本书重点对5G无线系统的五大关键技术――大规模天线、新型多址技术、新型波形、毫米波通信、轨道角动量复用进行了详细介绍,并对其性能进行对比分析,使读者对5G无线网络关键技术有更直接、更具体、更全面的认识。首先对5G网络进行简要介绍,让读者对5G系统的需求有个基本了解,然后对大规模天线、新型多址技术、新型波形技术、毫米波通信、轨道角动量复用技术进行了详细介绍,并对其性能进行了对比分析。
赵绍刚:博士,2000年9月至2002年4月,研究生期间实验室与大唐合作从事WCDMA NodeB的研发;2005年7月至今,中国移动通信集团公司网络部。
第1章 5G简介:无线网关键技术 1
1.1 为什么需要5G 1
1.2 什么是5G 6
1.3 5G的应用 8
1.4 5G标准化 9
1.5 5G的挑战 10
1.6 5G网络关键技术 12
1.6.1 大规模天线阵列(Massive MIMO)技术 14
1.6.2 新型多址技术 15
1.6.3 新型波形技术 17
1.6.4 全频谱接入:毫米波技术 19
1.6.5 基于轨道角度动量的传输技术 20
1.7 小结 21
参考文献 21
第2章 大规模天线阵列系统 23
2.1 大MIMO系统的优势 24
2.2 大维度下的信道硬化 25
2.3 技术挑战和解决方法 28
2.3.1 独立空间维度的有效性 28
2.3.2 大量天线和RF链路的放置 29
2.3.3 低复杂度的大MIMO信号处理 30
2.3.4 多小区操作 32
参考文献 33
第3章 大MIMO系统的编码与检测 34
3.1 空间复用 35
3.2 空时编码 36
3.2.1 空时分组码 37
3.2.2 高码率NO-STBC 39
3.2.3 基于循环可除代数(Cyclic Division Algebras,CDA)的
NO-STBC 39
3.3 空间调制 41
3.3.1 SM机制 41
3.3.2 SSK 42
3.3.3 GSM 43
3.4 大MIMO系统信号检测 48
3.5 系统模型 51
3.6 最优检测 52
3.7 线性检测 53
3.7.1 MF检测器 53
3.7.2 ZF检测器 54
3.7.3 MMSE检测器 55
3.8 干扰抵消 56
3.8.1 V-BLAST检测器 56
3.9 LR辅助的线性检测 58
3.9.1 LR辅助的检测 58
3.9.2 SA算法 59
3.10 球译码 64
3.10.1 算法 65
参考文献 69
第4章 大MIMO系统信道模型 70
4.1 分析信道模型 71
4.1.1 基于空间相关的信道模型 71
4.1.2 基于传播的信道模型 75
4.2 空间相关对大MIMO性能的影响 79
4.2.1 针孔效应 81
4.2.2 空间相关对局部搜索检测器性能的影响 81
4.3 信道模型标准化 84
4.3.1 IEEE 802.11 WiFi模型 86
4.3.2 3GPP LTE模型 87
4.4 大MIMO系统测量活动 89
4.4.1 12×15MIMO室内测量 89
4.4.2 16×16MIMO都市室外测量 90
4.4.3 32×64室内测量 91
4.4.4 16×16室内测量 91
4.4.5 16×32室内测量 91
4.4.6 24×24和36×36MIMO立方体 92
4.4.7 8×16室外到室内测量 93
4.4.8 128天线阵列的测量 94
4.5 紧凑天线阵列 95
4.5.1 PIFA 96
4.5.2 PIFA作为阵元的紧凑天线阵列 98
4.5.3 MIMO立方体 98
参考文献 100
第5章 非正交多用户叠加与共享多址技术 101
5.1 引言 101
5.2 非正交多用户多址技术的基本原理和特征 102
5.2.1 非正交多用户叠加改善频谱效率 102
5.2.2 非正交多用户多址技术支持大连接 105
5.3 下行非正交多用户传输 107
5.3.1 无Gray映射的直接叠加 107
5.3.2 具有Gray映射的叠加 108
5.4 上行非正交多址技术 117
5.4.1 LDS-CDMA/OFDM 118
5.4.2 SCMA 119
5.4.3 MUSA 122
5.4.4 PDMA 129
参考文献 131
第6章 非正交多址(NOMA)概念与设计 133
6.1 引言 133
6.2 NOMA概念 134
6.2.1 下行NOMA 134
6.2.2 上行NOMA 137
6.3 NOMA优势和驱动力 139
6.4 NOMA接口设计 140
6.4.1 下行NOMA 140
6.4.2 上行NOMA 142
6.5 对MIMO的支持 145
6.5.1 下行NOMA 145
6.5.2 上行NOMA 148
6.6 NOMA性能评估 150
6.6.1 下行NOMA 150
6.6.2 上行NOMA 157
6.7 小结 162
参考文献 163
第7章 5G中的新波形技术 165
7.1 新波形 165
7.1.1 滤波器组多载波(Filter Bank Multi Carrier,FBMC) 166
7.1.2 通用滤波多载波(Universal Filtered Multi Carrier,UFMC) 174
7.1.3 通用频分复用(Generalized Frequency-Division
Multiplexing,GFDM) 177
7.1.4 滤波OFDM(Filtered OFDM,f-OFDM) 181
7.2 新调制 183
7.2.1 频率正交幅度调制(Frequency and Quadrature
Amplitude Modulation,FQAM) 184
7.3 超奈奎斯特通信(Faster Than Nyquist,FTN) 185
7.4 无线完全双工技术 189
参考文献 191
第8章 灵活支持5G物理层的新波形:GFDM 192
8.1 5G应用场景对灵活波形的需求 194
8.1.1 比特管道通信 195
8.1.2 物联网(Internet of Things,IoT) 196
8.1.3 触摸因特网 196
8.1.4 无线区域网(Wireless Regional Area Network,WRAN) 197
8.2 GFDM原理和性能 197
8.2.1 GFDM波形 198
8.2.2 GFDM的矩阵表示 200
8.2.3 连续干扰消除(Successive Interference Cancellation,SIC) 205
8.2.4 使用Zak变换的接收滤波器设计 206
8.2.5 低OOB辐射的解决方案 210
8.2.6 GFDM符号差错率性能分析 214
8.3 GFDM的偏置QAM 221
8.3.1 时域OQAM-GFDM 222
8.3.2 频域OQAM-GFDM 225
8.4 使用预编码的增强灵活性 226
8.4.1 每个子载波的GFDM处理 226
8.4.2 每个子符号的GFDM处理 228
8.4.3 GFDM的预编码 229
8.5 GFDM的发射分集 233
8.5.1 时间反向STC-GFDM 234
8.5.2 全面线性均衡器(Widely Linear Equalizer,WLE)
STC-GFDM 240
8.6 支持LTE资源栅格的GFDM参数化 246
8.6.1 LTE时频资源栅格 246
8.6.2 支持LTE时频栅格的GFDM参数 247
8.6.3 GFDM信号与LTE信号的共存 249
8.7 GFDM作为框架支持各种波形 250
8.8 小结 255
参考文献 255
第9章 基于毫米波通信的网络架构、模型和性能 257
9.1 引言 257
9.2 频谱 258
9.3 波束跟踪 261
9.4 具有角度变量的信道模型 263
9.5 UAB网络架构 268
9.5.1 以负荷为中心的回传(Load-Centric Backhauling,LCB) 269
9.5.2 多频传输架构 272
9.6 系统容量 273
9.6.1 MIMO预编码 273
9.6.2 性能评估 275
参考文献 276
第10章 毫米波无线传播特征 278
10.1 引言 278
10.2 传播特性 279
10.2.1 高方向性 279
10.2.2 噪声受限的无线系统 281
10.3 传播模型和参数 283
10.3.1 路径衰耗模型 283
10.3.2 毫米波特定衰耗因子 285
10.4 链路预算分析 288
10.4.1 基于香农容量的计算 288
10.4.2 60GHz毫米波基于IEEE 802.11ad基带参数的计算 289
10.5 小结 295
参考文献 295
第11章 室外环境毫米波通信特征 297
11.1 引言 297
11.2 毫米波信道特征 299
11.2.1 自由空间传播 300
11.2.2 大尺度衰落 301
11.2.3 小尺度衰落 308
11.2.4 车载环境下的毫米波特性 310
11.3 毫米波传播模型 312
11.3.1 基于几何的随机信道模型 312
11.3.2 封闭自由空间参考路径衰耗模型 313
11.3.3 射线跟踪仿真模型 316
参考文献 316
第12章 基于轨道角度动量(OAM)的无线通信 318
12.1 承载OAM的EM波 318
12.2 OAM到RF通信的应用 320
12.3 OAM波束的产生、复用和检测 322
12.3.1 OAM波束的产生和检测 322
12.3.2 OAM波束的复用和解复用 324
12.4 使用OAM复用的无线通信 326
12.4.1 使用高斯波束和OAM波束的无线通信 326
12.4.2 使用OAM和极化复用的32Gb/s毫米波通信 326
12.4.3 空间复用和OAM复用组合的16Gb/s毫米波通信 328
12.4.4 OMA信道的多径效应 332
12.4.5 基于贝塞尔波束的OAM通信 338
参考文献 341
IMT-2020(5G)推进组于2015年发布《5G概念白皮书》,明确了未来移动互联网和物联网的业务需求,提出5G将重点支持连续广域覆盖、热点高容量、低功耗大连接和低时延高可靠4个主要技术场景,为实现上述业务需求就必须采用崭新的无线空口技术。这些关键无线技术包括:大规模天线阵列、新型多址、新型波形、全频谱接入和基于轨道角动量无线传输等,通过新空口来实现几十甚至上百吉位每秒(Gb/s)用户体验速率及万用户量级的小区用户数。
本书写作的目的是为了让从事移动通信的专业技术人员和相关专业的高校学生对5G无线网络的关键技术有一个比较详细、全面的了解。本书首先对5G网络进行简要的介绍,让读者对5G系统的需求有个基本了解。之后重点、详细介绍5G无线网络中关键的技术:大规模天线阵列、新型多址、新型波形、全频谱接入和基于轨道角动量的无线传输技术。内容不仅包括各种无线关键技术的基本原理和技术特征,同时还对这些技术的性能进行了仿真和对比分析。
这些内容不仅对从事TD-LTE网络维护的工程技术人员有积极的指导意义,同时对高校的师生、设计研发人员有很好的参考意义。
全书共12章。
第1章简要对5G系统进行介绍,包括5G的基本需求、挑战、5G无线关键技术等。
第2章对大MIMO系统进行总体介绍,包括大MIMO的机遇、大维度下的信道硬化、实现的技术挑战和解决方法。
第3章对大MIMO系统的编码与检测进行详细介绍,包括空间复用、空时编码、MIMO检测等。
第4章对大MIMO信道模型进行详细介绍,包括分析信道模型、空间相关对大MIMO性能的影响、信道模型标准化、早期对大MIMO的测量等,最后还对紧凑大天线阵列进行了介绍。
第5章对非正交多用户叠加与共享多址技术进行介绍,包括非正交多用户多址技术的基本原理和特征、下行非正交多用户传输、上行非正交多址技术等。
第6章对非正交多址的概念和设计进行介绍,包括NOMA概念、上/下行NOMA与OAM的比较、NOMA的优势、NOMA的设计原则,最后对上/下行NOMA的性能进行评估。
第7章对5G新波形技术进行了介绍,包括5G中的新波形:FBMC、UFMC、GFDM和f-OFDM、FTN和新调制技术等。
第8章对灵活支持5G物理层的新波形GFDM进行介绍,包括5G应用场景对灵活波形的需求、GFDM原理和性能、GFDM的偏置QAM调制、预编码对灵活性的支持、GFDM的发射分集、支持LTE资源栅格的GFDM参数化等。
第9章对基于毫米波通信的网络架构、模型和性能进行介绍,包括无线频谱、波束跟踪、具有角度变量的信道模型、UAB网络架构、系统容量等。
第10章对毫米波无线传播特征进行介绍,包括其无线传播特征、传播模型和参数、链路预算分析等。
第11章对室外环境下的毫米波通信特征进行介绍,包括毫米波信道特征、毫米波传播模型等。
第12章对基于轨道角动量OAM的无线通信进行介绍,包括承载OAM的EM波、OAM在通信中的应用、OAM波束的产生、复用和检测、OAM复用在无线通信中的应用等。
本书由赵绍刚、李岳梦编著,参与本书编写工作的还有田盛泰、金文研、庄浩、王粟、肖巍、周兴围,在此表示感谢!
希望本书能够对从事移动通信特别是从事5G网络维护、研发和设计的人员有一定的借鉴作用,由于作者水平有限,加上时间仓促,书中不妥之处请各位专家、同仁批评指正。在此深表感谢。
编 者
2016年9月于北京
作为一名在这个行业摸爬滚打多年的工程师,我一直对前沿技术保持着高度的敏感。《5G:开启未来无线通信创新之路》这本书,说实话,我在拿到它之前,心中曾有过一丝疑虑,毕竟市面上关于5G的书籍不在少数,真正能打动人的、有深度的又有多少呢?然而,当我翻开这本书,那些疑虑便烟消云散了。作者在技术细节的呈现上,精准而到位,没有丝毫的含糊不清。他不仅仅罗列了技术名词,更重要的是,他挖掘了这些技术背后所蕴含的原理和逻辑。例如,在讲解网络切片的概念时,作者通过生动详实的案例,阐述了它如何为不同行业提供定制化的网络服务,这对于我们这些实际操作者来说,无疑是极具价值的指导。书中对于5G安全性的探讨,也引起了我强烈的共鸣。在享受5G带来的便利的同时,我们也必须正视其潜在的风险,而这本书在这方面给予了充分的关注和深入的分析,这显示了作者的成熟和负责。我个人尤其喜欢作者对不同国家和地区在5G发展策略上的对比分析,这为我们理解全球5G竞争格局提供了重要的视角。这本书的专业性毋庸置疑,但同时,它也并非枯燥乏味的技术手册,而是充满了前瞻性的思考和对未来发展趋势的预判,是一本真正能够引领行业思考的力作。
评分不得不说,《5G:开启未来无线通信创新之路》这本书,像是一场精彩的头脑风暴,让我对无线通信的未来有了全新的认知。它不仅详尽地介绍了5G技术本身,更重要的是,它挖掘了这项技术背后所蕴含的巨大潜力,以及它将如何重塑我们的社会。作者对于5G如何赋能垂直行业的分析,让我印象深刻。从工业自动化到媒体娱乐,再到医疗健康,5G似乎正在渗透到我们生活的方方面面,并带来前所未有的变革。书中对于“超可靠低时延通信”(URLLC)的讲解,让我看到了无人驾驶、远程手术等科幻场景变为现实的可能性。这种精确到毫秒级的响应速度,着实令人震撼。我还特别喜欢作者在书中对不同技术路线和标准演进的梳理,这为我理解5G发展的复杂性和多样性提供了清晰的脉络。它让我意识到,5G的成功并非偶然,而是无数科研人员智慧和努力的结晶。这本书的语言风格非常流畅,即使是对于非专业读者,也能从中获得丰富的知识和深刻的启迪。它让我对科技的未来充满了期待,同时也思考着我们应该如何更好地拥抱和利用这项革命性的技术。
评分读完《5G:开启未来无线通信创新之路》,我最大的感受就是,它像是一张详细的蓝图,为我描绘出了一个令人激动不已的未来。我一直觉得,科技的发展不仅仅是冰冷的数字和代码,更是连接人与人、连接世界的力量。这本书恰恰展现了这种力量。作者在讲述5G技术如何支撑起虚拟现实、增强现实等新兴应用时,我仿佛已经置身于那个未来世界,能够通过5G网络,身临其境地体验各种精彩。书中关于“智慧城市”的章节,更是让我眼前一亮。想象一下,通过5G技术,我们的城市能够变得更加智能、更加便捷,交通拥堵能够得到有效缓解,公共服务能够更加高效,居民的生活质量能够得到显著提升。这种宏大的愿景,在作者的笔下变得如此具体、如此可信。我特别欣赏作者对于5G伦理和社会影响的思考,这让这本书的价值远不止于技术层面,更包含了对人类社会发展的深刻洞察。它提醒我们,在追求技术进步的同时,也要关注它可能带来的社会变革和挑战。这本书的语言风格非常亲切,就像一位经验丰富的向导,带领我在5G的广阔天地中探索。它让我觉得,科技并不是遥不可及的,而是与我们每个人的生活息息相关。
评分坦白说,《5G:开启未来无线通信创新之路》这本书,在我眼中,是一次对于“连接”的深度哲学思考。它超越了单纯的技术介绍,将5G描绘成一种赋能新时代的强大引擎。书中关于“万物互联”的阐述,让我深刻体会到,5G所带来的不仅仅是速度的提升,更是连接方式的革命。它将海量设备连接起来,形成一个庞大而智能的网络,这将极大地改变我们的生产方式、生活方式,甚至思考方式。我被书中对于“数字孪生”和“边缘计算”这些概念的解释所吸引,它们是如何在5G的加持下,实现更高效的数据处理和更实时的智能响应。这不仅仅是技术的进步,更是一种对现实世界进行数字重塑的全新尝试。作者在分析5G对不同行业带来的颠覆性影响时,运用了大量的案例和数据,使得论证过程逻辑严谨,令人信服。特别是当书中提到5G如何推动人工智能和大数据的发展时,我脑海中立刻浮现出无数的可能性。这本书的独特之处在于,它并没有将5G仅仅视为一个通信协议,而是将其上升到了社会变革和人类进步的高度,这使得阅读过程充满了启发性。
评分这本书绝对是我最近阅读体验的惊喜!从书名《5G:开启未来无线通信创新之路》就能感受到它宏大的视野,但实际阅读下来,它所展现的深度和广度更是超乎想象。我尤其欣赏作者在梳理整个5G发展历程时所展现出的清晰逻辑和前瞻性。它不仅仅是在介绍技术参数,更是深入剖析了每一项关键技术的诞生背景、面临的挑战以及它们如何一步步汇聚成如今我们所见的5G。读到关于毫米波技术如何克服传播损耗的章节时,我简直被作者的讲解所折服。那种将复杂概念化繁为简的能力,让人仿佛置身于实验室,亲眼见证科学家们如何一次次突破极限。书中对不同应用场景的设想,比如智能交通、远程医疗、沉浸式娱乐等等,都描绘得栩栩如生,让我对“万物互联”不再只是一个抽象的概念,而是切实可触的未来。它不仅仅是技术人员的必读之作,对于任何关心未来科技发展趋势的普通读者来说,这本书都能打开一扇通往新世界的大门,激发无限的想象和思考。作者的语言风格也十分引人入胜,时不时穿插一些生动形象的比喻,让晦涩的技术名词瞬间变得易于理解。总而言之,这是一本让我受益匪浅的书,它不仅提升了我对5G技术的认知,更让我对科技改变生活的力量有了更深刻的感悟。
评分快递小哥给力,还没来得及看
评分大概看了一下,很好
评分2016-05-01 06:56:44
评分不错
评分大概看了一下,很好
评分这本书不错啊,快速了解行业现状
评分这本书不错啊,快速了解行业现状
评分挺好的,书不错,实惠,下次还在这买
评分以前从来不去评价,不知道浪费多少京豆,自从京豆可以抵现金的时候,才知道京豆的重要。后来我就把这段话复制了,走到哪,复制到哪,即能赚积分,还非常省事;特别是不用认真的评论了,又健康快乐能么么哒。这次的购物很满意,京东的服务很好,快递很给力,总之就是快…省…好!
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