《无线通信原理与应用》课程教学大纲

《无线通信原理与应用》教学大纲课程名称：无线通信原理与应用（WirelessCommunications:PrinciplesandPractice）课程编号：1501ZY0课程类别：专业-必修学分：2.5分总学时：40学时，其中，理论学时：24学时；实验学时：16学时适用专业：通信工程先修课程：通信原理、计算机网络、信息论与编码李山山一、课程性质《无线通信原理与应用》课程是通信工程的一门专业必修课程，具有很强的工程性和实践性。通过该课程的学习帮助学生了解无线通信发展历史，掌握无线通信理论基础知识，了解常见无线通信系统，理解不同制式下移动通信系统的工作原理和关键技术，通过理论结合实际，深入理解通信系统，具备综合运用无线通信理论和技术对实际工程问题进行分析、归纳和总结的能力，为后续从事通信工程领域的工作打下坚实的理论基础。二、课程目标（一）育人目标从理论结合实际入手，培养学生的爱国教育、社会责任、职业担当、文化自信，将育人要素和无线通信专业知识相结合，在课堂教学中，通过无线通信在实际中产生的广泛作用和巨大影响引导当代学生树立正确的国家观、民族观、历史观、文化观，激发学生的爱国主义热情、民族自豪感和使命感。通过中国移动通信发展经历的“引进、吸收、改造、创新、引领”5个阶段，以及5G中采用的“华为的标准”，激发学生以科研为骄傲，培养学生的创新意识，凝聚学生对科技创新的共识。（二）知识和能力目标1、掌握无线通信系统的理论基础，掌握常见无线通信系统的基本原理和应用，能够结合实际工程问题，分析通信系统软硬件设计模块的功能，理解不同模块的创新和面临挑战（毕业要求3.3）；2、能够根据实验要求开展实验，观察实验现象，分析实验结果；能够针对通信系统工程问题进行系统建模分析和实验系统设计，并对实验数据进行分析，得出有效结论（毕业要求4.2）；3、掌握常见的无线通信系统基本原理、基本技术和基本分析方法，具有自主学习的能力，在实际工程问题中能提出问题，分析、归纳与总结。（毕业要求12.2）课程目标与毕业要求指标点对应关系课程目标毕业要求指标点课程目标13.3能够在通信系统的软硬件模块设计过程中体现创新意识。课程目标24.2能够按照通信系统的基本架构搭建实验系统，安全地、正确地获取实验数据，通过对实验数据的分析与解释，获得合理有效的结论。课程目标312.2具有自主学习的能力，在通信及相关领域能够提出问题，并进行分析、归纳与总结。三、基本要求本课程的教学是以无线通信系统为背景，介绍常见无线通信系统，重点讲述移动通信系统不同制式下的基本原理、基本技术、移动性管理和安全机制。本课程主要内容包括无线通信系统概述、无线通信理论基础、现代无线通信系统、数字移动通信系统、第三代移动通信系统、第四代移动通信系统和第五代移动通信系统等章节。教学过程中要注意与先修课程基础知识的联系，掌握无线通信系统的主要技术指标、基本概念、基本原理、基本分析方法。在现代无线通信系统的讲述中，注意培养学生理论结合实际的能力，掌握不同无线通信系统的应用领域及面临的挑战，具有自主分析系统的能力。掌握不同制式下移动通信系统的基本原理、基本技术和基本分析方法，理解具体通信过程、常见识别码在通信中的作用、通信过程中的语音解决方案、移动性管理、5G应用场景和智能终端，用发展的眼光看待移动通信。在实验中，应结合实际通信系统性能指标需求，能够设计实验，并对实验结果进行分析评价。四、教学内容分章节说明教学内容，课时安排，融入思政元素，并说明教学重点、主要教学模式（包括授课、自学、实验、课堂讨论、作业等）。章节教学内容学时思政元素教学模式对应课程目标1无线通信系统概述2通过对国内外无线通信系统的发展进行分析解读，激发学生的爱国情怀和专业认同感，定位自己的社会责任，从而明确本课程的学习目标。课堂授课，课后练习2题12无线通信理论基础4采用案例法教学，引入天线在无线通信中的应用，通过播放案例视频，引导学生深入理解无线通信理论基础，使学生建立物理本质和数学现象的联系，培养学生将工程问题抽象为数学模型的能力。课堂授课，课堂讨论、课后练习2题、思考题33现代无线通信系统6介绍常见无线通信系统，引导学生分析不同无线通信系统的发展及面临挑战，并思考自己未来职业规划。课堂授课，课堂讨论、课后练习4题1/34数字移动通信系统2通过播放移动通信基本过程视频，解读移动通信系统包含的各个模块，以及每个模块实现的功能，引导学生建立“发现问题-系统简化-数学模型-问题求解-系统设计”这一通信基本思想。课堂授课，课堂讨论、课后练习2题1/35第三代移动通信系统2讲解3G制式下不同的移动通信系统，重点介绍TD-SCDMA系统，在讲解该标准过程中，引导学生明白我国移动通信经历了“引进、吸收、改造、创新”4个阶段。通过这4个阶段的学习，增强学生对科技创新的深刻认识，培养学生家国情怀、职业认同感和责任担当。课堂授课，课堂讨论、课后练习2题，实验一1/36第四代移动通信系统4从需求分析的角度讲解4G制式出现的必要性和重要性，以语音解决方案为例，引导学生掌握不同制式下无线通信技术对日常生活的影响，培养学生理论结合实际的能力。以我国“翼龙”-2H应急救灾型无人机系统为例，讲解在“三断”情况，通过融合空中组网、高点中继等技术，实现图像、语音、数据上下贯通横向互联，保障应急“生命通道”。课堂授课，课堂讨论、课后练习4题，实验二~四1/37第五代移动通信系统4介绍5G移动通信系统的关键技术，对比4G已经出现的技术，引导学生对技术创新的理解，增强学生的创新意识。介绍5G移动通信系统国际国内标准，通过华为等企业在5G制式下的贡献拓宽学生的行业视野，培育学生“爱国、敬业”的社会主义核心价值观。课堂授课，课堂讨论、课后练习4题、思考题1/3第一章无线通信系统概述移动无线通信的发展美国移动通信无线电话全球移动通信系统无线通信系统的实例蜂窝无线通信和个人无线通信的发展趋势本章重点：了解无线通信发展过程；理解不同无线通信系统在生活中的应用。第二章无线通信理论基础蜂窝的概念移动无线电传播移动无线电中的调制技术均衡、分集和信道编码语音编码无线多址接入技术本章重点：掌握蜂窝的概念和无线电传播的规律；理解无线通信中的多种技术，以及在通信系统中的应用。能力：能将无线通信理论应用到复杂工程问题中，并学会分析、归纳和总结。第三章现代无线通信系统蜂窝通信无线个人局域网无线局域网无线广域网射频识别和近场通信本章重点：理解不同无线通信系统，掌握不同通信系统的应用领域；掌握不同无线系统优缺点的分析方法以及面临的挑战。能力：根据给定的无线通信系统，具有自主分析的能力。第四章数字移动通信系统GSM系统概述GSM空中接口GSM系统控制与管理IS-95CDMA系统概述IS-95CDMA的空中接口IS-95CDMA的控制功能本章重点：理解GSM区域、号码、地址与识别码；掌握GSM系统无线接口、GSM系统的位置登记、鉴权与加密、呼叫接续、越区切换了解IS-95CDMA蜂窝系统的工作频率和语音编码方法了解IS-95CDMA蜂窝通信系统的多址干扰的概念和功率控制技术能力：能够将实际生活中的不同识别码应用于具体的通信过程，理解通信过程经历的不同阶段。第五章第三代移动通信系统第三代移动通信系统标准介绍WCDMA系统CDMA2000系统TD-SCDMA系统第三代移动通信系统安全机制本章重点：了解WCDMA和CDMA2000系统的结构、无线接口理解TD-SCDMA系统的特征和关键技术掌握TD-SCDMA的物理层结构第六章第四代移动通信系统4G系统总体LTE/LTE-Advanced关键技术LTE/LTE-Advanced空中接口LTE/LTE-Advanced移动性管理与安全机制LTE/LTE-Advanced语音解决方案本章重点：掌握LTE/LTE-Advanced系统的关键技术和无线接口了解LTE/LTE-Advanced移动性管理和安全机制掌握LTE/LTE-Advanced系统的语音解决方案能力：能正确理解4G语音解决方案，能根据4G的关键技术理解科技创新在实际工程的应用。第七章第五代移动通信系统5G系统总体5G网络架构及关键网络技术5G空口架构及关键无线技术5G移动性管理与安全机制5G智能终端本章重点：掌握5G新空口和关键技术理解5G应用场景和智能终端了解5G安全设计目标和网络安全架构能力：根据5G应用场景，能在通信软硬件模块设计上提出自己的看法。五、实验内容与学时分配实验项目与类型序号实验项目学时实验性质验证综合设计1扩频与解扩2√2OFDM调制与解调2√364QAM调制与解调4√4TD-LTE物理层链路协议实现8√实验一扩频与解扩目的要求理解扩频的原理及作用，掌握扩频与解扩的实现方法。主要实验仪器及材料软件无线电平台、电脑、数字示波器。掌握要点掌握扩频的原理与应用，掌握扩频与解扩的实现方法。实验内容在软件无线电平台配置信道1和信道2的参数，观察在不同数据长度、不同扩频因子下扩频前后仿真波形变化；观察信道1和信道2解扩还原星座图和误码数；读懂参考程序，观察并记录软件仿真波形和示波器实测波形；学生根据编程要求，编写MATLAB程序，将结果输出到示波器上，观察软件仿真波形和示波器实测波形；完成实验报告。实验二OFDM调制与解调目的要求理解OFDM调制解调的原理与实现方法。主要实验仪器及材料软件无线电平台、电脑、数字示波器。掌握要点掌握OFDM调制解调的原理与实现方法。实验内容在软件无线电平台配置不同的调制方式和不同的子载波数，观察IFFT后I路和IFFT后Q路信号、已调信号、OFDM信号频谱；读懂参考程序，观察并记录软件仿真波形和示波器实测波形；学生根据编程要求，编写MATLAB程序，将结果输出到示波器上，观察软件仿真波形和示波器实测波形；完成实验报告。实验三64QAM调制与解调目的要求理解64QAM调制解调的原理与实现方法。主要实验仪器及材料软件无线电平台、电脑、数字示波器。掌握要点掌握64QAM调制解调的原理与实现方法。实验内容采用64QAM调制，观察调制信号的波形及星座图，对64QAM调制信号解调还原；读懂给定工程框架，完成64QAM调制与解调模块代码的设计。实验四TD-LTE物理层链路协议实现目的要求掌握LTE物理层实现原理及实现方法，培养学生模块化+系统化思想搭建通信系统的能力。主要实验仪器及材料软件无线电平台、电脑。3．掌握要点掌握LTE物理层实现原理及实现方法。4．实验内容考虑到TD-LTE物理层链路需要实现的内容较多、难度较大，为降低实验难度，CRC添加和码块分割、Turbo编码、生成导频部分为学生提供函数接口和流程图，要求学生掌握3组模块的算法实现，与提供的其他功能联调，可以实现完整的通信系统；完成实验报告。六、教学方法本课程以“以学生发展为中心、以学生学习为中心、以学习效果为中心”为教学理念。为了提高教学质量，增强学生的动手能力和综合分析能力，采用理论教学、课堂提问、课后习题、实验相结合的教学方法，达到使学生掌握无线通信系统的基本理论、基础知识和分析方法的教学目标。1．课堂教学采用多媒体课件和板书相结合的方式，穿插使用提问、回答、启发、互动等方法，课堂教学以讲授为主，注重培养学生运用知识的实际能力和创新意识；穿插部分动画视频讲解，用更形象、生动的过程，加深学生对理论的理解。引导、激励学生的学习积极性和自主性，多举一些生活中常见的无线通信系统，使课程更生动，让学生有直观的认识，对课程学习产生兴趣。授课过程中采用学生课前自学、课堂讨论、教师总结、课后答疑的双向教学方式。2．课堂提问、课后习题作业是检验学生对所学知识掌握情况的有效的手段。为了达到能让学生不仅吸收所学知识，并且将知识融会贯通、学以致用，课堂上教师采取引导性的提问，培养学生的思维能力和创新能力；布置作业时，从基础知识出发，引发学生思考，扩展学生思维。让学生在自己完成作业的过程中，进一步理解和巩固课程所学的基本概念、基本理论和方法。实验教学根据本课程理论联系实践的特点，安排有16学时的实验，分验证性、设计性和综合性实验，使学生通过实验亲自动手，进一步加深对无线通信基础理论的理解；通过亲身实践，掌握课程基本知识内容，从而培养学生分析问题与解决问题的思路和方法，提高学生创造能力和适应变化能力。七、考核与评价方式及标准考核标准与成绩评定课程考核由平时成绩、期末考试两个部分进行成绩评定。平时成绩（百分制），包括课堂测验、作业、实验等。平时成绩评价标准基本要求评价标准优秀（0.9-1）良好（0.7-0.89）合格（0.6-0.69）不合格（0-0.59）掌握无线通信系统的基本概概念清晰，分析得主要概念清晰，但基本概念基本基本概念未掌念，掌握无线通信系统的主要当。方案能够解决部分分析有误。方清晰。尚能制握。不能制定性能指标、基本原理、基本技问题，思路清晰，案主要思路、计算定方案。极小方案。大部分术和基本分析方法；掌握无线计算正确。独立完过程正确。独立完部分抄袭，符抄袭或者作业通信系统的组成和工作原理，成作业，书写工成作业，书写清晰，号、单位等基不完整或未以及各主要组成部分的功能和整、清晰，符号、主要符号、单位等本规范。交。实现方法。单位等符合规范。符合规范。实验成绩评价标准基本要求评价标准优秀（0.9-1）良好（0.7-0.89）合格（0.6-0.69）不合格（0-0.59）目标能够根据实验项目1、2的内容开展实验，观察能够根据无线通信系统的基本原能够根据通信系统的基本原理开基本上能够根据通信系统的基本基本上能够根据通信系统的3实验现象，分析实验结理开展实验，实验展实验，实验结果原理开展实验，实基本原理开展果；根据实验项目3的内容，给出实验方案，结果正确，结果分析全面；设计性实较正确，有结果分析；设计性实验的验结果基本正确，部分结果分析正实验，实验结果不正确，无并开展实验，得出有效验的方案正确；综方案较正确；综合确；设计性实验的结果分析；设实验结果；根据实验4的内容，编写3个模块功能，完成系统联调，合性实验完成分模块功能、系统联调成功。报告书写性实验完成分模块功能、系统联调较成功。报告书写方案基本正确；综合性实验基本完成分模块功能、系计性实验的方案不正确；综合性实验不能实现TD-LTE过程。工整、清晰，符号、清晰，主要符号、统联调基本成功。完成分模块功单位等符合规范。单位等符合规范。报告极小部分抄能、系统联调袭，符号、单位等失败。报告抄基本规范。袭。期末考试成绩：70%，考试方式为闭卷，题型包括：单选题、填空题、判断对错题、简答题、画图题、计算题、应用题。课程考试考核内容与要求基本要求评价标准比例（%）优秀（0.9-1）良好（0.7-0.89）合格（0.6-0.69）不合格（0-0.59）目标1掌握无线通信的理论基础，理解常见无线通信系统的基本原理和应用，能根据实际问题分析、计算性能指标。无线通信系统理论回答、判断问题正确，常见无线通信系统的基本原理、应用场景回答正确，计算分析结果正确。图形规范。无线通信系统理论回答、判断问题较正确，常见无线通信系统的基本原理、应用场景回答较正确，计算分析结果较正确。图形较规范。无线通信系统理论回答、判断问题基本正确，常见无线通信系统的基本原理、应用场景回答基本正确，计算分析结果基本正确。图形基本规范。无线通信系统基本概念回答、判断问题错误较多，常见无线通信系统的基本原理、应用场景回答不正确、计算分析结果不正确。图形不正确。50目标2掌握不同制式下移动通信系统的基本原理、基本技术和基本分析方法，理解具体通信过程、常见识别码在通信中的作用、语音解决方案、移动性管理、5G应用场景和智能终端。能定量计算通信系统相关指标参数。应用移动通信系统的工作原理、基本技术和基本分析方法分析不同制式下移动通信系统的功能正确。通信过程中识别码、语音解决方案、移动性管理、5G应用场景回答正确。定量计算通信系统的相关指标参数正确。应用移动通信系统的工作原理、基本技术和基本分析方法分析不同制式下移动通信系统的功能较正确。通信过程中识别码、语音解决方案、移动性管理、5G应用场景回答较正确。定量计算通信系统的相关指标参数较正确。应用移动通信系统的工作原理、基本技术和基本分析方法分析不同制式下移动通信系统的功能基本正确。通信过程中识别码、语音解决方案、移动性管理、5G应用场景回答基本正确。定量计算通信系统的相关指标参数基本正确。应用移动通信系统的工作原理、基本技术、基本分析方法分析不同制式下移动通信系统的功能较不正确。通信过程中识别码、语音解决方案、移动性管理、5G应用场景回答不正确。定量计算通信系统的相关指标参数不正确。50注：该表格中的比例为期末考试试卷成绩比例。成绩评定为：考试成绩*70%+平均平时成绩*30%。2．课程目标达成评价《无线通信原理与应用》课程目标达成评价分析报告一、课程基本信息课程名称无线通信原理与应用课程性质专业课，必修学时学分40/2.5开课学期专业班级考核方式考试，闭卷任课教师：评价人员：课程组长，命题教师，阅卷教师二、课程目标达成评估课程目标支撑指标点课程目标评价数据源评价依据分值平均分达成度值Ki评价方式毕业要求3.3能够在通信系统的软硬件模块设计过程中体现创新意识。目标1：掌握无线通信系统的理论基础，掌握常见无线通信系