无线/移动通信理论及系统实验
西安电子科技大学 杜栓义等
讲授现代无线通信系统的基本概念、基本原理、基本分析设计方法和关键技术。包括无线/移动信道的传播特性与建模、为抵抗无线/移动信道带来的信号损伤所必须的物理层关键技术、系统组成和组网技术、频率分配与抗干扰技术,以及无线通信系统的最新技术和发展趋势。掌握现代无线通信的基本概念、初步了解其发展史和发展现状、掌握移动信道的一些基本概念和初步定量分析方法、理解现代无线通信的关键技术、了解重要的无线通信系统。
一、课程的教学目标与任务
本课程是通信工程、信息工程、空间信息与数字技术等专业必修的一门专业基础课。
本课程的教学目标:设置本课程是为了让通信工程专业的学生对无线通信系统,特别是移动通信系统的基本概念、基本理论以及基本的分析设计方法有个比较全面的了解;熟悉无线通信系统的基本组成和原理;初步掌握无线通信系统的关键技术和实现方法。本课程对学生达到如下毕业要求有贡献:
1. 研究:能够基于科学原理并采用科学方法对通信工程专业中信号处理、系统设计、设备制造和运行管理中的复杂工程问题进行研究,包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。
2. 使用现代工具:能够针对通信工程专业中的信号处理、系统设计、设备制造和运行管理中的复杂工程问题,开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具,包括对复杂工程问题的预测与模拟,并能够理解其局限性。
3. 个人和团队:能够在多学科背景下的团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色。
完成本课程后,学生将具备如下能力:
1. 学会和掌握通信系统的一般结构组成、性能指标和技术参数,能够通过调整参数改变系统工作性能,并且能够进行分析;
2. 能够利用现代工具进行预测、模拟、实验、分析、处理及性能评估;
3. 能够在多学科背景下的团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色。
本课程的性质:本课程是一门兼有理论性和工程性的课程。为了便于学生加深对于理论的理解和如何实际应用,在实施过程中理论教学和实践教学并重,强化学生的对无线通信技术的分析和实践能力,理论课32学时,实践课32学时,是每位选课学生必须完成的。
二、课程具体内容及基本要求
本课程以讲授无线通信系统的基本概念、基本原理和基本分析方法为主,重点讲述无线信道的特性和无线信道的建模、信道的处理技术、系统组成和组网技术、频率分配与抗干扰技术,并对无线通信系统的最新技术和发展趋势等方面的内容做出了概要性的介绍,力求充分反映国内外无线通信技术的最新发展。
(一)无线通信系统概述 (4学时)
内容:
无线通信系统的特点、分类和发展,以及典型系统的基本组成、应用环境和基本特点。
1.基本要求:
了解无线通信的发展历史和断代知识,熟悉无线通信的特定和分类,掌握无线通信的基本概念。
2.重点、难点:
重点:典型无线通信系统的基本组成、工作原理和特定
难点:无线信道的时变特性
(二)蜂窝网的基本概念 (4学时)
内容:
频率复用的概念和方法、信道分配策略、过区切换策略、干扰和系统容量之间的关系,并介绍提高系统容量的常用方法。
1.基本要求:
1)掌握蜂窝网的基本概念、同频道小区的位置确定,能够计算相邻同频道之间的距离;
2)熟悉信道分配策略及其特定
3)掌握实现过区切换所需要的各种技术
4)了解蜂窝网各种干扰产生的机理,掌握干扰与系统容量的关系
5)了解提高蜂窝网容量的常用方法
2.重点、难点:
重点:蜂窝网的基本概念和常用技术,干扰和系统容量之间的关系
难点:干扰对系统容量的影响。
(三)大尺度路径损耗 (4学时)
内容:
电波的传播特性和电波的室外传播模型,并对室内传播模型进行简单的介绍。
1.基本要求:
1)掌握自由空间的电波传播损耗和地球等效半径的概念
2)了解电波传播的主要方式及对传播损耗的影响
3)掌握路径损耗模型及实际链路的预算设计
4)熟悉Okumura (奥村)模型的传播损耗计算公式
2.重点、难点:
重点:电波的主要方式及对传播损耗的影响、路径损耗模型及实际链路的预算设计、奥村模型
难点:实际链路预算
(四)小尺度衰落和多径效应 (4学时)
内容:
小尺度衰落和多径效应的产生机理、测量方法和统计模型,并对其主要参数及其含义进行介绍。
1.基本要求:
1)熟悉小尺度衰落的数学表示方法、特点和产生的原因
2)了解常用的小尺度衰落的测量方法
3)熟悉小尺度衰落的常用参数及其计算方法
4)掌握Clarke模型的原理和仿真分析
2.重点、难点:
重点:小尺度衰落产生的特点和机理、小尺度衰落的常用参数及其分类方法、小尺度衰落信道的数学建模
难点:Clarke模型的建模方法
(五)调制技术 (6学时)
内容:
各种调制技术的实现方法及其在移动通信环境下的特性,并对脉冲成形技术和调制信号的几何表示进行简单的介绍。
1.基本要求:
1)了解无线通信对调制解调技术的基本要求
2)掌握脉冲成形技术的基本原理和作用
3)熟悉常用的数字调制技术在无线通信中的特点和使用场合
4)掌握π/4-QPSK、GMSK和QAM的基本原理
5)熟悉扩频调制的原理和特点
6)熟悉并行传输的原理和特点
2.重点、难点:
重点:脉冲成形技术、π/4-QPSK、GMSK、扩频调制和OFDM调制技术
难点:扩频调制和OFDM调制
(六)均衡、分集合并和交织技术 (4学时)
内容:
信道均衡、分集合并和交织技术的作用、基本原理和实现方法
1.基本要求:
1)了解常用的信道处理技术及其工作特点
2)掌握自适应均衡器的常用方法、工作原理和特点
3)掌握分集合并技术的常用方法、工作原理和特点
4)熟悉交织技术的常用方法、工作原理和特点
2.重点、难点:
重点:自适应均衡器和分集合并的工作原理
难点:
自适应均衡器的算法实现及其结构
(七)多址技术 (4学时)
内容:
基本多址技术的概念和特性,对其系统容量进行理论分析,并简单介绍一些常用的随机多址技术。
1.基本要求:
1)了解多址技术的目的意义和常用方法
2)掌握FDMA的基本原理、特点、影响系统容量的主要因素和提高系统容量的方法
3)掌握TDMA的基本原理、特点、影响系统容量的主要因素和提高系统容量的方法
4)掌握CDMA的基本原理、特点、影响系统容量的主要因素和提高系统容量的方法
2.重点、难点:
重点: FDMA、TDMACDMA的基本原理、特点和容量分析
难点:不同多址技术的系统容量分析
(八)无线通信系统的新技术 (2学时)
内容:
主要针对无线通信系统的最新发展,向学生介绍一些新的技术,例如:新型调制解调技术、智能天线技术、多用户信号检测技术、多层网络结构技术等。
基本要求:
根据发展了解无线通信的最新技术
(九) 实践专题讨论(32学时)
内容:
未来无线通信发展及可能的业务类型展望、通信系统有效覆盖面积百分比仿真、过区切换准则对切换性能的影响分析、多径信道建模仿真。
1.基本要求
1)了解无线通信技术的发展现状及发展趋势
2)掌握过区切换准则的实现方法,并能分析其对切换性能的影响
3)掌握对数正态阴影模型的数学建模方法及有效覆盖面积百分比仿真分析方法
4)掌握多径信道的建模方法,并统计其主要的性能参数
2.重点、难点
重点:未来无线通信的发展、信道建模、系统分析
难点:多径信道建模及分析
无线通信原理与应用(第二版),Theodore S. Rappaport著,周文安,付秀花等译,电子工业出版社,2012年.(教材)
移动通信,郭梯云、邬国扬、李建东著,西安电子科技大学出版社,2002年(修订版)
无线通信,Andrea Goldsmith(著),杨鸿文等译,人民邮电出版社,2007年
通信之道-从微积分到5G,杨学志编著,电子工业出版社,2016 年
深入浅出通信原理,陈爱军著,清华大学出版社,2017年
LTE/LTE-Advanced宽带移动通信技术,Erik Dahlman等著,东南大学出版社,2012年