实验目的
实验原理
实验内容及步骤


实验结束后预期达到以下知识、能力水平:

1)知识水平

掌握5G工业互联网5G终端制造流水线场景组成及关键技术原理;

②掌握5G小区切换原理及切换流程的设计方法;

③掌握5G频域资源分配理论及频段、带宽、子载波等参数配置的计算方法;

④掌握5G时域资源分配理论及时隙、循环前缀、帧结构等参数的配置方法;

⑤掌握时频资源联合优化全流程的配置策略和构建方法;

2)能力水平

①能够将多目标-多变量-多约束形式的数学优化问题建模及求解,将其用于AGV小车、机械臂时频资源联合分配等复杂工程技术问题推演、分析;

②具备5G终端制造流水线的网络部署设计与资源按需规划能力;

③具备移动通信、物联网领域的自主学习能力;

3)本项目实验教学还包括以下素养及思政目标:

①通过5G终端制造流水线的场景认知,加强学生对“中国制造2025”等国家重点战略需求的认识;

②通过容错探究式和任务驱动式教学,磨炼学生求真求实的工程伦理素养和迎难而上的科学精神;

③通过理论提升阶段的开放自主探究,培养学生创新思维与自主创造能力,激发学生科技报国的爱国情怀与大国工匠精神。


本实验项目的核心内容之一为正交频分多址(OFDMA),OFDMAOFDM的技术演进。在利用OFDM对信道进行子载波化以后,在部分子载波上加载传输数据的传输技术。OFDMA技术与OFDM技术相比,每个用户可以选择信道条件较好的子信道进行数据传输,而不像OFDM技术在整个频带内发送,从而保证了各个子载波都被对应信道条件较优的用户使用,获得了频率上的多用户分集增益。在OFDMA中,多个用户可以同时接入到同一信道。

实验的主要知识点:

OFDMA 多址接入系统将传输带宽划分成正交的、互不重叠的一系列子载波 集,将不同的子载波集分配给不同的用户实现多址。OFDMA系统可动态地把可 用带宽资源分配给需要的用户,很容易实现系统资源的优化利用。由于不同用户 占用互不重叠的子载波集,在理想同步情况下,系统无多户间干扰,即无多址干扰(MAI)OFDMA方案可以看作将总资源(时间、带宽)在频率上进行分割,实现多用户接入。

5G NR帧结构由固定架构和灵活架构两部分组成。


1 5G NR帧结构图

在固定架构部分,5G NR的一个物理帧长度是10 ms,由10个子帧组成,每个子帧长度为1 ms。每个帧被分成两个半帧,每个半帧包括五个子帧,子帧15组成半帧0,子帧610组成半帧1。这个结构和LTE基本一致。在灵活架构部分,5G NR的帧结构与LTE有明显的不同,用于三种场景eMBBuRLLCmMTC的子载波的间隔是不同的。5G NR定义的最基本的子载波间隔也是15 kHz,但可灵活扩展。所谓灵活扩展,即NR的子载波间隔设为,也就是说子载波间隔可以设为15 kHz30 kHz60 kHz120 kHz240 kHz等,这一点与LTE有着根本性的不同,LTE只有单一的15 kHz子载波间隔。表1列出了NR支持的五种子载波间隔,表中的符号称为子载波带宽指数。

1 NR支持的五种子载波间隔





学生交互性操作步骤,共 14步

步骤序号

步骤目标要求

步骤合理用时

目标达成情况赋分模型

步骤满分

成绩类型

1

学习5G工业互联网场景;

了解5G智能制造重要性

4分钟

多级积分制:

完成场景的基本探索和基本知识学习即可得(2)分;

每答对一个选择题可增加(1)分,回答错误或不回答得(0)分,共3题。

5

R预习成绩

2

学习5G小区切换原理与流程;

学习移动通信关键流程

4分钟

多级积分制:

完成小车的基本任务要求和学习得(2)分;每答对一个选择题增加(1)分,回答错误或不回答得(0)分,共2题;

标记轨迹正确得(1)分;每标记正确一个基站得(1)分,标记错误或不标记得(0)分,共5处标记。

10

3

学习5G专网资源配置原则;

理解资源优化关键参数

4分钟

多级积分制:

完成机械臂和基站知识基本学习得(2)分;每答对一个选择题得(1)分,回答错误或不回答得(0)分,共3题。

5

4

掌握小车切换的关键参数设置方法

5分钟

达成度函数制:

D=1-a*X-Y/L,(X为最佳切换位置,Y为学生设置切换位置,L为允许设置的切换范围大小,a为归一化系数);

要求学生正确选择所有的跨区范围,以及每个跨区范围中最佳的切换位置,每选一个切换位置得(D)分,不选得(0)分,共6个。

6

R操作成绩

5

掌握小车带宽参数及频段范围配置的配置方法;

5分钟

多级积分制:

完成学习过程得(2)分;每答对一个选择题得(1)分,共1题;

正确配置小车带宽和最大、最小频段参数各得(2)分,回答错误或不回答得(0)分。

7

6

掌握5G中基于 OFDMA的信道带宽分配方法

5分钟

目标任务赋分制

按照业务传输的性能需求正确配置机械臂带宽和最大、最小频段参数各得(2)分,未完成或与目标需求不相符的,得(0)分。

6

7

掌握小车子载波参数的配置方法;

7分钟

达成度函数制+多级积分制:

完成学习得(F)分,t为知识点学习时长(分钟);

每答对一个选择题得(1)分,共1题;正确配置小车子载波参数得(2)分,答错或不回答得(0)分。

5

8

掌握利用网络传输性能需求计算机械臂子载波参数配置的方法

5分钟

目标任务赋分制:

按照业务传输的性能需求正确配置机械臂子载波参数得(3)分,未完成或与目标需求不相符的,得(0)分。

3

9

学习5G短帧原理;掌握小车上下行时隙分配与循环前缀长度的设计方法

5分钟

目标任务赋分制:

正确设置小车时隙参数得(2)分,正确配置符号长度与循环前缀各得(2)分,未完成或与目标需求不相符的,得(0)分;

回答对一个判断题得(1)分,回答错误或不回答得(0)分,共1

7

10

学习帧结构理论;掌握配置小车上下行帧结构参数的方法

6分钟

目标任务赋分制:

按需合理选择小车可用的帧结构,全部选对得(4)分,少选一个得(2)分,少选两个得(1)分,错选或不选得(0)分;

计算对应的上下行时间占比,算对得(2)分,算错或不填得(0)分。

6

11

学习并掌握如何根据时频资源参数及业务需求配置时隙的方法

6分钟

目标任务赋分制:

正确设置机械臂时隙参数得(2)分,正确配置符号长度与循环前缀各得(2)分,未完成或与目标需求不相符的,得(0)分;

回答对一个判断题得(1)分,回答错误或不回答得(0)分,共1

7

12

了解机械臂上下行业务的不同特点;掌握根据上下行业务需求为机械臂配置帧结构的方法

6分钟

目标任务赋分制:

按需合理选择机械臂可用的帧结构,全部选对得(4)分,少选一个得(2)分,少选两个得(1)分,错选或不选得(0)分;

计算对应的上下行时间占比,算对得(2)分,算错或不填得(0)分。

6

13

自主探究并掌握小车时频资源参数联合优化的方法;

培养自主探究与创新精神

14分钟

达成度函数制:

ReLU为线性整流函数(Rectified Linear Activation Function);Xn为操作分,学生操作一次成功得(6)分,两次得(4)分,三次得(2)分,更多或失败得(0)分;

Ot为操作时长基准14分钟,Os为实际操作时长;T0为小车实际总延时,D0为小车总延时需求,没有计算结果得(0)分;

Y为帧结构适配分,选择正确得3分,选错或不选得(0)分

12

14

自主探究并掌握小车与机械臂时频资源参数联合优化的方法;

强化解决特定复杂问题的综合能力

14分钟

达成度函数制:

ReLU为线性整流函数(Rectified Linear Activation Function);Xn为操作分,学生操作一次成功得(6)分,两次得(4)分,三次得(2)分,更多或失败得(0)分;

Ot为操作时长基准14分钟,Os为实际操作时长;

T0为小车实际总延时,D0为小车总延时需求;

Wi为机械臂的总带宽需求,Bi为机械臂的实际分配带宽,Ti为机械臂的实际总延时,Di为机械臂的总延时需求,Wi为机械臂的总带宽需求,Bi为机械臂的实际分配带宽;

Y为帧结构适配分,选择正确得3分,选错或不选得(0)分。

15


预习资料

序号 资源信息分类 资源信息名称 资源信息类型 操作
         

操作资料

序号 资源信息分类 资源信息名称 资源信息编号 资源信息类型 费用 收费有效期
1 操作 面向5G终端制造流水线的网络资源优化虚拟仿真实验 222 外部链接 0.00 0

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