北京邮电大学基于5G系统的智慧教育的牛刀小试

赵新宇

摘要：本系统从移动通信技术入手，关注5G技术和智慧教育相结合，进一步贯穿北京邮电大学基于5G系统的智慧教育项目启动、设计、建设、优化的全过程实践，对5G移动通信技术的实现和应用进行了较为深入的研究。对北京邮电大学基于5G系统的智慧教育进行了深入的解析，从系统的设计、建设和优化入手，最后落实到系统的调测和优化，并用于实践，对于整个系统给出了科学的评价。在5G和智慧教育相结合的应用领域做出了一个很好的示范，开创了智慧教育的卓越实践。

关键词：5G宏站;5G室内分布;智慧教育;建设优化

中图分类号：G434 文献标识码：A 文章编号：1672-9129（2020）09-0056-02

1 背景

1.1  5G技术的由来和发展。5G网络是第五代移动通信网络，能为移动终端带来超越光纤的传输速度，赋予万物在线连接的能力。第五代移动通讯技术，将与AI、大数据等结合，渗透到各行各业，5G用户将切实的感受到人与万物“零”时延的智能互联。5G是对移动通信技术的一次革命性的革新。它将解决人们对更高质量生活的需求，解决人与物、物与物的通信，实现无处不在的網络连接，多样化业务应运而生，物联网应用、工业化应用、车联网、远程智慧医疗及互动式多媒体应用等，实现万物互联的智慧城市。

1.2全息教学与智慧教育。全息教学是在传统的教师环境进行多媒体改造，基于全息材料和全息影像，进行虚拟场景与真实场景的叠加，实现远程讲师和现场的实时互动。

随着网络技术、硬件设备的发展和普及，“互联网+教育”正在成为偏远地区解决课程匮乏问题的重要手段，并逐渐衍生出录播教室、直播课堂。目前通过高宽带、低时延的5G网络，也让互联网+全息教学的普及成为可能。由此可见，技术的进步对促进教育资源公平起到了越来越重要的作用。通过5G网络，实现异地直播教学，能够实现跨地域的教学资源分享，也可以实现如同本地般的师生互动，大大的改善了教学资源的区域分布不平衡问题，提高了教学质量。

智慧教育是在传统的教师环境进行多媒体改造，基于全息材料和全息影像，进行虚拟场景与真实场景的叠加，实现远程讲师和现场的实时互动。随着网络技术、硬件设备的发展和普及，“互联网+教育”正在成为偏远地区解决课程匮乏问题的重要手段，并逐渐衍生出录播教室、直播课堂。通过高宽带、低时延的5G网络，也让互联网+全息教学的普及成为可能。由此可见，技术的进步对促进教育资源公平起到了越来越重要的作用。

2 北邮5G+智慧教育实验描述和详细分析

2.1智慧教育技术方案和实现。

直播技术流程如下：

远端课堂架设一台4K摄像机。

上行拍摄端：4k摄像机采集视频流，采编后对素材进行绿幕抠像，经过编码器（专线/5G）传到核心网。

下行接收端：通过（专网/5G）网络接收，信号传至4K解码器解码后，全息投影播放。

在全息视频对话的过程中，5G技术扮演至关重要的角色。正是因为5G有着高带宽、低时延、高可靠性等优秀特性，才让我们全息通话具有可行性。

2.2北邮校区5G宏站建设和优化情况。北京邮电大学校内区域的5G宏站建设最初规划点位有13处点位，经过站址洽谈后选站成功8处。

该项目从6月中旬开工，7月初5G基站基本完工，开通入网。在所有的8个基站全部入网后，我们对整个北邮校区的室外5G覆盖情况进行了系统路测，路测后发现了不少问题，具体问题和调整方法如下：

（1）锚点优化、提升覆盖、SINR。针对北邮精品区域路线4G锚点优化，共进行电子下倾角调整8处，机械下倾角调整5处，方位角调整3处，功率优化4处，CIO优化22处，邻区优化5处。优化前后对比图如下：

详细对比表如表1所示：

（2）NR异常事件优化，确保“0”接入失败和掉话。经过测试发现5G侧处于严重弱覆盖状态，5G现网最低接入电平为-128dBm，主服务小区电平值已接近最低接入电平。需要进行RF优化。

同时发现RLC发生重传很明显上行存在问题，在4/5G侧进行上行底噪跟踪后排除存在上行干扰的因素。但是查看上行相关指标时发现，在这个测试数据中全程上行误码都很高，上行MCS几乎为0;需要优化解决高误码问题。

针对以上情况，我主要采取了两大优化措施：

天选终端

打开权值自适应。

CSI-RS周期（SLOT 80）。

SRS周期10 Slot（天选天线SRS权值测量依赖SRS周期，40ms改成5ms，提升准确度）。

通用设置

修改为SSB宽波束。

TRS功率提升（3dB，提升TRS定时的准确性）。

关闭SRS带宽自适应。

DMRS类型设成TYPE2（降低RE开销）。

在进行了上述优化之后，信号情况得到了根本性的改善，峰值场景性能参数优化，≥1Gbps比例从0%->65.32%，对比图如下：

（3）最终建设和优化结果。通过、锚点优化、NR覆盖干扰优化、峰值场景性能参数优化等手段，使用天选终端测试平均下载速率1.014Gbps。

2.3现场上课表现。2019年7月底，一节形影的思想政治课在北邮的西土城校区和沙河校区同时开讲！这节思政课通过“智慧课堂”的方式，老师绘声绘色的讲解，生动形象的视觉呈现，带领各位同学进行了一场跨越时间的历史与心灵的对话，认真了解社会主义特色思想发展历程，还能充分体会到时代召唤的责任感和共产党人“大道之行 天下为公”的初心，坚定永远跟党走的信心和决心！师生好评如潮，纷纷点赞！

3 5G+智慧教育项目主要成果

这个试验的顺利开展充分利用了5G网络的高带宽、低时延等特性，同远程教育相结合，可以实现可移动性的灵活开课，随需随用。同时，可以支撑4K高清视频传输以及低时延互动的沉浸式双师课堂应用，有效解决传统双师的交互体验问题。

项目展示了利用5G移动网络通过信息化方式助力智慧教育的成果，打造了“智慧教育”新生态，实现了北京邮电大学沙河校区“5G+4K直播”教室与西土城校区“5G+全息”教室的信息双向交互。开启了两校区学生同上一门课的全新授课模式，赋予了师生全新的课堂体验，值得大面积推广。

参考文献：

[1]曾剑秋.5G移动通信技术发展与应用趋势[J].电信工程技术与标准化，2017，30（2）：1-4.

[2]张艳.移动通信网络传输安全性分析E.科技创新与应用，2016（12）：82.

[3]程远丽.5G移动通信发展普及困境与趋势对策[J].科技展望，2015（21）.

[4]陈辛鹏，赵小玉，庞思远.移动通信技术及发展[J].通讯世界，2016（7）：19.

[5]周一青，潘振岗，翟国伟，田霖.第五代移动通信系统5G标准化展望与关键技术研究[J].数据采集与处理，2015（04）.