《高熱點場景5G基站選址優(yōu)化設計虛擬仿真實驗》--電子科學與工程學院
5G基站建設是國家新基建領域中的重大戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè),但在5G基站選址優(yōu)化設計實驗教學中存在現(xiàn)實不可及、不可逆、高成本、危險程度高等突出問題。因此,本實驗利用現(xiàn)代信息技術(shù),將國家級科研成果反哺轉(zhuǎn)換成教學資源,基于自主開發(fā)的射線跟蹤算法三維模型實現(xiàn)鼓樓廣場5G基站優(yōu)化設計全過程可視化。本實驗通過構(gòu)建“原理認知”— “綜合訓練”—“自主探索”三層次實驗體系,著力培養(yǎng)學生綜合設計、自主創(chuàng)新能力以及科技報國的思想品格,滿足了5G基站建設人才培養(yǎng)的迫切需要。
本實驗通過自主研發(fā)的射線跟蹤算法,實現(xiàn)了無線電波傳播預測、信道傳播特性參數(shù)提取、電磁波傳播路徑三維可視化以及5G基站選址及優(yōu)化等四大虛擬仿真實驗教學,將5G無線電波傳播理論和真實場景工程實踐有機結(jié)合,實行多元化、系統(tǒng)化、場景化等多種實驗教學方法,通過虛實結(jié)合的教學技術(shù),有助于學生理解電磁波傳播機制等抽象理論,強化學生解決復雜工程問題能力的培養(yǎng),有效提高實驗教學質(zhì)量。具體分為以下幾點:
1. 通過5G基站選址系統(tǒng)的認知學習模塊,幫助學生了解和掌握5G基站的基本組成和原理,提高學生對無線網(wǎng)絡優(yōu)化設計知識點的理解能力。
幫助學生掌握5G基站系統(tǒng)的組成及系統(tǒng)中重要組成部件的結(jié)構(gòu)、工作原理和運行特性,采用虛擬現(xiàn)實的學習方式,幫助學生深入了解各個核心部件如AAU、BBU、電源、蓄電池、監(jiān)控等部件細節(jié)組成、結(jié)構(gòu)形式和工作原理,為系統(tǒng)綜合實驗奠定基礎。
2. 通過5G選址設計的綜合訓練,強化學生解決復雜工程問題能力的培養(yǎng),顯著提高學生對5G選址系統(tǒng)優(yōu)化設計能力。
學生根據(jù)自己的理解設計基站選址系統(tǒng)分布和參數(shù),根據(jù)5G基站選址系統(tǒng)的原則,設計基站位置、高度、間距、數(shù)量等參數(shù),并由軟件進行靜態(tài)評估, 學生根據(jù)評估結(jié)果開展系統(tǒng)性能參數(shù)優(yōu)化設計。軟件評估通過了才能繼續(xù)開展 下一階段的實驗。對設計的5G基站系統(tǒng)進行動態(tài)測試,包括人群密度和覆蓋率兩部分。
3. 通過5G選址設計的探索實驗,培養(yǎng)學生自主創(chuàng)新設計的能力。
在綜合實驗的基礎上,結(jié)合課程教學和相關的5G基站系統(tǒng)的創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教學要求,在虛擬仿真系統(tǒng)中提供給學生開放性設計和測試環(huán)境,結(jié)合探索實驗的要求,學生可自主開展5G基站子系統(tǒng)的設計和鼓樓廣場環(huán)境模型的搭建,結(jié)合控制參數(shù)的優(yōu)化設計,開展探索性和創(chuàng)新性的實驗。
4. 有效解決實物教學成本高、危險性大等難題。
虛擬仿真實驗系統(tǒng)避免學生攀登高層樓宇樓頂,也不會在設置故障時損壞昂貴的基站設備,因此不具有危險性。容易構(gòu)建系統(tǒng),并且系統(tǒng)具有可逆性,有利于學生探索如高熱點場景人群密度、基站位置高度對5G基站選址系統(tǒng)的網(wǎng)絡質(zhì)量及覆蓋影響分析等實驗。虛擬仿真教學實驗系統(tǒng)成本低,因而具有示范性和可推廣性。
本課程實驗主要針對《無線通信網(wǎng)絡規(guī)劃與優(yōu)化》、《天線與電波傳播》兩門課程進行配套實驗。本實驗將整個虛擬實驗內(nèi)容按照能力培養(yǎng)遞進分解為四個子任務(設備與原理學習、無線電波傳播仿真、基站選址優(yōu)化),每個子任務對應相關的知識點模塊,每個模塊就是一個具體的實驗任務,學生完成具體的模塊任務來達到實踐目標。實驗評價過程采用形成性評價的綜合評價方式,包括認知學習環(huán)節(jié)考核、無線電波傳播仿真環(huán)節(jié)考核和5G基站選址優(yōu)化設計等三個評價環(huán)節(jié),每個評估環(huán)節(jié)目標明確。本實驗利用學生自我測試、實驗仿真、自主設計優(yōu)化等多種評價方式檢查學生學習效果,形式多樣,反饋信息量大,基于能力培養(yǎng)的形成性評價可有效用于教學的持續(xù)改進。
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