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无线通信原理与移动网络教案授课教师：钱良 刘涛授课班级：09通信电子信息与电气工程学院二零一三年四月电子信息与电气工程学院教案 第 1次第1章无线通信系统导论 课时安排2授课时间 教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：回顾无线通信系统的发展历史，从农耕时代的烽火狼烟到现代的蜂窝系统，卫星通信以及其它的无线网络。 还要讲述无线通信所面临的必须要战胜的挑战，以实现无线通信所规划的未来发展。介绍当前的无线通信系统标准，包括应急系统与标准。当前的无线系统现状与对于未来发展的巨大不同，暗示无线通信工作者，还有很多的探索工作需要完成。教学内容（包括基本内容、重点、难点）： 1.1 无线通信的历史 1.2 无线通信系统的未来愿景 1.3 无线通信领域的技术关键 1.4 无线通信系统 1.5 无线频谱 1.6 无线通信标准组织1、无线通信系统的历史1) 最初的无线通信通过视距传输的方式传递信息; 2) 电报系统与后来的电话系统; 早期的广播系统传递模拟信号; 3) 二十世纪七十年代，以太网的出现使许多商业公司放弃了无线广播，转而使用有线网络; 4) 迄今为止，最成功的无线网络是蜂窝电话网络; 5) 用于商业领域的卫星通信服务, 是无线通信系统结构的另一个重要组成部分 2、无线通信系统的未来愿景1) 无线网络; 2) 智能管家; 3) 电话会议; 4) 移动电视; 5) 无线传感;6) 无线网络启用分布式控制系统.3、 无线通信领域的技术关键 1) 室内室外环境信道的测量与建模; 2) 低功耗的手持式移动终端设备设计; 3) 减少信道衰落，提高传输质量和频谱利用率的传输方式4) 更好的分配方式来实现有限频谱资源共享，以适应不同的无线网络应用; 5) 路由和移动性管理，支持用户移动接收; 6) 一种将各子网络连接在一起，并连接到有线核心网络的结构; 7) 一个集成化且自适应的协议栈，以实现无线网络扩展到各个层次OSI模型的目的。4、 无线通信系统1)蜂窝电话系统（定义，主要特点，发展趋势，EDGE(GSM增强数据率演进)，HSDPA）; 2) 无绳电话; 3) 无线局域网 (IEEE 802.11, HIPERLAN); 4) 固定无线接入; 5) 寻呼系统; 6)卫星通信网络; 7) 蓝牙; 8) 家庭通信网; 9) 移动Ad hoc网络（移动，多跳无线网络，自组织协议); 10) 超宽带（固有的安全性，高速度，本质上共存）; 11) 无线城域网; 12) 其他无线通信网络与应用.5、 无线频谱资源1)1）频谱分配方法。（大多数国家的政府机构，负责分配和控制使用无线电频谱，美国FCC 的频谱分配用于商业用途，频谱管理办公室（OSM）的频谱分配用于军事;，可以通过拍卖获得频谱。优势：以市场为基础，频谱的利用率高。缺点：限制竞争，延缓投资于基础设施的能力，对终端用户的初始收费较高。免费带：为了鼓励创新和低成本的实现; ITU-T）;2）对现有系统的频谱分配。6、 无线通信标准组织1) IEEE -电气和电子工程师协会2) ETSI-欧洲电信标准化协会 讨论：参考资料1.现代通信技术(2)， 纪越峰 等编著， 北邮出版社2.无线通信与网络，William Stallings 编，清华大学出版社3.无线通信技术布雷克编，科学出版社4.无线移动通信网络，Sami Tabbane 编，电子工业出版社教学过程设计：复习 分钟，授新课 分钟，安排讨论 分钟，布置作业 分钟，其他 分钟授课类型（请打）：理论课 讨论课 实验课 练习课 上机 其他 教学方式（请打）：讲授 讨论 示教 指导 其他教学资源（请打）：多媒体 模型 实物 挂图 音像 其他填表说明：1、各栏目填写内容较多时，可附页；2、教学内容与讨论、思考题、作业部分可合二为一。电子信息与电气工程学院教案 第 2次第2章 路径损耗和阴影效应 课时安排授课时间 教学目的、要求： 介绍接收信号功率由于路径损耗和阴影的变化特点。给出最简单的信号传播模型：自由空间路径损耗。此外，描述射线跟踪传播模型，提出一些简单的参数，这些参数经常用于实际分析。教学内容（包括基本内容、重点、难点）：2.1 无线电波传播2.2 发送与接收信号模型2.3 自由空间衰落2.4 光线追踪 2.5 简化的路径损耗模型2.6 实证路径损耗模型2.7 阴影衰落2.8 结合路径损耗和阴影2.9 路径损耗和阴影情况下的中断通信概率2.10小区覆盖1、 无线电波传播A: 概念-大规模的传播效应或当地平均衰减;路径损耗和阴影效应;小规模传播效应，多径衰落。都导致接收信号的功率随距离的变化呈现出多样性变化，光线追踪模型，简化的路径损耗模型，实证路径损耗模型，组合路径损耗和阴影;统计模型的多径信道模型，窄带衰落模型;宽带衰落模型;MIMO信道模型单向传播模型，双向传播模型B: 举例; C: 研究话题-室内室外环境信道的测量与建模; 消除信道损耗，提高接收质量和频谱利用率的技术方法2、 发送与接收信号模型A: 最优 CSI-信道容量, 中断概率, 误码性能 B: 非最优CSI (信道估计)-资源分配, 信道容量, 中断概率, 误码性能. C: 相关研究话题-根据给定的分集组合技术，与是否为最完善CSI进行接收SNR的分配;多天线系统中的信道自相关性研究; 信道参数对信道容量和其他性能的影响; 为了使信道容量最大化，信息符号与训练符号序列的最佳分配方案.电波在不同性质的介质交界处，会有一部分发生反射，一部分通过。如果平面波入射到理想电介质的表面，则一部分能量进入第二个介质中，一部分能量反射回第一介质，无能量损耗。反射波和传输波的电场强度取决于菲涅尔反射系数。反射系数为材料的函数，并与极性、入射角和频率有关。一边来说，电磁波为极化波即在空间相互垂直的方向上同时存在电厂成分。极化波在数学上可以表示为两个空间相互垂直的成分的和，例如水平和垂直，左手环和右手环计划成分等。对于一定的极性，可以通过叠加计算反射场。地面反射双线模型在移动无线信道中，基站和移动台之间的单一直接路径很少是传播的唯一物理方式，因此单独使用自由空间传播模型，在多数情况下是不准确的。图2.3所示的双线地面反射模型是基于几何光学的非常有用的传播模型，不仅考虑了直接路径，而且考虑了发射机和接收机之间的地面反射路径。该模型在预测几千范围大尺度信号强度时是非常准确的，同时对城区视距内的微蜂窝环境也是非常准确的。图2.3 双线地面模型在大多数移动通信系统中，最大的T-R距离最多为几千米，这样地球可假设为屏幕。总得接收电场为直接视距成分和地面反射成分的合成结果。参考上图，E0为距离发射机d0处的电场，对于dd0,自由空间电场为两个波传播到达接收机，直射波：地面反射的电场为： 绕射绕射使得无线信号绕地球曲线表面传播，能够传播到阻挡提后面。尽管接收机移动到阻挡提的阴影区时，接收场强衰减非常迅速，但绕射场依然存在并常常具有足够的强度。绕射现象可由Huygens原理解释，它说明波前上的所有点可作为产生次级波的电源，这些次级波组合起来形成传播方向上新的波前。绕射由次级波的传播进入阴影区而形成。阴影区绕射波场强为围绕阻挡物所有次级波的矢量和。发射机和接收机之间的情况见图2.4,具有无线宽度，有效高度为h的阻挡物放在距发射机d1处，距接收机d2处。很明显，波从发射机经阻挡屏的顶端到接收机传播的距离比直接视距传播距离要长。假设h，则直射和绕射路径差，称为附加路径长度。相应的相位差：当角度x很小的时候，可以近似：图2.4绕射模型由上述公式课件，直接视距路径和绕射路径的相位差，为阻挡物高度和位置的函数，也是发射机和接收机位置的函数。作为路径差函数的绕射损耗可用菲涅尔区解释。菲涅尔区表示从发射机到接收机次级路径长度比总的视距路径长度大n/2的连续区域。在移动通信系统中，对次级波的阻挡产生了绕射损耗，即仅有一部分能量能绕过阻挡体。即一些菲涅尔区发出的次级波被阻挡，根据阻挡体的几何特征，接受能量为非阻挡菲涅尔区所贡献能量的矢量和。图2.5 同心圆定义了连续菲涅尔区的边界参见图2.5，障碍物阻挡传播路径，在发射机和接收机之间的附加路径延迟为半波长的整数倍的所有点构成一族椭球，椭球代表菲涅尔区。注意菲涅尔区是以发射机和接收机为焦点的椭球。图中显示了不同刃形绕射的情况。一般来说当阻挡体不阻挡第一菲涅尔区，则绕射损失最小，绕射影响可忽略不计。事实上，根据经验用于视距微博链路设计只要55%的第一菲涅尔区保持无阻挡，其他菲涅尔区的情况基本不影响绕射损耗。图2.6 作为菲涅尔绕射参数v函数的刃形绕射增益散射实际移动无线环境中，接收信号比单独绕射和反射模型预测的要强。这是因为当电波遇到粗糙表面时，反射能量由于散射而散布于所有方向。像灯柱和树这样的物体在所有的方向上散射能量，这就给接收机提供了额外的能量。远大于波长的平滑表面可建模成反射面。表面的粗糙程度经常产生不同的传播效果。使用瑞利原则测试表面粗糙程度，其中定义了给定入射角的表面平整度的参考高度h为如果平面上最大的突起高度h小于这个值，就认为表面是光滑的，反之则认为是粗糙的。对于粗糙表面，反射系数需乘以一个散射损耗系数，以代表减弱的反射场。 雷达有效截面模型当较大的，远距离的物体引起散射时，该物体的位置对准确预测散射信号强度时非常有用的。散射体的雷达有效截面积(RCS)定义为在接收机方向上散射信号的功率密度与入射波功率密度的比值。可用绕射集合理论和物理光学分析散射场强。对城区移动无线系统，基于双静态雷达公式的模型可用于计算远地散射的接收场强。双静态雷达公式模型描述了波在自由空间中遇到较远散射物体时的传播情况。在接收方向上的在再反射为：其中和为散射物体分别到发射机和接收机的距离。在上公式中，散射物体假设在发射机和接收机的远场出。变量RCS单位为dBm2，可由散射体表面面积近似得到。对数距离损耗模型基于理论和测试的传播模型指出，无论室内或室外信道，平均接收信号功率随距离的对数衰减。这种模型已被广泛地使用。对任意T-R距离，平均大尺度路径损耗表示为：或 其中，n为路径损耗指数，表明路径损耗随距离增长的速率；d0为近地参考距离，由测试决定。D为T-R距离。选择自由空间的参考距离是非常重要的，在宏蜂窝系统中，经常使用1km的参考距离。而在微蜂窝系统中使用较小的距离（如100m或1m）。参考距离应永远在天线的远场处。以避免远近效应对参考路径损耗的影响。由公式给出的自由空间路径损耗共识或通过测试给出参考路径损耗。表2.1列出不用无线环境下，路径损耗指数。表2.1 不同环境下路径损耗指数室外传播模型在无线通信系统中，电波传播经常在不规则地区。在估计路径损耗时，要考虑特定地区的地形地貌。地形从简单的曲线形状地形到多山区地形。同时也要考虑树木、建筑物和其他阻挡物等、大量的传播模型可用来预测不规则地区的路径损耗。所有这些模型目标是预测待定点或区域的信号场强，但在途径、复杂性和精确性方面差异很大。大部分模型基于服务区测试数据。下面讨论一些最通用的室外传播模型。Longley-Rice模型Longley-Rice模型应用于频率范围为40MHz到100GHz，不同种类的地形中点对点的通信系统。使用地形地貌的路径几何学和对流层的绕射星，预测中值传输损耗。几何光学用于预测无线电地平线以内的信号强度。通过孤立阻挡体的绕射损耗，使用刃形模型进行估计。前向散射理论用于长距离对流散射预测，并使用改进的方法预测地平线路径的远地绕射损耗。Okumura模型Okumura模型为预测城区信号时使用最广泛的模型。应用频率在150MHz到1920MHz之间，距离为1km到100km之间，天线高度在30m到1000m之间。Okumura开发了一套在准平滑城区，基站有效天线高度为200m，移动天线高度为3m的自由空间中值损耗曲线。基站和移动体均使用垂直全方向天线，从测量结果得到这些曲线，并画成频率从100MHz到1920MHz的曲线和距离从1km到100Km的曲线。使用Okumura模型确定路径损耗，首先确定自由空间路径损耗，然后从曲线中读出A(f,d)的值，并加入地物类型的修正因子。模型可表示为： 讨论：教学过程设计：复习 分钟，授新课 分钟，安排讨论 分钟，布置作业 分钟，其他 分钟授课类型（请打）：理论课 讨论课 实验课 练习课 上机 其他 教学方式（请打）：讲授 讨论 示教 指导 其他教学资源（请打）：多媒体 模型 实物 挂图 音像 其他填表说明：1、各栏目填写内容较多时，可附页；2、教学内容与讨论、思考题、作业部分可合二为一。电子信息与电气工程学院教案 第 3次第3章 自适应调制 课时安排授课时间 教学目的、要求无线数据传输的高速性要求有较好的鲁棒性和较高的频谱利用率。当信道可以被估计，而且估计结果可以被反馈回发射机的时候，发射机可以根据信道特征自适应地调整发送方式。大多数的调制和编码方式并不能够适应衰落信道，不可自适应调整的方法需要有一个相对稳定的链路来保持数据传输的性能即使在恶劣的信道环境中仍可被用户接受。故而这些系统考虑了最为恶劣的情况，但这样并不是所有的时候都是最优化的。根据信道衰落情况自适应调整发射方式，使得信道传输更为高效。 教学内容（包括基本内容、重点、难点）：3.1 概述3.2 系统模型3.3 自适应调变和编码原则3.4 可变码率 可变功率的M_QAM3.5 混合式自动重传(HARQ)准则3.6 三种不同类型的 HARQ 3.7 RCPC 和 CPC码 3.8 研究热点3.9 HARQ 的跨层设计3.10 跨层AMC-HARQ 系统3.11 AMC-HARQ 在MIMO系统中的应用1、概述 1) 自适应是什么?2) 为何要采用自适应方式? 非自适应: 考虑最差的信道情况, 在多数情况下非最优l.自适应: 提高平均容量， 减小需要的发送功率, 高效利用信道. 3) 如何实现自适应?较好的信道情况: 高码率，低功率信道质量下降:降码率，增功率4) 由 J. F. Hayes 在 1968年首次提出5) 已经用于蜂窝网: GSM,EDGE,GPRS,cdma2000,WCDMA 等6)自适应传输的核心理念: 根据反馈回的信道估计结果自适应调整发送信号的模式 7) 目的:保持低误码率(传输质量); 高效利用信道8) 实际限制: 信道估计; 反馈时延; 硬件限制 2、系统模型加性高斯白噪声下的信道容量，可调整的传输参数: 数据率(星座图大小); 码率; 差错率; 发送功率; 或以上参数的结合3、自适应调制准则:1) 可变数据率技术与举例: EDGE的调制方案; EDGE 的链路容量 2) 可变编码技术: 传输比特添加不同的信道编码来获得不同的信道增益; 限制; 实行. 3) 多差错率: 调整瞬时误码率，使其满足平均误码率的约束. 4) 信息论基础 - AWGN信道容量; 平坦衰落的信道容量; 衰落信道下的信道容量与功率控制; 最佳功率调整; 线性调制技术带宽效率高，所以非常适合用于在有限频带内要求容纳越来越多用户的无线通信系统。在线性调制方案中，传播信号可以表示为： 线性调制方案有很好的频谱效率，但传输中必须使用功率效率低的射频放大器，用功率效率高的非线性放大器会导致已滤除的边瓣再生，造成严重的相邻信道干扰，使线性调制得到的频谱效率全部丢失。然而，已经有好方法来克服这些困难。最普遍的线性调制技术包括QPSK,OQPSK，和/4QPSK 1.二进制相移键控(BPSK) 在二进制相移键控(BPSK)中，幅度恒定的载波信号随两个代表二进制1和0的信号m1和m2的改变而在两个不同的相位间调变。通常这两个相位差180，如果正弦载波的幅度为A，每比特能量，则传输的BPSK信号为出于方便，经常将m1和m2一般化为二进制数据信号，它呈现两种可能的脉冲波形中的一种。这样传输信号可表示为： BPSK的频谱和带宽 BPSK信号使用双极性基带数据波形m(t)，并可表示为复包络的形式： 射频上的BPSK信号的PSD为： 矩形和升余弦滚降脉冲成形的BPSK信号的PSD，如图3.9所示。由图可见零点-零点带宽时比特速率的两倍。还有，对于矩形脉冲BPSK信号能量的90%在大约1.6R的带宽内。而对于=0.5的升余弦滤波器，所有能量在1.5R的带宽内。图3.9 BPSK的功率谱密度BPSK接收机如果没有信道引入的多径损耗，接收的BPSK信号可以表示为：BPSK使用相关，或者叫做同步的解调方法，这要求在接收机端知道载波的相位和频率信息。如果和BPSK信号同时传输一个低幅值的载波导频信号，在接收机端使用锁相环(PLL)就能恢复出载波的相位和频率。如果没有传输载波导频信号，可以用Costas环或者平方环从接收到的BPSK信号中，恢复同步载波的相位和频率。图3.10给出了载波恢复电路的BPSK接收机框图。图3.10 带载波恢复电路的BPSK接收机接收机信号cos(2ft+)平方后，产生一个直流信号和一个幅度变化的两倍载波频率正弦信号。直流信号用中心频率为2f的带通滤波器滤除。然后用一个分频器还原出波形。在分频器后乘法器的输出为： 这个信号输入到BPSK检波器中构成低通滤波器部分的积分和清空电路。如果发射机和接收机的脉冲波形匹配，检波器将达到最佳效果。为便于积分器的输出在每个比特走起末尾精确得抽样，使用了一个比特同步器。在每个比特周期的末尾，积分器输出端的开关闭合，将输出信号送到判决电路。判决电路根据积分器的输出是高于还是低于一个特定的门限值来决定接收信号对应于二进制1或0。门限值设置在一个使差错概率最小的最佳值。如果1和0等概率的传输，则采用检波器输出二进制1和0的电压的中值作为最佳门限值。 差分相移键控(DPSK) 差分PSK是相移键控的非相干形式，它不需要接收机端有相干参考信号。非相干接收机容易制造而且便宜，因此在无线通信系统中广泛使用。在DPSK系统中，输入的二进制序列先差分编码，然后再用BPSK调制器调制。差分编码后的序列d是通过对m于d进行模2和运算，由属于的二进制序列产生。 DPSK发射机的框图如图3.11所示，它包括一个比特延迟单元和一个为了从输入二进制序列产生差分编码序列的逻辑电路。其输出通过一个乘法器得到DPSK信号。在接收机端，通过相应的处理过程，从解调的差分编码信号中恢复原始信号。如图3.12所示。图3.11 DPSK发射机图3.12 DPSK接收机框图 四相相移键控(QPSK) 由于在一个条支付好中传输两个比特，四相相移键控比BPSK的带宽效率高两倍。载波的相位为四个间隔相等的值，每一个相位值对应于唯一的一对消息比特。这个符号状态集的QPSK信号可定义为： 图3.13 两种QPSK星座图从QPKS的星座图可以看到，星座中相邻点的距离为因为每个符号对应于两个比特，所以，这样可以得到在加性高斯白噪声信道的平均比特差错概率： 这个结果表明，QPSK的比特差错概率与BPSK相等，但在同样的带宽内传输了两倍的数据。 QPSK信号的频谱和带宽 QPSK信号的功率谱密度可用于BPSK类似的方法得到。用比特周期T代替符号周期，因此，当用矩形脉冲时，QPSK信号可以表示为：QPSK信号当用矩形和升余弦滤波脉冲时的PSD如图3.14所示。零点-零点射频带宽等于比特率，是BPSK信号的一半。图3.14 QPSK信号的功率谱密度QPSK的发送和检测技术图3.15给出了典型的QPSK发射机框图。单极性二进制消息流比特率为R,首先用一个单极性-双极性转换器将它转换为双极性非归零序列。然后比特率m(t)分为两个比特流，每个比特流的比特率为R/2,。两个二进制序列分别用两个正交的载波调制。两个已调信号每一个都可以看作是一个BPSK信号，对它们求和产生一个QPSK信号。解调器输出端的滤波器将QPSK信号的功率限制在分配的带宽内。这样可以防止信号能量泄漏到相邻的信道，还能去除在调制过程中产生的带外杂散信号。在绝大多数实现方式中，脉冲成形在基带进行，从而在发射机的输出端提供适当的射频滤波。图3.15 QPSK发射机框图图3.16给出了相干QPSK的框图。前置带通滤波器可去除带外噪声和相邻信道的干扰。滤波后的输出端分为两个部分，分别用同相和正交载波进行解调。解调用的相干载波用载波恢复电路从接收信号中恢复。解调器的输出提供一个判决电路，产生同相和正交二进制流。着两个部分复用后，再生成原始二进制序列。图3.16 QPSK接收机框图Pi/4QPSK/4相移QPSK调制是一种正交相移键控技术，从最大相位跳变来看，它是OQPSK和QOSK的折衷。它可以相干解调，也可以非相干解调。最大相位变化是135，而QPSK是180，OQPSK是90。因此，带限/4QPSK信号比QPSK信号有更好的恒包络性质，但是对包络的变化比OQPSK敏感。它可以非相干解调，这使接收机的设计大大简化。图3.17 pi/4QPSK星座图 恒包络调制许多实际的移动无线通信系统都使用非线性调制方法，这时不管调制信号如何改变，载波的幅度都是恒定的。恒包络调制具有可以满足多种应用环境的优点。其中：可以使用功率效率高的C类放大器，而不会使发送信号占用的频谱增大带外辐射低可用限幅器-鉴频器检测，从而简化接收机的设计，并能很好地抵抗随机噪声和由瑞利衰落引起的信号波动恒包络调制有许多优点，但它们占用的带宽比线性调制大。二进制频移键控(BFSK) 一个显而易见的产生FSK信号的方法是，依照数据比特是0还是1，在两个独立的振荡器中切换。通常，这种方法产生的波形在切换时是布里阿奴的，因此这种信号称为不连续FSK信号。不连续的FSK信号表达式为： 更常用的产生FSK信号的方法是，使用信号波形对单一载波振荡器进行频率调制。这种调制方法类似于FM信号，只是调制信号m(t)为二进制波形。因此，FSK可表示如下： BFSK信号的频谱和带宽 由于FSK信号的复包络是调制信号的非线性函数，确定一个FSK信号的频谱通常是相当困难的，经常采用实时平均测量的方法。 二进制FSK信号的相干检测 图3.19为二进制FSK信号相干解调的框图。图示接收机是在加性高斯白噪声存在的情况下进行最佳检波器。它由两个相干器构成，提供本地相干解调信号。相干输出的差值与阈值比较器进行比较，如果差值信号大于阈值，接收机判决为1，否则为0.图3.19 FSK信号的相干检测 3、可变码率、可变功率的M_QAM:1) 重点: 实用的自适应调制方法, 与理论容量相关的频率效率.2) 方法设计;3) VRVP MQAM准则 ; 4) VRVP MQAM准则-星座图限制.5) AMC与LDPC 码结合 5、混合自动重传(HARQ)1) FEC(前向纠错控制) + ARQ(自动重传请求) = HARQ(混合自动重传)2) FEC: 纠错码 (信道编码: 卷积码, turbo码, 低密度线性分组码 (LDPC), 空时编码), 高效性 ARQ: 检错码 (CRC (循环冗余校验),奇偶校验), 高可靠性3) HARQ: 使用纠错码纠正信道噪声引起的误码，使用检错码校验信息是否被正确解码, 发生错误时要求重传.4) HARQ帧结构. 6、三种不同类型的:1) HARQ 型2) HARQ II型 3) HARQ III型7、RCPC 和 CPC码 RCPC码（码率可兼容凿孔卷积码）举例; CPC码举例.8、研究热点:1.通过编码设计和混合ARQ提高turbo码性能 2.可靠性-以应用卷积码的HARQ为基础 3.使用turbo码和LDPC码的混合自动重传请求方案设计 4.凿孔位置的性能-无线信道中时间编码以及应用 5.无线扩频分组数据网络中用于重传协议设计的分组结合和自适应擦除处理6. 可靠性-基于HARQ和码率可兼容凿孔卷积码9、HARQ 的跨层设计:1) 目的: 将物理层的自适应调制编码(AMC)和数据链路层的混合自动重传(HARQ)结合起来2) Qos: 根据在规定的时间延迟和在数据链路层的数据包错误率，确定AMC范围3) AMC: 使用802.11和HiperLAN/ 2 中定义的AMC.4) HARQ: 使用HARQ型和 HARQ II型5) 跨层帧结构设计6) 跨层使用HARQ型的结果与上述结果的分析.10、 跨层AMC-HARQ 系统:1) 系统模型2) AMC-HARQ准则- QoS约束3) AMC物理层设计4) 基于LDPC码的AMC-HARQ11、 AMC-HARQ 在MIMO系统中的应用:1) 系统模型2) MIMO中AMC-HARQ的准则3) 不同u下平均SNR与频谱效率的结果 参考资料（含参考书、文献等）：教学过程设计：复习 分钟，授新课 分钟，安排讨论 分钟，布置作业 分钟，其他 分钟授课类型（请打）：理论课 讨论课 实验课 练习课 上机 其他 教学方式（请打）：讲授 讨论 示教 指导 其他电子信息与电气工程学院教案 第 4次第4章 多天线系统 课时安排2授课时间10/09发射机与/或接收机的的多天线设计可以提高系统性能(多输入多输出系统)或者降低ISI和来自其他用户的干扰(智能天线). 本章我们将讨论以上两种技术以及它们分别带来的性能提升。I教学内容（包括基本内容、重点、难点）：4.1 多输入多输出(MIMO)系统4.2 空时编码4.3 智能天线4.4 多智能天线系统研究4.5 MIMO测试床简介1、多输入多输出(MIMO)系统1) MIMO系统介绍:什么是MIMO? 为什么要研究MIMO?2) 窄带多天线系统模型3) 发送预编码和接收成形: 预编码概念, 成形公式4) MIMO信道下的并行分解: 理论分析和推论5) MIMO信道容量: 注水法功率分配 6) 波束成形: 为什么要采用波束成形? MIMO信道下的波束成形技术，波束成形准则 2、 空时编码:1) 空时编码概念:仅仅针对MIMO系统的编码与调制 2) 主要的空时编码: 空时分组码 (STBC). 空时网格码 (STTC) 分层空时码(LST).3)空时编码举例: Alamout空时分组码3、智能天线:1) 时间空间上天线阵列与信号处理的结合.2) 使用定向天线消除来自其他信道和多径的干扰.3) 优势:范围延伸,容量提升,更高的数据率和更好的误码性能.4) 智能天线结构.5) 不同的智能天线: 波束切换天线, 自适应天线阵列4、多智能天线系统研究:1) MIMO系统中的空时编码研究2) 正交频分复用(OFDM) 与多入多出(MIMO) 3) MIMO系统中的盲信号处理4) 智能天线5、 MIMO测试床简介： 多天线系统的算法多数由计算机进行数值仿真验证,与实际信道相比忽略了很多因素影响(例如：硬件的非线性失真，同步误差)故而需要一个可以模拟实际新到环境的接口来验证多天线系统算法.1) 现有测试床：MIMO WCDMA用于3G电话传输 (Lucent Technologies); MIMO OFDM 用于4G传输测试 ( ETRI, Korea); 利用Sundance组件和Atmel射频组件建立一个MIMO测试平台 ( University of Duisburg, Germany). 这些测试床价格昂贵, 用于全新提出的研究思路或协议标准,当今多数测试设备用于研究领域 有些平台重点研究离线方式2) 非实时测试概念: 讨论：参考资料（含参考书、文献等）：教学过程设计：复习 分钟，授新课 分钟，安排讨论 分钟，布置作业 分钟，其他 分钟授课类型（请打）：理论课 讨论课 实验课 练习课 上机 其他 教学方式（请打）：讲授 讨论 示教 指导 其他教学资源（请打）：多媒体 模型 实物 挂图 音像 其他填表说明：1、各栏目填写内容较多时，可附页；2、教学内容与讨论、思考题、作业部分可合二为一。电子信息与电气工程学院教案 第 5次第5章 多载波调制 课时安排授课时间多载波调制的基本思想是将发送的比特流划分成许多不同的子数据流，并且在许多不同的子信道上发送这些数据流。通常情况下，子传输信道如果非正交将存在频谱扩散现象，所以多载波调制采用正交频分复用（OFDM）的方式。每个子信道上的数据速率远远小于总数据率，子信道的带宽也远远小于相干带宽。子数据流数目的选择是为了保证子信道带宽都小于相干带宽这样子信道经历的衰落可以看为平坦衰落，码间干扰减小。此外，添加CP可以完全消除码间干扰。在OFDM中的子信道不必是连续的，所以并不需要一个大的连续的频谱块。5.1 多载波数据传输 1、多载波数据传输:1) 背景:未来的无线通信系统需要在任何时候任何地点提供可靠的高数据率传输服务。这一趋势推动了宽带无线通信系统的研究和开发以支持高速和高品质的移动终端之间的信息交换。多载波调制可以显着地简化了信道均衡要求，被应用于越来越多的领域。2) 基本思路: 子信道的数据里远远小于总的传输数据率，而且每个信道的带宽也远远小于总的传输带宽。由于子数据流的数目选择保证了子信道带宽小于相干带宽，子信道经历的衰落可以看为平坦衰落，码间干扰较小.3) 单载波vs.多载波: 对于移动接收应用,单载波均衡与多载波信道编码、频域交织、最大后验概率解码后的性能近乎一致。自适应分配可以进一步提升多载波调制性能. 但是多载波存在着其它方面的问题, 最重要的是对频偏和时间偏差的敏感性, 这两项将影响信道的正交性。此外，与单载波系统相比，多载波系统需要更高的峰均功率比,功放的非线性失真将严重制约性能。4)举例: 最简单的多载波调制就是将传输比特分配到几个相互正交的子信道上进行传输。子数据流的选择使得符号时间远远大于传输时延（频域上表现为带宽小于相干带宽）. 这样的措施确保了较小的码间干扰。5)用途: 有线通信系统中多载波调制往往指ASDL规定的DMT方式。在无线通信系统中，多载波调制指的是OFDM.OFDM已经被多种无线传输标准选择作为物理层设计方案，如DAB,DVB-T以及 IEEE 802.11a&g and HIPERLAN/2选择OFDM来满足无线局域网的高速数据传输。2、子信道重叠的多载波调制:1)通过子载波的重叠可以提高频谱利用率。子载波必须是正交的，以便于接收机分离。 3、正交频分复用 :1)背景: 多个无线通信标准选择了正交频分复用来提供更高的数据率，同时保证一定的鲁棒性。这一领域有许多工作已经展开。2)OFDM历史: 20世纪60年代中期被提出，使用并行数据传输，FDM和子信道重叠.当时被用于军事系统比如： KINEPLEX, ANDEFT ， KATHRYN.20世纪80年代，OFDM在高速模式，数字通信领域的应用被研究。20世纪90年代，OFDM用于宽带数据传输业务，如xDSL, DVB, HDTV. 3)基本思想:OFDM是多载波调制的特例, 在这种方式下一个数据流被多个数据率较低的子信道传输。值得一提的是它可以用一种或多种调制方式，每个子信道可以单独选择。 OFDM优点:有效对抗多径效应，对干扰具有鲁棒性。使得单频网络的实现成为可能。提高准静止信道的容量。 OFDM缺点: 对频偏和相噪敏感. 需要较高的峰均功率比.4)关键技术: 信道估计; 同步 (时间和频率偏移); 功率峰均比5)案例分析: IEEE 802.11a WLAN标准-IEEE 802.11a WLAN标准采用20MHz带宽，OFDM方式传输。6)我们的工作: I: 小波包MCM (WP-MCM)系统II: STBC性能和SFBC与turbo码结合III: 减小PAPR的方法IV: 比特交织编码调制 V: 误码保护VI: 自适应OFDM系统VII: COFDM性能4、OFDM随机接入:1) 背景: 宽带接入方案; OFDMA 与MC-CDMA的区别; OFDMA 用途.2) 概述:OFDM可用于多址接入技术，称为OFDMA,这一技术可以通过FFT实现从频域到子载波集的对应。OFDMA接入方式中，不同的用户共享整个上行接入资源，但是不同的子载波传递不同的用户数据。3) 研究话题: 时间和频域同步 跳频资源分配;4) 案例分析: OFDMA 802.16e 802.16标准定义专门的会聚子层（CS），介质接入控制（MAC）层和物理层（PHY）。它的PHY支持四个物理模式，无线城域网-SC，无线城域网-SCA，无线城域网-OFDM，无线城域网OFDMA。讨论：参考资料（含参考书、文献等）：教学过程设计：复习 分钟，授新课 分钟，安排讨论 分钟，布置作业 分钟，其他 分钟授课类型（请打）：理论课 讨论课 实验课 练习课 上机 其他 教学方式（请打）：讲授 讨论 示教 指导 其他教学资源（请打）：多媒体 模型 实物 挂图 音像 其他填表说明：1、各栏目填写内容较多时，可附页；2、教学内容与讨论、思考题、作业部分可合二为一。电子信息与电气工程学院教案 第 6次第6章 蜂窝网系统 课时安排授课时间在提供多媒体无线服务的最大挑战之一是最大限度地有效地利用有限的可用带宽。蜂窝系统在间隔一定的距离（功率衰减达到一定门限）之后复用同一频率来实现频谱复用。在本章中，我们首先介绍蜂窝系统的基本设计原则。然后，我们描述了一个蜂窝系统，简单计算该地区的频谱效率，简单的蜂窝模型和容量评估。.教学内容（包括基本内容、重点、难点）：6.1 蜂窝系统设计6.2 蜂窝系统中的频率复用6.3 蜂窝系统中的动态资源分配6.4 干扰模型6.5 功率控制对于干扰的影响6.6 干扰消除6.7 小区簇6.8 博弈论中的功率控制1.蜂窝系统设计:1) 定义;2) 蜂窝网原则; 3) 蜂窝系统结构：小区，小区簇4) 小区划分5) 切换2、蜂窝系统中的频率复用:1) 只有一小部分可用于移动通信系统的无线电信道的频率。因此，工程师必须找到一种方式来重复使用无线电频道进行一个以上的一次谈话。行业采用的解决方案被称为频率重用。在实施移动电话系统重用的时候用到了类似细胞的结构。2) 频率复用的概念是基于分配给每个小区用一个较小的地理区域内的一组无线电信道：小区被分配一组通道是完全不同的相邻小区。小区的覆盖区域的边界是有限的，可以在距离小区足够远的另一小区使同一组信道。3) 同样编号的小区使用同样的频率. 3、蜂窝系统中的动态资源分配:1) 初始化蜂窝系统: 固定资源分配2) 动态资源分配技术的优点3) 当前动态分配资源方案调查4、干扰模型1) 小区间干扰与小区内干扰2) 复用距离，多小区容量，复用效率3) 复用效率计算5、功率控制对于干扰的影响:1) 前向链路2) 反向链路3) 注水原则4) 远近效应6、 干扰消除 干扰消除技术：1) 门限控制,2) 基站采用扇形定向天线3) 非最佳的多方向策略7、小区簇1) 小区簇的概念2) 为何要分簇?3) 两种结构4) 关于小区簇的研究8、博弈论中的功率控制:1) 功率控制2)博弈论使用博弈论的目的算法分析 未来工作讨论：参考资料（含参考书、文献等）：教学过程设计：复习 分钟，授新课 分钟，安排讨论 分钟，布置作业 分钟，其他 分钟授课类型（请打）：理论课 讨论课 实验课 练习课 上机 其他 教学方式（请打）：讲授 讨论 示教 指导 其他教学资源（请打）：多媒体 模型 实物 挂图 音像 其他填表说明：1、各栏目填写内容较多时，可附页；2、教学内容与讨论、思考题、作业部分可合二为一。电子信息与电气工程学院教案 第 7次第7章 Ad-Hoc 网络 课时安排授课时间我们首先讨论ad hoc无线网络，包括数据网络，家庭网络，设备网络，传感器网络，以及389控制。接下来，我们考虑在ad hoc无线网络的跨层设计：它是什么，为什么需要它，以及如何可以做到。讨论链路层的设计问题，其次考虑MAC层的设计问题，包括频率/时间/代码信道固有的权衡和通过随机存取调度用户分配到这些通道。本节还介绍了在多个访问时功率控制的作用。比如邻居发现，网络连通性，可扩展性，路由和网络容量的网络问题概述。最后我们描述网络适应不同应用要求的技术和应用程序适应网络的能力。教学内容（包括基本内容、重点、难点）： 7.1 什么是Adhoc网络7.2 AdHoc网络的典型应用7.3 不同场景下的路由协议分析7.4 TCP在多跳蜂窝网络中的M_LDM拓扑分析7.5 面临挑战7.6 无线传感网简介7.7 传感网络应用7.8 无线传感网设计的影响因素7.9 无线传感网的通信结构7.10 热点话题与未来工作7.11 跨层设计方案1、什么是Ad Hoc 网络1) 自组织性2) 无基础设施3) 手持移动终端控制网络4) 使用控制分配算法5) 分布式的应用程序集6) 比如分布式协同计算的分布式传感网络7) 有可能成为第四代无线通信网络8) 颠覆了现有的网络构架9) 拓扑结构可快速更换10) 网络分区11) 更高的差错率12) 碰撞干扰13) 带宽受限14) 功率有限2、 Ad Hoc网络的典型应用:1) 数据网络: LAN 、MAN2) 家庭网络: PAD与PC的多跳3) 仪器网络: 蓝牙标准4) 传感器网络:固定的拓扑结构，军事用途5) 分布式控制系统: AHS(高速公路自动化系统）UAVs(无人驾驶航空器)3、不同场景下的路由协议分析:1) 面对问题: 拓扑结构的改变，时延2) 两种场景: 1.Ad Hoc网络与DSR在特殊场景下都有8节点 2.节点间均为双向 3) 仿真结果4、TCP在多跳蜂窝网络中的M_LDM拓扑分析:1) 空间修改算法的属性：每一个参数标记，标记每个TCP流2) G-J空间 3) Alex空间4) 仿真结果5、面临挑战 1) 未来Ad Hoc网络将使用移动路由协议来为移动用户提供因特网接入服务。2) 相关组织开始考虑这种网络的潜力3) 网络控制面临新的挑战6、 无线传感网简介 1) 概念: 传感器网络