2013《移动通信系统》教案.doc

1、 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 目 录 课程基本情况 5 学时分配 1 第 1 章 概述 .2 1.1 授课时数 2 1.2 教学内容及要求 2 1.3 教学重点与难点 2 1.3.1 本章重点 .2 1.3.2 本章难点 .2 1.4 教学设计 2 1.4.1 内容与课时安排 .3 1.4.2 第 1 次课 3 1.4.3 第 2 次课 3 1.5 其它可选的作业及参考答案 4 1.6 思考与讨论 5

2、1.7 本章参考资料 5 1.8 教学后记 6 第 2 章 移动通信电波传播与传播预测模型 .7 2.1 授课时数 7 2.2 教学内容及要求 7 2.3 教学重点与难点 7 2.3.1 本章重点 .7 2.3.2 本章难点 .7 2.4 教学设计 8 2.4.1 内容与课时安排 .8 2.4.2 第 1 次课 8 2.4.3 第 2 次课 9 2.4.4 第 3 次课 11 2.4.5 本章实验设计（学生实验在关键技术完成后统一进行） .13 2.5 作业及答案 14 2.6 思考与讨论 14 2.7 本章参考资料 15 2.8 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

3、 .16 3.1 授课时数 16 3.2 教学内容及要求 16 3.3 教学重点与难点 16 3.3.1 本章重点 .16 3.3.2 本章难点 .16 3.4 教学设计 16 3.4.1 内容与课时安排 .17 3.4.2 第 1 次课 17 3.4.3 第 2 次课 18 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） .19 3.5 作业及答案 19 3.6 思考与讨论 20 3.7 本章参考资料 21 3.8 教学后记 21 第 4 章 抗衰落和链路性能增强技术 .22 4.1 授课时数 22 4.2 教学内容及要求 22 4.3 教学重点与难点 22 4.3.1 本章

4、重点 .22 4.3.2 本章难点 .22 4.4 教学设计 22 4.4.1 内容与课时安排 .23 4.4.2 第 1 次课 23 4.4.3 第 2 次课 25 4.4.4 第 3 次课 26 4.5 作业及答案 27 4.6 思考与讨论 28 4.7 本章参考资料 28 4.8 教学后记 28 第 5 章 蜂窝组网技术 .29 5.1 授课时数 29 5.2 教学内容及要求 29 5.3 教学重点与难点 29 5.3.1 本章重点 .29 5.3.2 本章难点 .29 5.4 教学设计 30 5.4.1 内容与课时安排 .30 5.4.2 第 1 次课 30 5.4.3 第 2 次课

5、31 5.5 作业及答案 33 5.6 思考与讨论 36 5.7 本章参考资料 36 5.8 教学后记 36 第 6 章 GSM 及其增强移动通信系统 .37 6.1 授课时数 37 6.2 教学内容及要求 37 6.3 教学重点与难点 37 6.3.1 本章重点 .37 6.3.2 本章难点 .37 6.4 教学设计 38 6.4.1 内容与课时安排 .38 6.4.2 第 1 次课 38 6.4.3 第 2 次课 39 6.4.4 第 3 次课 40 6.4.5 第 4 次课 40 6.5 作业及答案 41 6.6 思考与讨论 47 6.7 本章参考资料 47 6.8 教学后记 47 第

6、7 章 第三代移动通信系统及其增强技术 .48 7.1 授课时数 48 7.2 教学内容及要求 48 7.3 教学重点与难点 48 7.3.1 本章重点 .48 7.3.2 本章难点 .48 7.4 教学设计 48 7.4.1 内容与课时安排 .49 7.4.2 第 1 次课 49 7.4.3 第 2 次课 50 7.5 作业及答案 51 7.6 思考与讨论 52 7.7 本章参考资料 52 7.8 教学后记 53 第 8 章 移动通信实验教学 .54 8.1 授课时数 54 8.2 教学内容及要求 54 8.3 教学重点与难点 54 8.3.1 本章重点 .54 8.3.2 本章难点 .54

7、 8.4 教学设计 54 8.4.1 内容与课时安排 .54 8.4.2 第一单元 .54 8.4.3 第二单元 .63 8.4.4 第三单元 .71 8.5 思考与讨论 72 8.6 本章参考资料 72 8.7 教学后记 72 课程基本情况 课程名称 移动通信系统 年级 大三 课程编号 0109530 授课专业 班级 专业核心课 修课 人数 75 必修课 普通教育课程( )；学科基础课 ( ) ； 专业方向课 ( ) 课程类型 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

8、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 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 1 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

9、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 2 第 1 章 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； 移动通信的工作

10、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 3 授课方式：课堂讲授 1.4.1 内容与

11、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： 移动通信的基本概念 3 代移动通信的基本特征 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

12、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 4 (2). 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 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

13、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，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

14、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 其它可选的作业及参考答案 5 (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。 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

15、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

16、 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 陆地公众蜂窝移动通信系统。 集群通信

17、 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 6 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： http:/www.marconiusa.org 等等。 1.8 教学后记 7 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

18、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 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

19、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； 8 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

20、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： 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 (2). 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 (300M

21、Hz3GHz)频段 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 9 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 UHF(300MHz3GHz)的主要原 因： （结合预习题来讲） UHF 频段主要采用空间波传播，

22、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 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 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) 32.450lg2l10lgldB TRLfdG 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).

23、 非理想自由空间的传输损耗 00()ndPd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，留一个课堂练习，让学生自行计算

24、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 10 (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 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 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). 3

25、 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。 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 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

26、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） 10(,)mlr r：传播距离； m 为路径损耗指数 ：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。 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)r 0(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 11 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 在移动通

27、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 3). 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。 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 分析其代表的物理含义。 4). 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 ” 4. 课堂设计 (1

28、). 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 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 2.5.5 多径信道的统计分析 2.5.4 多径信道主要参数 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=80

29、0MHz, 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 .80*1601Hz3dfC (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: 12.f 其中 为归一化延谱曲线的均方值时延扩展。 (4). 长期慢衰落与短期快衰落的基本概念 (5). 说明

30、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 15 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

31、的载波工作 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

32、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。 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. 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. Dav

33、id Tse, Pramod Viswanath, Fundamentals of Wireless Communication, Cambridge 出版社, May 2005. 5. Matthias Ptzold. Mobile fading Channel. New York John：Wiley 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，之后不再

34、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。 (6). 何为扩展频谱通信？这种通信方式有哪些优点？ 28 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。

35、(7). 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。 4.6 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？ 4.7 本章参考资料 1. 基本参考： 1 无线通信原理与应用第 6 章“均衡、分集和信道编码” ，美Theodore S. Rappaport, 蔡涛、李旭、 杜振民译，电子工业出版社，1999 年 11 月第 1 版。 2 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

36、，人民邮电出版社，1995 年 3 月第一版。 2. 高级阅读： 1 Digital Communications4th Edition，John G. Proakis，Chapter 11 “Adaptive Equalization”. 4.8 教学后记 29 第 5 章蜂窝组网技术 5.1 授课时数 4 学时，与实际教学一致。 5.2 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 CDM

37、A 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 5.3 教学重点与难点 5.3.1 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。 5.3.2 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 30 度

38、。 5.4 教学设计 授课方式：课堂讲授 5.4.1 内容与课时安排 分为 2 次课 5.4.2 第 1 次课 1. 内容（35） (1). 5.1 移动通信网的基本概念 (2). 5.2 频率复用和蜂窝小区 2. 课前预习设计 (1). 频率复用和蜂窝小区设计的原因 (2). 蜂窝系统小区的优势 3. 讲授思路 (1). 5.1 移动通信网的基本概念 1). 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 (2). 5.2 频率复用和蜂窝小区 1). 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

39、效率低，小容量的通信网 控制方式简单、设备成本低 2). 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 31 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

40、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 4. 课堂设计 (1). 可以设计课堂提问的点： 1). 在举例时间，同频干扰计算的地方，请学生自行计算和讲解 (1). 可以补充的课堂作业： 2). 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

41、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？ 5.4.3 第 2 次课 1. 内容（35） (1). 5.3 多址接入技术 (2). 5.4 码分多址关键技术 (3). 5.5 蜂窝移动通信系统的容量分析 (4). 5.6 CDMA 系统中的功率控制 (5). 5.7 切换、位置更新 32 2. 课前预习设计 (1). 什么是蜂窝系统的容量？ 3. 讲授思路 (1). 5.3 多址接入技术 1). 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 2). 典型的多址技术 频分多址(F

42、DMA)： 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（Time Slot，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 (2). 5.5 蜂窝移动通信系统的容

43、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。 (3). 5.4 码分多址关键技术（已在第 4 章讲过） (4). 5.6 CDMA 系统中的功率控制（放入第 6 章） (5). 5.7 切换、位置更新（放入第 6 章） 4. 课堂设计 (1). 可以设计课堂提问的点： 1). 在举例容量计算的地方，请学生自行计算和讲解 (1). 可以补充的课堂作业： 33 1). 试说明 TDMA 系统的特点？ 5.5 作业及答案 (1). 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

44、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： (,)(,)scftsft 式中， 是码型函数； 是时间和频率的函数。()ct 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。 (2). 试说明 FDMA 系统的特点。 (1). FDMA

45、信道每次只能传送一个电话。 (2). 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。 (3). 符号时间与平均延迟扩展相比较是很大的。 (4). 移动台较简单，和模拟的较接近。 (5). 基站复杂庞大，重复设置收发信设备。 (6). 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。 (7). 越区切换较为复杂和困难。 (3). 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

46、频道干扰。 (4). 试说明 TDMA 系统的特点。 (1). 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。 (2). 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。 (3). 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。 (4). 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

47、机。 互调干扰小。 (5). 抗干扰能力强，频率利用率高，系统容量大。 (6). 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 34 个用户单元来说是很简单的。 (5). 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： (1). 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

48、实现扩展频谱时有较高的载波抑制度。 (2). m 序列中连续为“1”或“0”的那些元素称为游程。一个周期 P2n1 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。 (3). 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。 (4). 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。 (6). 什么叫做游程？以 m15 序列 10001111010110010 为例，说明游程分布的一般规律。 m 序列中连续为“1”或“0”的那些元素称为游程。一个周期 P2n1 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1kn- n-2 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。 (7). 举例说