通信与网络综合实验教程
丛 书 名：
新一代通信技术新兴领域“十四五”高等教育教材
作 译 者：郭彩丽
出 版 日 期：2024-09-01
书 代 号：G0489510
Ｉ Ｓ Ｂ Ｎ：9787121489518
图书简介：
本书面向卓越工程师培养目标，基于多模态数智化通信与网络综合实验平台，以“链路-网络-业务”为主线，以数字化、智慧型、开放式和可重构为核心特征，设计了通信综合类实验、网络综合类实验和业务综合类实验。本书共8章，在概述通信与网络的发展、通信与网络实验的要求和目标，以及多模态数智化通信与网络综合实验平台的基础上，分别介绍了通信链路、5G接入与空口数据分析、开源5G组网、IP网络与光网络协同组网、天地网络协同组网、视频通信系统与业务、面向网络XR的用户体验质量等7个综合实验。对于每个综合实验，本书以故事引入真实需求，归纳共性以创设实验场景，分解任务以解决复杂工程问题，并在此基础上进行实验场景、内容和方法的拓展。为培养学生分析和解决复杂工程问题的实践能力和创新能力，本书提供了综合、交叉、开放的通信与网络实验案例，以及丰富的数字化资源。
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配 套 资 源
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图 书 内 容
内容简介
本书面向卓越工程师培养目标，基于多模态数智化通信与网络综合实验平台，以“链路-网络-业务”为主线，以数字化、智慧型、开放式和可重构为核心特征，设计了通信综合类实验、网络综合类实验和业务综合类实验。本书共8章，在概述通信与网络的发展、通信与网络实验的要求和目标，以及多模态数智化通信与网络综合实验平台的基础上，分别介绍了通信链路、5G接入与空口数据分析、开源5G组网、IP网络与光网络协同组网、天地网络协同组网、视频通信系统与业务、面向网络XR的用户体验质量等7个综合实验。对于每个综合实验，本书以故事引入真实需求，归纳共性以创设实验场景，分解任务以解决复杂工程问题，并在此基础上进行实验场景、内容和方法的拓展。为培养学生分析和解决复杂工程问题的实践能力和创新能力，本书提供了综合、交叉、开放的通信与网络实验案例，以及丰富的数字化资源。图书详情
ISBN：9787121489518开 本：16(185*260)页 数：264字 数：419本书目录
目 录 第1章 概论 1 1.1 通信与网络的发展 1 1.1.1 通信技术的发展历程 1 1.1.2 通信网络的发展历程 2 1.1.3 通信与网络的发展趋势 3 1.2 通信与网络综合实验的要求和目标 5 1.2.1 通信与网络综合实验的要求 5 1.2.2 通信与网络综合实验的目标 5 1.3 多模态数智化通信与网络综合实验平台 5 1.3.1 总体设计方案 6 1.3.2 实验基座子平台 9 1.3.3 全栈全网通信网络子平台 11 1.3.4 多模态跨域互联控制子平台 13 1.3.5 通信网络前沿创新应用子平台 13 1.3.6 “一人一网”数字化实践教学子平台 15 1.3.7 实践教学智能管理子平台 16 1.4 本教材的组织结构 17 第2章 通信链路综合实验 20 2.1 引子 20 2.2 实验场景创设 22 2.2.1 场景描述 22 2.2.2 总体目标 24 2.2.3 基础实验环境准备 24 2.2.4 实验任务分解 27 2.2.5 知识要点 27 2.3 任务一：实现通信链路收发 35 2.3.1 任务目标 35 2.3.2 要求和方法 35 2.3.3 内容和步骤 35 2.3.4 任务小结 44 2.4 任务二：观察空口信号 44 2.4.1 任务目标 45 2.4.2 要求和方法 45 2.4.3 内容和步骤 45 2.4.4 任务小结 53 2.5 任务三：实现干扰/抗干扰方案 53 2.5.1 任务目标 53 2.5.2 要求和方法 53 2.5.3 内容和步骤 54 2.5.4 任务小结 56 2.6 任务四：搭建通信干扰与抗干扰对抗系统 56 2.6.1 任务目标 56 2.6.2 要求和方法 56 2.6.3 内容和步骤 57 2.6.4 任务小结 57 2.7 实验拓展 58 第3章 5G接入与空口数据分析综合实验 60 3.1 引子 60 3.2 实验场景创设 62 3.2.1 场景描述 63 3.2.2 总体目标 63 3.2.3 基础实验环境准备 64 3.2.4 实验任务分解 64 3.2.5 知识要点 65 3.3 任务一：部署开源5G基站和终端 79 3.3.1 任务目标 79 3.3.2 要求和方法 79 3.3.3 内容和步骤 79 3.3.4 任务小结 86 3.4 任务二：下行空口时间同步 86 3.4.1 任务目标 86 3.4.2 要求和方法 87 3.4.3 内容和步骤 87 3.4.4 任务小结 93 3.5 任务三：信道估计及解调译码 93 3.5.1 任务目标 93 3.5.2 要求和方法 94 3.5.3 内容和步骤 94 3.5.4 任务小结 98 3.6 实验拓展 98 第4章 开源5G组网综合实验 99 4.1 引子 99 4.2 实验场景创设 100 4.2.1 实验场景 101 4.2.2 总体目标 102 4.2.3 基础实验环境准备 102 4.2.4 实验任务分解 102 4.2.5 知识要点 103 4.3 任务一：搭建开源5G核心网 109 4.3.1 任务目标 109 4.3.2 要求和方法 109 4.3.3 内容和步骤 110 4.3.4 任务小结 116 4.4 任务二：配置开源5G基站与开源5G终端 117 4.4.1 任务目标 117 4.4.2 要求和方法 117 4.4.3 内容和步骤 117 4.4.4 任务小结 124 4.5 任务三：商用手机接入开源5G网络 125 4.5.1 任务目标 125 4.5.2 要求和方法 125 4.5.3 内容和步骤 125 4.5.4 任务小结 129 4.6 实验拓展 130 第5章 IP网络与光网络协同组网综合实验 131 5.1 引子 131 5.2 实验场景创设 132 5.2.1 场景描述 133 5.2.2 总体目标 133 5.2.3 基础实验环境准备 134 5.2.4 实验任务分解 134 5.2.5 知识要点 135 5.3 任务一：搭建运营商光传输网络 136 5.3.1 任务目标 136 5.3.2 要求和方法 136 5.3.3 内容和步骤 137 5.3.4 任务小结 139 5.4 任务二：搭建运营商数据通信网络 139 5.4.1 任务目标 139 5.4.2 要求和方法 139 5.4.3 内容和步骤 139 5.4.4 任务小结 147 5.5 任务三：搭建IP网络与光网络协同控制器 147 5.5.1 任务目标 147 5.5.2 要求和方法 148 5.5.3 内容和步骤 148 5.5.4 任务小结 150 5.6 实验拓展 150 第6章 天地网络协同组网综合实验 151 6.1 引子 151 6.2 实验场景创设 152 6.2.1 场景描述 153 6.2.2 总体目标 154 6.2.3 基础实验环境准备 154 6.2.4 实验任务分解 155 6.2.5 知识要点 156 6.3 任务一：搭建卫星承载网 158 6.3.1 任务目标 158 6.3.2 要求和方法 158 6.3.3 内容和步骤 159 6.3.4 任务小结 163 6.4 任务二：搭建地面承载网 163 6.4.1 任务目标 163 6.4.2 要求和方法 163 6.4.3 内容和步骤 163 6.4.4 任务小结 165 6.5 任务三：搭建天地网络协同控制器 165 6.5.1 任务目标 165 6.5.2 要求和方法 165 6.5.3 内容和步骤 166 6.5.4 任务小结 168 6.6 任务四：验证天地网络协同业务传输 168 6.6.1 任务目标 168 6.6.2 要求和方法 168 6.6.3 内容和步骤 169 6.6.4 任务小结 172 6.7 实验拓展 172 第7章 视频通信系统与业务综合实验 173 7.1 引子 173 7.2 实验场景创设 174 7.2.1 场景描述 174 7.2.2 总体目标 174 7.2.3 基础实验环境准备 175 7.2.4 实验任务分解 176 7.2.5 知识要点 177 7.3 任务一：搭建超高清视频监控系统 191 7.3.1 任务目标 192 7.3.2 实验要求和方法 192 7.3.3 实验内容和步骤 192 7.3.4 任务小结 197 7.4 任务二：搭建广播级视频直播系统 198 7.4.1 任务目标 198 7.4.2 要求和方法 198 7.4.3 内容和步骤 198 7.4.4 任务小结 201 7.5 任务三：搭建高清/超高清流媒体系统 201 7.5.1 任务目标 202 7.5.2 要求和方法 202 7.5.3 内容和步骤 202 7.5.4 任务小结 209 7.6 任务四：搭建视频会议系统 209 7.6.1 任务目标 209 7.6.2 要求和方法 209 7.6.3 内容和步骤 209 7.6.4 任务小结 217 7.7 实验拓展 218 第8章 面向网络XR的用户体验质量综合实验 220 8.1 引子 220 8.2 实验场景创设 221 8.2.1 场景描述 221 8.2.2 总体目标 221 8.2.3 基础实验环境准备 221 8.2.4 实验任务分解 223 8.2.5 知识要点 223 8.3 任务一：配置网络XR带宽 237 8.3.1 任务目标 237 8.3.2 要求和方法 237 8.3.3 内容与步骤 238 8.3.4 任务小结 240 8.4 任务二：配置网络XR时延 240 8.4.1 任务目标 240 8.4.2 要求和方法 240 8.4.3 内容和步骤 241 8.4.4 任务小结 243 8.5 任务三：配置网络XR抖动 243 8.5.1 任务目标 243 8.5.2 要求和方法 244 8.5.3 内容和步骤 244 8.5.4 任务小结 245 8.6 实验拓展 246 参考文献 247展开前 言
序 伴随着社会需求的不断提高和技术的飞速发展，通信技术实现了跨越式发展，为信息通信网络基础设施的建设提供了有力支撑。同时，目前通信技术已经接近香农信息论所预言的理论极限，面对可持续发展的巨大挑战，我国对未来通信人才的培养提出了更高要求。 坚持以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，立足于“新一代通信技术”这一战略性新兴领域对人才的需求，结合国际进展和中国特色，发挥我国在前沿通信技术领域的引领性，打造启智增慧的“新一代通信技术”高质量教材体系，是通信人的使命和责任。为此，北京邮电大学张平院士组织了来自七所知名高校和四大领先企业的学者和专家，组建了编写团队，共同编写了“新一代通信技术新兴领域‘十四五’高等教育教材”系列教材。编写团队入选了教育部“战略性新兴领域‘十四五’高等教育教材体系建设团队”。 “新一代通信技术新兴领域‘十四五’高等教育教材”系列教材共20本，该系列教材注重守正创新，致力于推动思教融合、科教融合和产教融合，其主要特色是： （1）“分层递进、纵向贯通”的教材体系。根据通信技术的知识结构和特点，结合学生的认知规律，构建了以“基础电路、综合信号、前沿通信、智能网络”四个层次逐级递进、以“校内实验-校外实践”纵向贯通的教材体系。首先在以《电子电路基础》为代表的电路教材基础上，设计编写包含各类信号处理的教材；然后以《通信原理》教材为基础，打造移动通信、光通信、微波通信和空间通信等核心专业教材；最后编著以《智能无线网络》为代表的多种新兴网络技术教材；同时，《通信与网络综合实验教程》教材以综合性、挑战性实验的形式实现四个层次教材的纵向贯通；充分体现出教材体系的完备性、系统性和科学性。 （2）“四位一体、协同融合”的专业内容。从通信技术的基础理论出发，结合我国在该领域的科技前沿成果和产业创新实践，打造出以“坚实基础理论、前沿通信技术、智能组网应用、唯真唯实实践”四位一体为特色的新一代通信技术专业内容；同时，注重基础内容和前沿技术的协同融合，理论知识和工程实践的融会贯通。教材内容的科学性、启发性和先进性突出，有助于培养学生的创新精神和实践能力。 （3）“数智赋能、多态并举”的建设方法。面向教育数字化和人工智能应用加速的未来趋势，该系列教材的建设依托教育部的虚拟教研室信息平台展开，构建了“新一代通信技术”核心专业全域知识图谱；建设了慕课、微课、智慧学习和在线实训等一系列数字资源；打造了多本具有富媒体呈现和智能化互动等特征的新形态教材；为推动人工智能赋能高等教育创造了良好条件，有助于激发学生的学习兴趣和创新潜力。 尺寸教材，国之大者。教材是立德树人的重要载体，希望以“新一代通信技术新兴领域‘十四五’高等教育教材”系列教材以及相关核心课程和实践项目的建设为着力点，推动“新工科”本科教学和人才培养的质效提升，为增强我国在新一代通信技术领域竞争力提供高素质人才支撑。 中国工程院院士 费爱国 前 言 随着通信与网络技术更新速度的加快，各种新需求与新技术不断涌现，对电子信息人才培养提出了新要求。面对前所未有的科技工程复杂性和综合性挑战，如何培养“爱党报国、敬业奉献、具有突出技术创新能力、善于解决复杂工程问题”的电子信息领域的卓越工程师，是高等工科院校在新时代肩负的重大使命。而提升学生解决复杂工程问题的实践能力和创新能力，大量综合性的实训实操是必由之路。 然而当前国内高校的实践教学仍存在不少问题。例如，实践教学轨迹单一，即实践教学的各个环节往往是理论课的附属配合，是对局部知识点的掌握，而不是对综合能力的训练；实践教学内容零散，即教学中实验环境基本上是对实际工程的局部抽象和模拟，实验设计只是对理论知识点的直观验证，难以“求真求实”，无法给学生“真刀真枪”动手的机会，进而无法验证和评价学生获得的“真能力”。另外，在封闭的实验环境中，也很难让学生面对真实的复杂工程问题。面向新行业、新专业、新领域，亟须更新实践教学内容，提升“两性一度”；对于一些高新、精密或不可见、不易见的实验，迫切需要虚拟化、数字化和智能化的手段。 本教材以社会需求为导向，以实际工程为背景，面向卓越工程师培养目标，借助北京邮电大学A+学科“信息与通信工程”的科研优势，设计了多模态数智化通信与网络综合实验平台。实验以学生为中心，贯彻“四变”方略，即改变实践教学布局，实现由以课程单一配套实验为依托向以相对成体系为支撑的变迁；改变实践教学内容，实现由以知识点内容为核心向以目标项目制贯穿为主线的变更；改变实践教学对象，实现由从面及里的演进性思维向一针见血和沉浸式体验并重的变化；改变实践教学平台，实现由封闭的室内实验模拟向开放的真实环境实操的变融。基于本教材开展先进、综合、交叉、开放的通信和网络综合实验，可帮助学生“面向真场景、围绕真需求、研究真信号、解决真问题、提高真本事”，更好地融入工程实践良好氛围。 本教材共有8章。第l章为概论，第2章到第8章以“链路-网络-业务”为主线，介绍了通信综合类、网络综合类和业务综合类共7个实验。其中，第2章介绍的通信链路综合实验，第3章介绍的5G接入与空口数据分析综合实验，均属于通信综合类实验；第4章介绍的开源5G组网综合实验，第5章介绍的IP网络与光网络协同组网综合实验，第6章介绍的天地网络协同组网综合实验，均属于网络综合类实验；第7章介绍的视频通信系统与业务综合实验，第8章介绍的面向网络XR的用户体验质量综合实验，均属于业务综合类实验。针对每个实验，本教材均详细阐述了具体的目标、内容、要求、方法、软硬件环境准备和步骤，并在最后简要探讨了实验场景或实验拓展。 本书既可作为高等院校通信工程、电子信息工程等专业的专业核心课程配套实验教材，也可作为信息通信行业高职院校进行非脱产教育时提升学生实操能力的参考教材。 在编写本教材的过程中，编者参考了一些相关的文献，从中受益匪浅，在此向这些文献的作者表示深深的感谢！由于编者水平有限，若书中存在缺点和错误，恳请专家和读者指正。 编 者 2024年8月展开作者简介
郭彩丽，女，汉族，中共党员，教授，博士生导师，北京邮电大学信息与通信工程学院副院长。2008年毕业于北京邮电大学，获通信与信息系统工学博士学位。中国高科技产业化研究会信号与信息处理专家委员会委员，IEEE高级会员。长期从事无线通信、统计信号处理及智能信息处理方面的教学和科研工作。主持和参与国家重大科技专项、国家自然科学基金等国家级、省部级项目以及企业合作项目30 余项。在国内外期刊及学术会议上发表相关学术论文200余篇，撰写专著2部，获国家发明专利授权40余项。2013年入选"北京市青年英才计划”，先后获北京邮电大学首届"师德标兵”，"优秀研究生育人导师”及"先进党员”等称号。代表性学术成果获多媒体旗舰会议IEEE ICME 2018最高奖项——钻石最佳论文奖和信通学科重要会议IEEE WCNC 2021最佳论文奖。 -
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