《无线通信原理及应用》课程教学大纲
Wireless Communication：Principle and Practice
课程编号：170203014
学时：48 学分：3
适用对象：通信工程专业本科生
先修课程：信号与系统、通信原理、电磁场理论、高频电路
一、课程的性质和任务
本课程是通信工程专业重要的专业选修课，主要介绍了现代无线通信技术的基本概念、基本原理及相关系统分析方法。内容包括各类无线通信系统中出现的基础概念、基本原理、重要的无线通信标准、相关技术及其发展趋势。通过学习，可使学生对无线通信系统有一个较全面的了解，并初步培养学生的系统分析和设计能力。
二、教学目的与要求
本课程主要讲授无线通信系统的基本概念、基本原理和基本的系统分析方法，重点讲述无线信道的特性和相应的信号处理技术、频率分配与抗干扰技术，并对无线通信系统的最新技术和发展趋势等方面的内容做出了介绍。
课程的目标是：学生通过该课程的认真学习，应该了解现代无线通信的基本技术和相关系统的基本组成，并掌握重要的无线通信标准、以及相关技术发展趋势。课程以概念介绍为主，结合实际系统为实例展开讨论。
课程教学应在学生的知识、能力、及素质三个方面的培养承担相应角色。该课程可以支撑通信专业毕业要求1（工程知识）、2（问题分析）、4（研究）、5（使用现代工具）、10（沟通）、12（终身学习）的达成。
1.知识要求
① 了解最新无线通信技术和系统的发展，理解各种无线通信标准及现有的无线通信系统，提升对现代通信技术全程全网的认识。（支撑毕业要求1-3指标点）
② 熟悉无线通信电波传输特性、无线信道特性、无线信道模型、调制技术、信源信道编解码技术、抗干扰技术、多址技术；（支撑毕业要求1-2指标点）
③ 熟悉无线系统的基本数学建模定量分析的数学工具和方法，能利用丰富的无线通信方面的基础知识正确解决和处理工程中遇到的相关技术问题，利用软件对无线通信系统进行建模、仿真分析、设计的工程综合知识。（支撑毕业要求1-2指标点）
2.能力要求
①能够基于丰富的无线通信基础知识、基本原理认识和理解无线通信领域中相关的复杂工程问题；（支撑毕业要求2-1指标点）
②能基于对无线通信领域相关的复杂工程问题的认识和理解并结合文献研究建立通信系统的数字模型；（支撑毕业要求2-2指标点）
③能基于所建立的数字化模型对相关的复杂工程问题进行全面分析并获得有效结论；（支撑毕业要求2-3指标点）
④能基于对相关的复杂工程问题的数字化模型的全面分析，提出对复杂工程问题解决方案的改进意见；（支撑毕业要求2-4指标点）
⑤能够基于基本的无线通信原理对复杂无线通信领域相关的工程问题展开研究的方法、技术路线和实验方案；（支撑毕业要求4-1指标点）
⑥能够按照实验方案设计合理的实验步骤、完成实验过程；（支撑毕业要求4-2指标点）
⑦设计不同的变量并正确采集和整理实验数据，能够理解实验结果，解释理论模型和实验结果的差异，用实验结果解释理论模型，并通过信息综合得到合理有效的结论；（支撑毕业要求4-3指标点）
⑧能够使用MATLAB/Simulink等计算机辅助设计和分析工具完成无线通信系统的仿真试验，并理解其局限性；（支撑毕业要求5-3指标点）
⑨具有书面归纳整理和表达课程专题报告的目的意义、原理和内容、步骤、结果及分析的能力，能够撰写无线通信系统的设计文稿。（支撑毕业要求10-2指标点）
3.素质要求
①能够基于无线通信原理及应用的基本概念和原理逐步认识和理解无线通信领域相关的复杂工程问题；（支撑毕业要求12-1指标点）
②能对试验结果进行全面分析、讨论，对试验方案提出改进意见。（支撑毕业要求12-2指标点）
《无线通信原理及应用》课程目标对通信工程专业毕业要求的支撑关系如表1所示。
表1：《无线通信原理及应用》课程目标对通信工程专业毕业要求的支撑关系
| 毕业要求 | 毕业要求指标点 | 《无线通信原理及应用》课程目标 | 《无线通信原理及应用》课程实践教学目标 |
| 1.工程知识：具备从事信息通信技术工程领域工作所需的数学、自然科学、工程基础和专业知识 | 1-2.掌握扎实的信息通信技术领域工程基础知识，包括信息表示、信息处理、信息传输和通信系统控制等涉及到的基础理论和技术 | 熟悉无线通信电波传输特性、无线信道特性、无线信道模型、调制技术、信源信道编解码技术、抗干扰技术、多址技术 熟悉无线系统的基本数学建模定量分析的数学工具和方法，能利用丰富的无线通信方面的基础知识正确解决和处理工程中遇到的相关技术问题，利用软件对无线通信系统进行建模、仿真分析、设计的工程综合知识。 | 了解并掌握无线通信正交码序列的原理、方法及其特性的工程综合知识 |
| 1-3.掌握通信技术、通信系统及通信网络的基本原理、组成和协议，建立完整的通信系统与全程全网的概念 | 了解最新无线通信技术和系统的发展，理解各种无线通信标准及现有的无线通信系统，提升对现代通信技术全程全网的认识。 | ||
| 2.问题分析：能够运用数学、自然科学和通信技术的基本原理，识别和表达信息通信技术工程领域相关的复杂工程问题，并通过文献研究分析以获得有效结论 | 2-1.能准确识别信息通信技术领域复杂工程问题 | 能够基于无线通信原理及技术的基本概念和原理，认识和理解无线通信领域相关的复杂工程问题 | |
| 2-2.能对信息通信技术领域复杂工程问题进行合理精确的刻画和表达 | 能基于对无线通信领域相关的复杂工程问题的认识和理解并结合文献研究建立通信系统的数字模型 | ||
| 2-3.能熟练运用文献调研等基本分析方法 | 能基于所建立的数字化模型对相关的复杂工程问题进行全面分析并获得有效结论 | ||
| 2-4.能对信息通信技术领域复杂工程问题形成独到的见解，并提出解决方法 | 能基于对相关的复杂工程问题的数字化模型的全面分析，提出对复杂工程问题解决方案的改进意见 | ||
| 4.研究：能够基于科学原理并采用科学方法对复杂通信相关工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论 | 4-1.能够基于科学原理并采用科学方法对通信领域相关复杂问题进行建模、设计实验方案 | 能够基于无线通信的基本原理和技术，对复杂无线通信领域相关的工程问题展开研究的方法、技术路线和实验方案 | |
| 4-2.能够根据实验方案构建实验系统，进行试验 | 能够按照实验方案设计合理的实验步骤、完成实验过程 | ||
| 4-3.能够对实验结果进行分析和解释，并通过信息综合得到合理有效的结论 | 设计不同的变量并正确采集和整理实验数据，能够理解实验结果，解释理论模型和实验结果的差异，用实验结果解释理论模型，并通过信息综合得到合理有效的结论 | ||
| 5.使用现代工具：能够针对通信领域的复杂工程问题，选择、使用和开发恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性 | 5-3.针对复杂通信工程问题，具有计算机辅助预测与模拟的初步能力 | 能够使用Matlab/Simulink等计算机辅助设计和分析工具完成无线通信系统的仿真试验，并理解其局限性 | |
| 10.沟通：就通信相关的复杂工程问题，能综合运用多种方式与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，并具备一定的跨文化背景沟通和交流能力 | 10-2.具备撰写交流汇报方案、文档的能力，能清晰展现和陈述沟通的内容和思想 | 具有书面归纳整理和表达课程专题报告的目的意义、原理和内容、步骤、结果及分析的能力，能够撰写无线通信系统的设计文稿。 | |
| 12.终身学习：具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力 | 12-1.能认识不断探索和学习的必要性，具有自主学习和终身学习的意识 | 能够基于无线通信的基本概念和原理，逐步认识和理解无线通信领域相关的复杂工程问题； | |
| 12-2.具有终身学习的知识基础，掌握自主学习的方法，了解拓展知识和能力的途径 | 能对试验结果进行全面分析、讨论，对试验方案提出改进意见。 |
三、教学内容
无线通信原理及应用课程的教学内容共分八章，各章内容简述如下。
第一章：无线通信系统概述
1．基本内容：
1.1无线通信系统的发展
1.2典型无线通信系统
1.3 未来无线通信系统的发展趋势
2．教学基本要求：
① 了解无线移动通信系统的发展过程；
② 通过有线通信和无线通信的对比理解无线通信的特点；
③了解射频频段划分；了解无线通信系统的工作频段；了解授权频谱和免授权频谱；了解电波传播的常见类型；
④了解无线通信的射频工作方式。
3．教学重点难点：
⑴无线通信的特点；（重点）
⑵无线通信系统的工作频段；电波传播的常见类型；（重点、难点）
⑶线通信的射频工作方式。（重点、难点）
4．教学建议：
①授课2学时，建议结合实际的移动通信系统进行讨论。
②对移动无线通信发展历史、趋势、无线通信的特点、无线频谱的划分进行研讨。
③讨论无线通信发展过程中的里程碑事件，对关键性人物事迹研读，做PPT进行宣讲。
第二章：现代无线通信系统
1. 基本内容：
2.12G蜂窝网络
2.23G无线网络
2.3无线局域网
2.4蓝牙和个域网
2. 教学基本要求：
⑴ 了解广播、寻呼系统、蜂窝系统、无绳电话、无线局域网、卫星移动通信等系统的工作方式及特点；
⑵ 理解无线设计在数据速率、覆盖范围、移动性、能量消耗、频谱使用、传输方向、服务质量等方面的不同需求；
⑶ 了解蜂窝系统的发展过程及趋势。
3. 教学重点难点：
⑴ 了解广播、寻呼系统、蜂窝系统、无绳电话、无线局域网、卫星移动通信等系统的工作方式及特点（重点）；
⑵ 理解无线设计在数据速率、覆盖范围、移动性、能量消耗、频谱使用、传输方向、服务质量等方面的不同需求（重点、难点）；
4. 教学建议：
① 采用研究型教学方法和基于团队学习的教学模式以培养学生自主学习、协作学习能力和研究探索能力；②课前对学生进行分组，形成学习团队，每个团队4人左右。学生以团队形式完成课前预习、概念测试、课堂研讨、案例研究、课程论文。③授课2学时，建议结合实际系统进行讨论。
第三章：蜂窝系统设计基础
1. 基本内容：
3.1频率复用
3.2信道分配策略
3.3切换策略
3.4干扰和系统容量
3.5中继和服务等级
3.6提高蜂窝系统容量
2. 教学基本要求：
(1) 了解正六边形小区；了解区群的概念、区群的大小、区群的形状、区群的频率分配；了解同频小区、同频复用距离、同频小区的分布；
⑵了解蜂窝系统的干扰系统；了解同频干扰、同频复用比例；掌握信干比的计算；
⑶了解信道的定义；了解信道分配策略；固定信道分配和动态信道分配；
⑷了解切换的定义、切换依据、切换过程；理解传统的切换启动准则；理解硬切换和软切换；理解切换过程控制类型；理解切换信道的分配原则；
⑸ 理解小区分裂和裂向方法是如何提高系统容量的及其缺点。
3. 教学重点难点：
⑴了解正六边形小区；了解区群的概念、区群的大小、区群的形状、区群的频率分配；了解同频小区、同频复用距离、同频小区的分布；（重点、难点）
⑵了解蜂窝系统的干扰系统；了解同频干扰、同频复用比例；掌握信干比的计算；（重点、难点）
⑶了解信道的定义；了解信道分配策略；固定信道分配和动态信道分配；（重点）
⑷了解切换的定义、切换依据、切换过程；理解传统的切换启动准则；理解硬切换和软切换；理解切换过程控制类型；理解切换信道的分配原则；（重点）
⑸理解小区分裂和裂向方法是如何提高系统容量的及其缺点。（重点）
4. 教学建议：
① 采用研究型教学方法和基于团队学习的教学模式以培养学生自主学习、协作学习能力和研究探索能力；②课前对学生进行分组，形成学习团队，每个团队4人左右。学生以团队形式完成课前预习、概念测试、课堂研讨、案例研究、课程论文。③对复用技术、同频干扰、信道的分配、信道的切换、蜂窝系统容量及提供容量的方法进行研讨。④课堂教学方面以多媒体教学为主、板书为辅，并充分利用学校网上教学平台——泛雅网络资源平台。
第四章：大尺度路径损耗
1. 基本内容：
4.1自由空间传播模型
4.2三种传播机制
4.3运用路径损耗模型进行实际的链路预算设计
2. 教学基本要求：
⑴了解自由空间传播模型；
⑵了解三种基本传播机制；了解直射波和反射波；了解视线传播的极限距离；了解绕射损耗；
⑶了解地形地物分类；掌握中等起伏地形上传播损耗的中值；掌握任意地形地区上传播损耗的中值；了解Okumura-Hata模型。
3. 教学重点难点：
⑴了解自由空间传播模型；（重点）
⑵了解三种基本传播机制；了解直射波和反射波；了解视线传播的极限距离；了解绕射损耗；（重点）
⑶了解地形地物分类；掌握中等起伏地形上传播损耗的中值；掌握任意地形地区上传播损耗的中值；了解Okumura-Hata模型。（重点、难点）
4. 教学建议：
①对无线信道的信道衰落原理、特点和分布模型，三种效应进行总结宣讲；②课堂教学方面以多媒体教学为主、板书为辅，并充分利用学校网上教学平台——泛雅网络资源平台。
第五章：小尺度衰落和多径效应
1. 基本内容：
5.1小尺度多径传播
5.2多径信道的冲激响应模型
5.3多径信道的参数描述
5.4小尺度衰落的类型
5.5瑞利和莱斯衰落
2. 教学基本要求：
⑴了解多径传播和小尺度衰落效应；了解多普勒频移；
⑵了解多径信道的冲激响应模型；
⑶掌握多径信道的描述参数和统计描述；
⑷了解基于多径时延扩展的小尺度衰落类型和基于多普勒扩展的小尺度衰落类型；
⑸了解瑞利分布和莱斯分布。
3. 教学重点难点：
⑴了解多径信道的冲激响应模型；（重点）
⑵掌握多径信道的描述参数和统计描述；（重点）
⑶了解基于多径时延扩展的小尺度衰落类型和基于多普勒扩展的小尺度衰落类型；（重点）
⑷了解瑞利分布和莱斯分布。（重点、难点）
4. 教学建议：
①采用研究型教学方法和基于团队学习的教学模式以培养学生自主学习、协作学习能力和研究探索能力；② 课前对学生进行分组，形成学习团队，每个团队4人左右。学生以团队形式完成课前预习、概念测试、课堂研讨、案例研究、课程论文。③对多径衰落信道进行MATLAB仿真，研讨衰落信道对通信的影响。④课堂教学方面以多媒体教学为主、板书为辅，并充分利用学校网上教学平台——泛雅网络资源平台。
第六章：移动无线电中的调制技术
1. 基本内容：
6.1模拟调制
6.2数字调制概述及脉冲成形技术
6.3线性调制技术
6.4恒包络调制技术
6.5线性和恒包络组合调制技术
6.6 扩频调制技术
2. 教学基本要求：
⑴掌握幅度调制；掌握角度调制，调频调制方式及检测技术；
⑵掌握影响数字调制方式的因素，数字信号的带宽和功率谱密度，了解数字调制与模拟调制相比而言的优点；掌握脉冲成型技术；了解调制信号的几何表示；
⑶熟练掌握BPSK、DPSK、QPSK、pi/4DQPSK的发送和检测，了解交错QPSK调制技术；
⑷掌握BFSK、最小频移键控MSK、高斯最小频移键控GMSK；了解恒包络调制技术的优点及其对功率放大器的要求；
⑸掌握MPSK、QAM、MFSK；了解QAM调制信号、多进制PSK信号的功率谱和带宽效率以及两者的关系
⑹掌握伪随机序列、直接序列扩频和跳频扩频；了解直接序列扩频、跳频扩频的性能
3. 教学重点难点：
⑴数字调制概述及脉冲成型技术；（重点）
⑵线性调制技术；（重点）
⑶恒包络调制技术；（重点）
⑷线性和恒包络组合调制技术（重点）
⑸扩频调制技术（重点、难点）
4. 教学建议：
① 采用研究型教学方法和基于团队学习的教学模式以培养学生自主学习、协作学习能力和研究探索能力；② 课前对学生进行分组，形成学习团队，每个团队4人左右。学生以团队形式完成课前预习、概念测试、课堂研讨、案例研究、课程论文。③课堂教学方面以多媒体教学为主、板书为辅，并充分利用学校网上教学平台——泛雅网络资源平台。④对线性调制技术、恒包络调制技术、线性和恒包络组合调制技术等三类调制技术进行仿真、研讨，比较他们的优缺点。
第七章：均衡、分集和信道编码
1.基本内容：
7.1分集技术
7.2均衡技术
7.3信道编码技术
2.教学基本要求：
⑴了解分集的概念、分集类型；了解交织的概念；
⑵了解均衡原理、线性均衡器、均衡器的结构、类型和算法；
⑶了解线性分组码、卷积码、turbo码的编解码原理、方法。
3.教学重点难点：
⑴了解分集的概念、分集类型；了解交织的概念；（重点）
⑵了解线性分组码、卷积码、turbo码的编解码原理、方法。（重点、难点）
4.教学建议：
① 采用研究型教学方法和基于团队学习的教学模式以培养学生自主学习、协作学习能力和研究探索能力；② 课前对学生进行分组，形成学习团队，每个团队4人左右。学生以团队形式完成课前预习、概念测试、课堂研讨、案例研究、课程论文。③课堂教学方面以多媒体教学为主、板书为辅，并充分利用学校网上教学平台——泛雅网络资源平台。④对均衡、分集、信道编码技术进行仿真，并分别研讨他们的抗干扰性能。
第八章：无线通信多址接入技术
1.基本内容：
8.1多址接入技术
8.2分组无线电
2.教学基本要求：
⑴了解FDMA、TDMA、CDMA；
⑵了解分组无线协议：时隙ALOHA和CSMA；
3.教学重点难点：
⑴了解FDMA、TDMA、CDMA；（重点）
⑵了解分组无线协议：时隙ALOHA和CSMA。（重点、难点）
4.教学建议：
① 采用研究型教学方法和基于团队学习的教学模式以培养学生自主学习、协作学习能力和研究探索能力；② 课前对学生进行分组，形成学习团队，每个团队4人左右。学生以团队形式完成课前预习、概念测试、课堂研讨、案例研究、课程论文。③课堂教学方面以多媒体教学为主、板书为辅，并充分利用学校网上教学平台——泛雅网络资源平台。
四、教学环节与学时分配
表2：《无线通信原理及应用》课程教学环节与学时分配
| 序号 | 教学内容 | 总学时 | 其中 | 理论教学活动支持的课程目标 | 实践教学支持活动的课程目标 | |||
| 讲课 | 实验 | 上机 | 其他 | |||||
| 1 | 无线通信系统概述 | 2 | 2 | 知识目标① 能力目标①-④ 素质目标① | ||||
| 2 | 现代无线通信系统 | 2 | 2 | 知识目标① 能力目标①-④ 素质目标① | ||||
| 3 | 蜂窝系统设计基础 | 4 | 4 | 知识目标① 能力目标①-④ 素质目标① | ||||
| 4 | 大尺度路径损耗 | 4 | 4 | 知识目标① 能力目标①-④ 素质目标① | 知识目标① 能力目标⑤-⑨ 素质目标①-② | |||
| 5 | 小尺度衰落和多径效应 | 8 | 6 | 2 | 知识目标① 能力目标①-④ 素质目标① | 知识目标① 能力目标⑤-⑨ 素质目标①-② | ||
| 6 | 移动无线电中的调制技术 | 18 | 14 | 4 | 知识目标① 能力目标①-④ 素质目标① | 知识目标① 能力目标⑤-⑨ 素质目标①-② | ||
| 7 | 分集、均衡和信道编码 | 8 | 6 | 2 | 知识目标① 能力目标①-④ 素质目标① | 知识目标① 能力目标⑤-⑨ 素质目标①-② | ||
| 8 | 无线通信多址接入技术 | 2 | 2 | 知识目标① 能力目标①-④ 素质目标① | ||||
五、教学中应注意的问题：
1.课程理论教学过程中注重结合具体教学内容阐述课程教学目标，让学生接受并自觉、努力达成教学目标。
2.对课本内容进行解构的基础上开展课堂教学是必要且必须的，但要广泛采取与学生基础和能力相适应的教学形式，积极探索学生易于接受和理解的教学方法，譬如充分发挥多媒体教学的技术优势、尽可能地与工程实际问题相结合讲解有关的概念和理论、讲练结合（补充课堂特色教学内容相关的习题）等。
3. 课堂应适时了解学生对讲授内容的掌握程度，以便及时调整授课进度和方式。
六、实验/实践内容：
无
七、考核方式：
平时成绩20%，课程论文20%，研讨20%，期终测评40%。
八、教材及主要参考书：
1、选用教材：
《无线通信原理与应用》（第二版），Theodore S. Rappaport主编，周文安等译，电子工业出版社，2012年。
2、主要参考书：
《无线通信》，AndreaGoldsmith主编，杨鸿文等译，人民邮电出版社，2007
《无线通信基础》，David Tse主编，李锵等译，人民邮电出版社，2007
执笔人：李圣 系室审核人：王明华
