高等教育自学考试课程考试大纲 课程名称：《无线通信技术》

同学情

高等教育自学考试课程考试大纲

课程名称：《无线通信技术》                        课程代码:12580   

一、考核方式和要求
（一）考核方式
每人提交一份纸质课程设计方案。
考核成绩=课程设计方案成绩占60% + 课程设计过程表现(包括指导老师的沟通过程、积极主动的程度、学习态度、回答问题情况)占40%。
（二）考核要求
  每个学生都必须充分了解整个设计的全过程。从开始的系统需求分析、体系架构、功能模块、到最后的系统测试，都要有详细的计划，设计文档应按照软件工程的要求书写。具体要求有：
        对所设计题目进行正确的需求分析，阐述相关理论背景，提出功能框图或技术路线，明确系统功能，建立目标模型，最终实现题目要求。
*有些题目如果没有写出文字性要求，都按这个思路去做。
（2）从Simulink库中选择符合应用要求的模块，在模块之间连线（此步非必需，如果纯编程可以用流程图替换）。
（4）设计必要的程序（matlab），使其能产生符合需求的信号等。
（5）每组(最多3人一组)提交一个课程设计报告（课程设计报告格式参照附件）。
（6）也可以自拟题目，但需经指导老师同意。
（三）参考题目（包括但不限于以下题目）
课题1 仿真正弦信号波形及频谱
仿真原理及思路
一般来说，任意信号S(t)是定义在时间区间(-∞,+ ∞)上的连续函数，但所有计算机的 CPU都只能按指令周期离散运行，同时计算机也不能处理(-∞,+ ∞)这样一个时间段。为此 我们把s(t)按区间[-π/2，π/2]截短为S_T (t),再对S_T (t)按时间间隔∆t均匀取样得到T/∆t个样值。仿真时我们用这个样值集合来表示信号S_T (t)。显然∆t反映了仿真系统对信号波形的分辨率，∆t越小则仿真的精确度越髙。据通信原理所学，信号被取样以后的频谱是频率的周期函数，其重复周期是1/∆t。如果信号的最高频率为f_H，那么必须有f_H≤1/2∆t才能保证不发生混叠失真。我们称B_s=1/2∆t为仿真系统的系统带宽。如果我们的仿真程序中设定的采样间隔是∆t,那么我们不能用此仿真程序来研究带宽大于B_s的信号或系统。
此外，信号S(t)的频谱S(f)通常来说也是定义在频率区间(-∞,+ ∞)上的连续函数，所以仿真頻域特性时，我们也必须把S(f)截短并取样。考虑到系统带宽是B_s，我们把频域的截短区间设计为[-B_s  ,B_s ]，然后再按间隔∆f均匀取样得到(2B_s)/∆f个样值。∆f反映了仿真系统在 频域上的分辨率。频域离散的信号对应到时域是一个周期信号，其周期为1/∆f。类似前面的分析，如果我们的仿真程序中设定的釆样间隔是∆f,那么我们就不能仿真截短时间超过1/∆f 的信号。考虑到时域載短时间为T，我们把频域的取样间隔设计为∆f=1/T ，这样一来时域的总取样点数及频域的总取样点数都相等，为N=1/∆t∆f 。要提高仿真的精度，就必须降低时域取样间隔∆t及频域取样间隔∆f,也就是要加大总取样点数N。这说明仿真的精度与仿真系统的运算量直接有关。
为了处理上的方便，我们今后规定采样点数N为2的整幂。首先，设定正弦信号的釆样点 数为2^k。时域采样间隔为dt=0.01, 频域采样间隔为df=1/(N*dt) ，所以定义一个时域t的 N维矢量t = linspace(-T/2,T/2，N)，定义一个频域f的N维矢量f=linspace(-BS,BS,N) 其次，定义一个余弦函数s=csc⁡(〖2/3*pi*f_(0 )〗⁡〖*t〗 )，其中f_(0 )=1, 并对其进行傳里叶变换及傅里叶反变换；最后，画出该余弦函数波形图与频谱图。
课题2 单极性归零(RZ)波形及其功率谱
仿真原理及思路

功率信号f(t)的平均功率：该信号的双边功率谱密度p(f)为：p(f)= lim┬(T→∞)⁡〖〖|F_T (f)|〗^2/T〗，其中S_T (f)是S(t)截短后的傅氏变换，|ST(f)|2是S_T (t)的能量谱〖|F_T (f)|〗^2/T是S_T (t)在截短时间内的功率谱。对于仿真系统，若x是时域取样值矢量，X 是对应的傳氏变换，那么X的功率谱便为矢量P=(X.*conj(X))/T 。
对于采用归零(RZ)及不归零(NRZ)矩形脉冲波形的敢字信号，可以用简单的方法信号矢量s。设a是码元矢量，N是总取样点数，M是总码元数，L是毎个码元内的点数， 那么NRZ信号可这样获得：
s=zeros(l, N);
for ii=l, s(ii+(0:M-l]*L)=a; end
对于，若Rt是要求的占空比，dt是仿真系统的时域釆样间隔，则RZ信号的产生方法是：
s=zeros(l,N);
for ii=l:Rt/dt. s(ii+[0:M-l]*L)=a; end
首先，利用rand函数产生一个尺寸为1*M的炬阵，其元素按均匀分布随机取值于区间 [0,1],并用round函数对其四舍五入，得到一个随机产生的0,1序列：其次，利用for循环 产生码元长度为L点，码元为0,1,旦占空比为50%的单极性归零码，并画出其波形图； 最后，计算该RZ的功率谱密度，并圆出其波形。
课题3 升余弦滚降波形的眼图及其功率谱
仿真原理及思路
眼图是数字信号在示波器上重复扫描得到的显示图形。若示波器的扫描范围是Na个码元，那么画眼图的方法是：
tt=[0:dt:Na*L*dt];
hold on
for ii=l:Na*L:N-Na*L
plot（tt,s（ii+[l:Na*L]））;
end
首先，产生一个sinc函数g_1=sin⁡(πt/T_s )/(πt/T_s )，并定义升余弦滤波器的传递函数为g_2=cos⁡(απt/T_s )/(1-(2απt/T_s )^2 )，得到升余弦脉冲为g=sin⁡(πt/T_s )/(πt/T_s )∙cos⁡(απt/T_s )/(1-(2απt/T_s )^2 ) ； 其次，对升余弦脉冲进行傳里叶变换,画出升余弦信号的频谱图；最后，再对所得函数进行傳里叶反变换并对结果取实数部分，并利用for循环，画出Na个码元宽度的眼图.
课题4 PCM编码及解码的仿真
仿真原理及思路

在PCM中，对模拟信号进行抽样、量化，将量化的信号电平值转化为对应的二进制码组的过程称为编码，其逆过程称为译码或解码。从理论上看，任何一个可逆的二进制码组 均可用于PCM。但是目前最常见的二进制码有三类：二进制自然码（NBC）、折叠二进制 码组（FBC）、格雷二进制码（RBC）。在PCM中实际采用的是折叠二进制码。

图1. A律13折线
由表1可见，如果把16个质化级分成两部分：0〜7的8个量化级对于于负极性样值脉冲，8〜15的8个量化级对应于正极性样值脉冲。自然二进制码就是一般的十进制正整数的二进制表示，在16个量化级中2^4=16 ,釆用4位码元表示为：b_1=2^3、b_2=2^2、b_3=2^1、b_4=2^0的有无组合来构成。比如第11个量化级可表示为
11 = 23 + 0 + 2^1, + 2^0 = 8 + 0 + 2 + 1
其对应的码组可表示为：1011,其余依次类推。本程序中采用自然码的编码方式。
表1. 自然码、折叠码、格雷码

CCTTT建议的PCM编码规则，电话语音信号的频带为300〜3400Hz,抽样速率为
f_1=8KHz ,对每个抽样值进行A律或者μ律对数压缩非均匀量化及非线性编码，每个样值用八位二进制代码表示，这样，每路标准话路的比特率为64kbps。
表1中下半部分给出的是信号正值的编码，负值编码是对称的，其绝对偵与此表相同。整个信号动态范围共分13个段落，各段落的影化间隔都不同，并且有2的倍数关系。每个段落内位均匀分层量化，共16层。每个样值用8比特来表示，即[b_1 ][b_2 b_3 b_4 ][b_5 b_6 b_7 b_8 ]。这8比 特分为三部分：b_1为极性码，0代表负值，1代表正值。[b_2~b_4 ]称为段落码，表示段落的号码，其值为0~7,代表 8个段落。[b_5 b_6 b_7 b_8 ]表示毎个段落内均匀分层的位置，其值为0〜15, 代表一段落内的16个均匀量化间隔。在PCM解码时，根据八比特码确定某段落内均匀分 层的位置，然后去其量化间隔的中间值作为量化电平。
程序设计首先产生一个正弦信另，并对其进行采祥量化，生成一个幅值矩阵：然后利用 编码子函数对此矩阵中的毎个元素按照A律13折线编码规则编码，并产生一个输出码组矩阵：最后利用解码子函数对输出码组矩阵解码，并画出编码前与解码后的波形图。
题目5 最佳基带系统仿真
仿真原理及思路

最佳基带系统的Pe〜Eb\No曲线，升余弦滚降系数a=0.5,取样值的偏差是Ts/4
最佳基带系统框图如下所示:


图2. 最佳基带系统
首先，产生一个随机基帯信号，并计算出信道参数：其次，将此基带信号依次通过发送滤波器、传输信道、接收滤波器，得到一个接收信号的矩阵：然后，对比发送矩阵和接收矩阵，当出现不同码元时误码增加1：最后，画出基带系统的Pe〜Eb\No曲线。

题目6 最佳多径信道基带系统仿真
仿真原理及思路
试作岀Pe〜Eb/No曲线。升余弦滚降系数a=0.5,取样时间无偏差，但信道是多径信道，C(f)=|1-〖0.5〗^(-j2πft) |,t=T_s  /2
仿真原理同“题目5”，只是信道不同。

题目7 仿真得出单极性不归零码、双极性归零码和单极性归零码
要求
        先描述这三种编码的规则。
        然后用matlab仿真，对给定的信号1011 0111运行得出它们的编码波形图。

题目8 四相移相键控(QPSK)调制及解调
要求
        利用 MATLAB        编程实现 QPSK 调制及解调。
2) 观察 I、Q 两路基带信号的特征及与输入NRZ 码的关系。
3) 观察 I、Q 调制解调过程中各信号变化。
阐述相关理论，编程实现并给出仿真运行效果
题目9  m序列产生及其特性
要求
        编写 MATLAB        程序生成并观察m 序列，识别其特征。
        编写程序验证        m序列的相关性质，要求至少验证一条性质。
        阐述相关理论，编程实现并给出仿真运行效果
提示：可以先设计4 阶 m序列产生方法，并画出示意图；
编写MATLA程程序并上机调试，最后要求输出周期为15的m序列；
m序列的理论原理、算法？有哪些性质？

题目10 信道编码
要求
        输入任意行任意列的一个二进制序列，也即发送码组，再加上1 位监督位，在接收端使用奇偶监督码中的偶数监督码进行检错。
        若发送码组为 1100111，要求加上 1 位监督位，在接收端使用奇偶监督码中的偶数监督码进行检错。
阐述相关理论，编程实现并给出仿真运行效果
题目11 ASK调制及解调
要求
        画出ASK调制及解调的框图。
        学会使用 matlab simulink，熟悉 matlab simulink仿真工具。
        构建matlab仿真项目，实现ASK的调制与解调。
题目12 多径和多普勒效应仿真与实现
要求
   1）先阐述相关理论背景，画出必要的模型或技术路线
2）对于设计的模型或技术路线编程实现，并给出仿真运行效果
仿真原理及思路
多径效应（multipath effect）：指电磁波经不同路径传播后，各分量场到达接收端时间不同，按各自相位相互叠加而造成干扰，使得原来的信号失真，或者产生错误。比如电磁波沿不同的两条路径传播，而两条路径的长度正好相差半个波长，那么两路信号到达终点时正好相互抵消了（波峰与波谷重合）。
多普勒效应Doppler effect是为纪念奥地利物理学家及数学家克里斯琴•约翰•多普勒（Christian Johann Doppler）而命名的，他于1842年首先提出了这一理论。主要内容为物体辐射的波长因为波源和观测者的相对运动而产生变化。在运动的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高（蓝移blue shift）；在运动的波源后面时，会产生相反的效应。波长变得较长，频率变得较低（红移red shift）；波源的速度越高，所产生的效应越大。根据波红（蓝）移的程度，可以计算出波源循着观测方向运动的速度.
题目13 FSK调制及解调
要求
1）画出FSK调制及解调的框图。
2）学会使用 matlab simulink，熟悉 matlab simulink仿真工具。
3）构建matlab仿真项目，实现FSK的调制与解调。
题目14 基于wifi 的无线抢答器的设计与实现
无线网络上网可以简单的理解为无线上网，几乎所有智能手机、平板电脑和笔记本电脑都支持Wi-Fi上网，是当今使用最广的一种无线网络传输技术。实际上就是把有线网络信号转换成无线信号，就如在开头为大家介绍的一样，使用无线路由器供支持其技术的相关电脑，手机，平板等接收。手机如果有Wi-Fi功能的话，在有Wi-Fi无线信号的时候就可以不通过移动联通的网络上网，省掉了流量费。
无线网络无线上网在大城市比较常用，虽然由Wi-Fi技术传输的无线通信质量不是很好，数据安全性能比蓝牙差一些，传输质量也有待改进，但传输速度非常快，可以达到54Mbps，符合个人和社会信息化的需求。Wi-Fi最主要的优势在于不需要布线，可以不受布线条件的限制，因此非常适合移动办公用户的需要，并且由于发射信号功率低于100mw，低于手机发射功率，所以Wi-Fi上网相对也是最安全健康的。
但是Wi-Fi信号也是由有线网提供的，比如家里的ADSL，小区宽带等，只要接一个无线路由器，就可以把有线信号转换成Wi-Fi信号。国外很多发达国家城市里到处覆盖着由政府或大公司提供的Wi-Fi信号供居民使用，我国也有许多地方实施”无线城市“工程使这项技术得到推广。在4G牌照没有发放的试点城市，许多地方使用4G转Wi-Fi让市民试用。
本次设计的课题是无线抢答器的设计，基于wifi无线传感，利用协调器作为主持人，三块终端作为抢答者，然后在后台通过上位机显示和控制。
（1）实现多路（至少3路）无线抢答 
（2）抢答成功后抢答器有明显指示（灯光）
    （3）抢答成功后后台有显示（界面） 
（4）开始抢答命令前任何抢答无效 
（5）其他功能自由发挥
要求
1.根据题目分析系统的功能
2.画出系统的总体框图
3.详细阐述各个功能的实现

题目15 基于BT（蓝牙） 的无线抢答器的设计与实现
蓝牙是一种支持设备短距离通信（一般10m内）的无线电技术，能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。利用“蓝牙”技术，能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化设备与因特网Internet之间的通信，从而数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。
蓝牙作为一种小范围无线连接技术，能在设备间实现方便快捷、灵活安全、低成本、低功耗的数据通信和语音通信，因此它是实现无线个域网通信的主流技术之一。与其他网络相连接可以带来更广泛的应用。是一种尖端的开放式无线通信，能够让各种数码设备无线沟通，是无线网络传输技术的一种，原本用来取代红外。
蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，它以低成本的近距离无线连接为基础，为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接。其实质内容是为固定设备或移动设备之间的通信环境建立通用的无线电空中接口（Radio Air Interface），将通信技术与计算机技术进一步结合起来，使各种3C设备在没有电线或电缆相互连接的情况下，能在近距离范围内实现相互通信或操作。简单的说，蓝牙技术是一种利用低功率无线电在各种3C设备间彼此传输数据的技术。蓝牙工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工业、科学、医学）频段，使用IEEE802.15协议。作为一种新兴的短距离无线通信技术，正有力地推动着低速率无线个人区域网络的发展。
本次设计的课题是无线抢答器的设计，基于BT无线传感，利用协调器作为主持人，三块终端作为抢答者，然后在后台通过上位机显示和控制。
（1）实现多路（至少3路）无线抢答 
（2）抢答成功后抢答器有明显指示（灯光）
    （3）抢答成功后后台有显示（界面） 
（4）开始抢答命令前任何抢答无效 
（5）其他功能自由发挥
要求
1.根据题目分析系统的功能
2.画出系统的总体框图
3.详细阐述各个功能的实现
二、考核等级及标准
成绩分为五个等级：成绩评定实行优(A>=90分)、良(B>=80分)、中(C>=70分)、合格(D>=60分)、不合格(E<60分)五个等级的成绩；多人一组的以组长为主的学生成绩为最高分，其它成员按分工完成情况区分计算成绩，应低于该组最高分。
三、格式要求
（一）版式要求
1.页面设置：纸张大小为A4，纸张方向为纵向，页边距为：上、下各2.5cm，左3.0cm、右2.5cm。
2.字间距设置为标准字间距，行间距设置为固定值22磅。
3.页码从第1页开始，在页面底端居中。
（二）字号要求
1.题目使用黑体，三号、居中。
2.姓名使用宋体，小四、居中。
3.正文小标题使用宋体小四、加粗，正文使用宋体小四。
4.代码部分，Times New Roman 5号，行距1.0倍。





附：
附录一：课程设计说明书封面样式
附录二：成绩评定表


《高级zigbee技术》
课程设计说明书
（2020～2021学年第2学期）

题目名称：                           


姓    名                       
学    号                       
专    业                       
班    级                       
指导教师                       
提交日期                       



综合成绩



课程设计成绩评定表
课程设计题目                指导教师       
专业        物联网        班级                 学号                姓名       
评 分 项 目        分 值        评分        备注
平时表现10%        1、出勤（5天，每天1分）        5               
        2、刻苦努力、态度、遵守纪律等方面        5               
设计报告20%        1、设计说明书的规范化程度        5               
        2、图表设计的规范化程度、标准是否清晰明了        5               
        3、设计说明书内容的完整程度        10               

设计
方案
40%        1、方案设计及操作方便性        10               
        2、功能完成情况及实际效果        20               
        3、方案难度和功能亮点        10               
答辩
20%        1、整体设计思路阐述        5               
        2、问题回答情况（提问>=3个）        15               
课程设计得分及等级       
指
导
老
师
评
语       



指导老师签名：
年   月   日

课程名称：《高级zigbee技术》课程设计  设计时间：