2013《移动通信系统》教案

1、精选优质文档-倾情为你奉上 教 师 教 案( 20122013学年 第 2 学期 )课 程 名 称：移动通信系统授 课 学 时：48（44+4）授 课 班 级：专业核心课教师所在学院：通信抗干扰实验室电子科技大学2012-12-26专心-专注-专业目 录课程基本情况课程名称移动通信系统授课专业班级专业核心课年级大三课程编号修课人数75课程类型必修课普通教育课程( )；学科基础课 ( ) ； 专业方向课 ( )选修课公选课 ( )；学科基础选修课 ( ) ； 专业选修 ( ) 授课方式理论课 ( ) ；实践课 ( )考核方式考 试 ( )考 查 ( )是否采用多媒体是是否采用双语否学时分配课堂讲

2、授 44 学时； 实践课 4 学时名称作者出版社及出版时间教材移动通信原理与系统啜钢、王文博等北京邮电大学出版社,2010.8参考书目移动通信现代数字移动通信原理及实用技术数字蜂房移动通信系统无线通信原理与应用郭梯云、邬国扬、张厥盛编尤克、胡智娟、陈曦编赵荣黎编著蔡涛等译西安电子科技大学出版社北京航空航天大学出版社电子工业出版社电子工业出版社授课时间2013.22013.7 学时分配章次教学内容学时安排第一章概述4第二章移动通信电波传播与传播预测模型7第三章移动通信中的信源编码和调制解调技术3第四章抗衰落和链路性能增强技术6期中小结期中小结+作业评讲2实验移动通信实验教学（课堂预习加实际操作）

3、6期中考试期中考试（第10周左右）4第五章蜂窝组网技术4第六章GSM及其增强移动通信系统8第七章第三代移动通信系统及其增强技术4期末复习期末复习1共计49学时第 1 章 概述1.1 授课时数4个学时。1.2 教学内容及要求l 教学内容：n 介绍移动通信原理及其应用方面的基本概念，主要包括u 移动通信发展进程；u 第1代到第3代移动通信 移动通信的特点；u 移动通信系统的发展历程；u 移动通信的工作方式以及移动通信的应用系统。l 要求：n 重点掌握移动通信的基本概念和特点；n 掌握第1，2，3代移动通信的主要特点和相互区别；n 掌握移动通信的3种工作方式（指单工、双工、半双工等） n 了解移动通

4、信的应用系统分类n 了解移动通信的发展历程和发展趋势1.3 教学重点与难点1.3.1 本章重点在本书中，总体来说本章所占比重较小，重点在于：l 移动通信的基本概念l 移动通信的工作方式 1.3.2 本章难点对本科同学，第一次接触系统的概念，可能会觉得比较抽象，枯燥。需要尽量补充新的业界资料和一些新的系统和业务的资料，以帮助学生提高兴趣。1.4 教学设计授课方式：课堂讲授1.4.1 内容与课时安排本章内容通常均可在前2次课，4个学时内完成。1.4.2 第1次课1. 内容（40）(1). 1.1小节，移动通信发展简述（约40页）重点：Ø 移动通信的基本概念Ø 3代移动通信的基本

5、特征2. 课前预习设计(1). 无。3. 讲授思路(1). 在正式授课前，先简单介绍本课程的教学内容，教学计划，教学方式，教学目的和考察方式，让学生有目的的进行选课。(2). 介绍移动通信的特点和工作方式(3). 介绍早期移动通信发展(4). 引出移动通信发展简述，本点为本节课重点，需要详细阐述，举例说明，可以参考课堂设计的提问来帮助学生理解。(5). 现代移动通信的发展总结 4. 课堂设计(1). 可以设计课堂提问的点：1). 关键性突破的地方可以让学生思考其代表的物理含义2). 第三代的标准，可以提问TD-SCDMA是哪一家运营商采用？ (2). 可以补充的课堂作业：1). 简述三代移动通

6、信系统各自的特点1.4.3 第2次课1. 内容（20）(1). 1.2小节，移动通信的特点和工作方式(2). 1.3小节，移动通信的分类及应用系统 重点：Ø 移动通信系统的4类工作方式Ø FDD和TDD的对比2. 课前预习设计(1). 试举例一个典型的工作方式为单工的移动通信模式（针对重点1，引起学生注意）3. 讲授思路(1). 移动通信的特点频谱拥挤、频谱需严格管理；电波传播存在衰落、多径等问题；面临环境的干扰和噪声；存在高速移动和大动态范围的要求 ； 对移动台体积、重量、功耗的要求高；系统复杂，系统需组网，网络需有越区切换、漫游等功能(2). 移动通信的工作方式单工方式

7、，半双工方式，双工方式（FDD和TDD的概念和对比），移动中继方式本点为重点，注意和实际系统结合来讲，参看预习和课堂提问来辅助学生理解。(3). 移动通信的分类及应用系统1). 蜂窝公用移动通信系统(公网)2). 集群系统（专网）3). 无绳电话系统4). 无线寻呼系统5). 卫星通信系统 6). 分组无线网(4). 补充实验室实际科研项目方向，新技术等介绍4. 课堂设计(1). 可以设计课堂提问的点：1). 在对双工进行定义的地方，请学生根据前面对单工方式和半双工方式的学习，大家可以考虑一下，如何衍生出双工方式的定义(2). 可以补充的课堂作业：1). 对比TDD和FDD的优势和缺点1.5

8、其它可选的作业及参考答案(1). 简述移动通信的特点。答：移动通信与其他通信方式相比，主要具有以下特点。l 无限电波传播复杂 l 多普勒频移产生调制噪声 l 移动台受噪声的干扰并在在强干扰情况下工作 l 对移动台的要求高 l 通道容量有限 l 通信系统复杂 (2). 简述蜂窝式移动通信的发展历史，说明各代移动通信系统的特点。答：蜂窝式移动通信利用了无限通信、有线通信和计算机通信的最新技术成果，是技术密集型的移动通信方式。经历了如下发展历史：l 第一代模拟移动通信系统，其特点为：以FDMA技术为基础，频率利用率低，容量有限；制式太多，互不兼容，不利于用户漫游；业务种类受限，不能传送数据信息；容易

9、被窃听。l 第二代模拟移动通信系统，其特点为：以TDMA为主要接入技术。以数字传输、时分多址、码分多址为主体技术，制定了更加完善的呼叫处理和网络管理功能。第二代模拟移动通信系统除了传送语音外，还可传送数据业务，如传真和分组的数据业务等。l 第三代模拟移动通信系统，其特点为：以CDMA为主要的接入技术。更大的系统容量和更灵活的高速率数据的传输，除了语音和数据传输外，还能传送高达2Mbit/S的高质量的活动图象.(3). 移动通信的工作方式主要有几种，蜂窝移动通信移动通信系统采用那种方式？答：移动通信的工作方式有以下几种：1：单工通信 2:双工通信 3：半双工通信 4：移动中继方式。蜂窝式移动通信

10、系统能够采用的式双工通信和移动中继方式。(4). 移动通信的概念？答：移动通信是指通信双方或至少其中一方在运动状态中（或临时静止状态）进行信息交互的通信方式(5). 常见移动通信的应用系统分类有哪些？答：6大类l 陆地公众蜂窝移动通信系统。l 集群通信l 无绳电话l 无线寻呼l 卫星移动通信l 分组无线网1.6 思考与讨论1.7 本章参考资料移动通信系统发展迅速，本章主要的参考资料是在网络上搜寻最新的移动通信系统的相关资料。移动通信在线：通信专业网： 等等。1.8 教学后记第 2 章 移动通信电波传播与传播预测模型2.1 授课时数7学时。2.2 教学内容及要求内容：本章主要介绍移动通信电波传输

11、的基本概念和原理，介绍常用的几种传播预测模型。首先介绍了电波传播的基本特性，在此基础上讲解了影响电波传播的3种基本机制反射、绕射和散射。然后较详细地论述了移动无线信道及其特性参数。要求：l 了解无线通信的电波传播环境的特点；l 掌握电波传输方式分类；l 掌握无线信道的模型、表征及分类l 理解无线信道中信号经历多径衰落的基本特性，掌握多径传播与快衰落、阴影衰落、时延扩展与相干带宽的关系l 理解描述信道衰落特性的特征量l 掌握多普勒频移的计算l 掌握自由空间损耗的概念和计算l 不要求链路分析和传播损耗及其计算方法，不要求电波传播损耗预测模型 2.3 教学重点与难点2.3.1 本章重点l 无线衰落信

12、道的本质和特征。2.3.2 本章难点l 能够理解无线电波传播的复杂性与时变特性是导致移动通信系统区别于有线通信系统的根本原因，即（移动通信信道）衰落是移动通信系统需要克服的第一个障碍；l 能够定性理解多径衰落现象的本质，并能用定量计算一些指标，包括多普勒频移，时延扩展，电平交叉率与平均衰落周期；l 能够区别平坦衰落与频率选择性衰落，快衰落与慢衰落。2.4 教学设计授课方式：课堂讲授+MATLAB演示+学生实验本章内容是“移动通信系统”课程中的一个关键章节，需要让学生明白，正是移动通信信道的特殊与复杂性导致了移动通信系统区别于有线通信系统的独特设计思路，包括关键技术与组网。这一部分内容涉及“大学

13、物理”、“电磁场与电磁波”、“天线技术”、“信号与系统”和“概率论”等多门基础学科。上课前，或在前一次课结束时，布置学生一些思考题，比如：l 电磁波频率与电磁波在自由空间、空气及其它媒质中传播时具有什么特点？l 多个同相、或反相信号的叠加会有什么结果？l 电磁波传播具有哪些基本现象？反射、散射、绕射。如何让学生理解多径衰落现象及其特点，理解频率选择性衰落、平坦衰落的衡量指标是教学的难点与关键。利用研究式教学模式，可通过以下问题贯穿本章节的全部过程：2.4.1 内容与课时安排课堂教学需要3次课，其中包括少量的MATLAB演示，此外，相关内容还将在实验课中安排一个实验。2.4.2 第1次课1. 内

14、容（32）(1). 2.1概述(2). 2.2自由空间的电波传播重点：Ø 为什么蜂窝移动通信系统主要使用超高频 (300MHz3GHz)频段Ø 自由空间的电波传播损耗的计算和用途2. 课前预习设计(1). GSM系统通信的频段及该频段的电磁波的传输特点 。3. 讲授思路(1). 从信号与系统中信号经过信道所受到的影响，推出：为什么研究无线信道的电波传播特性1). 复习一下白高斯噪声的定义和特点2). 无线电波的几种主要传播方式以及传播特性3). 从移动信道下的电波传播机制，讲解不同频段的电波传输方式的不同，从而得到不同的电波频段在不同领域的应用。 4). 重点分析蜂窝移动通

15、信系统主要使用超高频UHF(300MHz3GHz)的主要原因： （结合预习题来讲）u UHF频段主要采用空间波传播，其覆盖方式适合于蜂窝移动通信系统 u UHF频段所需要的天线较短便于移动 u UHF频段受天气的影响较小(2). 自由空间的电波传播1). 直射：电波沿直线传播的传播方式2). 自由空间电波传播损耗，在理想的、均匀的、各向同性的介质中传播，无反射、折射、绕射、散射和吸收现象 ，其单位面积中的能量会因扩散引起损耗 u 前提： 发射天线远离地球，或没有阻挡物u 自由空间电波传播损耗的推导：Frris自由空间模型(Friis H.T.,Proc. IRE,1946)l 这里为重点，需要

16、举例说明。并注意和课堂练习结合，可对学生进行提问和讨论。3). 非理想自由空间的传输损耗 u 基本概念，路径损耗指数的获取和典型环境的路径损耗指数u 需要注意某些特定环境下，n可能小于2，要给学生举例解释4. 课堂设计(1). 可以设计课堂提问的点：1). 概述的地方可以询问信号输出和信道之间的关系2). 无线电波传播特性处可以解释现在成熟的GSM系统的频段问题3). 无线电波传播特性在讲到短波的时候，可以提问图片中的短波天线4). 无线电波传播特性最后，可以请学生分析蜂窝移动通信系统主要使用超高频UHF(300MHz3GHz)的主要原因 5). 自由空间的传播损耗的计算，在举例后，留一个课堂

17、练习，让学生自行计算6). 在W和dBm的转换的地方，留一个课堂练习，让学生自行计算(2). 可以补充的课堂作业：1). 简述三代移动通信系统各自的特点2.4.3 第2次课1. 内容（61-32）(2). 2.3 3种基本电波传播机制(3). 2.4 阴影衰落的基本特性(4). 2.5 移动无线信道及特性参数ØØ 2.5.2 多普勒频移Ø 2.5.3 多径信道的信道模型 重点Ø 阴影衰落的分析和应用Ø 多普勒频移的推导和分析2. 课前预习设计(1). 为什么在站台，火车靠近的时候，汽笛声比较低沉，火车远离时，汽笛声会比较尖锐。3. 讲授思路(1

18、). 3种基本电波传播机制1). 反射:当电磁波遇到比波长大得多的物体时发生反射，反射发生于地球表面、建筑物和墙壁表面2). 绕射(diffraction) ：当接收机和发射机之间的无线传播被尖锐的边缘阻挡时，发生绕射。 u 第一菲涅尔椭球为电波传播的主要通道u 波长越长/频率越低，电波传播的主要通道的横截面积越大，绕射能力越强。 3). 散射：当入射波在媒介中遇到一个粗糙表面、一群障碍物或大量随机分布的不匀体时，方向无规则改变的现象。 4). 结合上面三种传输体制的特征，再次验证无线电波的频段划分的依据(2). 阴影衰落的基本特性 1). 由移动无线通信信道传播环境中的地形起伏、建筑物及其它

19、障碍物对电波路径的阻挡而形成的电磁场半盲区（阴影效应）u r：传播距离； m为路径损耗指数u ：阴影产生的对数损耗，服从均值为0，方差为 的对数正态分布。u 这里为重点之一，注意参考课堂提问，引导学生进行分析，不同地形条件下，阴影衰落的参数所代表的物理含义。(3). 移动无线信道及特性参数 1). 无线信道的衰落 ：r(t)=m(t)×r0(t)u 大尺度衰落：用于描述发射机与接收机之间的长距离（几百或几千米）或长时间上信号强度的变化u 小尺度衰落：用于描述发射机与接收机之间的短距离（几个波长）或短时间（秒级）内信号强度的快速变化2). 多径衰落的产生u 在移动通信环境中，发射的电波

20、经历了不同的路径 u 导致传播时间和相位均不相同u 接收信号的幅度在较短时间内急剧变化，产生了衰落3). 多径衰落的基本特性u 多径衰落现象 u 多谱勒效应：移动台在移动中通信，接收信号频率会发生变化的现象。u 这里为重点之一，注意结合预习提问，详细推导多普勒频移的公式，并分析其代表的物理含义。4). 多径信道的信道模型u 原理：将信道看成作用于信号上的滤波器，可以通过分析滤波器的冲击响应和传递函数得到多径信道的特性。u 两径信道模型的推导；u 多径信道模型的推导；u 借此可以用预习题引出下一节的内容，为什么我们往往称无线衰落信道为“瑞利信道”4. 课堂设计(1). 可以设计课堂提问的点：1)

21、. 对典型环境下阴影损耗的标准偏差的分布进行分析2). 在多普勒频移计算的时候，预留一个课堂练习，让学生自行计算3). 在推导完成双线地面反射路径损耗的地方，让学生自行分析其和自由空间传播损耗的对比4). 对瑞利分布推导的结论进行解释(2). 可以补充的课堂作业：1). 试推导多普勒频移的公式2.4.4 第3次课（布置1，2章作业）1. 内容（97-62）(1). 2.5 移动无线信道及特性参数Ø 2.5.5 多径信道的统计分析 Ø 2.5.4 多径信道主要参数&重点Ø 瑞利信道的推导和分析Ø 信道特性的推导和应用2. 课前预习设计(1). 为什

22、么无线衰落信道往往被称为“瑞利信道”？ (2). 随着移动台的运动速度的加快，信道冲激响应会发生什么变化，为什么？3. 讲授思路(1). 小结上一节课的内容，说明小尺度衰落对移动通信系统具有最重要的影响。(2). 由多径条件下接收信号模型的推导，说明在实际系统中，多径的条件很恶劣，需要用统计的方法加以分析，为了能定性的分析信道的特点，并进一步定量的描述信道的特征，以在工程中加以应用，需要对信道的统计模型加以分析。(3). 从预习题：为什么无线衰落信道往往被称为“瑞利信道”？随着移动台的运动速度的加快，信道冲激响应会发生什么变化，为什么？引出其正是本节课需要解决的问题(4). 多径信道的统计分析

23、l 多径信道接收信号包络服从瑞利(Rayleigh)衰落分布l 这里为重点之一，注意详细推导瑞利分布的由来，让学生理解为什么这个信道叫瑞利衰落信道，此处给学生留出分析和讨论的时间。l 莱斯(Rician)衰落分布(5). 时间色散参数和相关带宽(6). 频率色散系数和相干时间(7). 角度色散参数和相关距离 (8). 多径信道影响的表现和本质l (2)-(4)为重点之一，要注意引导学生，为什么需要琢磨信道的特性，在工程中应用在什么地方。4. 课堂设计(1). 可以设计课堂提问的点：1). 让学生自己计算平均附加时延和rms时延扩展2). 频率色散系数和相干时间处留一个例题和课堂练习让学生分析(

24、2). 可以补充的课堂作业：1). 说明时延扩展和相关带宽的基本概念2.4.5 第4次课（1个课时左右）1. 内容（142-98）(1). 2.5 移动无线信道及特性参数Ø 补充为什么需要学习信道，用实例进行描述。(2). 移动通信系统的典型信道模型（了解）(3). 2.5.7 衰落特性的度量(了解)(4).(5). 2.6 电波传播损耗预测模型(自学)(6). 小结重点Ø 信道特性的工程应用Ø 典型的实际信道模型及其特征的分析2. 课前预习设计(1). 试举例说明学习信道特性的作用 3. 讲授思路(1). 小结上一节课的内容，重点提示时域/频域/空域的信道特征。

25、(2). 由预习题，讨论如何利用上一节课的内容帮助工程系统的设计。(3). 学习多径信道能有效帮助系统设计l 通过导频的设计、分集的设计来引导学生了解信道的特性在工程应用在什么地方。(4). COST 207信道模型中的多普勒谱（自学，略讲）(5). 衰落特性的度量（自学，略讲）l 衰落包络与时间的关系(6). 衰落信道建模与仿真（自学，略讲）l 信道建模（如何体现空、时、频三维特性）u 时间维：建立具有多普勒频谱特性的单径（平坦）衰落u 频率维：建立多径衰落u 空间维：建立多天线、多通道衰落(7). 电波传播损耗预测模型（自学，略讲）4. 课堂设计(1). 可以设计课堂提问的点：1). 在讲

26、导频设计时，引导学生把前面所学到的相干时间和带宽的知识用过来。(2). 可以补充的课堂作业：1). 试判断一个典型传输系统是否需要采用均衡。（见第2章，课堂作业PPT）2.4.6 本章实验设计（学生实验在关键技术完成后统一进行）(1). 给学生一段产生瑞利衰落的Matlab程序，让学生根据不同的参数输入，产生并统计衰落的特征。2.5 作业及答案(1). 阐述长期慢衰落和短期快衰落的基本概念答: 长期慢衰落式由移动通信信道路径上的固定障碍物的阴影引起的,衰落特性一般服从律, 平均信号衰落和关于平均衰落的变化具有对数正态分布的特征.短期快衰落是由于移动台和地点的变化而产生的. 其中,多径产生时间扩

27、散, 引起信号符号间干扰; 运动产生多普勒效应, 引起信号相位发生变化. (2). 若载波频率f=800MHz, 移动台速度v60 km/h，求最大多普勒频移。 答：多普勒效应引起的多普勒频移可表示为(3). 说明时延扩展和相关带宽的基本概念。 答：时延扩展定义为多径中最大传输时延和最小传输时延的差值，就是脉冲展宽的时间。由于时延扩展，接收信号中一个码元的波形会扩展到其他码元周期中，引起码间串扰。而相关带宽定义为多径传播中不同频率成分受到的衰落关系是否具有一致性。信号的带宽大于信道的相关带宽则会发生频率选择性衰落。时延扩展和相关带宽的关系为:其中为归一化延谱曲线的均方值时延扩展。(4). 长期

28、慢衰落与短期快衰落的基本概念(5). 说明多径衰落对数字移动通信系统的主要影响(6). 若载波频率f分别为800 MHz、2.4 GHz和5.8 GHz，当移动台以速度v50km/h沿电波传播方向行驶，求接收信号的平均衰落速率，及对于信号包络均方值电平Rrms的电平通过率。(7). 说明时延扩展和相干带宽、多普勒频移与相干时间的基本概念；2.6 思考与讨论(1). 有一市内无线局域网，载波频率fc=2.4GHz，规划覆盖半径30m，使用全向天线。在自由空间路径损耗模型下（即LOS信道模型），如果要求覆盖范围内所有终端的最小接收功率为10w，问接入点的发射功率应至少为多大？如接入点与终端的载波工

29、作频率变成5GHz，又至少需要多少发射功率？(2). 从无线信道对移动通信系统影响的角度看，为什么蜂窝小区结构能够更大程度利用频率资源？答：正是由于衰落（主要是路径损耗）的存在，才能设计蜂窝小区结构，进行频率复用。(3). 问题2：为什么无线和移动通信系统需要设计复杂的编码、调制、和检测方法，以提升无线链路传输性能？多径衰落对数字移动通信系统的影响有哪些方面？本问题的引入，可以从学生们所熟悉的小灵通，GSM，CDMA系统的接收信号差别和在不同无线环境中的信号强度来引入。(4). 问题3：如何刻画无线移动通信信道的衰落？(5). 内容4：解释数字移动通信系统受多径衰落导致字符间干扰的原因，画出简

30、单的发送信号（比特流）遇到多径传播现象时的结果。并给出不同时延扩展情形，进行课堂提问。情形1是字符周期远大于多径时延扩展，情形2是字符周期小于时延扩展。2.7 本章参考资料1. 杨大成 等编著. 移动传播环境：理论基础·分析方法和建模技术. 北京：机械工业出版社, 2003.2. Andrea Goldsmith. Wireless Communications. London: Cambridge. 2006.3. G. L. Stüber. 移动通信原理(第二版)M. 裴昌幸 等译. 北京：电子工业出版社, 2004.4. David Tse, Pramod Viswa

31、nath, Fundamentals of Wireless Communication, Cambridge出版社, May 2005.5. Matthias Pätzold. Mobile fading Channel. New York , 2002.2.8 教学后记第 3 章 移动通信中的信源编码和调制解调技术3.1 授课时数3学时。3.2 教学内容及要求内容：本章首先介绍在蜂窝移动通信系统中对调制解调技术的要求，然后介绍蜂窝移动通信系统中常见的两类调制方式：频移键控和相移键控，其中主要介绍QPSK及其变形。介绍它们以调信号的特点和功率谱特性，以及它们在蜂窝移动电话系统中的应

32、用，最后，补充OFDM技术。要求：l 数字移动通信系统中调制的作用，调制基本原理；l 了解掌握多种调制方式：QPSK、OQPSK、/4 DQPSK 的基本概念，以及特点、区别和应用l 掌握OFDM技术的特点3.3 教学重点与难点3.3.1 本章重点l 数字调制方式的特点及区别（功率效率和频谱效率）l QPSK、OQPSK、/4 DQPSK的区别l OFDM的概念3.3.2 本章难点l 数字调制的带宽效率与功率效率，数字调制信号的频谱特点；3.4 教学设计授课方式：课堂讲授+MATLAB演示+实验这一部分内容涉及“通信原理”和“信号与系统”相关知识。由于调制原理及主要调制方式在“通信原理”课中已

33、有介绍，本章主要是让学生明白调制在移动通信系统中扮演的角色是什么。3.4.1 内容与课时安排本章分成2次课完成。3.4.2 第1次课（和第2章合并，大概1个课时左右）1. 内容（18）(1). 3.1概述(2). 3.2信源编码 (3). 3.3最小频移键控 （略）(4). 3.4高斯最小频移键控（略）(5). 3.5QPSK调制 重点Ø QPSK及其改进调试方式的区别2. 课前预习设计(1). 最新的3G-LTE协议中采用的调制方式包括哪些（2个以上）。(2). 身边常见的有线通信系统与移动通信系统中采用了哪些数字调制方式？（可选）3. 讲授思路(1). 概述，略讲(2). 信源编

34、码，略讲(3). 最小频移键控，略讲(4). 高斯最小频移键控，略讲(5). 3.5 QPSK调制，重点1). PSK(Phase Shift Keying)调制 u 以基带数据信号来调制载波的相位 2). BPSK(Binary Phase Shift Keying)调制3). 补充：二进制码与双极性码的映射关系4). QPSKu 相位突变p会在成型滤波后引起包络起伏大，且过零点。 u 设法减少相位跳变幅度，以减少信号包络的波动5). OQPSKu OQPSK的调制方法与QPSK类似 u 在一条正交支路上引入了一个比特的延时，以使得两支路的数据不会同时发生变化 u 降低最大相位跳变 ，相位变

35、化被限制到了±90。6). p /4 DQPSK7). QPSK、OQPSK、/4QPSK比较u QPSK相位转换通过0点，最大相位变化为180u OQPSK相位转换不通过0点，最大相位变化为90u /4QPSK相位变化均不过0点，最大相位变化为135这一部分为本章重点，主要从3类调制的发展，演进的角度进行解释，关键在于引导学生发现，OQPSK之所以能限制相位变化，是因为在做时延后，结合格雷映射的特点实现（可以让学生思考，如果是二进制编码方式，是否还能有这个效果），在差分调制中，让学生理解这种模式的相位取决于当前点对应的相位偏移，故只能到3/4PI。4. 课堂设计(1). 可以设计课

36、堂提问的点：1). OQPSK的最大相位变化为多少，为什么？(2). 可以补充的课堂作业：1). 试分析当OQPSK的星座图映射采用如图所示的二进制编码模式时，最大相位转移是否是PI/2? （详见第3章课堂作业PPT）3.4.3 第2次课 （需要留出少量时间，评讲第1，2章的作业）1. 内容（18-46）(1). 3.6高阶调制(2). 3.7正交频分复用 重点Ø 正交频分复用技术的主要特点2. 课前预习设计(1). OFDM中循环前缀的长度是越长越好吗？(2). 为什么OFDM被采纳为LTE物理层无线传输技术的标准？（可选）3. 讲授思路(1). 相干解调/非相干解调 u 相干解调

37、，指需要恢复得到与载频相干（同频同相）的参考信号，用其与接收信号相乘并求解 u 非相干解调，指不需要恢复得到与载频相干（同频同相）的参考信号的求解方法 (2). 3.6高阶调制，重点u 为什么需要采用高阶调制？ l 有限带宽下实现高速数据传输，提高频谱效率 l 多进制调制中，每若干个(比如k个)比特构成一个符号 l 高阶调制阶数越高，性能越差(3). 正交频分复用 1). 单载波传输系统u 多径时延的长短会限制单载波的传输速率OFDM2). 并行多载波的优势和问题3). OFDM（正交频分复用，Orthogonal Frequency Division Multiplexing）u 1. 连续

38、多载波系统u 2. 正交子载波的引入u 3. 循环前缀的引入u 4. OFDM的DFT实现 4). OFDM的优缺点4. 课堂设计(1). 可以设计课堂提问的点：1). 高阶调制的带宽效率（BPSK,QPSK等）2). 采用串并变换的作用？u 符号周期扩展为N倍，但同时会带来时延 (1). 可以补充的课堂作业：1). 试画出采用OFDM调制的基本系统收发原理框图，并说明其和单载波的主要区别2). 信号总带宽 2MHz，工作频段900MHz，采用多载波OFDM调制(N=1024)，在信道根均方时延为20us时，求各子载波上的信道衰落类型，OFDM系统在最大多普勒扩展超过子载波宽度的5%时，会产生

39、严重的子载波间干扰，为避免这一现象，其能支持的最大移动速度为？3.4.4 实验演示与设计（学生实验在关键技术完成后统一进行）(1). 内容1：演示学生一段关于数字调制技术在无线衰落信道的Matlab程序，比较不同调制技术的性能。(2). 内容2：给学生一个用于数字调制技术计算机仿真的Matlab程序，让学生进行改进，得到需要的调制后波形、频谱，并比较不同的性能。3.5 作业及答案(1). 移动通信中对调制解调器的要求是什么？ 答：l 1：在瑞利衰落条件下，误码率尽可能低。l 2：发射频谱窄，带外辐射，临道功率与载波功率之比小于70Db.l 3：同频复用的距离小l 4：高效率解调l 5：能提供较

40、高的传输速率l 6: 易于集成。(2). QPSK、OQPSK、/4 QPSK的星座图和相位转移图有何异同？ 答：QPSK、OQPSK、/4 QPSK的星座图和相位转移图分别如下：QPSK、OQPSK的星座图相同都是一个正方形的四个点，OQPSK的相位转移图只能在正方形四周移动，所以每隔/2信号相位只能有/2的变化，而QPSK每隔只能发生的变化。/4 QPSK的星座图的星座图则是八边形的八个点，其相位转移图可以发生/4或者3/4的变化，相位迁移时不通过原点。(3). 试述MSK和FSK调制的区别和联系。 答： MSK的信号频率和类似于2FSK；MSK信号有频差但在码元变化时刻相位是连续变化，而

41、FSK信号有频差但在码元变化时刻行为不一定是连续变化；信号频率偏移严格符合也和FSK不同；在一个码元周期内信号相位准确的线性变化，而FSK在码元周期内信号相位是不变的。3.6 思考与讨论问题1：由于频谱资源的限制、移动台尺寸及功率消耗的限制，无线和移动通信系统对数字调制技术有什么要求？问题2：从第一代模拟移动通信系统采用跳频/调幅，到第二代数字移动通信系统GSM和IS-95系统采用的GMSK、/4 DQPSK及扩频调制，再到未来的移动通信系统采用的宽带OFDM调制等，是什么推动和限制了调制技术的发展。3.7 本章参考资料1. Andrea Goldsmith. Wireless Communi

42、cations. London: Cambridge. 2006.2. G. L. Stüber. 移动通信原理(第二版)M. 裴昌幸 等译. 北京：电子工业出版社, 2004.3.8 教学后记第 4 章 抗衰落和链路性能增强技术4.1 授课时数6学时。4.2 教学内容及要求内容：本章介绍移动通信中常用的抗衰落技术，它们分别是分集接收、信道编码、信道均衡、扩频技术等。要求：l 掌握分集技术的基本概念、分类、特点和应用；l 掌握分集信号的合并技术，了解其性能；l 掌握隐分集技术；l 掌握自适应均衡技术及其应用；l 了解信道编码基本原理、分类和特点。4.3 教学重点与难点4.3.1 本章

43、重点l 分集技术涉及的相关概念和原理；l 自适应均衡技术的原理、优化准则、分类和特点。4.3.2 本章难点l 分集合并技术；l 隐分集技术对抗衰落的原理的理解；l 自适应均衡技术的数学原理。4.4 教学设计授课方式：课堂讲授+MATLAB演示+实验4.4.1 内容与课时安排本章的内容分为3个单元讲授，每个单元2学时：4.4.2 第1次课1. 内容（34）(1). 4.1概述(2). 4.2分集技术(3). 4.6多天线和空时编码(因为可以认为是特殊的分集，故提前来讲) 重点Ø 分集技术的分类和特点2. 课前预习设计(1). 在背景嘈杂的环境下打电话，我们通常需要重复已经说过的话让对方

44、听得更清楚，这是利用了什么原理？(2). 为什么在移动通信系统中要采用抗衰落技术？(3). 有哪些抗衰落技术？在以前的课程中是否学习到相关内容？请举例说明。3. 讲授思路(1). 4.1 概述，首先回顾在第三章“无线移动通信信道”中学习的移动通信信号在无线信道中传输面临的几个基本问题：多径传播（频率选择性衰落）、阴影衰落和多普勒频移（时间选择性衰落），指出这些衰落问题将严重影响传统接收机的性能，必须采取有效的措施对抗衰落。1). 移动信道三大效应形成衰落：u 阴影效应 u 多径效应 u 多谱勒效应2). 多径衰落的基本特征u 相干时间u 相干带宽3). 引出移动通信中常用的三类抗衰落技术：分集

45、、均衡和信道编码。简单说明各自的基本概念：u 分集(Diversity)u 均衡(Equalization)u 信道编码(Channel Coding)(2). 利用预习的题目引出本节课的主题：分集技术(3). 4.2分集 （重点，注意分析对比技术之间的区别）1). 分集概念u 分集目标：l 对抗移动信道造成的各种衰落和码间串扰u 分集本质：l 对同一信号在不同时间、频率、空间方向的过采样u 分集的技术难点：l 如何得到多路信号？l 如何合并多路信号？2). 4.2.2 微观分集的类型 u 1，空间分集l 多天线分集l 角度分集l 极化分集u 2. 频率分集l 传输信息以不同的频率进行传输l

46、传输之间的频率间距>> 相干带宽u 3. 时间分集l 传输信息在不同的时刻重复传输l 信号重发时间间隔>>相干时间u 分集合并技术：利用多个分集信号来减少 衰落影响并获得增益的技术 l 最大比合并（maximum ratio combining）l 选择式合并 l 等增益合并（equal gain combining）n 考虑到选择式合并和开关式合并的关系，两者放在一起来讲。指出选择式合并每个支路都需要一个专门的接收机，复杂度高，为此可以采用开关式合并。n 利用图例解释几种分集合并技术的性能差异。3). 隐分集技术u 通过例子解释交织编码的目的和原理；u 通过例子解释跳

47、频技术抗衰落的原理；u 通过例子解释扩频技术抗衰落的原理，简单介绍Rake接收机。(4). 4.6 多天线和空时编码 （重点，注意对接收信号的分析，并和分集技术进行比较）1). MIMO 系统 u 提高无线通信系统容量 u 它可以在不用增加系统带宽的情况下改善了系统性能，提高了数据速率。 l 利用空间分集对抗衰落l 利用空间复用提高频谱效率u STBC：空时分组码u VBLAST分层空时码 4. 课堂设计(1). 可以设计课堂提问的点：1). 在举例时间，频率分集的地方，请学生自行计算和讲解2). 在交织器设计时，请学生自行计算和讲解(1). 可以补充的课堂作业：1). 合并方式有哪几种？哪一

48、种可以获得最大的输出信噪比？为什么？4.4.3 第2次课1. 内容（35-65）(1). 4.3信道编码(2). 4.4均衡技术2. 课前预习设计(1). 为什么要采用自适应均衡？其基本原理是什么？(2). 信道编码技术的基本原理？在以前的课程中是否学习到相关内容？请举例说明。3. 讲授思路(1). 4.3 信道编码1). 前言u 为什么引入信道编码？l 移动信道是变参信道，会引起随机错误与突发错误 u 信道编码的定义l 在信息码元中增加一些冗余码元，用来在接收端检测或纠正在有噪信道中引入的误码 u 信道编码分类：l 按码结构分：分组码和卷积码(2). 4.4均衡（Equalization）1

49、). 首先指出：当高数据传输速率移动通信系统经过多径传播信道会导致符号间干扰（ISI），通过均衡可以在一定程度上减弱ISI的影响。利用图进行解释。2). 重点阐述自适应均衡原理，包括以下几点：u 解释均衡器在系统中的位置u 通过简单的数学推导解释均衡的原理u 均衡优化准则和算法l 最小峰值失真准则l 最小均方误差准则u 均衡技术的类型l 线性均衡器l 非线性均衡：1、判决反馈均衡（DFE）2、最大似然估计均衡（MLSE）l 自适应均衡器u 利用图解释均衡器的结构u 举例均衡器的应用以及与分集技术的结合4. 课堂设计(1). 可以设计课堂提问的点：1). 在举例卷积码输出的地方，请学生自行计算和

50、讲解2). 在举例均衡器输出的地方，请学生自行计算和讲解(1). 可以补充的课堂作业：1). 什么是码字的汉明距离？码字和的汉明距离等于多少？2). 发端发送一个单脉冲信号，接收端 输入序列xn=(0, 1/4, 1, -1/2, 0)，将其经过一个三抽头的均衡器，求按峰值畸变最小的均衡器系数。4.4.4 第3次课1. 内容（66-96）(1). 4.5扩频通信(2). 4.7链路自适应技术2. 课前预习设计(1). 举例一个运营商所采用的体制是采用了扩频技术的？3. 讲授思路(1). 4.5扩频通信1). 扩频的定义和增益计算u 扩频增益，定义为频谱扩展前的信息带宽DF与频带扩展后的信号带宽

51、W之比，GWDF2). 伪噪声序列u PN序列的产生u 典型：m序列（最长线性反馈移位寄存器序列） 3). 直扩系统抗窄带干扰的原理 、特点及抗衰落性能4). RAKE接收机u RAKE接收原理l 多径分离l 多径合并准则5). 跳频扩频通信系统u 跳频技术的原理、本质u 跳频技术的抗干扰性能(2). 4.7链路自适应技术（略讲）1). 自适应调制编码2). 混合自动请求重传（HARQ）u 停止等待型u 回退N步型u 选择重传型4. 课堂设计(1). 可以设计课堂提问的点：1). 在举例卷积码输出的地方，请学生自行计算和讲解2). 在举例均衡器输出的地方，请学生自行计算和讲解(1). 可以补充

52、的课堂作业：1). 跳频系统的跳频系统的跳频驻留时间Th = 10us，码元周期Ts = 1us，在通过多径信道时，均方根时延扩展大概在什么范围内时，接收信号可能出现频率选择性衰落？ 4.5 作业及答案(1). 分集接收如何分类？在移动通信系统中宜采用哪几种分解形式？答：分集可分为有：空间分集 极化分集 角度分集 频率分集 时间分集移动通信系统可采用空间分集和频率分集。如MIMO多天线技术是空间分集；如OFDM宽带传输技术既可以看成一种调制技术也可认为是一种频率分集。(2). 分集信号的合并技术有哪几类？试比较几种合并方式的性能。答：分集信号的合并技术有：选择式合并、最大比合并、等增益合并、开

53、关式合并。其中最大比合并增益最大但较为复杂，选择式合并增益最小。(3). 交织编码技术的原理是什么？它的主要作用是什么？答：交织编码技术的原理是有规律的把信息串打乱以非连续的方式送出。其作用是把一个较长的突发差错离散成随机差错，在用随机纠错的编码技术（FEC）来消除随机错误。(4). 均衡器的结构分为哪两类？两种均衡器准则分别是什么？答：均衡器的结构分为时域均衡和频域均衡两类。频域均衡准则是使总的传输函数（信道传输函数和均衡器传输函数）满足物失真传输条件，即校正幅频特性和群延时特性; 频域均衡准则是使总的冲击响应满足无码间串扰的条件。(5). 请说明自适应均衡器工作方式的分类及它们的工作原理。答：自适应均衡器的工作方式可分为预置式和自适应均衡器工作方式。 预置式均衡器工作方式，是在启动均衡器工作时需要发送测试脉冲序列，用以训练均衡器的抽头系数，是均衡器收敛，之