实验课程教学指导书
一、课程性质
本课程电子信息类专业的一门重要的课程，为电磁场与无线技术专业本科生限选的配套实验课程，主要目的是将本专业所学的理论知识与实际工程相结合，通过5G基站选址优化设计实验，对了解电磁传播、无线通信和完善各通信网络具有理论指导意义。
二、课程设计思路
本课程实验主要针对《无线通信网络规划与优化》、《天线与电波传播》两门课程进行配套实验。本实验将整个虚拟实验内容按照能力培养递进分解为四个子任务（设备与原理学习、无线电波传播仿真、基站选址优化），每个子任务对应相关的知识点模块，每个模块就是一个具体的实验任务，学生完成具体的模块任务来达到实践目标。在设计任务时，根据实验项目的教学目标，充分考虑并兼顾了在线学习和离线学习，认知实习和实际操作，简单应用和到深入研究等问题，在实验过程中充分发挥学生的“主体地位，实验教师的指导也围绕任务来展开，能够使学生由浅入深系统地学习电波传播的全流程。
本实验具体设计思路综合运用任务驱动式、交互式、研讨式、系统化、多元化等教学方法，坚持“以学生为中心”的教学理念，始终秉持“虚实结合、开放共享”的教学手段，将为学生带来前所未有的学习体验。依托网络，借助 PC等终端设备，登录访问仿真平台网址，通过在线观摩、操作、设计、互动等方式，在线完成对电波传播可视化的教学内容的学习，解决了以往学生在对抽象电磁场传播机制上认识不足、考核内容不全面的缺陷。采取虚拟仿真的教学方式，将看不见的电磁波可视化，使得枯燥的电磁波传播理论变得直观生动；综合多样化的应用场景吸引学生沉浸式体验，开拓视野，获得更加全面的电波传播知识；自主化仿真实验激发学生自由探索的能力，深刻理解传播机制，提高实践能力；师生互动和在线问答快速拉近学生与指导教师之间的距离等。
本实验的评价过程设采用形成性评价的综合评价方式，包括认知学习环节考核、无线电波传播仿真环节考核和5G基站选址优化设计等三个评价环节，每个评估环节目标明确。本实验利用学生自我测试、实验仿真、自主设计优化等多种评价方式检查学生学习效果，形式多样，反馈信息量大，基于能力培养的形成性评价可有效用于教学的持续改进。
三、课程培养目标
（一）总目标
1、通过5G基站选址系统的认知学习，帮助学生了解和掌握5G基站的基本组成和原理，提高学生对无线网络优化设计知识点的理解能力。
2、通过5G选址设计的综合训练，强化学生解决复杂工程问题能力的培养，显著提高学生对5G选址系统优化设计能力。
3、通过5G选址设计的探索实验，培养学生自主创新设计的能力。
（二）具体目标（能力目标，知识目标、素质目标）
1、能力目标
培养动手测试与分析数据结果的能力，对于各种不同空间环境能够正确的布置基站；
具有一定的解决实际的无线通信网络规划与优化的工程问题的能力。
2、知识教学目标
了解天线与电波传播理论在无线技术中的应用；
了解室内外电波传播确定性模型，会根据环境选取适应的模型；
掌握基站选址的基本原则以及基站和网络优化的方法。
3、思想、素质教育目标
培养科学精神、探索创新精神，坚定辩证唯物主义、历史唯物主义；
培养踏实严谨、耐心专注、吃苦耐劳、追求卓越等优秀品质；
专业课程实践中能够了解并遵守国家法律、行业法规及相关技术标准；
四、课程内容与学时匹配
5G认知：5分钟；基础原理：5分钟；环节考核：10分钟；室内环境建模：
5分钟；室内多径传播：4分钟；室内仿真分析：5分钟；室外环境建模：5分钟；
室外多径传播：4分钟；信号覆盖优化：10分钟；环节考核：5分钟；
5G基站组装：3分钟；鼓楼建筑物建模：3分钟；人群密度建模：3分钟；
5G基站选址：8分钟；基站选址优化：10分钟；验收考核：5分钟
五、场地与设备
（一）实践场地要求
为网络在线教学与实验，实践场地为机房工作站或其它网络终端。
（二）所用设备
PC端建议使用Microsoft Windows 7/8/10等操作系统，其他计算终端操作系统和版本要求系统源程序需要安装在专用的服务器上，操作系统建议使用Microsoft Windows Server 2008 R2/IIS6.0及以上版本。网页浏览器推荐使用谷歌浏览器或者火狐浏览器，以及其它能满足实验课程浏览需求的。其他计算终端硬件配置要求无特殊要求，满足能上网功能即可。
六、课程实施建议
（一）教学建议
本教学建议分为16个环节进行教学：
1.5G认知：本步骤通过5G信号的频率和波长特性与4G相比的变化，认知到5G基站布局优化的必要性，作了解并认识。
2.基础原理：掌握5G频段特性，5G基站选址的规则，电波传播机制；掌握信道模型的五种模型，并能根据高热点区域选择相应的模型；掌握信道特性，了解两种信号衰落的模型。
3.环节考核：掌握发射机的功率与高度的设置原则；掌握接收天线的高度与方向的设置原则；了解馈线损耗、地形特点等。
4.室内环境建模：掌握室内房间的尺寸设置方法，了解房间的长度、宽度、高度不同设置的影响；掌握发送与接收天线的位置设置方法；了解收发天线位置以及高度不同设置的影响；了解多组接收天线时不同间隔设置的影响。
5.室内多径传播：认知室内传播的数学模型；掌握信号频率、分裂次数、追踪代数、房门材质、粗糙度等信号参数的影响。
6.室内仿真分析：掌握接收信号功率的变化，并且观察它与接收路径之间的影响；掌握路径损耗的变化，并且观察它与接收路径之间的影响。
7.室外环境建模：了解城市中室外环境下如何建模；了解在室外如何通过旋转空间去观察建模环境；掌握室外多个接收机在非线性空间上分布的情况。
8.室外多径传播：认知室外传播的数学模型；掌握直射路径、反射路径、绕射路径、以及路径损耗等参数的意义。
9.信号覆盖优化：了解室内外信号覆盖的计算方法；掌握在简单环境下提高覆盖率的方法。
10.环节考核：室内外电波传播仿真环节的考核。
11.5G基站组装：了解5G基站的各个组成部分；掌握AAU、BBU、RRU联合组装；了解蓄电池、空调、监控等附属设施。
12.鼓楼建筑物建模：了解鼓楼广场各个建筑物的特点；掌握正面、侧面、背面等多视角观察鼓楼广场建筑物分布情况。
13.人群密度建模：了解设置不同人群分布密度的必要性；掌握高中低三种情况下对基站布局的影响。
14.5G基站选址：观察鼓楼广场建筑物的特点，确定待布设基站的位置；学习5G基站的布设原则；掌握基站布设的技巧，如何有效提高预布基站的效率。
15.基站选址优化：学习基站选址的优化依据；观察信号优良差的分布情况；掌握盲区基站数量覆盖效果干扰情况等参数影响。
16.验收考核：查阅与分析最终的实验报告，对设备与原理部分的内容进行整改；查阅与分析最终的实验报告，对室内外电波仿真的内容进行整改；查阅与分析最终的实验报告，对5G基站的选址优化的内容进行整改；
（二）教学考核评价建议
各个环节的考核评价建议：
1.5G认知：完成即可，不作评分；
2.基础原理：8分，其中能调用并且观察学习完毕无线电波传播的基础知识，即可得基本分4分；能正确选择出高热点地区的模型，可增加2分，选错或不选的不得分；能正确选择出信号衰落的模型，可增加2分，选错或不选的增加0分；
3.环节考核：10分，其中根据答题情况判分，题型为选择题，每道小题2分，回答正确2分，回答错误或不回答得0分。
4. 室内环境建模：8分，其中能调用并且设置房间尺寸,操作基本正确即可得3分，未正确设置房间尺寸得1分；能正确设置收发机位置增加3分，超出房间区域外增加1分；能对多个接收机序号显示接收情况得2分，只显示1个接收机增加1分，不能显示增加0分。
5. 室内多径传播：6分，其中完成室内传播的数学模型的认知得3分，不做或者忽略此环节得0分；室内电波传播随各种信号参数能产生变化增加3分，无变化增加0分。
6. 室内仿真分析：6分，其中能正常运行并能观察到接收信号功率的变化曲线可得3分，曲线不正确1分，无曲线得0分；能正常运行并能观察到路径损耗的变化曲线可增加3分，无曲线增加0分。
7. 室外环境建模：8分，其中能调用并且设置小区尺寸得3分，设置不正确1分，未正确设置小区尺寸得0分；能正确设置收发机位置增加3分；能对多个接收机序号显示接收情况得2分，不能显示得0分。
8. 室外多径传播：5分，其中能正常运行并能观察到收发天线之间的射线路径可得基本分3分，无射线得0分；能正常运行并能观察到实验数据的变化可增加2分，无数据增加0分；
9. 信号覆盖优化：12分，达成度函数制：（D=F*12/S,其中F为室内外无线信号的覆盖半径，S为信号目标总区域的半径）；
10. 环节考核：此环节无另外评价分数；
11. 5G基站组装：3分，其中能正确完成5G基站组装，得3分；未完成或忽略此环节的，得0分。
12. 鼓楼建筑物建模：3分，其中能正确完成建筑物建模，得3分；未完成或忽略此环节的，得0分。
13. 人群密度建模：3分，其中能依据目标需求，完成人群密度建模，得3分；未完成或与目标需求不相符的，得0分。
14. 5G基站选址：3分，其中能根据需求正确选取基站数量得基本分5分，基站数量每少于最小需求数扣1分；能根据5G基站的选址原则并正确放置增加3分，基站位置每个不合理放置的扣1分，最多扣3分；
15. 基站选址优化：20分，达成度函数制：（D=20*R*L/C*M，R为信号覆盖半径，L为网络容量，C为信号重叠率，M为目标区域最大值）
16. 验收考核：以实验报告为总体评价标准，无另外评价分数。
（三）教材编写
以本实验课程教学指导书为主，并可以参考以下教材：
[1] 张业荣等．蜂窝移动通信网络规划与优化．北京：电子工业出版社，2003年
[2] 吴志忠．移动通信无线电波传播．人民邮电出版社，2002年
[3] 徐彤等．WCDMA无线通信网络规划与优化．北京：机械出版社, 2014年
[4] 丁胜高．LTE无线网络优化．北京：机械出版社, 2018年
[5] 黄标等．无线网络规划与优化导论．北京：北京邮电大学出版社，2011年
七、附录（术语解释、案例等）
信号覆盖半径：是指在半径范围内小区的RSRP和SINR符合特定要求。
网络容量：反映无线通信能力，衡量平均频谱效率单位网络区域。
信号重叠率：在接收点获取两个及以上基站信号的移动台与区域内所有移动台的比率。