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| 編輯推薦： |
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本书将帮助学习者建立空时无线信道的系统理念，既有最基本的信道分析，又与国内外先进技术紧密衔接，对于读者把握5G通信信道特点大有裨益。本书涵盖5G系统关键技术，信道模型，空时无线信道关键技术，天线和分集接收等内容，帮助读者建立理论知识框架和结构，结合实践获得设计和分析复杂的无线通信系统所需要的技能。本书内容由浅入深，对于本科生，研究生或是无线通信领域的专业人士，这本书将是尽快了解无线通信信道不可或缺的帮手。
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| 內容簡介： |
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本书系统介绍5G通信的新技术和新特点。本书以云计算、空时无线信道、高频波段分析、多载波调制等新型关键技术及功率控制和资源分配等问题为重点。全书共10章，主要内容包括5G系统关键技术、传统信道、MIMO无线信道、信号结构设计和容量分析、MIMO功率控制、天线和分集接收、物理层关键技术、能效分析和设计、网络接入层关键技术、全球5G终端发展现状。 本书适合作为电子信息大类、计算机大类、自动控制大类研究生和高年级本科生相关课程教材，也可供电信行业技术人员阅读参考。
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| 目錄：
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第1章5G系统关键技术1
1.1ITU 5G需求制定1
1.1.1云计算5
1.1.2雾计算10
1.2软件定义网络12
1.3移动边缘计算14
1.4网络切片技术17
1.4.1核心网网络切片关键技术20
1.4.2接入网切片技术20
1.4.3传输网切片21
1.4.4网络切片标准21
1.4.5切片分组网21
1.5物理层无线技术设计23
1.5.15GNR设计架构及关键技术23
1.5.25G新空口30
1.5.3NOMA30
1.5.4SCMA32
1.5.5FBMC34
1.5.6GFDM39
1.5.7Polar码41
1.5.8LDPC码42
1.5.9多用户和大规模MIMO42
1.5.10毫米波44
1.5.11天线规模设计44
1.5.12数据加扰45
1.5.135GNR物理层关键技术46
1.6认知无线电频谱共享50
1.6.1异构认知无线电网络频谱共享模式51
1.6.2时域突发性频段的频谱预测技术研究52〖3〗5G通信系统目录〖3〗1.7高频段天线设计53
1.8网络覆盖增强技术57
1.8.1UAV无人机覆盖增强57
1.8.2UAV半双工中继覆盖增强59
1.8.3UAV全双工中继覆盖增强60
1.9超密集组网60
1.9.1技术原理60
1.9.2超密集组网宏基站加微基站部署模式62
1.9.3超密集组网微基站加微基站部署模式62
1.9.4异构网络62
1.10以用户为中心的网络设计63
1.11绿色资源分配64
1.12全双工64
1.13D2D通信65
1.14无线传感器网络68
1.155G光通信70
1.16安全传输74
1.175G基站管理74
1.17.15G基站设备变化74
1.17.2基站功能的变化75
1.17.35G承载网规划基本原则78
第2章传统信道79
2.1采样定理79
2.1.1低通采样定理80
2.1.2带通采样定理83
2.2阴影衰落和多径信道85
2.2.1路径损耗和阴影效应87
2.2.2两径传播模型87
2.3大尺度和小尺度衰落89
2.4均匀和非均匀平面波89
2.5信道时间、频率、空间描述和选择性衰落91
2.5.1时间色散与频率选择性91
2.5.2均方根时延扩展91
2.5.3频率色散与时间选择性93
2.5.4两径模型的相干时间、相干带宽和相干时频间隔96
2.5.5空间选择性99
2.6信道模型的对偶性原理100
2.7信道二阶统计量101
2.7.1衰落速率方差101
2.7.2时域电平交叉率和平均衰落持续时间103
2.8信道包络统计特性104
第3章MIMO无线信道107
3.1预备知识107
3.1.1随机本地信道模型107
3.1.2随机相位107
3.1.3其他随机量108
3.1.4随机相位模型108
3.1.5傅里叶变换109
3.1.6自相关函数110
3.1.7非均匀散射110
3.1.8SLAC模型的功率谱密度函数111
3.1.9信号基带表达111
3.2MIMO信道建模概述115
3.3统计MIMO信道建模117
3.3.1MIMO信道模型与统计建模方法概述117
3.3.2模型的一般描述118
3.3.3相关性建模的一种等效形式120
3.3.4LoS信道矩阵121
3.3.5发射天线与接收天线的空间相关性121
3.3.6信道的相关性和功率谱密度122
3.4信道联合统计量125
3.4.1联合自相关函数与频谱126
3.4.2时频变换映射127
3.4.3空频变换映射128
3.4.4完备的变换映射129
3.5角度谱130
3.5.1向量和标量空间130
3.5.2波向量的标量化131
3.5.3角度谱的概念132
3.5.4角度至波数的映射134
3.5.5水平传播134
3.5.6角度谱的总结136
3.6MIMO信道容量137
3.6.1点对点MIMO信道容量137
3.6.2多用户MIMO138
3.6.3大规模MIMO139
3.6.4信道时变性141
3.7大规模MIMO传输信道141
3.7.1确定性信道141
3.7.2信道正交和随机信道143
3.7.3有限维信道149
第4章信号结构设计和容量分析150
4.1TDD相干时频间隔结构150
4.2OFDM相干时频间隔结构151
4.3归一化信号模型和信噪比153
4.4多个基站天线和多个终端154
4.4.1单小区系统154
4.4.2多小区系统155
4.5容量上限作为性能指标157
4.5.1加性高斯噪声确定性信道157
4.5.2加性非高斯噪声确定性信道158
4.5.3加性高斯噪声且接收机对CSI有完美估计的衰落信道158
4.5.4加性非高斯噪声且接收机没有CSI估计信息的衰落信道159
4.5.5加性非高斯噪声且有边信息的衰落信道159
4.6MIMO单小区系统关键技术160
4.6.1上行导频和信道估计160
4.6.2上行数据传输162
4.6.3下行链路数据传输167
4.6.4SINR的扩展规律与上界172
4.6.5M>>K时线性处理的近似最优性173
4.6.6净频谱效率174
4.6.7限制因素: 天线数量和移动性175
4.7多小区系统178
4.7.1上行导频和信道估计179
4.7.2上行数据传输179
4.7.3下行数据传输183
4.7.4问题讨论186
第5章MIMO功率控制188
5.1功率控制准则188
5.2给定SINR目标的功率控制189
5.2.1单小区系统189
5.2.2多小区系统190
5.3最大最小公平功率控制190
5.3.1单小区系统中的最大最小公平功率控制190
5.3.2具有网络范围最大最小公平性的多小区系统193
5.3.3可忽略相干干扰和全功率的每小区功率控制193
5.3.4一致优良的服务196
5.4案例研究197
5.4.1单小区案例: 农村固定宽带接入197
5.4.2所需天线数和发射功率199
5.4.3最小公平功率控制政策分析200
5.4.4多小区分配算法201
5.4.5导频分配和所需导频长度202
5.4.6考虑相干干扰的每小区最大最小功率控制策略202
5.4.7多小区案例: 密集城市和郊区移动接入204
5.4.8最低每终端吞吐量性能204
第6章天线和分集接收209
6.1天线发展历史209
6.2天线参数212
6.2.1带宽212
6.2.2天线效率212
6.2.3阵列增益212
6.2.4分集增益212
6.3分集213
6.4合并技术214
6.4.1增益合并214
6.4.2增益合并输出的信号包络216
6.4.3开关式合并217
6.4.4二支路示例218
6.5误码率和容量219
6.5.1非衰落信道的误码率219
6.5.2衰落信道中的误码率221
6.5.3衰落信道的信道容量222
6.5.4经验误码率和容量223
6.5.5多支路情况的分集增益223
6.5.6关于分集中支路的说明224
6.5.7关于分集中不等支路功率的说明226
6.65G混合波束赋形相控阵系统228
6.6.1模拟多波束系统架构229
6.6.2全数字波束赋形系统架构230
6.6.3混合数字模拟波束赋形系统架构230
6.6.4相控阵列移相网络架构分析231
6.7MIMO阵列天线233
6.7.1毫米波金属渐变缝隙天线阵列234
6.7.2基于特征模理论的5G终端MIMO阵列天线设计237
第7章物理层关键技术239
7.1MCDSCDMA241
7.2MCCDMA242
7.2.1原始模式MCCDMA242
7.2.2改进模式MCCDMA243
7.2.3一种采用时频码的MCCDMA244
7.2.4可变扩频增益MCCDMA的模型245
7.2.5MCSSMA245
7.2.6MCCDMA的频谱效率247
7.2.7MCCDMA中存在的关键问题249
7.3MCCDMA信道及估计250
7.3.1MCCDMA的信道模型250
7.3.2MCCDMA信道估计252
7.3.3马尔可夫模型对应的自适应方法257
7.4仿真产生的相关瑞利变量259
7.5NOMA概述260
7.5.1移动通信中功率分配的意义261
7.5.2NOMA原理261
7.6NOMA系统资源调度262
7.6.1用户选择262
7.6.2功率分配264
7.7NOMA中基于最大化吞吐量功率分配265
7.7.1最大化吞吐量的功率分配优化问题266
7.7.2用户的最低功率267
7.7.3最大化总吞吐量的功率分配268
7.8毫米波和太赫兹技术270
7.8.1概述270
7.8.2毫米波和太赫兹频段的应用274
7.8.3基于时空SigmaDelta理论的多端口阵列收发器体系结构278
7.8.4低尺寸、低重量和低功率的新型宽带多波束形成器281
7.8.5100GHz以上频段281
7.8.6100GHz以上信道的特性282
7.8.728GHz、73GHz和142GHz的信道特性比较284
7.8.8100GHz以上的散射290
7.8.9毫米波和太赫兹频段的用户定位293
7.8.10空间统计通道建模295
第8章能效分析和设计297
8.1背景知识297
8.2发射功率消耗298
8.3能源效率301
8.4电路功耗模型308
8.4.1收发设备309
8.4.2编码和解码309
8.4.3回传309
8.4.4信道估计310
8.4.5接收组合和传输预编码310
8.4.6将CP与不同的组合/预编码处理方案比较312
8.5能源效率和吞吐量的权衡315
8.6最大能源效率网络设计319
8.7绿色能源传输321
8.7.1面向绿色通信的基站休眠策略321
8.7.2随机休眠策略322
8.7.3智能的基站切换策略322
8.7.4面向绿色通信的资源管理322
第9章网络接入层关键技术324
9.1计算机网络与分层324
9.1.1协议324
9.1.2IP地址326
9.1.3ICMP327
9.1.4MAC地址328
9.2自适应灵活资源分配329
9.2.1移动边缘计算中的资源联合优化329
9.2.2MEC系统中的资源智能分配330
9.2.35G网络中的多维资源联合管理331
9.2.45G网络切片虚拟资源管理333
9.3能量效率最优跨层调度335
9.3.1移动WiMAX网络中的跨层优化335
9.3.2认知频谱共享跨层设计335
9.3.3无线网络跨层设计337
9.4不同服务质量的管理341
9.4.1WiMAX关键QoS参数341
9.4.25G QoS343
9.4.3QoS特性349
9.4.4反射QoS349
9.4.5包过滤器集349
9.5无线安全传输349
9.5.1无线接入安全性分析349
9.5.2无线传感器网络安全350
9.5.3移动边缘计算安全352
9.6异构网络354
第10章全球5G终端发展现状357
10.15G终端产业发展预期357
10.25G频谱使用358
10.35G趋势和挑战359
10.4中兴通讯5G建设359
10.4.1中兴通讯5G网络智能化359
10.4.25G网络智能化需求分析360
10.4.35G网络智能化总体方案361
10.4.45G网络智能化应用362
10.4.5网元智能363
10.4.6预测智能365
10.4.7运维智能366
10.4.8边缘智能369
10.4.9端到端切片智能部署373
10.4.10端到端切片智能保障374
10.4.11端到端切片智能运营375
10.4.12展望375
10.5华为5G网络规划376
10.5.15G无线网络未来的主要应用376
10.5.25G无线网络规划面临的挑战376
10.5.3新传媒行业378
10.5.4新闻活动报道383
10.5.5展会视频直播演示383
10.5.6体育赛事的视频直播385
附录A通信系统常用缩略语389
参考文献399
致谢401
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为适应新时期研究生教学形势，更好地将最新技术贯穿于课堂教学中，特撰写《5G通信系统》一书。
移动通信的迅猛发展带动了中国经济的极大提升，满足了人们对美好生活的不断向往。在中国，从第一代到第五代移动通信发展仅用了不到30年的时间，在物理层、网络层、应用层的技术管理上都发生了很大的变化。国内外很多高校、企业和政府都在致力于移动通信各个层面的进步和容量提升。由于无线频谱的有限性，使得频谱资源管理成为很重要的一个分支。同时由于电磁辐射对人的不良影响，人们也在探讨各种功率消耗少、传输效率高的算法。
第五代移动通信(5G)比前几代通信具有智能化、大吞吐量、贴近生活等重要特征。
本书系统地介绍第五代移动通信的国际发展和国内应用，深入阐述物理层及应用层可能采用的5G技术。全书共10章。
第1章概略介绍5G系统关键技术，包括ITU 5G需求的制定、软件定义网络、移动边缘计算、网络切片技术、物理层无线技术设计、认知无线电频谱共享、高频段天线设计、网络覆盖增强技术、超密集组网、以用户为中心的网络设计、绿色资源分配、全双工、D2D通信、无线传感器网络、5G光通信、安全传输及5G基站管理等。
第2章介绍传统信道，包括采样定理、阴影衰落和多径信道、大尺度和小尺度衰落、均匀和非均匀平面波、信道时间/频率/空间描述和选择性衰落、信道模型的对偶性原理、信道二阶统计量、信道包络统计特性等。
第3章介绍MIMO无线信道，包括统计MIMO信道建模、信道联合统计量、角度谱、MIMO信道容量、大规模MIMO传播信道等。
第4章介绍信号结构设计和容量分析，包括TDD相干时频间隔结构、OFDM相干时频间隔结构、归一化信号模型和信噪比、多个基站天线和多个终端、容量上限作为性能指标、MIMO单小区系统关键技术和多小区系统等。
第5章介绍MIMO功率控制，包括功率控制准则、给定SINR目标的功率控制、最大最小公平功率控制及案例研究。
第6章介绍天线和分集接收，包括天线发展历史、天线参数、分集、合并技术、误码率和容量、5G混合波束赋形相控阵系统和MIMO阵列天线。第7章介绍物理层关键技术，包括MCDSCDMA、MCCDMA，NOMA、毫米波和太赫兹技术。
第8章介绍能效分析和设计，包括发射功率消耗、能源效率、电路功耗模型、能源效率和吞吐量的权衡、最大能源效率网络设计和绿色能源传输。
第9章介绍网络接入层关键技术，包括计算机网络与分层、自适应灵活资源分配、能量效率最优跨层调度、不同服务质量的管理、无线安全传输和异构网络。
第10章介绍全球5G终端发展现状，包括5G终端产业发展预期、5G频谱使用、5G趋势和挑战、中兴通讯5G建设和华为5G网络规划。
本书适合研究生、高年级本科生和广大通信爱好者阅读，也可作为教学参考书使用。
本书得到西安电子科技大学研究生院课程思政教学改革项目的支持。限于编者水平，书中不足之处在所难免，希望读者和同行不吝指正。
栾英姿2023年7月
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