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【国家级】移动通信TD-LTE基站建设虚拟仿真实验项目

学院:光电信息工程学院 专业:电子信息类  试用账号:游客 试用密码:游客

一、虚拟仿真实验的必要性
移动通信系统具有设备价格昂贵、设备及网络工作过程抽象、封闭、不可及等特点,同时,有限的实验设备很难支持多人同时实验,运营商运行的网络也不可能让学生去安装、调试、测试、维护,因此学生在学习中普遍感觉理论性太强、难以理解与掌握,毕业后往往都要经过长时间的企业岗前培训才能胜任相关的工作。为了进一步促进实验教学的信息化和网络化,实施以学生为中心的教学模式的转化,为“互联网+”时代下学生个性化学习和成长提供条件,我校福建省移动通信系统虚拟仿真实验教学示范中心与大唐移动通信设备有限公司、中国电信福建分公司以及中邮科通信技术股份有限公司等企业密切合作,发挥通信与网络工程系专业教师的科研优势,建设开发了具有鲜明行业特色的移动通信tD-LtE系统虚拟仿真实验教学课程,课程包含一系列虚拟仿真实验教学项目,主要有:移动通信TD-LTE系统规划设计、移动通信TD-LTE基站建设、移动通信TD-LTE基站开通、移动通信TD-LTE系统路测以及移动通信TD-LTE系统优化。力求通过虚拟仿真手段使学生通过在线学习的方式掌握移动通信系统从规划、建设到优化的全过程。该实验课程主要用于移动通信系统的实验课程或者通信技术实训课程,面向通信工程、信息工程、电子信息工程、网络工程及相关专业的大三或大四学生,移动通信TD-LTE系统全流程虚拟仿真实验课程结构如图.1所示。


          

二、实验目的

1.认知移动通信系统商用级通信机房、企业级通信设备及相关器材

2.掌握移动通信系统的建设原理与规范

3.掌握主设备BBU安装方法:主设备BBU的安装以及线缆连接走线要求

4.掌握主设备RRU安装方法:主设备RRU的安装以及线缆连接走线要求

5.掌握天线的安装方法:发射天线的安装

6.掌握GPS天线的安装方法: GPS系统的安装以及线缆走线要求

7.掌握防雷箱的安装方法:防雷箱的线缆走线要求

通过实验项目的训练,学生可以了解掌握移动通信TD-LTE的基站的建设过程;掌握企业级商用机房的布局;掌握基站设备的安装方法、安装步骤、安装注意事项,为从事通信系统工程技术、系统维护、网络管理等实际工作建立基础,培养实际工作能力。

通过实验项目的训练,学生可以了解掌握移动通信TD-LTE的基站的建设过程;掌握企业级商用机房的布局;掌握基站设备的安装方法、安装步骤、安装注意事项,为从事通信系统工程技术、系统维护、网络管理等实际工作建立基础,培养实际工作能力。


本实验项目实验学时为3学时。
实验内容一:认识通信设备及器材1学时
实验内容二:学习基站设备的安装规范1 学时
实验内容三:基站设备的选择与安装操作1 学时
一、移动通信系统商用机通信机房的建设原理及主要知识点.
为保证设备能够长期稳定运行,基站机房选址应满足通信网络要求及水文、地质、交通等要求。
1)机房的建设工程应已全部竣工,室内墙壁已充分干燥,门窗闭锁应安全可靠;
2)建议机房的主要通道门高2.0m, 宽1.0m, 以不妨碍设备的搬运为宜,室内净高不低于2.8m;
3)机房要求能容纳设备并留有一定的富余空间,便于操作和维护设备;
4)机房承重符合设计要求,地板的铺设和支撑必须平整、坚固,每平方米水平误差不大于2mm;
5)机房地面、墙面、顶板、预留的工艺孔洞、沟槽均应符合工程设计要求;
6)工艺孔洞通过外墙时,应防止墙外的水浸入室内;
7)沟槽应采取防潮措施,防止槽内湿度过大;
8)所有的暗管、孔洞和地槽盖板间的缝隙应严密,选用材料应能防止变形.和裂缝;
9)机房防雷接地系统已经竣工并验收合格,接地系统应符合工程设计要求;
10)机房电源系统及蓄电池已按照设计要求安装完毕,并符合电源专业的工程规范;
11)机房传输系统已按照设计要求安装完毕,并符合传输专业的工程规范;
12)机房监控系统已按照设计要求安装完毕,并符合监控专业的工程规范;
13)机房空调系统(或通风系统)和消防系统已安装完毕,并能正常使用。室内温度和湿度应符合工程设计要求;
14)机房建筑应符合现行的《邮电建筑防火设计规范》(YD 5002-94) 的有关规定,机房内及其附近严禁存放易燃易爆等危险品;

15)机房选址时,应测试周围的电磁环境,符合Y/DT 1592.2-2007要求,   必要时考虑增加滤波或屏蔽措施;

16)太阳光不宜直射进机房,如果机房有窗户,必须用具备防火性能的不透明建材封闭。
二、移动通信系统的建设原理及主要知识点
1、主设备BBU安装原理
主设备BBU型号为EMB5116 TD-LTE,安装方式有:19英寸标准机柜安装、挂墙安装、室内挂墙机框安装三种方式。安装空间要求在19英寸标准机柜中安装时,BBU机箱推荐安装空间要求如下:
1) 左侧应预留至少25mm通风空间;
2) 右侧应预留至少25mm通风空间;
3)面板前应预留至少 80mm布线空间;
4)当多个 BBU机箱安装在19英寸标准机柜中时,相邻两个BBU之间的上下间距应不小于1U (1U= 44.45 mm)。
安装规范
1)设备安装完成后,应保证水平/垂直倾斜角度误差在+1°以内;
2)机箱安装牢固;
3)板卡槽位正确,并且插接牢固;
4)未安装板卡的空槽位必须安装空面板;
5)机箱各部件无损坏、变形、掉漆等现象。
2、主设备RRU安装原理
安装空间要求
RRU抱杆安装时,推荐安装空间要求如下:
1) RU顶部应预留300mm布线和维护空间;
2) RRU左侧应预留300mm布线和维护空间;
3) RRU右侧应预留300mm布线和维护空间;
4)RRU前部应预留600mm布线和维护空间;
5) RRU底部应预留600mm布线和维护空间。
安装规范

1)沿墙体走线时需要使用走线槽道,走线槽道与防雷箱距离宜不小于100mm,方便维护;
2)直流电源线蓝色接至-48V,红色或黑色接至0V;空开电流容量建议为63A;
3)电源线与配电柜接线端子连接,必须采用铜鼻子与接线端子连接,并且用螺丝加固,接触良好;
4)电源线直径与铜鼻子型号相符,不得剪除部分芯线后用小号铜鼻子压接;
5)线缆导体全部插入铜鼻子尾中,不允许有铜丝漏置于铜鼻子尾孔外;
6)电源线与铜鼻子压接部分应使用热缩套管或缠绕至少两层绝缘胶带进行防护,不得将导线和铜鼻子鼻身裸露于外部;
7) RRU电源线顺序与防雷箱内RRU接线空开--对应;
8) RRU电源线屏蔽层与接地端子接触牢靠;
9)电源线必须采用整段材料,中间不得焊接、转接其它线缆,也不得设置开关、熔丝等可断开器件;
10)电源线应尽量水平和竖直走线,避免交叉走线,布放整齐、美观;拐弯处以圆弧平滑过渡,且保持-致;
11)各电源线禁止捆扎在一起;平行走线时,间距推荐大于100mm; .
12) 连接电源线时,必须确认配电侧开关处于断开状态,同时在配电侧有人值守或有明显提示正在施工标志;
13)进行线缆绑扎固定。
4、天线安装原理
安装空间要求
1)通信局(站)点应尽量避免设置在雷击区,远离空气污染严重、易燃易爆地区,避开有强噪声或强震动的地方,尽量远离变电站和产生较大强度微波与磁场的各种电动电气设备;
2)避雷针、抱杆、走线架、铁塔等都必须采用热漫锌表面处理工艺或其它防腐防锈处理;
3)抱杆基础牢固,必要时斜拉线、角铁支撑或水泥墩加固,抱杆垂直角度要求误差在+1°以内;
4)安装点配备接地排或接地点,防雷接地保护系统应符合行业或国家相关标准;
5)天线覆盖正前方100m 内无高大建筑物遮挡,天线主波瓣无阻挡;

6)所有天线安装位置应该在避雷针保护范围之内;
7)与其他系统基站共站址时,天线间水平和垂直隔离度满足移动网络设计标准中的要求。可参考表1中的隔离度要求。

                                         表1不同天线系统之间隔离度要求天线系统    

安装规范
1)上下两组卡箍,应保证同一组卡箍在同一水平面上,并且与抱杆垂直;每组至少4个卡齿与抱杆接触卡紧;
2)天线顶部卡箍的安装固定位置与抱杆顶部的间距不小于100mm;
3)天线安装牢固,用力震动、摇晃,其相关组件不得出现松动、脱落情况;
4)安装挂件规格、数量完整齐套,螺母、平垫和弹垫安装顺序和位置正确;
5)天线挂高与网络规划设计保持一致;
6)定向天线的方位角、俯仰角与网络规划设计保持一致,误差小于11°;
7)天线外單表面清洁,不能有凹陷变形、磕碰开裂。
5、GPS天线安装原理
安装空间要求
1) GPS天线应安装在较开阔的位置上,保证周围没有高大的遮挡物(如树木,铁塔,楼房等),天线竖直向上的视角大于120*;
2)若周围较近距离有遮挡物,应保证上方90度范围内(至少南向45°)应无建筑物遮挡;
3) GPS 天线宜远离其他发射或接收设备,不要安装在微波天线、高压线下方,避免发射天线的辐射方向对准GPS天线。
安装规范
1)在北半球,GPS天线应尽量安装在安装地点的南边;在南半球,GPS天线应尽量安装在安装地点的北边;
2) GPS天线外罩表面清洁,不能有凹陷变形、磕碰开裂;
3)安装挂件规格、数量完整齐套,螺母、平垫和弹垫安装顺序和位置正确;
4) GPS天线垂直角度误差sI°;
5)两个或多个GPS天线安装时要保持2m以上的间距;
6) GPS天线与周围尺寸大于200mm的金属物距离保持在1.5m以上;
7) GPS天线安装牢固



1. TD-LTE基站安装实验仿真软件
2.8通道智能天线、BBU、多通道RRU、GPS天线、机房机柜、防雷箱
3. NEFF采集板卡、光电转换模块、单通道光传输板卡、多通道光传输板卡、散热板卡、电源板卡、GPS防雷器、光模块
1.辅材
RRU挂件、RRU螺丝、GPS天线挂件、防水胶带
2.线缆
光纤、1/2馈线、超五类网线、主设备直流电源线、板状天线上跳线、板状天线接地、7/8馈线、直流供电电缆、RRU电源、接地线缆、GPS接地、GPS天线同轴电缆、N型线头、光纤头、接地铜鼻子、电源接头
一、教学方法及目的.
本实验项目采用引导式、互动式、探究式的教学方法辅助学生进行移动现网基本情况及基站设备安装的认知学习。教学中可虚实结合,先在实验室里让学生认识通信设备实物,学习通信设备基本工作原理;然后通过虚拟仿真方式构造出一套完整的移动现网商用级通信机房,虛拟机房外景与内景的建设最大程度忠实于移动现网机房,引导学生学习掌握企业商用机房的建设要求、设备布局;接着,通过互动式的教学方式,采用虚拟设备的人机交互操作方法,对企业级通信设备和设备的安装过程开展仿真,以虚拟的技术手段再现设备安装过程的重要环节;设备安装前可通过仿真实验界面学习主要设备的安装规范要求,然后开始交互式操作实验,操作中可以采取探究式的教学方法,让学生在进行机房建设、设备安装之前根据建设规范要求选择合适的设备、辅材、工具,选择错误时给出相应的提示;直至一步步完成主设备安装、室外设备安装、天线安装、GPS天线安装、防雷箱安装,以及设备之间的线缆走线。通过虚拟技术手段,让学生体会到真实的安装过程。
二、实施过程
1.实验系统的设计
本实验项目的系统由课程实验仿真平台和虚拟实验教学管理系统两部分组成。仿真平台采用虚拟技术仿真实验中用到的器材和设备,提供与真实实验相似的实验环境;虚拟实验教学管理系统提供全方位的虚拟实验教学辅助功能,包括:实验前的预习、实验的开课管理、典型实验库的维护、实验教学安排、实验过程的指导、实验结果的批改、实验成绩统计查询等功能,为实验教学环境提供服务并开展应用。
2.实验项目的设计实施

                                                                                                                                                                                     

本项目的设计目标是完整地仿真如何建设和安装一个移动基站站点的过程,涵盖移动通信技术、工程的知识点,将所要教授的知识点。生动准确的传达给学生。同时学生能够动手操作练习所教授的内容。并且加入考核。具体如图3所示:

1)实践准备
将移动基站站点建设的整个过程拆分和细化,并按照顺序演示,搭配相应的本项目的设计目标是完整地仿真如何建设和安装一个移动基站站点的过程,涵盖移动通信技术、工程的知识点,将所要教授的知识点。生动准确的传达给学生。同时学生能够动手操作练习所教授的内容。并且加入考核。具体如图3所示:
2)实践设计与实施
教学内容中,拆分的细节,都可反复自由操作和练习,如有错误应有相应的提示。
3)考核
检验学生的学习成果,在无任何提示的情况下,在该系统内完成一个移动基站站点的建设和开通,对整个操作过程有记录和考点设计机制,通过对记录和考点操作的统计,能够形成分值和报告。
3.实验项目设计
1)设备及辅材认知
将所有系统中涉及的设备、辅材、工具单独建模,分别能够进行360全方位的展示,并搭配文字说明,用于教学,让用户达到认知的效果;所有模型应在该模块的主界面中平铺显示,平铺显示的效果应该是图片加名称,点击某个图片进入该对应模型的具体展示。
2)系统搭建教学演示
该模块是按照顺序演示一个通信机房从无到有的搭建过程,要求首先建立一个空置的机房内景和机房外景模型,在空置机房内景和外景的基础上,依次按照指定顺序,将需求XN-005中建立的设备和相关辅材模型,逐个自动安置在机房内外指定的区域和位置,完成一个通信机房从无到有的搭建,过程中伴随有文字解说。
3)基站安装教学演示
该功能需求,要求按照《移动通信机房建设和设备安装规范》里的BBU、RRU.天线、GPS天线、防雷箱等安装步骤和规范,演示一个基站安装到机柜内、基站安装到室外以及安装天线、安装GPS天线、防雷箱走线等详细步骤,细致到螺丝、线缆的安装和位置要求,完成一个通信基站从无到有的搭建,过程中伴随有文字解说。
4)基站安装实验及考核
在实验安装过程中,可通过学习的安装规范,根据安装要求,选择合适的设备、辅材及工具完成安装,安装错误时出现提示,学生经过思考、理解,正确选择后才能完成后续的安装过程,并提交考核。
三、实施效果
本实验项目弥补了目前移动通信课程中无法实施基站设备安装实验的缺陷,通过3D建模的企业级机房实景,使学生生动而真实地了掌握了企业级机房的布局情况;通过器材库提供的通信设备与辅材,加深对通信设备的认知与掌握;通过学习设备安装规苑以及一步步的模拟安装实验,了解与掌握了建设与开通移动基站站点的过程。不仅使学生加深了理论知识,而且也掌握了企业级的设备安装与实际操作。经过虚拟实验训练的学生具备了更强的工程实践能力和工程实践经验,更能适应企业的工程技术、网络管理、系统维护等工作岗位需求。




二、实验步骤
本实验项目学生操作步骤为34步。
实验内容一:认识通信设备及器材
进入实验界面后,首先点击菜单栏中的“器材”图标,认识基站安装所要的主要设备和辅助器材,如图4所示。系统共提供40种器件模型,学生可以在器材库中选择相应的器件,了解器件的外观与特征。
1、设备库(6个)
8通道智能天线、BBU. GPS天线、机房机柜、多通道RRU.防雷箱
2.辅材库(4个)
RRU挂件、RRU螺丝、GPS天线挂件、防水胶带
3.线缆库(16个)
光纤、1/2馈线、超五类网线、主设备直流电源线、板状天线上跳线、板状天线接地、7/8馈线、直流供电电缆、RRU电源、接地线缆、GPS接地、GPS天线同轴电缆、N型线头、光纤头、接地铜鼻子、电源接头
4、器件库(8个)


                                                                    


点击菜单栏中的“原理”图标,系统自动跳出相关通信设备的规范安装的流程和要求,显示相应设备的安装信息,在安装实验前,学生应先学习相关的原理及规范。如图5所示。

系统提供的安装规范包括: 1.主设备BBU安装规范; 2.主设备RRU安装规范; 3.主设备天线安装规范; 4.主设备GPS安装规范; 5.主设备防雷箱安装规范。
实验内F:基站设备的选择与安装操作.
1.主设备BBU的安装
在机房内景中,根据提示选择相应的设备及器件完成主设备BBU的安装。该实验根据系统的要求,通过6个主要操作步骤完成安装,部分操作截图如图
6-8所示,主要的操作步骤包括:
打开机柜门→装入BBU设备- +将电源板卡装入BBU插槽- +将 NEFF采板卡装入BBU插槽- +将单通道光传输板卡装入BBU插槽-→将 多通道光传输板卡装入BBU插槽- +将散热板装入BBU插槽- +关闭机柜门


2.主设备RRU的安装

在机房外景中,根据提示选择相应的设备及器件完成主设备RRU的安装。该实验根据系统的要求,通过4个主要操作步骤完成安装,部分安装截图如图9所示,主要的操作步骤包括:通过360度展示,熟悉机房外景,安装RRU挂件-+安装多通道RRU设备 - +拧上RRU螺钉- +安装8通道天线

                                                                    

通过3个主要操作步骤完成防雷箱的连接线,如图14所示,包括:安装防雷箱直流电源缆线- +安装RRU电源线- +安装RRU接地电缆


4.对GPS天线安装规范的要求是怎样被满足的?

答:在北半球,GPS天线应尽量安装在安装地点的南边;在南半球,GPS天线应尽量安装在安装地点的北边。GPS天线外罩表面清洁,不能有凹陷变形、磕碰开裂。安装挂件规格、数量完整齐套,螺母、平垫和弹垫安装顺序和位置正确。GPS天线垂直角度误差<1°。两个或多个GPS天线安装时要保持2m以上的间距。GPS天线与周围尺寸大于200mm的金属物距离保持在1.5m以上。GPS
天线安装牢固。

1具有规范安装环境、安装过程、 信号传输、分布的能力。    

2.机柜安装环境及过程。    

3. 安装的误差在+1。

2-10面向学生要求
(1)专业与年级要求
通信工程专业、电子信息工程专业、光电信息科学与工程专业、网络工程专业等3年级或4年级学生
(2)基本知识和能力要求等
学习过电路基础、通信原理、 移动通信、通信网络等专业基础课及专业课,具备移动通信的基本理论知识。

福建师范大学

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