dǎo)學(xué)生自主思考問(wèn)題，或者通過(guò)設(shè)計(jì)問(wèn)題來(lái)讓學(xué)生回答，豐富課堂內(nèi)容，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)積極性。比如，如何讓學(xué)生理解課程中RSSI 和RSRP 這兩個(gè)參數(shù)的含義？可以進(jìn)行如下設(shè)計(jì)：首先，設(shè)計(jì)問(wèn)題，即在實(shí)際測(cè)試中RSSI 的測(cè)試值為什么會(huì)比RSRP 的測(cè)試值大？其次，根據(jù)學(xué)生的不同回答情況，作出不同的相關(guān)提示，提示可以設(shè)計(jì)為隱晦的，也可以為直白的，通過(guò)學(xué)生的思考狀態(tài)做動(dòng)態(tài)調(diào)整；最后，再根據(jù)實(shí)際的測(cè)試值，作出定量計(jì)算，進(jìn)一步加深學(xué)生的理解。

（5）測(cè)試結(jié)束后，整理分析數(shù)據(jù)，提出優(yōu)化對(duì)策；在完成測(cè)試后，將軟件后臺(tái)的數(shù)據(jù)導(dǎo)出，結(jié)合記錄的數(shù)據(jù)，完成對(duì)數(shù)據(jù)的整理、分析，得出校園內(nèi)LTE 網(wǎng)絡(luò)中存在的覆蓋問(wèn)題，并給出優(yōu)化措施，完成報(bào)告的書(shū)寫(xiě)。

通過(guò)對(duì)課程的設(shè)計(jì)改革，使輔助教學(xué)cellular-Z軟件完美應(yīng)用在《移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化》的課程中，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)踐中通過(guò)基本理論知識(shí)來(lái)解決問(wèn)題，提高學(xué)生自主分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，從而提升學(xué)生的綜合素質(zhì)。

三 應(yīng)用cellular-Z 軟件后的課程教學(xué)效果

經(jīng)過(guò)對(duì)應(yīng)用了輔助教學(xué)cellular-Z 軟件的《移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化》課程做精心的改革設(shè)計(jì)之后，在實(shí)際的教學(xué)中得到了非常不錯(cuò)的教學(xué)效果，不僅豐富了課堂內(nèi)容，開(kāi)啟了學(xué)生思維，而且還大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更提升了學(xué)生綜合實(shí)踐的能力。

表1 LTE 路測(cè)數(shù)據(jù)記錄表

（一） 設(shè)計(jì)合理問(wèn)題，開(kāi)啟學(xué)生思維

《移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化》課程是一門(mén)綜合性強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)課程。理論基礎(chǔ)知識(shí)范圍廣，有些不易理解。很多同學(xué)在學(xué)習(xí)中雖然掌握了基礎(chǔ)理論，但不會(huì)舉一反三，活學(xué)活用，遇到老師提出的問(wèn)題不知如何解決。

應(yīng)用軟件輔助教學(xué)后，以cellular-Z軟件為載體，學(xué)生能夠清楚和理解問(wèn)題的背景，拓寬了思維，并改變了固有的思維方式，能夠結(jié)合已學(xué)的理論知識(shí)，輕松地解決老師提出的問(wèn)題。輔助教學(xué)cellular-Z軟件像是捅破了那窗戶(hù)紙的利器，開(kāi)啟了學(xué)生思維大門(mén)，讓學(xué)生能夠輕松地將各單元的知識(shí)轉(zhuǎn)化為解決問(wèn)題的方法。

（二） 理論聯(lián)系實(shí)際，加深理解知識(shí)

作為一門(mén)專(zhuān)業(yè)實(shí)踐性特別強(qiáng)的課程，《移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化》課程大多都是由理論課和實(shí)驗(yàn)課組成。其中許多學(xué)校由于資金不足、場(chǎng)地受限或?qū)I(yè)建設(shè)重視度低的原因，大多像其他課程一樣，理論課課時(shí)比例過(guò)高，過(guò)于注重理論原理與公式的教學(xué)，將授課的重心放在掌握理論知識(shí)的層面，忽視了實(shí)驗(yàn)課程的重要性[5]，即使有的學(xué)校開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)課程，也都是通過(guò)軟件進(jìn)行仿真，老師演示性教學(xué)，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)課中缺乏實(shí)踐性，大大抑制了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，造成了學(xué)生對(duì)知識(shí)一直停留在理論的層次上。

在應(yīng)用軟件輔助教學(xué)后，學(xué)生通過(guò)用cellular-Z軟件可以真正地去測(cè)試校園內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的分析，能夠發(fā)現(xiàn)校園內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題，基于理論知識(shí)提出優(yōu)化對(duì)策。此外在分析數(shù)據(jù)時(shí)，能夠通過(guò)數(shù)據(jù)加深對(duì)理論概念的理解，如在處理LTE 網(wǎng)絡(luò)中RSSI 參數(shù)數(shù)據(jù)時(shí)，能夠通過(guò)折線(xiàn)圖理解什么是快衰落和什么是慢衰落。這樣通過(guò)解決問(wèn)題同時(shí)，加深對(duì)理論知識(shí)的理解，使理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐學(xué)習(xí)形成互補(bǔ)，也使學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣被成功激發(fā)，同時(shí)課堂也會(huì)生動(dòng)有趣。

（三） 精簡(jiǎn)理論授課，注重自主學(xué)習(xí)

許多高校開(kāi)設(shè)的《移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化》課程都存在一些亟需解決的問(wèn)題，最主要的是大多都是基于講授性的單向授課模式，教學(xué)內(nèi)容較偏重于理論，使學(xué)生處于被動(dòng)接受地位[6]。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)是有一些客觀原因造成的，這種客觀原因多數(shù)是受制于傳統(tǒng)的教學(xué)模式影響和學(xué)校資金場(chǎng)地等客觀條件限制，然而對(duì)于《移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化》這樣實(shí)踐性、自主性較強(qiáng)的課程，僅靠理論教學(xué)是不行的，還需要在課程中增加合適的實(shí)踐項(xiàng)目，在具體的實(shí)踐項(xiàng)目中，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，注重培養(yǎng)學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

在應(yīng)用輔助教學(xué)cellular-Z 軟件之后，將節(jié)省出來(lái)的授課時(shí)間和學(xué)生的精力轉(zhuǎn)移到必須完全掌握的知識(shí)以及實(shí)踐測(cè)試上去，大大減輕了學(xué)生的負(fù)擔(dān)和講課的枯燥程度[7]。針對(duì)有些知識(shí)點(diǎn)可以在實(shí)踐操作中進(jìn)行掌握，可以要求學(xué)生在實(shí)踐操作中學(xué)習(xí)，這樣不僅可以提升學(xué)生學(xué)習(xí)的效率，還提升了學(xué)習(xí)的趣味性。所以在課堂上精簡(jiǎn)理論授課時(shí)間，增加學(xué)生更喜歡的實(shí)踐課時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生自主實(shí)踐學(xué)習(xí)，讓學(xué)生得到較多的實(shí)踐鍛煉。

多數(shù)學(xué)生的抽象思維能力都偏弱，更適合于富有形象性的教學(xué)，他們不適應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間大跨度地在理論推導(dǎo)范疇內(nèi)不斷演進(jìn)深化的學(xué)習(xí)形式，而更適合于每一個(gè)獨(dú)立的具象性的學(xué)習(xí)成果的獲得。學(xué)生更喜歡實(shí)踐類(lèi)的課程，不喜歡理論分析的課程。因此，應(yīng)用軟件輔助教學(xué)，在課堂上多給學(xué)生提出問(wèn)題，注重啟發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的思考能力，精簡(jiǎn)理論授課內(nèi)容，多讓學(xué)生去實(shí)踐、思考和討論，以增加學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，提升學(xué)習(xí)興趣。

四 結(jié)語(yǔ)

總之，將cellular-Z 軟件引入《移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化》課堂中，可以有效地將理論知識(shí)學(xué)習(xí)與工程實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，可以讓學(xué)生從枯燥的學(xué)習(xí)中解脫出來(lái)，還可以引導(dǎo)學(xué)生思考，激發(fā)學(xué)生的求知欲，讓學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，使課堂的面貌也煥然一新。特別是在后疫情時(shí)代，許多的實(shí)踐教學(xué)工具不能應(yīng)用在線(xiàn)上教學(xué)中，具有一定的局限性，但cellular-Z 軟件可以經(jīng)過(guò)不同的課程教學(xué)設(shè)計(jì)，能夠輕松應(yīng)用在線(xiàn)上教學(xué)、線(xiàn)下教學(xué)和線(xiàn)上線(xiàn)下混合制教學(xué)中，具有一定的實(shí)用性。此外，還提高學(xué)生的實(shí)踐和動(dòng)手能力，使學(xué)生掌握基本的工程分析、研究、設(shè)計(jì)和管理方法，具有系統(tǒng)工程實(shí)踐的能力，創(chuàng)新源于實(shí)踐，實(shí)踐教學(xué)是提高學(xué)生的綜合素質(zhì)、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神的重要途徑，通過(guò)實(shí)踐能提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造能力，同時(shí)培養(yǎng)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和相互合作的團(tuán)隊(duì)精神[8]。