2013《移动通信系统》教案

1、教师教案(20122013 学年学年 第第 2 学期学期)课课 程程 名名 称：称：移动通信系统移动通信系统授授 课课 学学 时：时：4848（44+444+4）授授 课课 班班 级：专业核心课级：专业核心课教师所在学院：通信抗干扰实验室教师所在学院：通信抗干扰实验室电子科技大学电子科技大学2012-12-26目录课程基本情况课程基本情况.5学时分配学时分配.1第第 1 章章 概述概述.21.1 授课时数.21.2 教学内容及要求.21.3 教学重点与难点.21.3.1 本章重点.21.3.2 本章难点.21.4 教学设计.21.4.1 内容与课时安排.31.4.2 第 1 次课.31.4.3

2、 第 2 次课.31.5 其它可选的作业及参考答案.41.6 思考与讨论.51.7 本章参考资料.51.8 教学后记.6第第 2 章章 移动通信电波传播与传播预测模型移动通信电波传播与传播预测模型. 72.1 授课时数.72.2 教学内容及要求.72.3 教学重点与难点.72.3.1 本章重点.72.3.2 本章难点.72.4 教学设计.82.4.1 内容与课时安排.82.4.2 第 1 次课.82.4.3 第 2 次课.92.4.4 第 3 次课.112.4.5 本章实验设计（学生实验在关键技术完成后统一进行）. 132.5 作业及答案.142.6 思考与讨论.142.7 本章参考资料.15

3、2.8 教学后记.15第第 3 章章 移动通信中的信源编码和调制解调技术移动通信中的信源编码和调制解调技术.163.1 授课时数.163.2 教学内容及要求.163.3 教学重点与难点.163.3.1 本章重点.163.3.2 本章难点.163.4 教学设计.163.4.1 内容与课时安排.173.4.2 第 1 次课.173.4.3 第 2 次课.183.4.4 实验演示与设计（学生实验在关键技术完成后统一进行）.193.5 作业及答案.193.6 思考与讨论.203.7 本章参考资料.213.8 教学后记.21第第 4 章章 抗衰落和链路性能增强技术抗衰落和链路性能增强技术.224.1 授

4、课时数.224.2 教学内容及要求.224.3 教学重点与难点.224.3.1 本章重点.224.3.2 本章难点.224.4 教学设计.224.4.1 内容与课时安排.234.4.2 第 1 次课.234.4.3 第 2 次课.254.4.4 第 3 次课.264.5 作业及答案.274.6 思考与讨论.284.7 本章参考资料.284.8 教学后记.28第第 5 章章 蜂窝组网技术蜂窝组网技术.295.1 授课时数.295.2 教学内容及要求.295.3 教学重点与难点.295.3.1 本章重点.295.3.2 本章难点.295.4 教学设计.305.4.1 内容与课时安排.305.4.2

5、 第 1 次课.305.4.3 第 2 次课.315.5 作业及答案.335.6 思考与讨论.365.7 本章参考资料.365.8 教学后记.36第第 6 章章 GSM 及其增强移动通信系统及其增强移动通信系统.376.1 授课时数.376.2 教学内容及要求.376.3 教学重点与难点.376.3.1 本章重点.376.3.2 本章难点.376.4 教学设计.386.4.1 内容与课时安排.386.4.2 第 1 次课.386.4.3 第 2 次课.396.4.4 第 3 次课.406.4.5 第 4 次课.406.5 作业及答案.416.6 思考与讨论.476.7 本章参考资料.476.8

6、 教学后记.47第第 7 章章 第三代移动通信系统及其增强技术第三代移动通信系统及其增强技术. 487.1 授课时数.487.2 教学内容及要求.487.3 教学重点与难点.487.3.1 本章重点.487.3.2 本章难点.487.4 教学设计.487.4.1 内容与课时安排.497.4.2 第 1 次课.497.4.3 第 2 次课.507.5 作业及答案. 517.6 思考与讨论. 527.7 本章参考资料.527.8 教学后记.53第第 8 章章 移动通信实验教学移动通信实验教学.548.1 授课时数.548.2 教学内容及要求.548.3 教学重点与难点.548.3.1 本章重点.5

7、48.3.2 本章难点.548.4 教学设计.548.4.1 内容与课时安排.548.4.2 第一单元.548.4.3 第二单元.638.4.4 第三单元.718.5 思考与讨论.728.6 本章参考资料.728.7 教学后记.72课程基本情况课程基本情况课程名称课程名称移动通信系统授课专业授课专业班级班级专业核心课年级年级大三课程编号课程编号0109530修课修课人数人数75课程类型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 ()授课方式授课方式理论课 ( ) ；实践课 ( )考核方式考试 ( )考查 ()是 否

8、 采 用是 否 采 用多媒体多媒体是是否采用双语否学时分配学时分配课堂讲授44学时；实践课4 学时名称名称作者作者出版社及出版时间出版社及出版时间教材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授课时间2013.22013.7学时分配章次章次教学内容教学内容学时安排学时安排第一章第一章概述4第二章第二章移动通信电波传播与传播预测模型

9、7第三章第三章移动通信中的信源编码和调制解调技术3第四章第四章抗衰落和链路性能增强技术6期中小结期中小结期中小结+作业评讲2实验实验移动通信实验教学 （课堂预习加实际操作）6期中考试期中考试期中考试（第 10 周左右）4第五章第五章蜂窝组网技术4第六章第六章GSM 及其增强移动通信系统8第七章第七章第三代移动通信系统及其增强技术4期末复习期末复习期末复习1共计共计49 学时第第 1 1 章章概述概述1.1授课时数4 个学时。1.2教学内容及要求教学内容：介绍移动通信原理及其应用方面的基本概念，主要包括移动通信发展进程；第 1 代到第 3 代移动通信 移动通信的特点；移动通信系统的发展历程；移动

10、通信的工作方式以及移动通信的应用系统。要求：重点掌握移动通信的基本概念和特点；掌握第 1，2，3 代移动通信的主要特点和相互区别；掌握移动通信的 3 种工作方式（指单工、双工、半双工等）了解移动通信的应用系统分类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：移动通信的基本概念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

11、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（约小节，移动通信发展简述（约 40 页）页）重点：重点：移动通信的基本概念移动通信的基本概念3代移动通信的基本特征代移动通信的基本特征2.课前预习设计(1). 无。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。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介绍移动通信的特点和工作方式(3). 介绍早期移动通

12、信发展介绍早期移动通信发展(4). 引出移动通信发展简述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。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：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，可以提问第三代的标准，可以提问 TD-SCDMA 是哪一家运营商采用？是哪一家运营商采用？(2). 可以补充的课堂作业：可以

13、补充的课堂作业：1).简述三代移动通信系统各自的特点简述三代移动通信系统各自的特点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小节，移动通信的分类及应用系统重点：重点：移动通信系统的移动通信系统的4类工作方式类工作方式FDD和和TDD的对比的对比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（针对重点针对重点 1，引起学生注意引起学生注意）3.讲授思路(1). 移动通信的特点移动通信的特点频谱拥挤、频谱需严格

14、管理；电波传播存在衰落、多径等问题；面临环境的干扰频谱拥挤、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移动通信的工作方式单工方式单工方式，半双工方式半双工方式，双工方式双工方式（FDD 和和 TDD 的概念和对比的概念和对比） ，移动中继方式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

15、提问来辅助学生理解。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移动通信的分类及应用系统1).蜂窝公用移动通信系统蜂窝公用移动通信系统(公网公网)2).集群系统（专网）集群系统（专网）3).无绳电话系统无绳电话系统4).无线寻呼系统无线寻呼系统5).卫星通信系统卫星通信系统6).分组无线网分组无线网(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：可以设计课堂提问的点：1).在对双工进行定义的地方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

16、工方式的学习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：可以补充的课堂作业：1).对比对比 TDD 和和 FDD 的优势和缺点的优势和缺点1.5其它可选的作业及参考答案(1). 简述移动通信的特点。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。无限电波传播复杂多普勒频移产生调制噪声移动台受噪声的干扰并在在强干扰情况下工作对移动台的要求高通道容量有限通信系统复杂(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。简述蜂窝式移动通信的发展历史，说

17、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：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；容易被窃听。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。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

18、。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？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？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？常见移动通信的应

19、用系统分类有哪些？答：6 大类陆地公众蜂窝移动通信系统。集群通信无绳电话无线寻呼卫星移动通信分组无线网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：http:/ 等等。1.8教学后记第第 2 2 章章移动通信电波传播与传播预测模型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

20、性参数。要求：了解无线通信的电波传播环境的特点；掌握电波传输方式分类；掌握无线信道的模型、表征及分类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理解描述信道衰落特性的特征量掌握多普勒频移的计算掌握自由空间损耗的概念和计算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本章重点无线衰落信道的本质和特征。2.3.2本章难点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；能够定性理解多径衰落现象的本质，并能

21、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；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：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？多个同相、或反相

22、信号的叠加会有什么结果？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.内容（32）(1). 2.1 概述概述(2). 2.2 自由空间的电波传播自由空间的电波传播重点：重点：为什么蜂窝移动通信系统主要使用超高频为什么蜂窝移动通信系统主要使用超高频(300MHz3GHz)频段频段自由空间的电波传播损

23、耗的计算和用途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从信号与系统中信号经过信道所受到的影响， 推出推出： 为什么研究无线信道的电波为什么研究无线信道的电波传播特性传播特性1).复习一下白高斯噪声的定义和特点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，从而从移动信道下的电波传播机制，讲解不同频

24、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。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信系统主要使用超高频重点分析蜂窝移动通信系统主要使用超高频UHF(300MHz3GHz)的主要原的主要原因：因： （结合预习题来讲）（结合预习题来讲）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UHF 频段所需要的天线较短便于移动UHF 频段受天气的影响较小(2). 自由空间的电波传播自由空间的电波传播1).直射：电波沿直线传播的传播方式直射：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，无反自由空间电波传

25、播损耗，在理想的、均匀的、各向同性的介质中传播，无反射射、折射折射、绕射绕射、散射和吸收现象散射和吸收现象 ，其单位面积中的能量会因扩散引起损耗其单位面积中的能量会因扩散引起损耗前提： 发射天线远离地球，或没有阻挡物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)32.4520lg20lg10lg10lgdBTRLfdGG这里为重点，需要举例说明。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非理想自由空间的传输损耗00( )ndP dddd对于基本概念，路径损耗指数的获取和典型环境的路径损耗指数需要注意某些

26、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：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频UHF(300MHz3

27、GHz)的主要原因的主要原因5).自由空间的传播损耗的计算，在举例后，留一个课堂练习，让学生自行计算自由空间的传播损耗的计算，在举例后，留一个课堂练习，让学生自行计算6).在在 W 和和 dBm 的转换的地方，留一个课堂练习，让学生自行计算的转换的地方，留一个课堂练习，让学生自行计算(2). 可以补充的课堂作业：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种基本电波传播机制(3). 2.4 阴影衰落的基本特性阴影衰落的基本特性(4). 2.5 移动无线信道及特性参数移动

28、无线信道及特性参数2.5.1 无线信道的衰落无线信道的衰落2.5.2 多普勒频移多普勒频移2.5.3 多径信道的信道模型多径信道的信道模型重点重点阴影衰落阴影衰落的分析和应用的分析和应用多普勒频移的推导和分析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。尖锐。3.讲授思路(1). 3 种基本电波传播机制种基本电波传播机制1).反射反射: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

29、球表面、建筑物和墙壁表面建筑物和墙壁表面2).绕射绕射(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。发生绕射。第一菲涅尔椭球为电波传播的主要通道波长越长/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。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结合上面三种传输体制的特征，

30、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、建筑物及其它障碍物对电波路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）径的阻挡而形成的电磁场半盲区（阴影效应）1010( ,)ml rr r：传播距离；：传播距离； m 为路径损耗指数为路径损耗指数 ：阴影产生的对数损耗，服从均值为：阴影产生的对数损耗，服从均值为 0，方差为，方差为 的对数正态分布。的对数正态分布。这里为重点之一，注意参考课堂提问，引导学生进行分析，不同地形条这里为重点之一，注意参考课堂提问，

31、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。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移动无线信道及特性参数1).无线信道的衰落无线信道的衰落 ：r(t)=m(t)r0(t)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）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或长时间上信号强度的变化小尺度衰落：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时间（秒级）内信号强度的快速变化2).多径衰落的

32、产生多径衰落的产生在移动通信环境中，发射的电波经历了不同的路径在移动通信环境中，发射的电波经历了不同的路径导致传播时间和相位均不相同导致传播时间和相位均不相同接收信号的幅度在较短时间内急剧变化，产生了衰落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多径衰落的基本特性多径衰落现象多径衰落现象多谱勒效应：移动台在移动中通信，接收信号频率会发生变化的现象。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。cos dVf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。

33、分析其代表的物理含义。4).多径信道的信道模型多径信道的信道模型原理：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。响应和传递函数得到多径信道的特性。两径信道模型的推导；两径信道模型的推导；多径信道模型的推导；多径信道模型的推导；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为“瑞利信道瑞利信道”4.课堂设计(1). 可以设计课堂提问的点：可以设计课堂提问的点：1).对典型环境下阴影损耗的标准偏差的分布进行分析

34、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播损耗的对比4).对瑞利分布推导的结论进行解释对瑞利分布推导的结论进行解释(2). 可以补充的课堂作业：可以补充的课堂作业：1).试推导多普勒频移的公式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移动无

35、线信道及特性参数2.5.5 多径信道的统计分析多径信道的统计分析2.5.4 多径信道主要参数多径信道主要参数&2.5.6 多径衰落信道分类多径衰落信道分类重点重点瑞利信道的推导和分析瑞利信道的推导和分析信道特性的推导和应用信道特性的推导和应用2.课前预习设计(1). 为什么无线衰落信道往往被称为为什么无线衰落信道往往被称为“瑞利信道瑞利信道”？(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？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。小结上一节课的内容，

36、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。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从预习题：为什么无线衰落信道往往被称为“瑞利信道瑞利信道”？随着移动台的运动速？随着移动台的

37、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的问题(4). 多径信道的统计分析多径信道的统计分析多径信道接收信号包络服从瑞利多径信道接收信号包络服从瑞利(Rayleigh)衰落分布衰落分布这里为重点之一，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。道叫瑞利衰落信道，此处给学生留出分析和讨论的时间。莱斯莱斯(Rician)衰落分布衰落分布(5). 时间色散参数和相关带宽

38、时间色散参数和相关带宽(6). 频率色散系数和相干时间频率色散系数和相干时间(7). 角度色散参数和相关距离角度色散参数和相关距离(8). 多径信道影响的表现和本质多径信道影响的表现和本质(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。中应用在什么地方。4.课堂设计(1). 可以设计课堂提问的点：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让学生自己计算平均附加时延和 rms 时延扩展时延扩展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频率色散系数和相干时间处留一

39、个例题和课堂练习让学生分析(2). 可以补充的课堂作业：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移动无线信道及特性参数补充为什么需要学习信道，用实例进行描述。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）移动通信系统的典型信道模型（了解）(3). 2.5.7 衰落特性的度量衰落特性的度量(了解了解)(4). 2.5.8 衰落信道建模与仿真衰落信道建模与仿真(了解了解)(5). 2.6 电波传播损耗预测模型

40、电波传播损耗预测模型(自学自学)(6). 小结小结重点重点信道特性的工程应用信道特性的工程应用典型的实际信道模型及其特征的分析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，重点提示时域小结上一节课的内容，重点提示时域/频域频域/空域的信道特征。空域的信道特征。(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。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). 学习学习多径信道能有效帮助系统设计多径信道能有效帮助系统设计通过导频的设计、分集的设计来引导学生了

41、解信道的特性在工程应用在什么通过导频的设计、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。地方。(4). COST 207 信道模型中的多普勒谱（信道模型中的多普勒谱（自学，略讲）自学，略讲）(5). 衰落特性的度量（衰落特性的度量（自学，略讲）自学，略讲）衰落衰落包络包络与时间的关系与时间的关系(6). 衰落信道建模与仿真（衰落信道建模与仿真（自学，略讲）自学，略讲）信道建模（如何体现空、时、频三维特性）信道建模（如何体现空、时、频三维特性）时间维：建立具有多普勒频谱特性的单径（平坦）衰落时间维：建立具有多普勒频谱特性的单径（平坦）衰落频率维：建立多径衰落频率维：建立多径衰落空间维

42、：建立多天线、多通道衰落空间维：建立多天线、多通道衰落(7). 电波传播损耗预测模型（电波传播损耗预测模型（自学，略讲）自学，略讲）4.课堂设计(1). 可以设计课堂提问的点：可以设计课堂提问的点：1).在讲导频设计时，引导学生把前面所学到的相干时间和带宽的知识用过来。在讲导频设计时，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：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试判断一个典型传输系统是否需要采用均衡。 （见第（见第 2 章，课堂作业章，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

43、段产生瑞利衰落的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，产生并程序，让学生根据不同的参数输入，产生并统计衰落的特征。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nd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). 若载波频率若载波频率 f=800MHz, 移

44、动台速度移动台速度 v60 km/h，求最大多普勒频移。，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.800*1000000*60160Hz3*100000000df vfC(3). 说明时延扩展和相关带宽的基本概念。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:12 .f 其中为归一化延谱曲线

45、的均方值时延扩展。(4). 长期慢衰落与短期快衰落的基本概念长期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). 若载波频率若载波频率 f 分别为分别为 800 MHz、2.4 GHz 和和 5.8 GHz，当移动台以速度，当移动台以速度 v50km/h 沿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。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；说明时延扩展和相干带宽

46、、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，载波频率有一市内无线局域网，载波频率 fc=2.4GHz，规划覆盖半径，规划覆盖半径 30m，使用全向天线。在，使用全向天线。在自由空间路径损耗模型下（即自由空间路径损耗模型下（即 LOS 信道模型信道模型） ，如果要求覆盖范围内所有终端的最小，如果要求覆盖范围内所有终端的最小接收功率为接收功率为 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作，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作频率变成频率变成 5GHz，又至少需要多少发射功率？，又至少需要多少发射功率？(2). 从无线信道

47、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？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：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？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

48、不同无线环境中的信号强度来引入。(4). 问题问题 3：如何刻画无线移动通信信道的衰落？：如何刻画无线移动通信信道的衰落？(5). 内容内容 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，画出简单的发送：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。情形问。情形 1 是字符周期远大于多径时延扩展，情形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。是字符周期小于时延扩展。2.7本章参考资料1. 杨大

49、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. Stber. 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 Viswanath, Fundamentals of Wireless Communication, Cambridge 出版社,May 2005.5. Matthias Ptzold. Mobile fading C

50、hannel. New York John：Wiley & Sons, Inc., 2002.2.8教学后记第第 3 3 章章移动通信中的信源编码和调制解调移动通信中的信源编码和调制解调技术技术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用，最后，补充 OFDM技术。要求：数字移动通信系统中调制的作用，调制基本原理；了解掌握多种调制方式：QPSK、OQPSK、/

51、4 DQPSK 的基本概念，以及特点、区别和应用掌握 OFDM 技术的特点3.3教学重点与难点3.3.1本章重点数字调制方式的特点及区别（功率效率和频谱效率）QPSK、OQPSK、/4 DQPSK 的区别OFDM 的概念3.3.2本章难点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

52、 2 章合并，大概 1 个课时左右）1.内容（18）(1). 3.1 概述概述(2). 3.2 信源编码信源编码(3). 3.3 最小频移键控最小频移键控 （略）（略）(4). 3.4 高斯最小频移键控高斯最小频移键控（略）（略）(5). 3.5QPSK 调制调制重点重点QPSK及其改进调试方式的区别及其改进调试方式的区别2.课前预习设计(1). 最新的最新的 3G-LTE 协议中采用的调制方式协议中采用的调制方式包括哪些（包括哪些（2 个以上个以上） 。(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？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

53、）（可选）3.讲授思路(1). 概述概述，略讲，略讲(2). 信源编码信源编码，略讲，略讲(3). 最小频移键控最小频移键控，略讲，略讲(4). 高斯最小频移键控高斯最小频移键控，略讲，略讲(5). 3.5 QPSK 调制调制，重点，重点1).PSK(Phase Shift Keying)调制调制以基带数据信号来调制载波的相位2).BPSK(Binary Phase Shift Keying)调制调制3).补充：二进制码与双极性码的映射关系补充：二进制码与双极性码的映射关系4).QPSK相位突变会在成型滤波后引起包络起伏大，且过零点。设法减少相位跳变幅度，以减少信号包络的波动5).OQPSKO

54、QPSK 的调制方法与 QPSK 类似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降低最大相位跳变 ，相位变化被限制到了90。6). /4 DQPSK7).QPSK、OQPSK、/4QPSK 比较比较QPSK 相位转换通过 0 点，最大相位变化为 180OQPSK 相位转换不通过 0 点，最大相位变化为 90/4QPSK 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

55、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). 可以设计课堂提问的点：可以设计课堂提问的点：1).OQPSK 的最大相位变化为多少，为什么？的最大相位变化为多少，为什么？(2). 可以补充的课堂作业：可以补充的课堂作业：1).试分析当试分析当 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位转移是否是 PI/2? （详见第（详见第 3 章课堂作业章课堂作业 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

56、容（18-46）(1). 3.6 高阶调制高阶调制(2). 3.7 正交频分复用正交频分复用重点重点正交频分复用技术的主要特点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？中循环前缀的长度是越长越好吗？(2). 为什么为什么 OFDM 被采纳为被采纳为 LTE 物理层无线传输技术的标准？物理层无线传输技术的标准？（可选）（可选）3.讲授思路(1). 相干解调相干解调/非相干解调非相干解调相干解调，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.

57、6 高阶调制，重点高阶调制，重点为什么需要采用高阶调制？有限带宽下实现高速数据传输，提高频谱效率多进制调制中，每若干个(比如 k 个)比特构成一个符号高阶调制阶数越高，性能越差(3). 正交频分复用正交频分复用1).单载波传输系统单载波传输系统多径时延的长短会限制单载波的传输速率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并行多载波的优势和问题3).OFDM（正交频分复用，（正交频分复用，Orthogonal Frequency Division Multiplexing）1. 连续多载波系统连续多载波系统2. 正交子载波的引入正交子载波的引入3. 循环前缀的引入

58、循环前缀的引入4. OFDM 的的 DFT 实现实现4).OFDM 的优缺点的优缺点4.课堂设计(1). 可以设计课堂提问的点：可以设计课堂提问的点：1).高阶调制的带宽效率（高阶调制的带宽效率（BPSK,QPSK 等）等）2).采用串并变换的作用？采用串并变换的作用？符号周期扩展为符号周期扩展为 N 倍，但同时会带来时延倍，但同时会带来时延(1). 可以补充的课堂作业：可以补充的课堂作业：1).试画出采用试画出采用 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要区别2).信号总带宽信号总带宽 2MHz，工作频段工作频段 90

59、0MHz，采用多载波采用多载波 OFDM 调制调制(N=1024)，在信道根均方时延为在信道根均方时延为 20us 时，求各子载波上的信道衰落类型，时，求各子载波上的信道衰落类型，OFDM 系统系统在最大多普勒扩展超过子载波宽度的在最大多普勒扩展超过子载波宽度的 5%时，会产生严重的子载波间干扰，时，会产生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？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演示学生一段关于数字调制技术在无线衰落信道的 Matlab

60、程序程序，比较不同调比较不同调制技术的性能。制技术的性能。(2). 内容内容 2：给学生一个用于数字调制技术计算机仿真的：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。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？移动通信中对调制解调器的要求是什么？答：1：在瑞利衰落条件下，误码率尽可能低。2：发射频谱窄，带外辐射，临道功率与载波功率之比小于70Db.3：同频复用的距离小4：高效率解调5：能提供较高的传输速率6:易于集成。(2). QPSK、OQPSK、