無線通信原理與移動網(wǎng)絡(luò)教案

《無線通信原理與移動網(wǎng)絡(luò)》教案授課教師：錢良劉濤授課班級：09通信電子信息與電氣工程學(xué)院二零一三年四月電子信息與電氣工程學(xué)院教案第1次第1章

無線通信系統(tǒng)導(dǎo)論課時安排2授課時間教學(xué)目的、要求（分掌握、熟悉、了解三個層次）：回顧無線通信系統(tǒng)的發(fā)展歷史，從農(nóng)耕時代的烽火狼煙到現(xiàn)代的蜂窩系統(tǒng)，衛(wèi)星通信以及其它的無線網(wǎng)絡(luò)。還要講述無線通信所面臨的必須要戰(zhàn)勝的挑戰(zhàn)，以實現(xiàn)無線通信所規(guī)劃的未來發(fā)展。介紹當(dāng)前的無線通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，包括應(yīng)急系統(tǒng)與標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前的無線系統(tǒng)現(xiàn)狀與對于未來發(fā)展的巨大不同，暗示無線通信工作者，還有很多的探索工作需要完成。教學(xué)內(nèi)容（包括基本內(nèi)容、重點、難點）：1.1無線通信的歷史1.2無線通信系統(tǒng)的未來愿景1.3無線通信領(lǐng)域的技術(shù)關(guān)鍵1.4無線通信系統(tǒng)1.5無線頻譜1.6無線通信標(biāo)準(zhǔn)組織1、無線通信系統(tǒng)的歷史1)最初的無線通信通過視距傳輸?shù)姆绞絺鬟f信息;2)電報系統(tǒng)與后來的電話系統(tǒng);早期的廣播系統(tǒng)傳遞模擬信號;3)二十世紀(jì)七十年代，以太網(wǎng)的出現(xiàn)使許多商業(yè)公司放棄了無線廣播，轉(zhuǎn)而使用有線網(wǎng)絡(luò);4)迄今為止，最成功的無線網(wǎng)絡(luò)是蜂窩電話網(wǎng)絡(luò);5)用于商業(yè)領(lǐng)域的衛(wèi)星通信服務(wù),是無線通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的另一個重要組成部分2、無線通信系統(tǒng)的未來愿景1)無線網(wǎng)絡(luò);2)智能管家;3)電話會議;4)移動電視;5)無線傳感;6)無線網(wǎng)絡(luò)啟用分布式控制系統(tǒng).

無線通信領(lǐng)域的技術(shù)關(guān)鍵1)室內(nèi)室外環(huán)境信道的測量與建模;2)低功耗的手持式移動終端設(shè)備設(shè)計;3)減少信道衰落，提高傳輸質(zhì)量和頻譜利用率的傳輸方式4)更好的分配方式來實現(xiàn)有限頻譜資源共享，以適應(yīng)不同的無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用;5)路由和移動性管理，支持用戶移動接收;6)一種將各子網(wǎng)絡(luò)連接在一起，并連接到有線核心網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu);7)一個集成化且自適應(yīng)的協(xié)議棧，以實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)擴展到各個層次OSI模型的目的。

無線通信系統(tǒng)1)蜂窩電話系統(tǒng)（定義，主要特點，發(fā)展趨勢，EDGE(GSM增強數(shù)據(jù)率演進)，HSDPA）;2)無繩電話;3)無線局域網(wǎng)(IEEE802.11,HIPERLAN);4)固定無線接入;5)尋呼系統(tǒng);6)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò);7)藍(lán)牙;8)家庭通信網(wǎng);9)移動Adhoc網(wǎng)絡(luò)（移動，多跳無線網(wǎng)絡(luò)，自組織協(xié)議);10)超寬帶（固有的安全性，高速度，本質(zhì)上共存）;11)無線城域網(wǎng);12)其他無線通信網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用.無線頻譜資源1)1）頻譜分配方法。（大多數(shù)國家的政府機構(gòu)，負(fù)責(zé)分配和控制使用無線電頻譜，美國FCC的頻譜分配用于商業(yè)用途，頻譜管理辦公室（OSM）的頻譜分配用于軍事;，可以通過拍賣獲得頻譜。優(yōu)勢：以市場為基礎(chǔ)，頻譜的利用率高。缺點：限制競爭，延緩?fù)顿Y于基礎(chǔ)設(shè)施的能力，對終端用戶的初始收費較高。免費帶：為了鼓勵創(chuàng)新和低成本的實現(xiàn);ITU-T）;2）對現(xiàn)有系統(tǒng)的頻譜分配。無線通信標(biāo)準(zhǔn)組織IEEE-電氣和電子工程師協(xié)會ETSI-歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會討論：參考資料1.《現(xiàn)代通信技術(shù)(2)》，紀(jì)越峰等編著，北郵出版社2.《無線通信與網(wǎng)絡(luò)》，WilliamStallings編，清華大學(xué)出版社3.《無線通信技術(shù)》布雷克編，科學(xué)出版社4.《無線移動通信網(wǎng)絡(luò)》，SamiTabbane編，電子工業(yè)出版社教學(xué)過程設(shè)計：復(fù)習(xí)分鐘，授新課分鐘，安排討論分鐘，布置作業(yè)分鐘，其他分鐘授課類型（請打√）：理論課√討論課□實驗課□練習(xí)課□上機□其他□教學(xué)方式（請打√）：講授√討論√示教□指導(dǎo)□其他□教學(xué)資源（請打√）：多媒體√模型□實物□掛圖□音像□其他□填表說明：1、各欄目填寫內(nèi)容較多時，可附頁；2、教學(xué)內(nèi)容與討論、思考題、作業(yè)部分可合二為一。電子信息與電氣工程學(xué)院教案第2次第2章路徑損耗和陰影效應(yīng)課時安排授課時間教學(xué)目的、要求：介紹接收信號功率由于路徑損耗和陰影的變化特點。給出最簡單的信號傳播模型：自由空間路徑損耗。此外，描述射線跟蹤傳播模型，提出一些簡單的參數(shù)，這些參數(shù)經(jīng)常用于實際分析。教學(xué)內(nèi)容（包括基本內(nèi)容、重點、難點）：2.1無線電波傳播2.2發(fā)送與接收信號模型2.3自由空間衰落2.4光線追蹤2.5簡化的路徑損耗模型2.6實證路徑損耗模型2.7陰影衰落2.8結(jié)合路徑損耗和陰影2.9路徑損耗和陰影情況下的中斷通信概率2.10小區(qū)覆蓋

無線電波傳播A:概念--大規(guī)模的傳播效應(yīng)或當(dāng)?shù)仄骄p;路徑損耗和陰影效應(yīng);小規(guī)模傳播效應(yīng)，多徑衰落。都導(dǎo)致接收信號的功率隨距離的變化呈現(xiàn)出多樣性變化，光線追蹤模型，簡化的路徑損耗模型，實證路徑損耗模型，組合路徑損耗和陰影;統(tǒng)計模型的多徑信道模型，窄帶衰落模型;寬帶衰落模型;MIMO信道模型單向傳播模型，雙向傳播模型B:舉例;C:研究話題--室內(nèi)室外環(huán)境信道的測量與建模;消除信道損耗，提高接收質(zhì)量和頻譜利用率的技術(shù)方法發(fā)送與接收信號模型A:最優(yōu)CSI--信道容量,中斷概率,誤碼性能B:非最優(yōu)CSI(信道估計)--資源分配,信道容量,中斷概率,誤碼性能.C:相關(guān)研究話題--根據(jù)給定的分集組合技術(shù)，與是否為最完善CSI進行接收SNR的分配;多天線系統(tǒng)中的信道自相關(guān)性研究;信道參數(shù)對信道容量和其他性能的影響;為了使信道容量最大化，信息符號與訓(xùn)練符號序列的最佳分配方案.電波在不同性質(zhì)的介質(zhì)交界處，會有一部分發(fā)生反射，一部分通過。如果平面波入射到理想電介質(zhì)的表面，則一部分能量進入第二個介質(zhì)中，一部分能量反射回第一介質(zhì)，無能量損耗。反射波和傳輸波的電場強度取決于菲涅爾反射系數(shù)。反射系數(shù)為材料的函數(shù)，并與極性、入射角和頻率有關(guān)。一邊來說，電磁波為極化波即在空間相互垂直的方向上同時存在電廠成分。極化波在數(shù)學(xué)上可以表示為兩個空間相互垂直的成分的和，例如水平和垂直，左手環(huán)和右手環(huán)計劃成分等。對于一定的極性，可以通過疊加計算反射場。地面反射雙線模型在移動無線信道中，基站和移動臺之間的單一直接路徑很少是傳播的唯一物理方式，因此單獨使用自由空間傳播模型，在多數(shù)情況下是不準(zhǔn)確的。圖2.3所示的雙線地面反射模型是基于幾何光學(xué)的非常有用的傳播模型，不僅考慮了直接路徑，而且考慮了發(fā)射機和接收機之間的地面反射路徑。該模型在預(yù)測幾千范圍大尺度信號強度時是非常準(zhǔn)確的，同時對城區(qū)視距內(nèi)的微蜂窩環(huán)境也是非常準(zhǔn)確的。圖2.3雙線地面模型在大多數(shù)移動通信系統(tǒng)中，最大的T-R距離最多為幾千米，這樣地球可假設(shè)為屏幕?？偟媒邮针妶鰹橹苯右暰喑煞趾偷孛娣瓷涑煞值暮铣山Y(jié)果。參考上圖，E0為距離發(fā)射機d0處的電場，對于d>d0,自由空間電場為兩個波傳播到達(dá)接收機，直射波：地面反射的電場為：繞射繞射使得無線信號繞地球曲線表面?zhèn)鞑?，能夠傳播到阻擋提后面。盡管接收機移動到阻擋提的陰影區(qū)時，接收場強衰減非常迅速，但繞射場依然存在并常常具有足夠的強度。繞射現(xiàn)象可由Huygens原理解釋，它說明波前上的所有點可作為產(chǎn)生次級波的電源，這些次級波組合起來形成傳播方向上新的波前。繞射由次級波的傳播進入陰影區(qū)而形成。陰影區(qū)繞射波場強為圍繞阻擋物所有次級波的矢量和。發(fā)射機和接收機之間的情況見圖2.4,具有無線寬度，有效高度為h的阻擋物放在距發(fā)射機d1處，距接收機d2處。很明顯，波從發(fā)射機經(jīng)阻擋屏的頂端到接收機傳播的距離比直接視距傳播距離要長。假設(shè)h<<d1、d2，并且h>>λ，則直射和繞射路徑差，稱為附加路徑長度。相應(yīng)的相位差：當(dāng)角度x很小的時候，可以近似：圖2.4繞射模型由上述公式課件，直接視距路徑和繞射路徑的相位差，為阻擋物高度和位置的函數(shù)，也是發(fā)射機和接收機位置的函數(shù)。作為路徑差函數(shù)的繞射損耗可用菲涅爾區(qū)解釋。菲涅爾區(qū)表示從發(fā)射機到接收機次級路徑長度比總的視距路徑長度大nλ/2的連續(xù)區(qū)域。在移動通信系統(tǒng)中，對次級波的阻擋產(chǎn)生了繞射損耗，即僅有一部分能量能繞過阻擋體。即一些菲涅爾區(qū)發(fā)出的次級波被阻擋，根據(jù)阻擋體的幾何特征，接受能量為非阻擋菲涅爾區(qū)所貢獻(xiàn)能量的矢量和。圖2.5同心圓定義了連續(xù)菲涅爾區(qū)的邊界參見圖2.5，障礙物阻擋傳播路徑，在發(fā)射機和接收機之間的附加路徑延遲為半波長的整數(shù)倍的所有點構(gòu)成一族橢球，橢球代表菲涅爾區(qū)。注意菲涅爾區(qū)是以發(fā)射機和接收機為焦點的橢球。圖中顯示了不同刃形繞射的情況。一般來說當(dāng)阻擋體不阻擋第一菲涅爾區(qū)，則繞射損失最小，繞射影響可忽略不計。事實上，根據(jù)經(jīng)驗用于視距微博鏈路設(shè)計只要55%的第一菲涅爾區(qū)保持無阻擋，其他菲涅爾區(qū)的情況基本不影響繞射損耗。圖2.6作為菲涅爾繞射參數(shù)v函數(shù)的刃形繞射增益散射實際移動無線環(huán)境中，接收信號比單獨繞射和反射模型預(yù)測的要強。這是因為當(dāng)電波遇到粗糙表面時，反射能量由于散射而散布于所有方向。像燈柱和樹這樣的物體在所有的方向上散射能量，這就給接收機提供了額外的能量。遠(yuǎn)大于波長的平滑表面可建模成反射面。表面的粗糙程度經(jīng)常產(chǎn)生不同的傳播效果。使用瑞利原則測試表面粗糙程度，其中定義了給定入射角θ的表面平整度的參考高度h為如果平面上最大的突起高度h小于這個值，就認(rèn)為表面是光滑的，反之則認(rèn)為是粗糙的。對于粗糙表面，反射系數(shù)需乘以一個散射損耗系數(shù)ρ，以代表減弱的反射場。雷達(dá)有效截面模型當(dāng)較大的，遠(yuǎn)距離的物體引起散射時，該物體的位置對準(zhǔn)確預(yù)測散射信號強度時非常有用的。散射體的雷達(dá)有效截面積(RCS)定義為在接收機方向上散射信號的功率密度與入射波功率密度的比值。可用繞射集合理論和物理光學(xué)分析散射場強。對城區(qū)移動無線系統(tǒng)，基于雙靜態(tài)雷達(dá)公式的模型可用于計算遠(yuǎn)地散射的接收場強。雙靜態(tài)雷達(dá)公式模型描述了波在自由空間中遇到較遠(yuǎn)散射物體時的傳播情況。在接收方向上的在再反射為：其中和為散射物體分別到發(fā)射機和接收機的距離。在上公式中，散射物體假設(shè)在發(fā)射機和接收機的遠(yuǎn)場出。變量RCS單位為dB·m^2，可由散射體表面面積近似得到。對數(shù)距離損耗模型基于理論和測試的傳播模型指出，無論室內(nèi)或室外信道，平均接收信號功率隨距離的對數(shù)衰減。這種模型已被廣泛地使用。對任意T-R距離，平均大尺度路徑損耗表示為：或其中，n為路徑損耗指數(shù)，表明路徑損耗隨距離增長的速率；d0為近地參考距離，由測試決定。D為T-R距離。選擇自由空間的參考距離是非常重要的，在宏蜂窩系統(tǒng)中，經(jīng)常使用1km的參考距離。而在微蜂窩系統(tǒng)中使用較小的距離（如100m或1m）。參考距離應(yīng)永遠(yuǎn)在天線的遠(yuǎn)場處。以避免遠(yuǎn)近效應(yīng)對參考路徑損耗的影響。由公式給出的自由空間路徑損耗共識或通過測試給出參考路徑損耗。表2.1列出不用無線環(huán)境下，路徑損耗指數(shù)。表2.1不同環(huán)境下路徑損耗指數(shù)室外傳播模型在無線通信系統(tǒng)中，電波傳播經(jīng)常在不規(guī)則地區(qū)。在估計路徑損耗時，要考慮特定地區(qū)的地形地貌。地形從簡單的曲線形狀地形到多山區(qū)地形。同時也要考慮樹木、建筑物和其他阻擋物等、大量的傳播模型可用來預(yù)測不規(guī)則地區(qū)的路徑損耗。所有這些模型目標(biāo)是預(yù)測待定點或區(qū)域的信號場強，但在途徑、復(fù)雜性和精確性方面差異很大。大部分模型基于服務(wù)區(qū)測試數(shù)據(jù)。下面討論一些最通用的室外傳播模型。Longley-Rice模型Longley-Rice模型應(yīng)用于頻率范圍為40MHz到100GHz，不同種類的地形中點對點的通信系統(tǒng)。使用地形地貌的路徑幾何學(xué)和對流層的繞射星，預(yù)測中值傳輸損耗。幾何光學(xué)用于預(yù)測無線電地平線以內(nèi)的信號強度。通過孤立阻擋體的繞射損耗，使用刃形模型進行估計。前向散射理論用于長距離對流散射預(yù)測，并使用改進的方法預(yù)測地平線路徑的遠(yuǎn)地繞射損耗。Okumura模型Okumura模型為預(yù)測城區(qū)信號時使用最廣泛的模型。應(yīng)用頻率在150MHz到1920MHz之間，距離為1km到100km之間，天線高度在30m到1000m之間。Okumura開發(fā)了一套在準(zhǔn)平滑城區(qū)，基站有效天線高度為200m，移動天線高度為3m的自由空間中值損耗曲線?；竞鸵苿芋w均使用垂直全方向天線，從測量結(jié)果得到這些曲線，并畫成頻率從100MHz到1920MHz的曲線和距離從1km到100Km的曲線。使用Okumura模型確定路徑損耗，首先確定自由空間路徑損耗，然后從曲線中讀出A(f,d)的值，并加入地物類型的修正因子。模型可表示為：討論：教學(xué)過程設(shè)計：復(fù)習(xí)分鐘，授新課分鐘，安排討論分鐘，布置作業(yè)分鐘，其他分鐘授課類型（請打√）：理論課√討論課□實驗課□練習(xí)課□上機□其他□教學(xué)方式（請打√）：講授√討論√示教□指導(dǎo)□其他□教學(xué)資源（請打√）：多媒體√模型□實物□掛圖□音像□其他□填表說明：1、各欄目填寫內(nèi)容較多時，可附頁；2、教學(xué)內(nèi)容與討論、思考題、作業(yè)部分可合二為一。電子信息與電氣工程學(xué)院教案第3次第3章自適應(yīng)調(diào)制課時安排授課時間教學(xué)目的、要求無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咚傩砸笥休^好的魯棒性和較高的頻譜利用率。當(dāng)信道可以被估計，而且估計結(jié)果可以被反饋回發(fā)射機的時候，發(fā)射機可以根據(jù)信道特征自適應(yīng)地調(diào)整發(fā)送方式。大多數(shù)的調(diào)制和編碼方式并不能夠適應(yīng)衰落信道，不可自適應(yīng)調(diào)整的方法需要有一個相對穩(wěn)定的鏈路來保持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)男阅芗词乖趷毫拥男诺拉h(huán)境中仍可被用戶接受。故而這些系統(tǒng)考慮了最為惡劣的情況，但這樣并不是所有的時候都是最優(yōu)化的。根據(jù)信道衰落情況自適應(yīng)調(diào)整發(fā)射方式，使得信道傳輸更為高效。教學(xué)內(nèi)容（包括基本內(nèi)容、重點、難點）：3.1概述3.2系統(tǒng)模型3.3自適應(yīng)調(diào)變和編碼原則3.4可變碼率可變功率的M_QAM3.5混合式自動重傳(HARQ)準(zhǔn)則3.6三種不同類型的HARQ3.7RCPC和CPC碼3.8研究熱點3.9HARQ的跨層設(shè)計3.10跨層AMC-HARQ系統(tǒng)3.11AMC-HARQ在MIMO系統(tǒng)中的應(yīng)用1、概述1)自適應(yīng)是什么?2)為何要采用自適應(yīng)方式?非自適應(yīng):考慮最差的信道情況,在多數(shù)情況下非最優(yōu)l.自適應(yīng):提高平均容量，減小需要的發(fā)送功率,高效利用信道.3)如何實現(xiàn)自適應(yīng)?較好的信道情況:高碼率，低功率信道質(zhì)量下降:降碼率，增功率4)由J.F.Hayes在1968年首次提出5)已經(jīng)用于蜂窩網(wǎng):GSM,EDGE,GPRS,cdma2000,WCDMA等6)自適應(yīng)傳輸?shù)暮诵睦砟?根據(jù)反饋回的信道估計結(jié)果自適應(yīng)調(diào)整發(fā)送信號的模式7)目的:保持低誤碼率(傳輸質(zhì)量);高效利用信道8)實際限制:信道估計;反饋時延;硬件限制2、系統(tǒng)模型加性高斯白噪聲下的信道容量，可調(diào)整的傳輸參數(shù):數(shù)據(jù)率(星座圖大小);碼率;差錯率;發(fā)送功率;或以上參數(shù)的結(jié)合3、自適應(yīng)調(diào)制準(zhǔn)則:1)可變數(shù)據(jù)率技術(shù)與舉例:EDGE的調(diào)制方案;EDGE的鏈路容量2)可變編碼技術(shù):傳輸比特添加不同的信道編碼來獲得不同的信道增益;限制;實行.3)多差錯率:調(diào)整瞬時誤碼率，使其滿足平均誤碼率的約束.4)信息論基礎(chǔ)---AWGN信道容量;平坦衰落的信道容量;衰落信道下的信道容量與功率控制;最佳功率調(diào)整;線性調(diào)制技術(shù)帶寬效率高，所以非常適合用于在有限頻帶內(nèi)要求容納越來越多用戶的無線通信系統(tǒng)。在線性調(diào)制方案中，傳播信號可以表示為：線性調(diào)制方案有很好的頻譜效率，但傳輸中必須使用功率效率低的射頻放大器，用功率效率高的非線性放大器會導(dǎo)致已濾除的邊瓣再生，造成嚴(yán)重的相鄰信道干擾，使線性調(diào)制得到的頻譜效率全部丟失。然而，已經(jīng)有好方法來克服這些困難。最普遍的線性調(diào)制技術(shù)包括QPSK,OQPSK，和π/4QPSK1.二進制相移鍵控(BPSK)在二進制相移鍵控(BPSK)中，幅度恒定的載波信號隨兩個代表二進制1和0的信號m1和m2的改變而在兩個不同的相位間調(diào)變。通常這兩個相位差180°，如果正弦載波的幅度為A，每比特能量，則傳輸?shù)腂PSK信號為出于方便，經(jīng)常將m1和m2一般化為二進制數(shù)據(jù)信號，它呈現(xiàn)兩種可能的脈沖波形中的一種。這樣傳輸信號可表示為：BPSK的頻譜和帶寬BPSK信號使用雙極性基帶數(shù)據(jù)波形m(t)，并可表示為復(fù)包絡(luò)的形式：射頻上的BPSK信號的PSD為：矩形和升余弦滾降脈沖成形的BPSK信號的PSD，如圖3.9所示。由圖可見零點-零點帶寬時比特速率的兩倍。還有，對于矩形脈沖BPSK信號能量的90%在大約1.6R的帶寬內(nèi)。而對于ɑ=0.5的升余弦濾波器，所有能量在1.5R的帶寬內(nèi)。圖3.9BPSK的功率譜密度BPSK接收機如果沒有信道引入的多徑損耗，接收的BPSK信號可以表示為：BPSK使用相關(guān)，或者叫做同步的解調(diào)方法，這要求在接收機端知道載波的相位和頻率信息。如果和BPSK信號同時傳輸一個低幅值的載波導(dǎo)頻信號，在接收機端使用鎖相環(huán)(PLL)就能恢復(fù)出載波的相位和頻率。如果沒有傳輸載波導(dǎo)頻信號，可以用Costas環(huán)或者平方環(huán)從接收到的BPSK信號中，恢復(fù)同步載波的相位和頻率。圖3.10給出了載波恢復(fù)電路的BPSK接收機框圖。圖3.10帶載波恢復(fù)電路的BPSK接收機接收機信號cos(2πft+θ)平方后，產(chǎn)生一個直流信號和一個幅度變化的兩倍載波頻率正弦信號。直流信號用中心頻率為2f的帶通濾波器濾除。然后用一個分頻器還原出波形。在分頻器后乘法器的輸出為：這個信號輸入到BPSK檢波器中構(gòu)成低通濾波器部分的積分和清空電路。如果發(fā)射機和接收機的脈沖波形匹配，檢波器將達(dá)到最佳效果。為便于積分器的輸出在每個比特走起末尾精確得抽樣，使用了一個比特同步器。在每個比特周期的末尾，積分器輸出端的開關(guān)閉合，將輸出信號送到判決電路。判決電路根據(jù)積分器的輸出是高于還是低于一個特定的門限值來決定接收信號對應(yīng)于二進制1或0。門限值設(shè)置在一個使差錯概率最小的最佳值。如果1和0等概率的傳輸，則采用檢波器輸出二進制1和0的電壓的中值作為最佳門限值。差分相移鍵控(DPSK)差分PSK是相移鍵控的非相干形式，它不需要接收機端有相干參考信號。非相干接收機容易制造而且便宜，因此在無線通信系統(tǒng)中廣泛使用。在DPSK系統(tǒng)中，輸入的二進制序列先差分編碼，然后再用BPSK調(diào)制器調(diào)制。差分編碼后的序列eg6iok8是通過對m于d進行模2和運算，由屬于的二進制序列產(chǎn)生。DPSK發(fā)射機的框圖如圖3.11所示，它包括一個比特延遲單元和一個為了從輸入二進制序列產(chǎn)生差分編碼序列的邏輯電路。其輸出通過一個乘法器得到DPSK信號。在接收機端，通過相應(yīng)的處理過程，從解調(diào)的差分編碼信號中恢復(fù)原始信號。如圖3.12所示。圖3.11DPSK發(fā)射機圖3.12DPSK接收機框圖四相相移鍵控(QPSK)由于在一個條支付好中傳輸兩個比特，四相相移鍵控比BPSK的帶寬效率高兩倍。載波的相位為四個間隔相等的值，每一個相位值對應(yīng)于唯一的一對消息比特。這個符號狀態(tài)集的QPSK信號可定義為：圖3.13兩種QPSK星座圖從QPKS的星座圖可以看到，星座中相鄰點的距離為因為每個符號對應(yīng)于兩個比特，所以，這樣可以得到在加性高斯白噪聲信道的平均比特差錯概率：這個結(jié)果表明，QPSK的比特差錯概率與BPSK相等，但在同樣的帶寬內(nèi)傳輸了兩倍的數(shù)據(jù)。QPSK信號的頻譜和帶寬QPSK信號的功率譜密度可用于BPSK類似的方法得到。用比特周期T代替符號周期，因此，當(dāng)用矩形脈沖時，QPSK信號可以表示為：QPSK信號當(dāng)用矩形和升余弦濾波脈沖時的PSD如圖3.14所示。零點-零點射頻帶寬等于比特率，是BPSK信號的一半。圖3.14QPSK信號的功率譜密度QPSK的發(fā)送和檢測技術(shù)圖3.15給出了典型的QPSK發(fā)射機框圖。單極性二進制消息流比特率為R,首先用一個單極性-雙極性轉(zhuǎn)換器將它轉(zhuǎn)換為雙極性非歸零序列。然后比特率m(t)分為兩個比特流，每個比特流的比特率為R/2,。兩個二進制序列分別用兩個正交的載波調(diào)制。兩個已調(diào)信號每一個都可以看作是一個BPSK信號，對它們求和產(chǎn)生一個QPSK信號。解調(diào)器輸出端的濾波器將QPSK信號的功率限制在分配的帶寬內(nèi)。這樣可以防止信號能量泄漏到相鄰的信道，還能去除在調(diào)制過程中產(chǎn)生的帶外雜散信號。在絕大多數(shù)實現(xiàn)方式中，脈沖成形在基帶進行，從而在發(fā)射機的輸出端提供適當(dāng)?shù)纳漕l濾波。圖3.15QPSK發(fā)射機框圖圖3.16給出了相干QPSK的框圖。前置帶通濾波器可去除帶外噪聲和相鄰信道的干擾。濾波后的輸出端分為兩個部分，分別用同相和正交載波進行解調(diào)。解調(diào)用的相干載波用載波恢復(fù)電路從接收信號中恢復(fù)。解調(diào)器的輸出提供一個判決電路，產(chǎn)生同相和正交二進制流。著兩個部分復(fù)用后，再生成原始二進制序列。圖3.16QPSK接收機框圖Pi/4QPSKΠ/4相移QPSK調(diào)制是一種正交相移鍵控技術(shù)，從最大相位跳變來看，它是OQPSK和QOSK的折衷。它可以相干解調(diào)，也可以非相干解調(diào)。最大相位變化是135°，而QPSK是180°，OQPSK是90°。因此，帶限π/4QPSK信號比QPSK信號有更好的恒包絡(luò)性質(zhì)，但是對包絡(luò)的變化比OQPSK敏感。它可以非相干解調(diào)，這使接收機的設(shè)計大大簡化。圖3.17pi/4QPSK星座圖恒包絡(luò)調(diào)制許多實際的移動無線通信系統(tǒng)都使用非線性調(diào)制方法，這時不管調(diào)制信號如何改變，載波的幅度都是恒定的。恒包絡(luò)調(diào)制具有可以滿足多種應(yīng)用環(huán)境的優(yōu)點。其中：·可以使用功率效率高的C類放大器，而不會使發(fā)送信號占用的頻譜增大·帶外輻射低·可用限幅器-鑒頻器檢測，從而簡化接收機的設(shè)計，并能很好地抵抗隨機噪聲和由瑞利衰落引起的信號波動恒包絡(luò)調(diào)制有許多優(yōu)點，但它們占用的帶寬比線性調(diào)制大。二進制頻移鍵控(BFSK)一個顯而易見的產(chǎn)生FSK信號的方法是，依照數(shù)據(jù)比特是0還是1，在兩個獨立的振蕩器中切換。通常，這種方法產(chǎn)生的波形在切換時是布里阿奴的，因此這種信號稱為不連續(xù)FSK信號。不連續(xù)的FSK信號表達(dá)式為：更常用的產(chǎn)生FSK信號的方法是，使用信號波形對單一載波振蕩器進行頻率調(diào)制。這種調(diào)制方法類似于FM信號，只是調(diào)制信號m(t)為二進制波形。因此，F(xiàn)SK可表示如下：BFSK信號的頻譜和帶寬由于FSK信號的復(fù)包絡(luò)是調(diào)制信號的非線性函數(shù)，確定一個FSK信號的頻譜通常是相當(dāng)困難的，經(jīng)常采用實時平均測量的方法。二進制FSK信號的相干檢測圖3.19為二進制FSK信號相干解調(diào)的框圖。圖示接收機是在加性高斯白噪聲存在的情況下進行最佳檢波器。它由兩個相干器構(gòu)成，提供本地相干解調(diào)信號。相干輸出的差值與閾值比較器進行比較，如果差值信號大于閾值，接收機判決為1，否則為0.圖3.19FSK信號的相干檢測3、可變碼率、可變功率的M_QAM:1)重點:實用的自適應(yīng)調(diào)制方法,與理論容量相關(guān)的頻率效率.2)方法設(shè)計;3)VRVPMQAM準(zhǔn)則;4)VRVPMQAM準(zhǔn)則---星座圖限制.5)AMC與LDPC碼結(jié)合5、混合自動重傳(HARQ)1)FEC(前向糾錯控制)+ARQ(自動重傳請求)=HARQ(混合自動重傳)2)FEC:糾錯碼(信道編碼:卷積碼,turbo碼,低密度線性分組碼(LDPC),空時編碼),高效性ARQ:檢錯碼(CRC(循環(huán)冗余校驗),奇偶校驗),高可靠性3)HARQ:使用糾錯碼糾正信道噪聲引起的誤碼，使用檢錯碼校驗信息是否被正確解碼,發(fā)生錯誤時要求重傳.4)HARQ幀結(jié)構(gòu).6、三種不同類型的:1)HARQⅠ型2)HARQII型3)HARQIII型7、RCPC和CPC碼RCPC碼（碼率可兼容鑿孔卷積碼）舉例;CPC碼舉例.8、研究熱點:1.通過編碼設(shè)計和混合ARQ提高turbo碼性能2.可靠性-以應(yīng)用卷積碼的HARQ為基礎(chǔ)3.使用turbo碼和LDPC碼的混合自動重傳請求方案設(shè)計4.鑿孔位置的性能-無線信道中時間編碼以及應(yīng)用5.無線擴頻分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中用于重傳協(xié)議設(shè)計的分組結(jié)合和自適應(yīng)擦除處理6.可靠性--基于HARQ和碼率可兼容鑿孔卷積碼9、HARQ的跨層設(shè)計:1)目的:將物理層的自適應(yīng)調(diào)制編碼(AMC)和數(shù)據(jù)鏈路層的混合自動重傳(HARQ)結(jié)合起來2)Qos:根據(jù)在規(guī)定的時間延遲和在數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)包錯誤率，確定AMC范圍3)AMC:使用802.11和HiperLAN/2中定義的AMC.4)HARQ:使用HARQⅠ型和HARQII型5)跨層幀結(jié)構(gòu)設(shè)計6)跨層使用HARQⅠ型的結(jié)果與上述結(jié)果的分析.10、跨層AMC-HARQ系統(tǒng):1)系統(tǒng)模型2)AMC-HARQ準(zhǔn)則---QoS約束3)AMC物理層設(shè)計4)基于LDPC碼的AMC-HARQ11、AMC-HARQ在MIMO系統(tǒng)中的應(yīng)用:1)系統(tǒng)模型2)MIMO中AMC-HARQ的準(zhǔn)則3)不同u下平均SNR與頻譜效率的結(jié)果參考資料（含參考書、文獻(xiàn)等）：教學(xué)過程設(shè)計：復(fù)習(xí)分鐘，授新課分鐘，安排討論分鐘，布置作業(yè)分鐘，其他分鐘授課類型（請打√）：理論課√討論課□實驗課□練習(xí)課□上機□其他□教學(xué)方式（請打√）：講授√討論√示教□指導(dǎo)□其他□電子信息與電氣工程學(xué)院教案第4次第4章多天線系統(tǒng)課時安排2授課時間10/09發(fā)射機與/或接收機的的多天線設(shè)計可以提高系統(tǒng)性能(多輸入多輸出系統(tǒng))或者降低ISI和來自其他用戶的干擾(智能天線).本章我們將討論以上兩種技術(shù)以及它們分別帶來的性能提升。I教學(xué)內(nèi)容（包括基本內(nèi)容、重點、難點）：4.1多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)4.2空時編碼4.3智能天線4.4多智能天線系統(tǒng)研究4.5MIMO測試床簡介1、多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)MIMO系統(tǒng)介紹:什么是MIMO?為什么要研究MIMO?窄帶多天線系統(tǒng)模型發(fā)送預(yù)編碼和接收成形:預(yù)編碼概念,成形公式MIMO信道下的并行分解:理論分析和推論MIMO信道容量:注水法功率分配波束成形:為什么要采用波束成形?MIMO信道下的波束成形技術(shù)，波束成形準(zhǔn)則空時編碼:1)空時編碼概念:僅僅針對MIMO系統(tǒng)的編碼與調(diào)制2)主要的空時編碼:空時分組碼(STBC).空時網(wǎng)格碼(STTC)分層空時碼(LST).3)空時編碼舉例:Alamout空時分組碼3、智能天線:時間空間上天線陣列與信號處理的結(jié)合.使用定向天線消除來自其他信道和多徑的干擾.優(yōu)勢:范圍延伸,容量提升,更高的數(shù)據(jù)率和更好的誤碼性能.智能天線結(jié)構(gòu).不同的智能天線:波束切換天線,自適應(yīng)天線陣列4、多智能天線系統(tǒng)研究:MIMO系統(tǒng)中的空時編碼研究正交頻分復(fù)用(OFDM)與多入多出(MIMO)MIMO系統(tǒng)中的盲信號處理智能天線MIMO測試床簡介：多天線系統(tǒng)的算法多數(shù)由計算機進行數(shù)值仿真驗證,與實際信道相比忽略了很多因素影響(例如：硬件的非線性失真，同步誤差)故而需要一個可以模擬實際新到環(huán)境的接口來驗證多天線系統(tǒng)算法.1)現(xiàn)有測試床：MIMOWCDMA用于3G電話傳輸(LucentTechnologies);MIMOOFDM用于4G傳輸測試(ETRI,Korea);利用Sundance組件和Atmel射頻組件建立一個MIMO測試平臺(UniversityofDuisburg,Germany).這些測試床價格昂貴,用于全新提出的研究思路或協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),當(dāng)今多數(shù)測試設(shè)備用于研究領(lǐng)域有些平臺重點研究離線方式2)非實時測試概念:討論：參考資料（含參考書、文獻(xiàn)等）：教學(xué)過程設(shè)計：復(fù)習(xí)分鐘，授新課分鐘，安排討論分鐘，布置作業(yè)分鐘，其他分鐘授課類型（請打√）：理論課√討論課□實驗課□練習(xí)課□上機□其他□教學(xué)方式（請打√）：講授√討論√示教□指導(dǎo)□其他□教學(xué)資源（請打√）：多媒體√模型□實物□掛圖□音像□其他□填表說明：1、各欄目填寫內(nèi)容較多時，可附頁；2、教學(xué)內(nèi)容與討論、思考題、作業(yè)部分可合二為一。電子信息與電氣工程學(xué)院教案第5次第5章多載波調(diào)制課時安排授課時間多載波調(diào)制的基本思想是將發(fā)送的比特流劃分成許多不同的子數(shù)據(jù)流，并且在許多不同的子信道上發(fā)送這些數(shù)據(jù)流。通常情況下，子傳輸信道如果非正交將存在頻譜擴散現(xiàn)象，所以多載波調(diào)制采用正交頻分復(fù)用（OFDM）的方式。每個子信道上的數(shù)據(jù)速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于總數(shù)據(jù)率，子信道的帶寬也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于相干帶寬。子數(shù)據(jù)流數(shù)目的選擇是為了保證子信道帶寬都小于相干帶寬這樣子信道經(jīng)歷的衰落可以看為平坦衰落，碼間干擾減小。此外，添加CP可以完全消除碼間干擾。在OFDM中的子信道不必是連續(xù)的，所以并不需要一個大的連續(xù)的頻譜塊。5.1多載波數(shù)據(jù)傳輸1、多載波數(shù)據(jù)傳輸:1)背景:未來的無線通信系統(tǒng)需要在任何時候任何地點提供可靠的高數(shù)據(jù)率傳輸服務(wù)。這一趨勢推動了寬帶無線通信系統(tǒng)的研究和開發(fā)以支持高速和高品質(zhì)的移動終端之間的信息交換。多載波調(diào)制可以顯著地簡化了信道均衡要求，被應(yīng)用于越來越多的領(lǐng)域。2)基本思路:子信道的數(shù)據(jù)里遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于總的傳輸數(shù)據(jù)率，而且每個信道的帶寬也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于總的傳輸帶寬。由于子數(shù)據(jù)流的數(shù)目選擇保證了子信道帶寬小于相干帶寬，子信道經(jīng)歷的衰落可以看為平坦衰落，碼間干擾較小.3)單載波vs.多載波:對于移動接收應(yīng)用,單載波均衡與多載波信道編碼、頻域交織、最大后驗概率解碼后的性能近乎一致。自適應(yīng)分配可以進一步提升多載波調(diào)制性能.但是多載波存在著其它方面的問題,最重要的是對頻偏和時間偏差的敏感性,這兩項將影響信道的正交性。此外，與單載波系統(tǒng)相比，多載波系統(tǒng)需要更高的峰均功率比,功放的非線性失真將嚴(yán)重制約性能。4)舉例:最簡單的多載波調(diào)制就是將傳輸比特分配到幾個相互正交的子信道上進行傳輸。子數(shù)據(jù)流的選擇使得符號時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳輸時延（頻域上表現(xiàn)為帶寬小于相干帶寬）.這樣的措施確保了較小的碼間干擾。5)用途:有線通信系統(tǒng)中多載波調(diào)制往往指ASDL規(guī)定的DMT方式。在無線通信系統(tǒng)中，多載波調(diào)制指的是OFDM.OFDM已經(jīng)被多種無線傳輸標(biāo)準(zhǔn)選擇作為物理層設(shè)計方案，如DAB,DVB-T以及IEEE802.11a&gandHIPERLAN/2選擇OFDM來滿足無線局域網(wǎng)的高速數(shù)據(jù)傳輸。2、子信道重疊的多載波調(diào)制:1)通過子載波的重疊可以提高頻譜利用率。子載波必須是正交的，以便于接收機分離。3、正交頻分復(fù)用:1)背景:多個無線通信標(biāo)準(zhǔn)選擇了正交頻分復(fù)用來提供更高的數(shù)據(jù)率，同時保證一定的魯棒性。這一領(lǐng)域有許多工作已經(jīng)展開。2)OFDM歷史:20世紀(jì)60年代中期被提出，使用并行數(shù)據(jù)傳輸，F(xiàn)DM和子信道重疊.當(dāng)時被用于軍事系統(tǒng)比如：KINEPLEX,ANDEFT，KATHRYN.20世紀(jì)80年代，OFDM在高速模式，數(shù)字通信領(lǐng)域的應(yīng)用被研究。20世紀(jì)90年代，OFDM用于寬帶數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，如xDSL,DVB,HDTV.3)基本思想:OFDM是多載波調(diào)制的特例,在這種方式下一個數(shù)據(jù)流被多個數(shù)據(jù)率較低的子信道傳輸。值得一提的是它可以用一種或多種調(diào)制方式，每個子信道可以單獨選擇。OFDM優(yōu)點:有效對抗多徑效應(yīng)，對干擾具有魯棒性。使得單頻網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)成為可能。提高準(zhǔn)靜止信道的容量。OFDM缺點:對頻偏和相噪敏感.需要較高的峰均功率比.4)關(guān)鍵技術(shù):信道估計;同步(時間和頻率偏移);功率峰均比5)案例分析:IEEE802.11aWLAN標(biāo)準(zhǔn)--IEEE802.11aWLAN標(biāo)準(zhǔn)采用20MHz帶寬，OFDM方式傳輸。6)我們的工作:I:小波包MCM(WP-MCM)系統(tǒng)II:STBC性能和SFBC與turbo碼結(jié)合III:減小PAPR的方法IV:比特交織編碼調(diào)制V:誤碼保護VI:自適應(yīng)OFDM系統(tǒng)VII:COFDM性能4、OFDM隨機接入:1)背景:寬帶接入方案;OFDMA與MC-CDMA的區(qū)別;OFDMA用途.概述:OFDM可用于多址接入技術(shù)，稱為OFDMA,這一技術(shù)可以通過FFT實現(xiàn)從頻域到子載波集的對應(yīng)。OFDMA接入方式中，不同的用戶共享整個上行接入資源，但是不同的子載波傳遞不同的用戶數(shù)據(jù)。3)研究話題:時間和頻域同步跳頻資源分配;4)案例分析:OFDMA802.16e802.16標(biāo)準(zhǔn)定義專門的會聚子層（CS），介質(zhì)接入控制（MAC）層和物理層（PHY）。它的PHY支持四個物理模式，無線城域網(wǎng)-SC，無線城域網(wǎng)-SCA，無線城域網(wǎng)-OFDM，無線城域網(wǎng)OFDMA。討論：參考資料（含參考書、文獻(xiàn)等）：教學(xué)過程設(shè)計：復(fù)習(xí)分鐘，授新課分鐘，安排討論分鐘，布置作業(yè)分鐘，其他分鐘授課類型（請打√）：理論課√討論課□實驗課□練習(xí)課□上機□其他□教學(xué)方式（請打√）：講授√討論√示教□指導(dǎo)□其他□教學(xué)資源（請打√）：多媒體√模型□實物□掛圖□音像□其他□填表說明：1、各欄目填寫內(nèi)容較多時，可附頁；2、教學(xué)內(nèi)容與討論、思考題、作業(yè)部分可合二為一。電子信息與電氣工程學(xué)院教案第6次第6章蜂窩網(wǎng)系統(tǒng)課時安排授課時間在提供多媒體無線服務(wù)的最大挑戰(zhàn)之一是最大限度地有效地利用有限的可用帶寬。蜂窩系統(tǒng)在間隔一定的距離（功率衰減達(dá)到一定門限）之后復(fù)用同一頻率來實現(xiàn)頻譜復(fù)用。在本章中，我們首先介紹蜂窩系統(tǒng)的基本設(shè)計原則。然后，我們描述了一個蜂窩系統(tǒng)，簡單計算該地區(qū)的頻譜效率，簡單的蜂窩模型和容量評估。.教學(xué)內(nèi)容（包括基本內(nèi)容、重點、難點）：6.1蜂窩系統(tǒng)設(shè)計6.2蜂窩系統(tǒng)中的頻率復(fù)用6.3蜂窩系統(tǒng)中的動態(tài)資源分配6.4干擾模型6.5功率控制對于干擾的影響6.6干擾消除6.7小區(qū)簇6.8博弈論中的功率控制1.蜂窩系統(tǒng)設(shè)計:定義;蜂窩網(wǎng)原則;蜂窩系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：小區(qū)，小區(qū)簇小區(qū)劃分切換2、蜂窩系統(tǒng)中的頻率復(fù)用:1)只有一小部分可用于移動通信系統(tǒng)的無線電信道的頻率。因此，工程師必須找到一種方式來重復(fù)使用無線電頻道進行一個以上的一次談話。行業(yè)采用的解決方案被稱為頻率重用。在實施移動電話系統(tǒng)重用的時候用到了類似細(xì)胞的結(jié)構(gòu)。頻率復(fù)用的概念是基于分配給每個小區(qū)用一個較小的地理區(qū)域內(nèi)的一組無線電信道：小區(qū)被分配一組通道是完全不同的相鄰小區(qū)。小區(qū)的覆蓋區(qū)域的邊界是有限的，可以在距離小區(qū)足夠遠(yuǎn)的另一小區(qū)使同一組信道。同樣編號的小區(qū)使用同樣的頻率.3、蜂窩系統(tǒng)中的動態(tài)資源分配:初始化蜂窩系統(tǒng):固定資源分配動態(tài)資源分配技術(shù)的優(yōu)點當(dāng)前動態(tài)分配資源方案調(diào)查4、干擾模型小區(qū)間干擾與小區(qū)內(nèi)干擾復(fù)用距離，多小區(qū)容量，復(fù)用效率復(fù)用效率計算5、功率控制對于干擾的影響:1)前向鏈路2)反向鏈路3)注水原則4)遠(yuǎn)近效應(yīng)干擾消除干擾消除技術(shù)：門限控制,基站采用扇形定向天線非最佳的多方向策略7、小區(qū)簇1)小區(qū)簇的概念2)為何要分簇?3)兩種結(jié)構(gòu)4)關(guān)于小區(qū)簇的研究8、博弈論中的功率控制:1)功率控制2)博弈論使用博弈論的目的算法分析未來工作討論：參考資料（含參考書、文獻(xiàn)等）：教學(xué)過程設(shè)計：復(fù)習(xí)分鐘，授新課分鐘，安排討論分鐘，布置作業(yè)分鐘，其他分鐘授課類型（請打√）：理論課√討論課□實驗課□練習(xí)課□上機□其他□教學(xué)方式（請打√）：講授√討論√示教□指導(dǎo)□其他□教學(xué)資源（請打√）：多媒體√模型□實物□掛圖□音像□其他□填表說明：1、各欄目填寫內(nèi)容較多時，可附頁；2、教學(xué)內(nèi)容與討論、思考題、作業(yè)部分可合二為一。電子信息與電氣工程學(xué)院教案第7次第7章Ad-Hoc網(wǎng)絡(luò)課時安排授課時間我們首先討論adhoc無線網(wǎng)絡(luò)，包括數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，家庭網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，傳感器網(wǎng)絡(luò)，以及389控制。接下來，我們考慮在adhoc無線網(wǎng)絡(luò)的跨層設(shè)計：它是什么，為什么需要它，以及如何可以做到。討論鏈路層的設(shè)計問題，其次考慮MAC層的設(shè)計問題，包括頻率/時間/代碼信道固有的權(quán)衡和通過隨機存取調(diào)度用戶分配到這些通道。本節(jié)還介紹了在多個訪問時功率控制的作用。比如鄰居發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)連通性，可擴展性，路由和網(wǎng)絡(luò)容量的網(wǎng)絡(luò)問題概述。最后我們描述網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)不同應(yīng)用要求的技術(shù)和應(yīng)用程序適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的能力。教學(xué)內(nèi)容（包括基本內(nèi)容、重點、難點）：7.1什么是Adhoc網(wǎng)絡(luò)7.2AdHoc網(wǎng)絡(luò)的典型應(yīng)用7.3不同場景下的路由協(xié)議分析7.4TCP在多跳蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的M_LDM拓?fù)浞治?.5面臨挑戰(zhàn)7.6無線傳感網(wǎng)簡介7.7傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用7.8無線傳感網(wǎng)設(shè)計的影響因素7.9無線傳感網(wǎng)的通信結(jié)構(gòu)7.10熱點話題與未來工作7.11跨層設(shè)計方案1、什么是AdHoc網(wǎng)絡(luò)自組織性無基礎(chǔ)設(shè)施手持移動終端控制網(wǎng)絡(luò)使用控制分配算法分布式的應(yīng)用程序集比如分布式協(xié)同計算的分布式傳感網(wǎng)絡(luò)有可能成為第四代無線通信網(wǎng)絡(luò)顛覆了現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可快速更換網(wǎng)絡(luò)分區(qū)更高的差錯率碰撞干擾帶寬受限功率有限AdHoc網(wǎng)絡(luò)的典型應(yīng)用:數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò):LAN、MAN家庭網(wǎng)絡(luò):PAD與PC的多跳儀器網(wǎng)絡(luò):藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)傳感器網(wǎng)絡(luò):固定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，軍事用途分布式控制系統(tǒng):AHS(高速公路自動化系統(tǒng)）UAVs(無人駕駛航空器)3、不同場景下的路由協(xié)議分析:1)面對問題:拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的改變，時延2)兩種場景:1.AdHoc網(wǎng)絡(luò)與DSR在特殊場景下都有8節(jié)點2.節(jié)點間均為雙向3)仿真結(jié)果4、TCP在多跳蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的M_LDM拓?fù)浞治?1)空間修改算法的屬性：每一個參數(shù)標(biāo)記，標(biāo)記每個TCP流2)G-J空間3)Alex’空間4)仿真結(jié)果5、面臨挑戰(zhàn)1)未來AdHoc網(wǎng)絡(luò)將使用移動路由協(xié)議來為移動用戶提供因特網(wǎng)接入服務(wù)。2)相關(guān)組織開始考慮這種網(wǎng)絡(luò)的潛力3)網(wǎng)絡(luò)控制面臨新的挑戰(zhàn)6、無線傳感網(wǎng)簡介1)概念:傳感器網(wǎng)絡(luò)由一系列傳感器節(jié)點構(gòu)成，這些節(jié)點密集的放置在研究對象內(nèi)部或周圍2)傳感網(wǎng)VSadhoc傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點數(shù)量可以比adhoc網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點數(shù)目高幾個數(shù)量級。傳感器節(jié)點部署的非常密集。傳感器節(jié)點更容易失效。傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)渥兓浅ｎl繁。傳感器網(wǎng)絡(luò)主要用于廣播，而多數(shù)adhoc網(wǎng)絡(luò)是點對點的.傳感器節(jié)點的功耗，運算能力和內(nèi)存十分有限。傳感器節(jié)點可能沒有全局ID.7、傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軍事應(yīng)用:監(jiān)控友軍部隊，裝備與彈藥戰(zhàn)場監(jiān)視對立力量和地形偵察戰(zhàn)斗損傷評估核武器，生物化學(xué)攻擊檢測2)環(huán)境學(xué)應(yīng)用森林火災(zāi)探測環(huán)境中生物多樣性調(diào)查洪水探測精細(xì)化農(nóng)業(yè)3)醫(yī)療應(yīng)用遠(yuǎn)程監(jiān)控人體生理數(shù)據(jù)跟蹤監(jiān)控醫(yī)院中的病人與醫(yī)生醫(yī)院藥品管理4)家庭應(yīng)用家庭自動化智能環(huán)境5)其它經(jīng)濟領(lǐng)域應(yīng)用辦公室環(huán)境控制互動式博物館庫存管理控制車輛跟蹤與檢測n車輛盜竊監(jiān)視檢測8、無線傳感網(wǎng)設(shè)計的影響因素:1)容錯容錯是指在傳感器節(jié)點發(fā)生故障而整個傳感器網(wǎng)絡(luò)沒有終端工作的能力。容錯級別取決于傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用2)可擴展性可擴展性指節(jié)點的密度可增加.3)生產(chǎn)成本單一節(jié)點的生產(chǎn)成本對于衡量整個網(wǎng)絡(luò)的成本非常重要.單一節(jié)點的成本是個非常重要的問題，其價格應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于一美元.4)傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)部署前和部署階段部署后階段重新部署額外的節(jié)點5)傳輸介質(zhì)

在一個多跳無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信節(jié)點通過無線介質(zhì)連接。要實現(xiàn)全球操作，所選擇的傳輸介質(zhì)必須在全球都可找到。無線電紅外線光學(xué)媒介6)功率消耗傳感通信數(shù)據(jù)處理9、無線傳感網(wǎng)的通信結(jié)構(gòu)1)物理層:物理層負(fù)責(zé)頻率選擇，頻率產(chǎn)生，信號檢測，調(diào)制和數(shù)據(jù)加密.研究問題:調(diào)制方案克服信號傳播影響的策略硬件設(shè)計2)數(shù)據(jù)鏈路層：數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)介質(zhì)訪問和差錯控制。在通信網(wǎng)絡(luò)中點對點，點對多點連接的可靠性。.研究問題:移動傳感的MAC協(xié)議差錯控制編碼.降功耗措施3)網(wǎng)絡(luò)層電源效率是需要考慮的重要因素.傳感器網(wǎng)絡(luò)以數(shù)據(jù)為中心.數(shù)據(jù)聚合在不妨礙傳感器節(jié)點協(xié)作工作時是有用的.4)傳輸層:傳輸層在系統(tǒng)需要通過因特網(wǎng)或其它外部網(wǎng)絡(luò)獲得信息的時候是必要的。目前尚無于傳輸層有關(guān)的問題應(yīng)用層:應(yīng)用層的管理協(xié)議實現(xiàn)了硬件與軟件針對底層的管理。10、熱點話題與未來工作:分布式處理不需要集中算法，即不需要所有數(shù)據(jù)的處理低帶寬通信有效處理來自傳感器的大量數(shù)據(jù)大規(guī)模協(xié)調(diào)許多獨立的傳感器節(jié)點需要與其它節(jié)點互連實時處理處理數(shù)據(jù)的速率必須快于產(chǎn)生數(shù)據(jù)的速度模擬比全面部署重要11、跨層設(shè)計方案:1)CLD的產(chǎn)生原因2)跨層設(shè)計在能量受限網(wǎng)絡(luò)中的舉例3)CLD方案:不同層采用不同參數(shù)自頂而下方案由下而上方案CLD用于實時音頻廣播三類:聯(lián)合信源信道編碼(JSCC),聯(lián)合速率控制,聯(lián)合信源信道解碼(JSCD)討論思考題：參考資料教學(xué)過程設(shè)計：復(fù)習(xí)分鐘，授新課分鐘，安排討論分鐘，布置作業(yè)分鐘，其他分鐘授課類型（請打√）：理論課√討論課□實驗課□練習(xí)課□上機□其他□教學(xué)方式（請打√）：講授√討論√示教□指導(dǎo)□其他□教學(xué)資源（請打√）：多媒體√模型□實物□掛圖□音像□其他□填表說明：1、各欄目填寫內(nèi)容較多時，可附頁；2、教學(xué)內(nèi)容與討論、思考題、作業(yè)部分可合二為一。電子信息與電氣工程學(xué)院教案第8次第8章無線城域網(wǎng)課時安排授課時間教學(xué)內(nèi)容（包括基本內(nèi)容、重點、難點）：8.1蜂窩系統(tǒng)演進8.2WLAN8.3WMAN8.4Wimaxvs3G,WimaxvsWLAN1、蜂窩系統(tǒng)的演進:1)第一代(1G)系統(tǒng)首次于1980s提出.模擬信號傳遞語音服務(wù)頻分多址