5G创新科研教学实验室
innovative scientific research teaching laboratory
5G创新实验室整体方案介绍
Introduction to the overall scheme of 5g Innovation Laboratory
当前,全球新一轮科技革命和产业变革蓬勃兴起,互联网的发展环境正在发生深刻变化,从人人互联向万物互联演进,从消费领域向工业领域渗透。工业互联网应运而生,现已成为全球顺应第四次工业革命发展趋势,把握数字化、网络化、智能化发展机遇的共同选择。5G作为新一代移动通信技术,代表了新一代信息通信技术的发展方向和战略制高点,将引发生产方式、生活方式的深刻变革,正在成为全球新一轮科技和产业革命的竞争高地。5G创新实验室整体解决方案基于专用的5G实训设备,培养学生5G创新能力,实现人才培养和教学创新的目标。实验室整体组成方案如图所示。
整个实验室由三部分构成,分别是:5G创新实验课程解决方案、5G创新实验室设备和实验管理平台软件。 其中,5G创新实验课程解决方案包括但不限于5G移动通信系统认知与体验,5G核心网架构,5G基站配置实践,5G终端接入实践以及5G综合创新实验系统等方面的内容,还提供了实验相关的讲义、代码和应用案例; 5G创新实验室设备提供了搭建完整的5G网络所需要的硬件模块;实验管理平台软件提供教学辅助软件和实验软件,配合课程顺利实施。
5G微基站教学设备主要由5G微基站无线网络子系统和5G微基站空地协同移动平台子系统构成,提供了面向智能交通行业应用的无线基础设施,支持高灵活性的网络配置和协议开发,融合无人机与无人车构建的“空中+地面”立体交通网络,可以模拟低空飞行航路监管、重要区域低空入侵检测等场景,实现对低空感知目标的实时监控、跟踪、安全预警等功能,同时可提供低空通信能力,赋能低空经济,保障低空安全。
(1)5G微基站无线网络子系统负责构建一套完整的面向交通领域的无线网络基础设施,可以模拟传统运营商的5G网络,也可以针对交通领域具体场景来二次开发。利用 5G 网络的高速率、低时延、大连接特性,构建智慧交通的 “通信神经网”,实现交通要素(人、车、路、云)的实时互联与数据交互。可以用于车路协同、车与车协同、车与基础设施协同以及车与云端等系统验证。支持智慧交通车路协同5G微基站组网理论及综合实践课程教学,包括5G核心网、接入网功能,共享5G微基站频谱资源,同步优化空口设计与通信协议,实现了通信数据和感知信息的双向融通,通过调整信号调制方式、编码方式以及帧结构等关键系统参数,可实现通信与感知性能的动态联合调优。
(2)5G微基站空地协同移动平台子系统通过无人机(空中)、无人车(地面)等智能终端,构建 “空地一体化” 的动态感知与服务网络,覆盖传统固定设施难以触及的场景。可模拟的典型场景包括典空中交通监测与应急响应、无人机巡查、应急救援、智慧物流与配送、空地协同导航等。支持5G微基站在自主无人集群协同感知、规划及集群控制方面的部署,实现交互通信链路状态估计、通信质量检测、通信异常管控等领域的本科教学及相关科研工作;
5G创新实验课程解决方案
5g innovative experimental course solutions
5G创新实验课程是一门通过让学生亲自体验工程项目开发的全过程,进而培养学生发现问题、勇于创新、团队协作、表达沟通、解决复杂工程问题等的工程综合能力的创新类专业核心课。
本课程着重通过系列理论知识讲座、案例讲解、课堂研讨、上机实验和组网实验,培养学生以小组为单位、运用工程思维来解决实际问题的基本思维方法。因此,本课程不仅需要理解5G移动通信系统设计与实验的相关知识、概念和方法,更注重创新思维的培养、实践能力的锻炼以应用创新能力的提升。
一、课程的性质及目标
以面向应用的高难度系统工程为教学目标
在长周期、充满挑战、充满未知、充满挫折的研发过程中,着力培养学生的耐力、恒心、不畏困难的坚韧毅力。课程设计增加研究性、创新性、综合性内容,加大学生学习投入,让学生体验学习挑战。
5G是我国未来发展的重要科技战略,因此,教学内容必须体现前沿性与时代性,及时将最新学术研究、科技发展前沿成果引入课程,也保证了挑战度的实现。教学方法体现先进性与互动性,大力推进现代科学技术与教学深度融合,积极引导学生进行探究式与个性化学习。
以创新型5G应用场景为目标,突出创新性
以5G专网平台为研究载体,鼓励学生开放性思维
5G移动通信系统本身作为信息高速公路,属于基础架构。因此教学过程必须坚持与应用融合,培养学生开放性思维,鼓励学生将应用构建与基础架构之上。课程内容强调广度和深度,涉及电子、计算机和自动控制多个领域, 可以培养学生深度分析和勇于创新的能力。
课程特色可以归纳为以下几点
具体教学目标可以划分为如下几个层次:
本课程首先通过讲授开发创新项目的相关知识,以及常见问题的解决方法,使学生在先验知识的基础上进行有针对性地学习,完成项目的方案制定和初步设计,然后通过实践锻炼学生在应用中发现问题和解决问题的能力,并在团队的合作中锻炼学生的交流与沟通能力,最后通过结题答辩锻炼学生总结与表达能力。课程中鼓励学生自己设计应用项目,提交方案,由教师团队对方案进行评估和指导并最终完成设计及应用场景演示。
目的和任务
本课程以强化工程实践能力、工程设计能力与工程创新能力为核心,以项目为载体,以小组(3-5人)为单位,着力推动基于问题的学习、基于项目的学习、基于案例的学习等多种研究性学习方法,加强学生在5G技术方面的创新能力训练。学生可选择完成4G/5G移动通信的基础实验、创新实验或科研项目,进而建立全程全网的系统思维,掌握搭建移动通信系统,并且构建真实业务应用场景的能力。通过实验项目,让学生在实际应用中对通信基础理论进行自主学习,通过应用场景的设计和实践来掌握4G/5G移动通信关键技术。在实验内容方面,通过空中接口来实现真实的无线传输,并在实验内容中安排了模块设计、算法设计、系统调优等自主完成项目,充分激发了学生的创新热情。具体教学目标可分解为4点,如表1所示。
课程目标各分解点的内容描述与目标特征
二、课程目标对毕业要求的支撑
四、教学环节与教学方法