2013年《移动通信系统》教（学）案

./教师教案<2012—2013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.目录TOC\o"1-1"\h\z\t"标题2,2,标题3,3,副标题,1"课程基本情况5学时分配1第1章概述21.1授课时数21.2教学内容及要求21.3教学重点与难点2本章重点2本章难点21.4教学设计2内容与课时安排3第1次课3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2章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7本章重点7本章难点72.4教学设计8内容与课时安排8第1次课8第2次课9第3次课11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152.8教学后记15第3章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16本章重点16本章难点163.4教学设计16内容与课时安排17第1次课17第2次课18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4章抗衰落和链路性能增强技术224.1授课时数224.2教学内容及要求224.3教学重点与难点22本章重点22本章难点224.4教学设计22内容与课时安排23第1次课23第2次课25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5章蜂窝组网技术295.1授课时数295.2教学内容及要求295.3教学重点与难点29本章重点29本章难点295.4教学设计30内容与课时安排30第1次课30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6章GSM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37本章重点37本章难点376.4教学设计38内容与课时安排38第1次课38第2次课39第3次课40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教学后记47第7章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48本章重点48本章难点487.4教学设计48内容与课时安排49第1次课49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8章移动通信实验教学548.1授课时数548.2教学内容及要求548.3教学重点与难点54本章重点54本章难点548.4教学设计54内容与课时安排54第一单元54第二单元63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0109530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XX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2013.2—2013.7.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.概述授课时数4个学时。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教学重点与难点本章重点在本书中,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。教学设计授课方式：课堂讲授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。第1次课内容〔401.1小节,移动通信发展简述〔约40页重点：移动通信的基本概念3代移动通信的基本特征课前预习设计无。讲授思路在正式授课前,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。介绍移动通信的特点和工作方式介绍早期移动通信发展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。现代移动通信的发展总结课堂设计可以设计课堂提问的点：关键性突破的地方可以让学生思考其代表的物理含义第三代的标准,可以提问TD-SCDMA是哪一家运营商采用？可以补充的课堂作业：简述三代移动通信系统各自的特点第2次课内容〔201.2小节,移动通信的特点和工作方式1.3小节,移动通信的分类及应用系统重点：移动通信系统的4类工作方式FDD和TDD的对比课前预习设计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,引起学生注意讲授思路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、漫游等功能移动通信的工作方式单工方式,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。移动通信的分类及应用系统蜂窝公用移动通信系统<公网>集群系统〔专网无绳电话系统无线寻呼系统卫星通信系统分组无线网补充实验室实际科研项目方向,新技术等介绍课堂设计可以设计课堂提问的点：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可以补充的课堂作业：对比TDD和FDD的优势和缺点其它可选的作业及参考答案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：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。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.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。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常见移动通信的应用系统分类有哪些？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思考与讨论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：t/等等。教学后记.移动通信电波传播与传播预测模型授课时数7学时。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教学重点与难点本章重点无线衰落信道的本质和特征。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。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：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。第1次课内容〔322.1概述2.2自由空间的电波传播重点：为什么蜂窝移动通信系统主要使用超高频<300MHz~3GHz>频段自由空间的电波传播损耗的计算和用途课前预习设计GSM系统通信的频段及该频段的电磁波的传输特点。讲授思路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复习一下白高斯噪声的定义和特点无线电波的几种主要传播方式以及传播特性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。重点分析蜂窝移动通信系统主要使用超高频UHF<300MHz~3GHz>的主要原因：〔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自由空间的电波传播直射：电波沿直线传播的传播方式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<FriisH.T.,Proc.IRE,1946>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。非理想自由空间的传输损耗基本概念,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特定环境下,n可能小于2,要给学生举例解释课堂设计可以设计课堂提问的点：概述的地方可以询问信号输出和信道之间的关系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<300MHz~3GHz>的主要原因自由空间的传播损耗的计算,在举例后,留一个课堂练习,让学生自行计算在W和dBm的转换的地方,留一个课堂练习,让学生自行计算可以补充的课堂作业：简述三代移动通信系统各自的特点第2次课内容〔61-322.33种基本电波传播机制2.4阴影衰落的基本特性2.5移动无线信道及特性参数2.5.1无线信道的衰落2.5.2多普勒频移2.5.3多径信道的信道模型重点阴影衰落的分析和应用多普勒频移的推导和分析课前预习设计为什么在站台,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。讲授思路3种基本电波传播机制反射: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。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。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。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阴影衰落的基本特性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r：传播距离；m为路径损耗指数ζ：阴影产生的对数损耗,服从均值为0,方差为σ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,不同地形条件下,阴影衰落的参数所代表的物理含义。移动无线信道及特性参数无线信道的衰落：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〔几个波长或短时间〔秒级内信号强度的快速变化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,产生了衰落多径衰落的基本特性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。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。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；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为"瑞利信道"课堂设计可以设计课堂提问的点：对典型环境下阴影损耗的标准偏差的分布进行分析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对瑞利分布推导的结论进行解释可以补充的课堂作业：试推导多普勒频移的公式第3次课〔布置1,2章作业内容〔97-622.5移动无线信道及特性参数2.5.5多径信道的统计分析2.5.4多径信道主要参数&2.5.6多径衰落信道分类重点瑞利信道的推导和分析信道特性的推导和应用课前预习设计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？讲授思路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。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。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多径信道的统计分析多径信道接收信号包络服从瑞利<Rayleigh>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<Rician>衰落分布时间色散参数和相关带宽频率色散系数和相干时间角度色散参数和相关距离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,在工程中应用在什么地方。课堂设计可以设计课堂提问的点：让学生自己计算平均附加时延和rms时延扩展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可以补充的课堂作业：说明时延扩展和相关带宽的基本概念第4次课〔1个课时左右内容〔142-982.5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。移动通信系统的典型信道模型〔了解2.5.7衰落特性的度量<了解>2.5.8衰落信道建模与仿真<了解>2.6电波传播损耗预测模型<自学>小结重点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课前预习设计试举例说明学习信道特性的作用讲授思路小结上一节课的内容,重点提示时域/频域/空域的信道特征。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。学习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解信道的特性在工程应用在什么地方。COST207信道模型中的多普勒谱〔自学,略讲衰落特性的度量〔自学,略讲衰落包络与时间的关系衰落信道建模与仿真〔自学,略讲信道建模〔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〔平坦衰落频率维：建立多径衰落空间维：建立多天线、多通道衰落电波传播损耗预测模型〔自学,略讲课堂设计可以设计课堂提问的点：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。可以补充的课堂作业：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本章实验设计〔学生实验在关键技术完成后统一进行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。作业及答案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.若载波频率f=800MHz,移动台速度v＝60km/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。长期慢衰落与短期快衰落的基本概念说明多径衰落对数字移动通信系统的主要影响若载波频率f分别为800MHz、2.4GHz和5.8GHz,当移动台以速度v＝50km/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。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；思考与讨论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10μw,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5GHz,又至少需要多少发射功率？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。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。问题3：如何刻画无线移动通信信道的衰落？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。本章参考资料杨大成等编著.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.AndreaGoldsmith.WirelessCommunications.London:Cambridge.2006.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.DavidTse,PramodViswanath,FundamentalsofWirelessCommunication,Cambridge出版社,May2005.MatthiasPätzold.MobilefadingChannel.NewYorkJohn：Wiley&Sons,Inc.,2002.教学后记.移动通信中的信源编码和调制解调技术授课时数3学时。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、π/4DQPSK的基本概念,以及特点、区别和应用掌握OFDM技术的特点教学重点与难点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、π/4DQPSK的区别OFDM的概念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；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。内容与课时安排本章分成2次课完成。第1次课〔和第2章合并,大概1个课时左右内容〔183.1概述3.2信源编码3.3最小频移键控〔略3.4高斯最小频移键控〔略3.5QPSK调制重点QPSK及其改进调试方式的区别课前预习设计最新的3G-LTE协议中采用的调制方式包括哪些〔2个以上。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？〔可选讲授思路概述,略讲信源编码,略讲最小频移键控,略讲高斯最小频移键控,略讲3.5QPSK调制,重点PSK<PhaseShiftKeying>调制以基带数据信号来调制载波的相位BPSK<BinaryPhaseShiftKeying>调制补充：二进制码与双极性码的映射关系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OQPSKOQPSK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。/4DQPSKQPSK、OQPSK、π/4QPSK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90π/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。课堂设计可以设计课堂提问的点：OQPSK的最大相位变化为多少,为什么？可以补充的课堂作业：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第2次课〔需要留出少量时间,评讲第1,2章的作业内容〔18-463.6高阶调制3.7正交频分复用重点正交频分复用技术的主要特点课前预习设计OFDM中循环前缀的长度是越长越好吗？为什么OFDM被采纳为LTE物理层无线传输技术的标准？〔可选讲授思路相干解调/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3.6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,性能越差正交频分复用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OFDM并行多载波的优势和问题OFDM〔正交频分复用,OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing1.连续多载波系统2.正交子载波的引入3.循环前缀的引入4.OFDM的DFT实现OFDM的优缺点课堂设计可以设计课堂提问的点：高阶调制的带宽效率〔BPSK,QPSK等采用串并变换的作用？符号周期扩展为N倍,但同时会带来时延可以补充的课堂作业：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？实验演示与设计〔学生实验在关键技术完成后统一进行内容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。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。作业及答案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。QPSK、OQPSK、/4QPSK的星座图和相位转移图有何异同？答：QPSK、OQPSK、/4QPSK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。/4QPSK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。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。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、π/4DQPSK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。本章参考资料AndreaGoldsmith.WirelessCommunications.London:Cambridge.2006.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.教学后记.抗衰落和链路性能增强技术授课时数6学时。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：掌握分集技术的基本概念、分类、特点和应用；掌握分集信号的合并技术,了解其性能；掌握隐分集技术；掌握自适应均衡技术及其应用；了解信道编码基本原理、分类和特点。教学重点与难点本章重点分集技术涉及的相关概念和原理；自适应均衡技术的原理、优化准则、分类和特点。本章难点分集合并技术；隐分集技术对抗衰落的原理的理解；自适应均衡技术的数学原理。教学设计授课方式：课堂讲授+MATLAB演示+实验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：第1次课内容〔344.1概述4.2分集技术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>重点分集技术的分类和特点课前预习设计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听得更清楚,这是利用了什么原理？为什么在移动通信系统中要采用抗衰落技术？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。讲授思路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。移动信道三大效应形成衰落：阴影效应多径效应多谱勒效应多径衰落的基本特征相干时间相干带宽引出移动通信中常用的三类抗衰落技术：分集、均衡和信道编码。简单说明各自的基本概念：分集<Diversity>均衡<Equalization>信道编码<ChannelCoding>利用预习的题目引出本节课的主题：分集技术4.2分集〔重点,注意分析对比技术之间的区别分集概念分集目标：对抗移动信道造成的各种衰落和码间串扰分集本质：对同一信号在不同时间、频率、空间方向的过采样分集的技术难点：如何得到多路信号？如何合并多路信号？4.2.2微观分集的类型1,空间分集多天线分集角度分集极化分集2.频率分集传输信息以不同的频率进行传输传输之间的频率间距>>相干带宽3.时间分集传输信息在不同的时刻重复传输信号重发时间间隔>>相干时间分集合并技术：利用多个分集信号来减少衰落影响并获得增益的技术最大比合并〔maximumratiocombining选择式合并等增益合并〔equalgaincombining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。利用图例解释几种分集合并技术的性能差异。隐分集技术通过例子解释交织编码的目的和原理；通过例子解释跳频技术抗衰落的原理；通过例子解释扩频技术抗衰落的原理,简单介绍Rake接收机。4.6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MIMO系统提高无线通信系统容量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。利用空间分集对抗衰落利用空间复用提高频谱效率STBC：空时分组码VBLAST分层空时码课堂设计可以设计课堂提问的点：在举例时间,频率分集的地方,请学生自行计算和讲解在交织器设计时,请学生自行计算和讲解可以补充的课堂作业：合并方式有哪几种？哪一种可以获得最大的输出信噪比？为什么？第2次课内容〔35-654.3信道编码4.4均衡技术课前预习设计为什么要采用自适应均衡？其基本原理是什么？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。讲授思路4.3信道编码前言为什么引入信道编码？移动信道是变参信道,会引起随机错误与突发错误信道编码的定义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信道编码分类：按码结构分：分组码和卷积码4.4均衡〔Equalization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。重点阐述自适应均衡原理,包括以下几点：解释均衡器在系统中的位置通过简单的数学推导解释均衡的原理均衡优化准则和算法最小峰值失真准则最小均方误差准则均衡技术的类型线性均衡器非线性均衡：1、判决反馈均衡〔DFE2、最大似然估计均衡〔MLSE自适应均衡器利用图解释均衡器的结构举例均衡器的应用以及与分集技术的结合课堂设计可以设计课堂提问的点：在举例卷积码输出的地方,请学生自行计算和讲解在举例均衡器输出的地方,请学生自行计算和讲解可以补充的课堂作业：什么是码字的汉明距离？码字1101001和0111011的汉明距离等于多少？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。第3次课内容〔66-964.5扩频通信4.7链路自适应技术课前预习设计举例一个运营商所采用的体制是采用了扩频技术的？讲授思路4.5扩频通信扩频的定义和增益计算扩频增益,定义为频谱扩展前的信息带宽F与频带扩展后的信号带宽W之比,G＝W／F伪噪声序列PN序列的产生典型：m序列〔最长线性反馈移位寄存器序列直扩系统抗窄带干扰的原理、特点及抗衰落性能RAKE接收机RAKE接收原理多径分离多径合并准则跳频扩频通信系统跳频技术的原理、本质跳频技术的抗干扰性能4.7链路自适应技术〔略讲自适应调制编码混合自动请求重传〔HARQ停止等待型回退N步型选择重传型课堂设计可以设计课堂提问的点：在举例卷积码输出的地方,请学生自行计算和讲解在举例均衡器输出的地方,请学生自行计算和讲解可以补充的课堂作业：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？作业及答案分集接收如何分类？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。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。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。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。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,之后不再调整；自适应均衡器工作工作方式是利用通信中传输的数字信号的判决来形成误差信号,并依据自适应算法跟踪调节抽头系数的加权。何为扩展频谱通信？这种通信方式有哪些优点？答：扩展频谱通信是一种宽带调制技术,通过采用比特率很高的数字编码序列去调制载波或者用用低速率编码序列的指令去控制载波的中心频率来来展宽信号的带宽,获取信噪比的改善。其优点：1：具有选择地址〔用户的能力2：在共用信道中实现码分多址服用。3：信号的功率频谱密度低,因此信号具有隐蔽性且功率污染小。4：有利于数字加密、防止窃听。5：抗干扰性强,可在较低的信噪比条件下,保证系统传输质量。6：抗衰落能力强。在扩频通信中,对伪随机码的基本要求是什么？答：伪随机码的基本要求是1：伪码的比特率应能满足扩展带宽的需要。2：伪码的自相关要答,且互互相关要小。3：伪码迎具有近似噪声的频谱性质,即近似连续谱,且均匀分布。思考与讨论本章内容讨论的抗衰落技术在获得性能增益的同时都有哪些代价？本章参考资料基本参考：《无线通信原理与应用》第6章"均衡、分集和信道编码",〔美〕TheodoreS.Rappaport,蔡涛、李旭、杜振民译,电子工业出版社,1999年11月第1版。《数字移动通信系统》第六章"抗衰落技术",郭梯云、杨佳玮、李建东编著,人民邮电出版社,1995年3月第一版。高级阅读：《DigitalCommunications》4thEdition,JohnG.Proakis,Chapter11"AdaptiveEqualization".教学后记蜂窝组网技术授课时数4学时,与实际教学一致。教学内容及要求内容：本章重点介绍了移动通信蜂窝组网的原理和移动通信网络结构,包括：频率复用和蜂窝小区、多址接入技术、系统容量、CDMA功率控制技术、切换原理以及网络结构等。要求：掌握多址接入技术的概念和分类；掌握FDMA、TDMA和CDMA三种典型多址方式的原理和区别；掌握FDMA、TDMA和CDMA系统中容量的定义和计算。掌握关于蜂窝小区的概念和特点掌握频率复用的概念以及频率复用模型掌握同频干扰的计算掌握服务等级的计算教学重点与难点本章重点多址接入的概念和数学原理；FDMA、TDMA、CDMA三种多址的原理、关键技术和特点；蜂窝系统的容量计算。频率复用的概念、同频干扰的计算、服务等级的计算。本章难点多址接入的数学原理；CDMA系统的原理和特点；CDMA系统容量的计算。要通过推导,举例等让学生理解同频干扰和服务等级的计算,达到灵活运用的程度。教学设计授课方式：课堂讲授内容与课时安排分为2次课第1次课内容〔355.1移动通信网的基本概念5.2频率复用和蜂窝小区课前预习设计频率复用和蜂窝小区设计的原因蜂窝系统小区的优势讲授思路5.1移动通信网的基本概念移动通信网络组成空中网络多址接入频率复用和蜂窝小区切换和位置更新地面网络各基站相互连接基站与固定网络的连接5.2频率复用和蜂窝小区小容量的大区制一个基站覆盖整个服务区天线架设高发射功率大频谱效率低,小容量的通信网控制方式简单、设备成本低大容量小区制将服务区划分成许多小面积覆盖区域,用一个小功率的发射机来服务一个小面积覆盖区。第1种是带状服务覆盖区第2种是面状服务覆盖区簇〔区群：共同使用全部可用频率的N个小区叫做一簇<区群频率复用：将可用频道分N组,区群内的每个小区使用不同的频率组,而相邻区群重复使用相同的频率组分配模式同频小区：同频小区:使用同一组频率的小区同频干扰：同频小区之间的信号干扰叫做同频干扰〔也叫同道干扰构成簇的基本条件：基本图案〔簇能彼此邻接且无空隙地覆盖整个面积。相邻单元〔簇中,同频道的小区间距离相等,且为最大。区群的大小：N满足上述两个条件的簇的形状和簇内小区数N是有限的,并且N应该满足下式：i和j分别为相邻同频小区之间的二维距离〔相邻小区数,都为正整数,不能同时为零簇间同频小区位置的确定沿着任意一条六边形边的垂线方向移动i个小区,并逆时针方向旋转60°,再移动j个小区。蜂窝无线系统的典型干扰课堂设计可以设计课堂提问的点：在举例时间,同频干扰计算的地方,请学生自行计算和讲解可以补充的课堂作业：某蜂窝系统采用BPSK调制,假设接收信号为瑞利衰落,用户要求的误码率为10-3,若系统的主要干扰和噪声只考虑同频干扰,求能满足此要求的最小复用因子N？第2次课内容〔355.3多址接入技术5.4码分多址关键技术5.5蜂窝移动通信系统的容量分析5.6CDMA系统中的功率控制5.7切换、位置更新课前预习设计什么是蜂窝系统的容量？讲授思路5.3多址接入技术多址接入技术将正交的信号维度〔时域、频域等划分为不同的信道后分配给用户,以支持多用户通信。尽量保证不同用户发射的信号相互正交典型的多址技术频分多址<FDMA>：沿频率轴将信号维度划分为不同的频道,频带独享,时间共享。每个用户占用一个频道,在呼叫的整个过程中,其他用户不能共享这一频段。时分多址<TDMA>：单位：互不重叠并周期重复的时隙〔TimeSlot,TS。时隙独享,频率共享。发射数据采用的是"缓存–突发"法码分多址<CDMA>：码型划分,时隙、频率共享CDMA系统的特点各用户地址码的准正交性会带来多址干扰多用户可共享频率；容量的软特性,用户的增加相当于噪声增加采用扩频和Rake接收,提高抗干扰能力可以单频组网平滑的软切换；低信号功率谱密度,加密效果5.5蜂窝移动通信系统的容量分析一定频段内所能提供的最大信道数。衡量无线系统频谱效率的参数取决于载波干扰功率比C/I和带宽Bc。5.4码分多址关键技术〔已在第4章讲过5.6CDMA系统中的功率控制〔放入第6章5.7切换、位置更新〔放入第6章课堂设计可以设计课堂提问的点：在举例容量计算的地方,请学生自行计算和讲解可以补充的课堂作业：试说明TDMA系统的特点？作业及答案试说明多址接入方式的基本原理,以及什么是FDMA,TDMA和CDMA方式？蜂窝系统中是以信道来区分通信对象的,一个信道只容纳一个用户进行通话,许多同时通话的用户,互相以信道来区分,这就是多址。多址接入方式的数学基础是信号的正交分割原理。无线电信号可以表达为时间,频率和码型的函数,即可写作：式中,是码型函数；是时间和频率的函数。当以传输信号的的载波频率不同来区分信道建立多址接入时,称为频分多址〔FDMA方式；当以传输信号存在的时间不同来区分信道建立多址接入时,称为时分多址〔TDMA方式；当以传输信号的码型不同来区分信道建立多址接入时,称为码分多址〔CDMA方式。试说明FDMA系统的特点。FDMA信道每次只能传送一个电话。每信道占用一个载频,相邻载频之间的间隔应满足传输信号带宽的要求。符号时间与平均延迟扩展相比较是很大的。移动台较简单,和模拟的较接近。基站复杂庞大,重复设置收发信设备。FDMA系统每载波每信道单个信道的设计,使得在接收设备中必须使用带通滤波器允许指定信道里的信号通过,滤除其他频率的信号,从而限制临近信道间的相互干扰。越区切换较为复杂和困难。FDMA系统中存在的干扰主要有哪些？就蜂窝小区内的基站与移动台系统而言,主要干扰有互调干扰和领道干扰。在频率重复使用的蜂窝系统中,还要考虑同频道干扰。试说明TDMA系统的特点。突发传输的速率高,远大于语音编码速率,这是因为TDMA系统中需要较高的同步开销。同步技术是TDMA系统正常工作的重要保证。发射信号速率随N的增大而提高,如果达到100kbit/s以上,码间串扰就将加大,必须采用自适应均衡,用以补偿传输失真。TDMA用不同的时隙来发射和接收,因此不需双工器。即使用FDD技术,在用户单元内部的切换器,就能满足TDMA在接收机和发射机间的切换,因而不需使用双工器。基站复杂性减小。N个时分信道共用一个载波,占据相同带宽,只需一部收发信机。互调干扰小。抗干扰能力强,频率利用率高,系统容量大。越区切换简单。由于在TDMA中移动台是不连续的突发式传输,所以切换处理对一个用户单元来说是很简单的。什么是m序列？m序列的性质有哪些？M序列是最长线性移位寄存器序列的简称,它是由带线性反馈的移存器产生的周期最长的一种伪随机序列,具有与随机噪声类似的尖锐自相关特性,但它不是真正随机的,而是按一定的规律形式周期性的变化。M序列的性质：M序列一个周期内"1”和"0”的码元数大致相等〔"1”比"0”只多一个。这个特性保证了在扩频系统中,用m序列做平衡调制实现扩展频谱时有较高的载波抑制度。m序列中连续为"1”或"0”的那些元素称为游程。一个周期P＝2n－1内,其中长度为1的游程占总游程数的1/2；长度为2的游程占1/4。m序列和其移位后的序列逐位模2加,所得的序列还是m序列,只是相位不同。m序列发生器中的移位寄存器的各种状态,除全0外,其他状态在一个周期内只出现一次。m序列中连续为"1”或"0”的那些元素称为游程。一个周期P＝2n－1内,其中长度为1的游程占总游程数的1/2；长度为2的游程占1/4；长度为3的游程占1/8；这样,长度为k〔的游程占总游程数的1/2k。在长度为k〔的游程中,连"1”的游程和"0”的游程各占一半,而且只有一个包含n-1个"0”的游程,也只有一个包含n个"1”的游程。举例说明m序列的自相关特性。设m序列〔取值1或0与其后移位的序列逐位模2加所得的序列中,"0”的位数为A〔序列和相同的位数,"1”的位数为D〔序列和不相同的位数,则自相关函数由下式计算：式中,A为"0"位数或相同的位数；D为"1"位数或不相同的位数。显然P=A+D。当周期P很大时,m序列的自相关函数与白噪声类似。试说明CDMA方式与FDMA方式,TDMA方式相比有哪些突出的优点？CDMA系统的许多用户共享同一频率,不管使用的使TDD还是FDD技术。通信容量大,CDMA是干扰限制性系统,任何干扰的减少都直接转化为系统容量的提高。容量的软特性。TDMA系统中同时可接入的用户数是固定的,无法再多接入任何一个用户；在DS-CDMA〔直扩CDMA系统中,多增加一个用户只会使通信质量略有下降,不会出现硬阻塞现象。由于信号被扩展在一较宽频谱上而可以减小多径衰落。在CDMA系统中,信道数据传输速率很高。平滑的软切换和有效的宏分集。低信号功率谱密度。试说明CDMA蜂窝移动通信系统能比TDMA蜂窝移动通信系统获得更大通信容量的原因和条件。CDMA是干扰限制性系统,任何干扰的减少都直接转化为系统容量的提高。TDMA系统中同时可接入的用户数是固定的,无法再多接入任何一个用户；在DS-CDMA〔直扩CDMA系统中,多增加一个用户只会使通信质量略有下降,不会出现硬阻塞现象。在CDMA系统中,信道数据速率很高。因此码片时长很短,通常比信道的时延扩展小的多,因此PN序列有低的自相关性,所以大于一个码片宽度的时延扩展部分,可受到接收机的自然抑制；另一方面,如采用分集接收最大合并比技术,可获得最佳的抗多径衰落效果。而在TDMA系统中,为克服多径造成的码间干扰,需要用复杂的自适应均衡,均衡器的使用增加了接收机的复杂度,同时影响到越区切换的平滑性。为什么说CDMA蜂窝移动通信系统具有软容量特性?这种特性有什么好处？在CDMA系统中,多增加一个用户只会使通信质量略有下降,而不会出现通信硬阻塞的情况,所以说CDMA蜂窝移动通信系统具有软容量特性。软容量特性的好处在于可以在话务量高峰期通过提高误帧率来增加可以用的信道数,还可以通过小区覆盖范围的动态调整,平衡各个小区的业务量,对于解决通信高峰的通信阻塞和提高用户越区切换的成功率非常有效。为什么说CDMA蜂窝移动通信系统具有软切换功能？这种功能有何好处？CDMA系统中所有小区使用相同的频率。每当移动台处于小区边缘时,同时有两个或两个以上的基站向移动台发送相同的信号,移动台的分集接收机能同时接收合并这些信号。当某一基站的信号强于当前基站信号且稳定后,移动台才切换到该基站的控制上去,所以说CDMA蜂窝移动通信系统具有软切换功能。软切换很好地利用了直接扩频系统的特点,软切换发生时,移动台只有在取得了与新基站的连接之后,才会中断与原基站的联系,通信中断的概率大大降低,保证了通信的可靠性。进入软切换区域的移动台即使不能立即得到与新基站的链路,也可以进入切换等待的排队队列,从而降低了系统的阻塞率。SDMA的特点是什么？SDMA可否与CDMA、TDMA、FDMA相结合,为什么？SDMA的特点是通过空间的分割来区别不同的用户。在移动通信中,能实现空间分割的基本技术是采用自适应阵列天线,SDMA使用定向波束天线来服务于不同的用户。SDMA可以与CDMA、TDMA、FDMA相结合。因为在相同的频率〔在TDMA或CDMA系统中或不同的频率〔在FDMA系统中,SDMA都可以用来服务于被天线波束覆盖的这些不同区域。若N-CDMA系统的有效频带宽度为1.2288MHz,语音编码速率为9.6kbit/s,比特能量与噪声功率谱密度比为6dB,则系统容量为多少？接收信号的载干比为说明大区制和小区制的概念,指出小区制的主要优点。答：大区制是指一个基站覆盖整个服务区。如在一座城市内只有一个基站并由它负责移动通信的联络和控制。其特点是：天线架设高、发射功率大、覆盖半经大。小区制则是利用频率复用的概念将整个服务区域划分成若干个小区,分别设置一个低发射功率的基站,负责本小区的通信。其主要优点是:频率可以复用利用率高、组网灵活容量大。什么是同频干扰,它是如何产生的,如何减少？答：同频干扰是频率复用时的一种干扰现象。由于在一个给定的覆盖区域内,存在这许多使用同一组频率的小区即同频小区,他们相互之间的干扰就叫做同频干扰。为了减少同频干扰,同频小区必须在物理上隔开一个最小的距离,为传播提供充分的隔离。绘制出单位无线区群的小区个数N=4时,三个单位区群彼此邻接时的结构图形。假设小区的半经为R,邻接无线区群同频小区的中心距离如何确定？答:单位无线区群的小区个数N=4时,三个单位区群彼此邻接时的结构图形如下:当小区的半经为R时,邻接无线区群同频小区的中心距离思考与讨论几种多址方式的比较？本章参考资料祁玉生,邵世祥编著,现代移动通信系统,人民邮电出版社,1999。第3,4章。《无线通信原理与应用》第8章"无线通信多址技术",〔美〕TheodoreS.Rappaport,蔡涛、李旭、杜振民译,电子工业出版社,1999年11月第1版。教学后记.GSM及其增强移动通信系统授课时数8学时,实际授课时间为8个课时。教学内容及要求要求：概念、原理、系统结构和技术特点内容：掌握GSM系统的业务及其特征掌握GSM系统的结构掌握GSM的信道,特别是信道的分类和作用掌握GSM的无线数字传输不要求GSM的信令协议了解GSM系统的安全管理措施掌握GSM系统的接续流程掌握GSM系统的移动性管理方法了解GSM的演进过程了解GPRS的技术掌握GPRS与GSM的区别和特点教学重点与难点本章重点GSM系统的结构GSM的信道,特别是信道的分类和作用GSM的无线数字传输GSM系统的接续流程移动台主呼流程、被呼流程GSM系统的移动性管理切换原理、位置更新、漫游GPRS与GSM的区别和特点本章难点信道,特别是信道的分类和作用接续过程中,不同阶段信道的使用与号码的使用问题；如何让学生不混淆不同区域的切换过程；如何在有限的时间内,让学生能对GPRS技术有一定的掌握,对其特点能从技术上加以解释；教学设计第二单元的信道概念比较枯燥,重点应该放在第三、四单元,结合接续过程进行讲解会让学生更感兴趣。在对GPRS的讲解中,应该注意从业务和市场的需求出发,让学生理解对未来通信的新的要求,从而从根本上了解为什么需要发展GPRS等新的传输机制,并注重讨论一下2G3G的过渡问题。内容与课时安排4次课第一单元,GSM的发展,GSM系统的业务及其特征,GSM系统的结构和接口。其中,GSM系统的结构和接口是重点。GSM的物理信道与逻辑信道的概念。第二单元,GSM的物理信道与逻辑信道的配置,突发脉冲的分类与定义和帧偏离、定时提前量与半速率信道技术。其中,信道的概念、配置是重点。第三单元,GSM的无线数字传输技术,特别是其抗衰落技术的分类和作用,GSM的信令协议,GSM的编号方式。其中,抗衰落技术是关键。第四单元,接续和移动性管理中的安全性管理；接续流程；接续和移动性管理中的移动性管理,包括：位置更新和切换。其中,接续和移动性管理都是重点,通用分组无线业务的概念和特点。第1次课课前预习与复习问题设计GSM的系统结构图。讲授思路首先由目前应用最为广泛的GSM系统出发,介绍其来源和发展从短消息出发,引出业务的定义和区别电信业务承载业务附加业务从手机在整个通信系统中的地位和作用出发,引出整个通信系统结构的概念,并以GSM系统为例进行阐述。在这个过程中,可以邀请同学自己来画出结构框图,并结合协议的部分,可以介绍主要的接口和作用移动台：移动设备〔ME和SIM卡基站子系统：基站收发设备和基站控制器网络子系统：MSC、VLR、HLR、AUC和EIR操作支持子系统：操作维护中心和网络管理中心第2次课课前预习与复习问题设计在移动通信系统中,信息是通过什么渠道传输的,又是如何传输的？它与多址方式有什么关系？讲授思路首先回顾第7章的多址技术,由GSM的多址技术,提出：在空中接口中,信息的传输渠道从物理上讲到底是什么？从而引出物理信道的定义。以我国GSM系统为例,通过一下几方面阐述物理信道的频率配置情况工作频段频道间隔双工收发间隔频道配置：采用等间隔频道配置方法频率复用方式干扰保护比保护频带由在物理信道中究竟传什么,怎么传？引出逻辑信道的概念和分类逻辑信道分类过后,如何将它与物理信道进行配置以达到进行高效率通信的目的？逻辑信道与物理信道的映射GSM的时隙帧结构作为一个小结,可以区分一下物理信道和逻辑信道的区别,以加强学生的印象。由如何区分逻辑信道的问题出发,引出突发脉冲的概念和分类。突发脉冲分类：频率校正突发脉冲序列同步突发脉冲序列接入突发脉冲序列常规突发脉冲序列最后,从提高物理信道传输质量的角度,简单介绍一下帧偏离、定时提前量与半速率信道技术。第3次课课前预习与复习问题设计不同的手机之间靠什么区分身份？讲授思路首先回顾第3章的信道衰落,介绍GSM系统中的主要抗衰落手段,包括：信道编码、交织、均衡与天线分集、跳频和语音激活与功率控制。其中重点介绍一下跳频、语音激活与功率控制。简单介绍GSM的信令协议,主要是其接口,包括以下部分：数字蜂窝网的区域结构我国GSM移动通信网的网络结构电信网中信令的基本功能通过预习的问题,不同的手机之间靠什么区分身份？引出GSM的编号方式,注重讲解编号的作用,并引出接续的部分。其中GSM编号方式分为以下三个大块：移动台识别与编号规划位置区和基站的识别MSR/VLR和HLR的识别第4次课课前预习与复习问题设计从拨出手机号到听到对方信号之间,系统进行了哪些处理？为什么出差到了外地,手机仍然可以通信,系统靠什么机制来进行保证？讲授思路回顾本次课所需基础知识：GSM编号方式、逻辑信道与物理信道、脉冲序列、HLR内容及VLR内容。重点讨论手机和基站之间如何通过空中接口完成身份的识别和信息的加密,特别注意结合编号方式一起讨论。从以下几点简介GSM的几种安全性措施：接入网络——鉴权无限路径——加密移动设备——设备识别用户识别码——临时用户识别码TMSISIM卡——PIN码保护由预习的问题,引出接续流程的定义,包括客户状态、移动台主呼和移动台被呼过程,注意其中逻辑信道的使用和不同编号的作用。介绍移动台的几种状态、主呼和被呼流程。由"移动通信如何保证移动中通信"的问题,引出移动性的管理问题,包括：位置更新和切换,可以和日常生活中切换的现象结合起来讲解。由未来人们对移动业务的类型、速率所提出的越来越高的要求,提出需要采用新的技术。明确本课时需要解决的问题就是为什么需要GPRS？GPRS是什么？GPRS怎么样？这3个问题。从GSM的演进简单介绍HSCSD,GPRS和EDGE,这里先着重从速率上简单讲。重点阐述GPRS技术的特点,分组交换和电路交换的区别,GPRS添加的网络组件和作用,GPRS与WAP如何结合上网。进行本章的小结和串讲。作业及答案说明GSM系统的业务分类。GSM按照ISDN对业务的分类方法对其业务进行了分类,即分为基本业务和补充业务。基本业务按功能又可分为电信业务〔teleservices,又称用户终端业务和承载业务〔bearerservices。GSM系统业务分类如下图所示。电信业务：是指为用户通信提供的包括终端设备功能在内的完整能力的通信业务。包括：电话业务；紧急呼叫业务；短消息业务；传真业务；承载业务：提供用户接入点间信号传输的能力。附加业务：是对基本业务的改进和补充,它不单独向用户提供,而必须与基本业务一起提供。画出GSM系统的总体结构图。说明GSM系统专用和公共逻辑信道的作用,画出逻辑信道示意图。逻辑信道是指依据移动网通信的需要,为传送的各种控制信令和语音或数据业务在TDMA的8个时隙所分配的控制逻辑信道或语音、数据逻辑信道。逻辑信道分为公共信道和专用信道两大类。公共信道的作用是用于传送基站向移动台广播消息和用于传送移动业务交换中心与移动台之间建立连接所需的双向信号；专用信道的作用是用于传送用户语音或数据,还包括一些控制信息。逻辑信道如下图所示：简述移动用户主呼〔移动用户呼叫固定用户的主要过程。在服务小区内,移动用户拨号,便启动程序；通过随机接入信道<RACH>向系统发送请求接入消息；BS分配一个专用信道给MS；MS在SDCCH发业务请求消息；MSC/VLR对MS进行鉴权；鉴权通过,对用户发加密信息；分配业务信道；建立与被叫客户的通路,向被叫用户振铃,向MS回送呼叫接通信号；被叫用户应答,向移动台发送应答连接消息,最后进入通话阶段。GSM系统中,突发脉冲序列共有哪几种？普通突发脉冲序列携带哪些信息？突发脉冲是以不同的信息格式携带不同逻辑信道,在一个时隙内传输,由100多个调制比特组成的脉冲序列。因此可以将突发脉冲看成是逻辑信道在物理信道传输的载体。根据逻辑信道的不同,突发脉冲也不尽相同。突发脉冲有五种类型。普通突发脉冲〔NB:NormalBurst；频率校正突发脉冲〔FB:FrequencyCorrectionBurst；同步突发脉冲〔SB:SynchronizationBurst；接入突发脉冲〔AB:AccessBurst；空闲突发脉冲〔DB:DummyBurst。普通突发脉冲用于构成TCH,以及除FCCH、SYCH、RACH和空闲突发脉冲以外的所有控制信道信息,携带它们的业务信息和控制信息。简述GSM系统的鉴权中心〔AUC产生鉴权三参数的原理以及鉴权原理。在GSM系统中,为了鉴权和加密的目的应用了三种算法,即A3、A5和A8算法。其中,A3算法是为了鉴权之用；A8算法用于产生一个供用户数据加密使用的密钥Kc；而A5用于用户数据的加密。鉴权原理：GSM系统的鉴权原理是基于GSM系统定义的鉴权键Ki。当客户与GSM网络运营商签约进行注册登记时,被分配一个移动用户号码〔MSISDN和一个移动用户识别号码〔IMSI。与此同时还要产生一个与IMSI对应的移动用户鉴权键Ki。鉴权键Ki被分别存放在网络端的鉴权中心〔AC中和移动用户的SIM卡中。鉴权的过程就是在网络的VLR中验证网络端和用户端的鉴权键Ki是否相同。为了安全的需要,GSM用鉴权键Ki和一个由AC中伪随机码发生器产生的伪随机数〔RAND：RandomNumber作为鉴权算法A3的输入,经A3后,输出加密的数据,即符号响应〔SRES：SignalResponse。鉴权时移动用户在空中向网络端传送SRES,并在网络的VLR中比较。画出GSM系统语音处理的一般框图。GSM系统地越区切换有几种类型？简述越区切换的主要过程。GSM系统地越区切换有三种类型：同一BSC内不同小区间的切换：在BSC控制范围内切换要求BSC建立与新的基站之间的链路,并在新的小区基站分配一个业务信道,而网络MSC对这种切换不做控制。同一MSC/VLR内不同BSC控制的小区间的切换：其主要过程为：当原BSC决定切换时,需要向MSC请求切换；然后再建立MSC与新的BSC、新的BTS的链路,选择并保留新小区空闲业务信道供移动台切换后使用；最后命令移动台切换到新频率的新业务信道上。切换成功后移动台同样需要了解周围小区的信息,若位置区域发生了变化,呼叫完成后必须进行位置更新。不同MSC/VLR控制的小区间的切换：当移动台从正在为其服务的原MSC的区域移动到另一个MSC管辖的区域时,目标MSC要向原MSC提供一路由信息以建立两个移动交换机的连接。画出GSM系统的协议模型图。SIM卡由哪几部分组成？其主要功能是什么？SIM卡的内部是由CPU、ROM、RAM和EEPROM等部件组成的完整的单片计算机,包含生产厂商代码、生产串号、卡的资源配置数据等基本参数。激活的SIM卡包含国际移动用户识别号〔IMSI、鉴权密钥、用户接入等级控制,以及用户存储的业务种类和网络信息等内容。SIM卡的主要功能是存储认证用户身份特征,网络操作,安全保密等有关信息；鉴权过程在GSM网络和SIM卡之间进行,以验证用户身份的合法化；SIM卡含加密参数,用于系统对用户传输信息进行加密处理。简述GSM系统中的第一次位置登记过程。当一个新的移动用户在网络服务区开机登记时,它的登记信息通过空中接口送到网络端的VLR中,并在此进行鉴权登记。在网络内部,VLR和HLR要随时交换信息,更新它们的数据。当网络端允许一个新的用户接入网络时,网络要求对新的移动用户的IMSI的数据作"附着"标记,表明此用户是一个被激活的用户可以入网通信。移动用户关机时,要向网络发送最后一次消息,其中包括分离处理请求,MSC/VLR收到"分离"消息后,就在该用户对应的IMSI上作"分离"标记,去"附着"。简述GPRS网络所提供的两种业务。GPRS网络提供的两种业务为：点对点业务：点对点业务是GPRS网络在业务请求者和业务接收者之间提供的分组传送业务。又分为两种：点对点面向无连接的网络业务〔PTP-CLNS：属于数据报业务类型,即数据用户之间的信息传递没有端到端的呼叫建立过程,分组的传送没有逻辑连接,且没有交付确认保证。主要支持突发非交互式应用业务,如基于IP的网络应用。点对点面向连接的网络业务〔PTP-CONS：属于虚电路型业务,要为两个用户之间传送多路数据分组建立逻辑电路〔PVC或SVC。它要求有建立连接、数据传送和连接释放的过程。它是面向连接的网络协议〔CONP支持的业务,即X.25协议支持的业务。点对多点业务：点对多点业务可以根据某个业务请求者的请求,把信息传送给多个用户或一组用户,由点对多点业务请求者定义用户组成员。GPRS使用IMGI识别组成员,业务请求者可定义所传送信息的地理区域,地理区域可以是一个或几个,即所有成员可能分布在不同的地理区域内。说明GPRS的业务质量种类。GPRS为用户提供了五种可协商的业务质量〔Qos的基本属性：峰值吞吐量等级；平均吞吐量等级；可靠性等级；延迟等级；优先级。每一种属性都有多个级别的值可供选用,不同级别属性值的组合构成了对要求不同的Qos各种应用的支持。描述SGSN、GGSN的功能和作用。SGSN的功能类似GSM系统中的MSC/VLR,主要是对移动台进行鉴权、移动性管理和路由选择；建立移动台GGSN的传输通道；接收基站子系统透明传来的数据；进行协议转换后经过GPRS的IPBackbone〔骨干网传给GGSN〔或SGSN,或反向进行；另外还进行计费和业务统计。GGSN实际上是GPRS网络对外部