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『簡體書』5G技术核心与增强:从R15到R16

書城自編碼: 3598750
分類:簡體書→大陸圖書→計算機/網絡網絡與數據通信
作者: OPPO研究院 组编,沈嘉,杜忠达,张治,杨宁,唐海 等 编
國際書號(ISBN): 9787302571513
出版社: 清华大学出版社
出版日期: 2021-02-01

頁數/字數: /
書度/開本: 16开 釘裝: 平装

售價:HK$ 247.5

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編輯推薦:
中国工程院院士,北京邮电大学教授 张平
西安电子科技大学通信工程学院院长、教授 沈八中
东南大学研究生院常务副院长、教授 金石
中国移动集团级首席专家,3GPP RAN全会副主席 徐晓东
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內容簡介:
《5G 技术核心与增强: 从R15到R16》是OPPO研究院的5G 技术专家和国际标准化代表共同编著的一本5G技术图书。与市面上已出版的5G书籍不同, 本书不仅介绍了5G NR标准的基础版本R15版本,也介绍了包含URLLC、NR V2X、非授权频谱通信等5G重要组成部分的5G 增强技术标准R16版本。本书的特色是深入介绍从无到有、由粗到细的5G技术方案遴选和标准形成的过程, 不仅可以作为从事5G研发人员的工具书, 也可以作为高校、企业中将要投身未来B5G及6G研究的学生和年轻研究人员学习5G的参考书。
關於作者:
OPPO研究院简介
OPPO研究院成立于2018年3月,是引领前沿技术研究,代表OPPO公司在学术、标准和应用研究方面最高水平的组织。OPPO研究院总部位于中国深圳,包括分设于中国、美国、日本、以色列的六大研究所。在语音语义、计算机视觉、数据智能、情境智能、材料科学、电源科技、标准协议、软件架构、硬件架构九大技术领域开展前端研究。其使命是洞察用户未来生活方式,构建OPPO公司的核心技术能力,成就怦然心动的产品与服务体验。
OPPO研究院标准研究部是OPPO研究院的二级部门,负责标准协议研究,方向涉及5GB5G6G、短距离技术、物联网平台技术、视频编解码等多个关键领域。累计向3GPP提交标准文稿超过5000篇,对5G国际标准制定做出了贡献。在全球20多个国家和地区申请了超过3300族5G发明专利,在ETSI已声明了超过1000族5G标准专利。
沈嘉
OPPO研究院标准研究部资深研究员。自2005年开始参与4G、5G国际标准化工作, 作为主要完成人之一的项目《第四代移动通信系统(TD-LTE)关键技术与应用》获2016年度国家科技进步奖特等奖,出版有《3GPP长期演进(LTE)技术原理与系统设计》一书。
杜忠达
OPPO研究院标准研究部资深研究员,高级工程师。自2005年开始参与4G、5G国际标准化工作。和他人合著的《5G无线系统设计与国际标准》一书获中国工信出版传媒集团2020年优秀出版物专业类一等奖。
张治
OPPO研究院标准研究部资深研究员。香港大学博士,有超过10年的3GPP 标准化和研究工作经验,作为OPPO公司的主要代表全程参与了5G NR RAN1、RAN4标准化过程。
杨宁
OPPO研究院标准研究部部长。北京邮电大学博士,高级工程师,从事5G核心标准以及相应增强技术的研究工作,输出数百项专利及标准化提案。
唐海
OPPO研究院副院长。曾就职于大型运营商和通信网络设备商,自2005年开始参与4G、5G国际标准化工作,曾任3GPP RAN全会副主席。
目錄
第1章 概述苏进喜沈嘉编著
1.1NR相比LTE的增强演进2
1.2NR对新技术的取舍9
1.2.1NR对新参数集的选择9
1.2.2NR对新波形技术的选择10
1.2.3NR对新编码方案的选择11
1.2.4NR对新多址技术的选择12
1.35G技术、器件和设备成熟度13
1.4R16增强技术15
1.4.1MIMO增强16
1.4.2URLLC增强物理层17
1.4.3高可靠低时延通信(URLLC)高层17
1.4.4UE节能增强17
1.4.5两步RACH接入18
1.4.6上行频谱切换发送18
1.4.7移动性增强18
1.4.8MRDC增强19
1.4.9NR V2X19
1.4.10NR非授权频谱接入20
1.5小结20
参考文献20

第2章 5G系统的业务需求与应用场景田文强编著
2.1业务需求与驱动力22
2.1.1永恒不变的高速率需求22
2.1.2垂直行业带来的新变化23
2.25G系统的应用场景24
2.2.1增强型移动宽带通信25
2.2.2高可靠低时延通信25
2.2.3大规模机器类通信26
2.35G系统的性能指标26
2.4小结29
参考文献29

第3章 5G系统架构刘建华杨宁编著
3.15G系统侧网络架构30
3.1.15G网络架构演进30
3.1.25G网络架构和功能实体31
3.1.35G端到端协议栈33
3.1.4支持非3GPP接入5G34
3.1.55G和4G网络互操作35
3.2无线侧网络架构36
3.3小结43
参考文献43

第4章 带宽分段(BWP)沈嘉编著
4.1BWP(带宽分段)的基本概念45
4.1.1从多子载波间隔资源分配角度
引入BWP概念的想法46
4.1.2从终端能力和省电角度引入BWP
概念的想法47
4.1.3BWP基本概念的形成49
4.1.4BWP的应用范围50
4.1.5BWP是否包含SSPBCH Block?51
4.1.6同时激活的BWP的数量52
4.1.7BWP与载波聚合的关系53
4.2BWP的配置方法55
4.2.1Common RB的引入55
4.2.2Common RB的颗粒度56
4.2.3参考点Point A57
4.2.4Common RB的起点RB 061
4.2.5载波起点的指示方法61
4.2.6BWP指示方法62
4.2.7BWP的基本配置方法小结62
4.2.8BWP配置的数量64
4.2.9TDD系统的BWP配置65
4.3BWP切换66
4.3.1动态切换和半静态切换66
4.3.2基于DCI的BWP激活方式的引入67
4.3.3触发BWP Switching的DCI设计
DCI格式68
4.3.4触发BWP Switching的DCI设计
显性触发和隐性触发70
4.3.5触发BWP Switching的DCI设计
BWP指示符71
4.3.6基于Timer的BWP回落的引入73
4.3.7是否重用DRX Timer实现BWP
回落?76
4.3.8bwpInactivityTimer的设计78
4.3.9Timerbased上行BWP切换81
4.3.10基于Time Pattern的BWP切换的
取舍82
4.3.11BWP的自动切换84
4.3.12BWP切换时延86
4.4初始接入过程中的BWP88
4.4.1下行初始BWP的引入88
4.4.2上行初始BWP的引入90
4.4.3下行初始BWP的配置92
4.4.4下行初始BWP与下行缺省BWP
的关系94
4.4.5载波聚合中的初始BWP96
4.5BWP对其他物理层设计的影响97
4.5.1BWP切换时延的影响97
4.5.2BWPdedicated与BWPcommon
参数配置97
4.6小结98
参考文献98

第5章 5G灵活调度设计林亚男沈嘉赵振山编著
5.1灵活调度的基本思想101
5.1.1LTE系统调度设计的限制101
5.1.2引入频域灵活调度的考虑102
5.1.3引入时域灵活调度的考虑104
5.25G NR的资源分配设计107
5.2.1频域资源分配类型的优化107
5.2.2频域资源分配颗粒度110
5.2.3BWP切换过程中的频域资源指示
问题112
5.2.4BWP内的跳频资源确定问题115
5.2.5信道起点 长度调度方法的
提出117
5.2.6起始符号指示参考点的确定118
5.2.7指示K0与K2的参考子载波间隔
问题121
5.2.8Type A与Type B映射类型121
5.2.9时域资源分配信令设计123
5.2.10多时隙符号级调度128
5.3码块组(CBG)传输131
5.3.1CBG传输方式的引入131
5.3.2CBG的划分132
5.3.3重传CBG确定方法132
5.3.4DCI中CBG相关信息域133
5.3.5基于CBG的反馈设计134
5.4NR下行控制信道(PDCCH)设计136
5.4.1NR PDCCH的设计考虑136
5.4.2控制资源集(CORESET)138
5.4.3搜索空间集(Search Space Set)145
5.4.4下行控制信息(DCI)设计的
改进148
5.5上行控制信道(PUCCH)设计152
5.5.1长、短PUCCH格式的引入152
5.5.2短PUCCH结构设计153
5.5.3长PUCCH结构设计155
5.5.4PUCCH资源分配158
5.5.5PUCCH与其他上行信道冲突解决159
5.6灵活TDD161
5.6.1灵活时隙概念161
5.6.2半静态上下行配置163
5.6.3动态上下行指示(SFI)164
5.7PDSCH速率匹配165
5.7.1引入速率匹配的考虑165
5.7.2速率匹配设计167
5.8小结170
参考文献171

第6章 NR初始接入徐伟杰贺传峰田文强胡荣贻编著
6.1小区搜索173
6.1.1同步栅格与信道栅格173
6.1.2SSB的设计178
6.1.3SSB的传输特征181
6.1.4SSB的实际传输位置及其指示184
6.1.5小区搜索过程186
6.2初始接入相关的公共控制信道189
6.2.1SSB与CORESET#0的复用图样190
6.2.2CORESET#0介绍191
6.2.3Type0PDCCH Search Space194
6.3NR随机接入196
6.3.1NR PRACH信道的设计196
6.3.2NR PRACH资源的配置199
6.3.3SSB与PRACH Occasion的映射201
6.3.4RACH过程的功率控制203
6.4RRM测量204
6.4.1RRM测量参考信号204
6.4.2NR测量间隔206
6.4.3NR的同频测量与异频测量212
6.4.4RRM测量带来的调度限制217
6.5RLM测量218
6.5.1RLM参考信号218
6.5.2RLM过程219
6.6小结219
参考文献220

第7章 信道编码陈文洪黄莹沛崔胜江编著
7.1NR信道编码方案概述221
7.1.1信道编码方案介绍221
7.1.2数据信道的信道编码方案223
7.1.3控制信道的信道编码方案225
7.1.4其他信息的信道编码方案226
7.2Polar码227
7.2.1Polar码的基本原理227
7.2.2序列设计229
7.2.3级联码229
7.2.4码长和码率230
7.2.5速率匹配与交织230
7.3LDPC码232
7.3.1LDPC码的基本原理232
7.3.2奇偶校验矩阵设计233
7.3.3置换矩阵设计235
7.3.4基础图设计236
7.3.5提升值设计238
7.3.6分割与CRC校验240
7.3.7速率匹配与HARQ243
7.4小结247
参考文献247

第8章 多天线增强和波束管理史志华陈文洪黄莹沛田杰娇方昀尤心编著
8.1NR MIMO反馈增强253
8.1.1NR的CSI反馈增强253
8.1.2R15 Type Ⅰ码本257
8.1.3R15 Type Ⅱ码本258
8.2R16码本增强263
8.2.1eType Ⅱ码本概述263
8.2.2频域矩阵设计265
8.2.3系数矩阵设计266
8.2.4Rank=2码本设计268
8.2.5高Rank码本设计269
8.2.6eType Ⅱ码本表达式270
8.3波束管理270
8.3.1模拟波束赋形概述271
8.3.2下行波束管理基本流程272
8.3.3下行波束测量与上报274
8.3.4下行波束指示278
8.3.5上行波束管理基本流程280
8.3.6上行波束测量282
8.3.7上行波束指示282
8.4主小区波束失败恢复283
8.4.1基本流程284
8.4.2波束失败检测285
8.4.3新波束选择286
8.4.4波束失败恢复请求287
8.4.5网络侧响应288
8.5辅小区波束失败恢复288
8.5.1波束失败检测289
8.5.2新波束选择290
8.5.3波束恢复请求291
8.5.4网络侧响应293
8.6多TRP协作传输293
8.6.1基本原理293
8.6.2基于单DCI的NCJT传输294
8.6.3基于多DCI的NCJT传输296
8.6.4基于多TRP的分集传输300
8.7小结303
参考文献304

第9章 5G射频设计邢金强张治刘启飞詹文浩邵帅编著
9.1新频谱及新频谱308
9.1.1频谱划分308
9.1.2频谱组合310
9.2FR1射频技术312
9.2.1高功率终端312
9.2.2接收机灵敏度315
9.2.3互干扰316
9.3FR2射频及天线技术318
9.3.1射频天线架构318
9.3.2功率等级318
9.3.3接收机灵敏度322
9.3.4波束对应性324
9.3.5MPE325
9.4NR测试技术326
9.4.1SA FR1射频测试327
9.4.2SA FR2射频测试327
9.4.3ENDC射频测试330
9.4.4MIMO OTA测试331
9.5NR射频实现与挑战334
9.5.1NR射频前端334
9.5.2干扰与共存336
9.5.3SRS 射频前端设计337
9.5.4其他NR挑战338
9.6小结339
参考文献339

第10章 用户面协议设计石聪尤心林雪编著
10.1用户面协议概述341
10.2SDAP层343
10.3PDCP层344
10.4RLC层346
10.5MAC层347
10.6小结354
参考文献354

第11章 控制面协议设计杜忠达王淑坤李海涛尤心编著
11.1系统消息广播355
11.1.1系统消息内容355
11.1.2系统消息的广播和更新357
11.1.3系统消息的获取和有效性358
11.2寻呼360
11.3RRC连接控制362
11.3.1接入控制362
11.3.2RRC连接控制363
11.4RRM测量和移动性管理370
11.4.1RRM测量370
11.4.2移动性管理374
11.5小结380
参考文献380

第12章 网络切片杨皓睿许阳编著
12.1网络切片的基本概念381
12.1.1引入网络切片的背景381
12.1.2如何标识网络切片382
12.2网络切片的业务支持383
12.2.1网络切片的注册383
12.2.2网络切片的业务通路385
12.3网络切片拥塞控制388
12.4漫游场景下的切片使用389
12.5小结389
参考文献389

第13章 QoS控制郭雅莉编著
13.15G QoS模型的确定390
13.2端到端的QoS控制392
13.2.1端到端的QoS控制思路介绍392
13.2.2PCC规则的确定394
13.2.3QoS流的产生和配置395
13.2.4UE侧使用的QoS规则396
13.3QoS参数396
13.3.15QI及对应的QoS特征396
13.3.2ARP399
13.3.3码率控制参数399
13.4反向映射QoS400
13.4.1为什么引入反向映射QoS400
13.4.2反向映射QoS的控制机制401
13.5QoS通知控制402
13.5.1QoS通知控制介绍402
13.5.2候选QoS配置的引入403
13.6小结404
参考文献404

第14章 5G语音许阳刘建华编著
14.1IMS介绍406
14.1.1IMS注册406
14.1.2IMS呼叫建立408
14.1.3异常场景处理409
14.25G语音方案及使用场景410
14.2.1VoNR410
14.2.2EPS FallbackRAT Fallback413
14.2.3Fast Return(快速返回)415
14.2.4语音业务连续性415
14.3紧急呼叫416
14.4小结416
参考文献417

第15章 高可靠低时延通信(URLLC)徐婧林亚男梁彬沈嘉编著
15.1下行控制信道增强419
15.1.1压缩的控制信道格式引入背景419
15.1.2压缩的控制信道格式方案419
15.1.3基于监测范围的PDCCH监测能力
定义421
15.1.4多种PDCCH监测能力共存422
15.1.5PDCCH丢弃规则增强423
15.1.6多载波下PDCCH监测能力424
15.2上行控制信息增强425
15.2.1多次HARQACK反馈与子时隙
(Subslot)PUCCH425
15.2.2多HARQACK码本431
15.2.3优先级指示432
15.2.4用户内上行多信道冲突433
15.3终端处理能力435
15.3.1处理时间引入背景与定义435
15.3.2处理时间的确定435
15.3.4处理时间约束437
15.3.5处理乱序437
15.4数据传输增强439
15.4.1CQI和MCS439
15.4.2上行传输增强441
15.4.3上行传输增强的时域资源确定
方式442
15.4.4上行传输增强的频域资源确定
方式444
15.4.5上行传输增强的控制信息复用
机制445
15.5免调度传输技术446
15.5.1灵活传输起点447
15.5.2资源配置机制448
15.5.3多套免调度传输450
15.5.4容量提升技术451
15.6半持续传输技术454
15.6.1半持续传输增强454
15.6.2HARQACK反馈增强454
15.7用户间传输冲突456
15.7.1冲突解决方案456
15.7.2抢占信令设计458
15.7.3抢占资源指示460
15.7.4上行功率控制461
15.8小结462
参考文献462

第16章 高可靠低时延通信(URLLC)高层付喆刘洋卢前溪编著
16.1工业以太网时间同步465
16.2用户内上行资源优先级处理467
16.2.1数据和数据之间的冲突467
16.2.2数据和调度请求之间的冲突470
16.3周期性数据包相关的调度增强470
16.3.1支持更短的半静态调度周期471
16.3.2配置多组激活的半静态调度
资源472
16.3.3半静态调度资源时域位置计算
公式增强473
16.3.4重新定义混合自动重传请求 ID474
16.4PDCP数据包复制传输增强474
16.4.1R15 NR 数据包复制传输474
16.4.2基于网络设备指令的复制传输
增强476
16.4.3基于终端自主的复制传输增强
构想477
16.5以太网包头压缩478
16.6小结480
参考文献480

第17章 5G V2X赵振山张世昌丁伊卢前溪编著
17.1NR V2X时隙结构和物理信道481
17.1.1基础参数481
17.1.2侧行链路时隙结构483
17.1.3侧行链路物理信道和侧行链路
信号485
17.2侧行链路资源分配494
17.2.1时域和频域资源分配494
17.2.2模式1动态资源分配495
17.2.3模式1侧行免授权资源分配497
17.2.4模式2资源分配499
17.3侧行链路物理过程505
17.3.1侧行链路HARQ反馈505
17.3.2侧行HARQ反馈信息上报507
17.3.3侧行链路测量和反馈508
17.3.4侧行链路功率控制509
17.4高层相关过程511
17.4.1侧行链路协议栈总览511
17.4.2能力交互512
17.4.3接入层参数配置513
17.4.4测量配置与报告过程515
17.4.5RLMRLF515
17.5小结516
参考文献517

第18章 5G非授权频谱通信林浩吴作敏贺传峰石聪编著
18.1简介518
18.2信道监听518
18.2.1信道监听概述519
18.2.2动态信道监听522
18.2.3半静态信道监听527
18.2.4持续上行LBT检测及恢复机制529
18.3初始接入531
18.3.1SSPBCH Block (同步信号广播信
道块)传输531
18.3.2主信息块(MIB)535
18.3.3RMSI监听537
18.3.4随机接入540
18.4资源块集合概念和控制信道542
18.4.1NRU系统中宽带传输增强542
18.4.2下行控制信道和侦测增强545
18.4.3上行控制信道增强552
18.5HARQ与调度557
18.5.1HARQ机制557
18.5.2HARQACK码本560
18.5.3连续PUSCH调度568
18.6NRU系统中免调度授权上行569
18.6.1免调度授权传输资源配置569
18.6.2CGUCI和CG连续重复传输571
18.6.3下行反馈信道CGDFI设计573
18.6.4CG重传计时器574
18.7小结575
参考文献575

第19章 5G终端节能技术(Power Saving)左志松徐伟杰胡奕编著
19.15G终端节能技术的需求和评估577
19.1.15G终端节能技术需求577
19.1.2节能候选技术578
19.1.3节能技术的评估方法583
19.1.4评估结果与选择的技术585
19.2节能唤醒信号设计及其对DRX
的影响587
19.2.1节能唤醒信号的技术原理587
19.2.2R16采用的节能唤醒信号588
19.2.3节能唤醒信号对DRX的作用591
19.3跨Slot调度技术593
19.3.1跨Slot调度的技术原理593
19.3.2灵活调度机制用于跨Slot调度595
19.3.3动态指示跨Slot调度的处理596
19.3.4跨Slot调度的作用时间机制597
19.3.5跨Slot调度的错误处理598
19.3.6跨Slot调度对上下行测量的
影响598
19.3.7 BWP 切换与跨Slot调度598
19.4多天线层数限制600
19.4.1发射侧和接收侧天线数影响能耗600
19.4.2下行MIMO层数限制601
19.4.3上行MIMO层数限制601
19.5辅小区(载波)休眠601
19.5.1载波聚合下的多载波节能601
19.5.2辅小区(载波)节能机制602
19.5.3激活时间外的辅小区(载波)
休眠触发603
19.5.4激活时间内的辅小区(载波)
休眠触发603
19.6RRM测量增强604
19.6.1非连接态终端的节能需求604
19.6.2非连接态终端RRM测量放松的
判断准则605
19.6.3非连接态终端的RRM测量放松
的方法606
19.7终端侧辅助节能信息上报607
19.7.1终端辅助节能信息上报的过程607
19.7.2终端辅助节能信息上报的内容608
19.8小结609
参考文献609
第20章R17与B5G6G展望杜忠达沈嘉编著
20.1Release 17简介611
20.2B5G6G展望616
20.3小结627

参考文献627
缩略语629
內容試閱
第四代移动通信(4G)技术有力支持了移动互联网业务的快速发展,为消费者的生活、工作提供了空前的便利,已成为迄今应用最成功的移动通信技术。而第五代移动通信(5G)除了进一步提升移动互联网的带宽外,还扩展了高可靠低时延通信(URLLC)、大规模机器通信(mMTC)等更多应用场景,有望打造一张应用于千行百业的移动物联网,对通信基础设施与经济社会各方面的深入融合产生深远意义。
5G国际标准自2015年底开始起草,在2018年首先完成了以增强移动宽带(eMBB)为核心的第一版本R15版本。2020年又完成了包含URLLC、NR V2X、非授权频谱通信等重要垂直行业功能的增强版本R16版本。这两个版本构成了5G国际标准的核心,将于未来10年内在全球广泛部署,国内外大量通信技术人员也陆续投入5G设备、终端、应用的研发及5G网络的规划、部署、运维工作。这些人员都需要对5G技术和标准有深入透彻的理解,5G技术也将成为今后一段时间高校和研究机构通信专业的教学和研究重点。因此在5G R16标准完成之际,编写并出版介绍5G标准,尤其是包含R15和R16版本的完整的技术专著,是非常必要和亟需的。这将对5G领域的技术研究、设备开发、系统部署和业务运营起到积极的推动作用,对未来的B5G、6G预研也可以提供重要参考。
本书的主要特点是没有局限于对5G标准的简单解释。书中不仅介绍了5G标准化的结果,而且基于作者的参会经历,深入剖析了5G标准化的历程,对5G研究和标准化过程中关键技术的取舍和设计方案的甄选过程进行了介绍,诠释了移动通信系统实用导向、整体设计、全面权衡的设计原则。本书一方面可以作为通信企业5G开发人员阅读规范、理解规范背后的关键技术和设计原理的参考资料;另一方面也可以作为高校、研究单位人员学习标准化工作的方法和规律的重要参考,为他们将来参与B5G、6G研发工作,与产业界顺利对接提供帮助。
本书的作者均为深入参与3GPP 5G国际标准化的第一线代表人员,参与了5G R15、R16历次标准化会议的技术讨论,经历了各次重大技术选择的确定过程,有些作者还作为负责人牵头了一些技术方向的研讨和标准起草工作。他们对5G技术原理和系统设计有深入的理解,对5G标准化过程有切身的体会,是精通5G标准的专家团队。本书编写的素材全部来自3GPP技术规范、标准化文稿、会议记录等第一手资料,具有较高的时效性、权威性和实用性。
当然,在未来几年里,5G标准还将持续增强和演进,对5G标准的学习、研究和应用也是通信产业界一项长期的工作。希望通信产业界能够持续关注、重视5G标准的研究,希望本书的出版能为信息通信产业的长期、健康发展贡献一点力量。
第1章概述5G技术核心与增强:从R15到R16
中国工程院院士,北京邮电大学教授
前言
2020年8月于北京移动通信系统十年一代,从1G到4G,历经了模拟、数字、数据、宽带四次技术变革,为全世界的亿万用户带来了前所未有的崭新感受。尤其是4G技术开启了移动互联网时代,深刻改变了人们的生活方式。正当大家满足于微博微信、视频抖音、点餐购物、移动支付、手机游戏等4G带来的丰富的移动互联网应用和便利生活时,移动通信产业已经将目标从2C(面向用户)转向2B(面向企业),试图用5G NR(新空中接口)技术推动千行百业向数字化、移动化、自动化发展。因此,相较4G吃喝玩乐神器的定位,5G技术由于着重增加了对移动物联网的支持,因此在更大广度和更多维度上获得了更广泛的关注,其意义甚至上升到了国家间高科技竞争主要制高点的高度,一定程度上也超出了5G技术研发者的预料。5G技术的核心是什么?5G引入了哪些创新?5G与4G在技术上有什么区别?5G能达到什么样的技术能力?相信这些问题是广大读者都很关心的。在笔者看来,5G并不是神奇的、无所不能的技术,它在很大程度上继承了3G、4G的系统设计理念,引入了一系列必要的创新技术,面向各种垂直应用进行了一系列专门的优化。这些创新和优化绝大多数并不是几个词、几句话就能说明白的大概念,而是由很多细致、精巧的工程改进构成的。本书的目的就是将5G的这些创新点和优化点剖析开,讲解给读者。
某些唯技术论的观点可能认为5G照搬了4G的核心技术,不过是宽带版4G。诚然,从理论基础上讲,5G沿用了4G LTE的OFDMA(正交频分多址) MIMO(多输入多输出)核心技术架构。但相比LTE的简化版OFDMA,5G系统设计在时域和频域上都实现了更大的灵活性,能够充分发挥OFDMA系统的技术潜力,有效支持eMBB(增强移动宽带)、URLLC(高可靠低时延通信)、mMTC(大规模物联网)等丰富的5G应用场景。同时,5G系统设计也远比4G要精细、复杂,在LTE设计的基础上做了很多修改、增强和扩展。所以,本书以LTE标准为基础(假设读者已经了解LTE的基础知识),着重介绍在5G NR采用的全新和增强的系统设计,解读5G NR相对4G LTE的增量。
与大部分5G书籍不同,本书采用了剖析5G标准化过程的写法。本书的核心作者在2008年曾撰写了《3GPP长期演进(LTE)技术原理与系统设计》一书,此书不仅介绍了LTE标准,而且介绍了从无到有、从粗到细的4G系统设计和标准起草过程,出版后受到广大读者的欢迎,被称为4G红宝书。这说明广大读者对这种写法的认可。时隔十二年,本书再次采用了这种写法。本书的作者都是OPPO公司的3GPP标准代表,在第一线深入参与、推动了绝大部分5G技术设计的形成,他们提出的很多技术方案也被接受,成为5G标准的一部分。由他们讲述各个方向的技术遴选、特性取舍、系统设计的全过程,对读者是最好的选择。5G作为一个复杂的系统,每个环节上的技术方案选择都不是孤立的,单点技术上的最优方案不一定是对整体系统性能贡献最大的方案,系统设计的目标是选择互相适配、整体最优的均衡的技术组合。本书在大部分章节中回顾5G标准化中出现的多种技术选项,介绍各种选项的优缺点,尽力解读3GPP从中筛选出最终方案的原因和考虑。这不仅包括性能因素,也包括设备实现的复杂度、信令设计的简洁性、对现有标准的影响程度等。如果只是照本宣科地对英文技术规范的最终版本进行翻译和解读,其实是大可不必费如此周章的。但作者希望通过讲述这一推理、选择的过程,帮助读者既知其然,也知其所以然,一窥无线通信系统设计的原则、方法和手段。
从另一个角度说,今天我们为5G选择的这些技术选项,只是在特定的时间、针对特定的业务需求、考虑近期的产品研发能力,做出的选择。未来业务需求变了,设备能力更强了,今天被淘汰的次优选项也有可能变成最优选项,重新回到我们的视野,成为新的选择。3GPP标准只是指导产品研发的工具性文件,并不具备解读技术原理和设计思想的功能。如果只把标准化的最终结果展示给读者,让读者误以为这些设计都是天经地义的唯一选择,仿佛过程中的优劣对比,纠结取舍都不曾发生过,那么呈现给读者的就只能是一个片面的5G。读者在很多境况下也会感到费解为什么偏偏设计成这样?难道没有别的选择吗?这么设计有什么好处呢?如果是这样,作为经过了这一过程的标准化亲历者,作者也觉得是一个很大的遗憾。相反,如果今天的年轻读者能够通过这些技术选择过程批判地、客观地看待5G标准,在他们设计下一代系统(如6G)的时候,充分汲取5G标准化中的经验教训,有机会构思出更好的设计,那么作者在本书中的这些回顾、分析和总结工作就是很有意义的。由于具备这个特色,相信本书不仅可以作为5G研发人员在工作中查阅的一本工具书,而且可以成为对广大通信专业的高校教师、学生学习5G的较好的参考书。
本书共分为20章,除第1章概述之外,第2~14章可以看作对5G标准的基础、核心部分的介绍,这些内容主要是在3GPP R15版本中定义的,其核心还是针对eMBB应用场景,并为物联网业务提供了可扩展的技术基础。第15~19章介绍了在R16版本中定义的5G增强技术特性,包括URLLC、NR V2X、非授权频谱通信、终端节能等,很多是5G技术不可分割的必要部分。这也是本书并未在R15 5G标准完成的2019年出版,而是等到R16版本完成后的2020年出版的原因。正如前面提到的,5G相对4G等以前的移动通信系统的最大不同是增加了对各种物联网和垂直行业应用的支持。如果只介绍支持eMBB的R15,缺失了R16中的URLLC、NR V2X、非授权频谱通信等重要垂直技术,无疑是无法体现5G技术全貌的。在最后的第20章中,我们还简单介绍了R17版本中5G将要进一步增强的方向,以及我们对B5G和6G发展趋势的粗浅看法。
写在本书每一章开头的其他作者,都是作者在OPPO标准研究部的同事,他们都是各个技术领域的5G标准专家,其中很多人参加了4G LTE的标准化。在这里感谢他们为5G国际标准化做出的贡献。5G手机中的一部分硬件或软件设计(虽然可能只是很小一部分)也基于他们的创新和付出。同时,感谢OPPO产学研事务部的秦征、陈义旎、陈华芳为本书的出版做出的贡献。最后,还要感谢清华大学出版社的大力支持和高效工作,使本书能尽早与读者见面。
本书是基于作者的主观视角和有限学识对标准化讨论过程和结果的理解,观点难免有欠周全之处,敬请读者谅解,并提出宝贵意见。
第1章概述5G技术核心与增强:从R15到R16
作者
2020年8月

 

 

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