低成本的LTE教学实验系统案例

1. 背景

某高校拟搭建一套LTE实践教学系统，用于LTE系统的实验课程教学。系统需提供完整的LTE网络仿真能力，而且要便于进行配置与调整。学校的预算有限，但同时还希望能够让学生分成两组进行实验操作，以提高课程效率。

2. 需求分析

（1） 完整的可配置的LTE系统，包含无线接入和核心网，最好能支持VoLTE；
（2） 需要能运行两套独立系统，以便两组学生能同时进行实验而互不影响；
（3） 测试环境建设成不能太高，因为预算有限。

3. 解决方案

3.1. 方案选择

基于上需求分析，基于SDR技术的LTE系统是目前最合适的解决方案。
（1） 软件定义，频段灵活可配置，支持所有LTE频点，甚至非标准LTE频点也可支持；
（2） FDD和TDD可灵活切换，不需更好任何硬件设备；
（3） 采用通用的PC +USRP板卡的方式，无专用设备，成本可控；
（4） 很关键的一点是，只需增加USRP板卡，即可在一台电脑上新增允许一套独立的LTE系统。

3.2. 方案配置

本方案最终为客户配置的全套系统包括如下内容:

3.3. 方案架构图

本方案的测试组网图示如下：

经过调整配置，在一台笔记本电脑上，运气其两套独立的ENB、EPC，互不干扰。每个ENB配置1个USRP B210 射频前端，两个ENB配置在不同的工作频段，避免同时运行时相互影响。通过采用自定义的USIM卡，可以实现LTE手机上网和VoLTE语音、视频通话。

作为教学系统，该系统可以提供很灵活丰富的教学实践内容：
（1） 提供详细的系统日志，可以查看各个网络层次协议交互过程。如ENB的PHY、RRC等信令；如IMS日志记录了详细的SIP消息过程。
（2） 可以进行几乎所有的无线参数设置，如频点、带宽、PLMN、PCI等等。
（3） 可以进行核心网参数配置，如IMSI、电话号码、IMPU、IMPI等。
（4） 可以进行多个ENB的组网测试。
（5） 同时支持TDD、FDD两种制式。

4. 与传统方案比较

传统方案一般通过通信设备商的网络硬件设备搭建测试环境，各个网元都以硬件形式存在，虽然目前部分核心网网元也开始采用通用服务器，但更多的还是采用专用硬件。体积大、价格高，配置不灵活，教学场景受限。
而采用SDR的LTE系统，首先是成本低，其次是配置灵活度超高，不受硬件条件限制。还有重要一点是小巧，一个笔记本包就拎走了，既可以进行课堂教学演示，也可以在实验室进行实验教学。

5. 小结

采用SDR技术实现的4G LTE基站，因为其具天生灵活可配置、成本低等特点，已经为越来越多的高校、研究机构、通信芯片和终端厂商所重视，并开始引入相关的研究与开发工作中。相信以后会有越来越多的学校采用这样的教学系统进行辅助教学，学生们将有更多的实践学习机会。