5G：開啟未來無線通信創(chuàng)新之路

第1章　5G簡介：無線網(wǎng)關鍵技術1
1.1 為什么需要5G1
1.2 什么是5G6
1.3 5G的應用8
1.4 5G標準化9
1.5 5G的挑戰(zhàn)10
1.6 5G網(wǎng)絡關鍵技術12
1.6.1 大規(guī)模天線陣列（Massive MIMO）技術14
1.6.2 新型多址技術15
1.6.3 新型波形技術17
1.6.4 全頻譜接入：毫米波技術19
1.6.5 基于軌道角度動量的傳輸技術20
1.7 小結(jié)21
參考文獻21
第2章　大規(guī)模天線陣列系統(tǒng)23
2.1 大MIMO系統(tǒng)的優(yōu)勢24
2.2 大維度下的信道硬化25
2.3 技術挑戰(zhàn)和解決方法28
2.3.1 獨立空間維度的有效性28
2.3.2 大量天線和RF鏈路的放置29
2.3.3 低復雜度的大MIMO信號處理30
2.3.4 多小區(qū)操作32
參考文獻33
第3章　大MIMO系統(tǒng)的編碼與檢測34
3.1 空間復用35
3.2 空時編碼36
3.2.1 空時分組碼37
3.2.2 高碼率NO-STBC39
3.2.3 基于循環(huán)可除代數(shù)（Cyclic Division Algebras，CDA）的
NO-STBC39
3.3 空間調(diào)制41
3.3.1 SM機制41
3.3.2 SSK42
3.3.3 GSM43
3.4 大MIMO系統(tǒng)信號檢測48
3.5 系統(tǒng)模型51
3.6 最優(yōu)檢測52
3.7 線性檢測53
3.7.1 MF檢測器53
3.7.2 ZF檢測器54
3.7.3 MMSE檢測器55
3.8 干擾抵消56
3.8.1 V-BLAST檢測器56
3.9 LR輔助的線性檢測58
3.9.1 LR輔助的檢測58
3.9.2 SA算法59
3.10 球譯碼64
3.10.1 算法65
參考文獻69
第4章　大MIMO系統(tǒng)信道模型70
4.1 分析信道模型71
4.1.1 基于空間相關的信道模型71
4.1.2 基于傳播的信道模型75
4.2 空間相關對大MIMO性能的影響79
4.2.1 針孔效應81
4.2.2 空間相關對局部搜索檢測器性能的影響81
4.3 信道模型標準化84
4.3.1 IEEE 802.11 WiFi模型86
4.3.2 3GPP LTE模型87
4.4 大MIMO系統(tǒng)測量活動89
4.4.1 12×15MIMO室內(nèi)測量89
4.4.2 16×16MIMO都市室外測量90
4.4.3 32×64室內(nèi)測量91
4.4.4 16×16室內(nèi)測量91
4.4.5 16×32室內(nèi)測量91
4.4.6 24×24和36×36MIMO立方體92
4.4.7 8×16室外到室內(nèi)測量93
4.4.8 128天線陣列的測量94
4.5 緊湊天線陣列95
4.5.1 PIFA96
4.5.2 PIFA作為陣元的緊湊天線陣列98
4.5.3 MIMO立方體98
參考文獻100
第5章　非正交多用戶疊加與共享多址技術101
5.1 引言101
5.2 非正交多用戶多址技術的基本原理和特征102
5.2.1 非正交多用戶疊加改善頻譜效率102
5.2.2 非正交多用戶多址技術支持大連接105
5.3 下行非正交多用戶傳輸107
5.3.1 無Gray映射的直接疊加107
5.3.2 具有Gray映射的疊加108
5.4 上行非正交多址技術117
5.4.1 LDS-CDMA/OFDM118
5.4.2 SCMA119
5.4.3 MUSA122
5.4.4 PDMA129
參考文獻131
第6章　非正交多址（NOMA）概念與設計133
6.1 引言133
6.2 NOMA概念134
6.2.1 下行NOMA134
6.2.2 上行NOMA137
6.3 NOMA優(yōu)勢和驅(qū)動力139
6.4 NOMA接口設計140
6.4.1 下行NOMA140
6.4.2 上行NOMA142
6.5 對MIMO的支持145
6.5.1 下行NOMA145
6.5.2 上行NOMA148
6.6 NOMA性能評估150
6.6.1 下行NOMA150
6.6.2 上行NOMA157
6.7 小結(jié)162
參考文獻163
第7章　5G中的新波形技術165
7.1 新波形165
7.1.1 濾波器組多載波（Filter Bank Multi Carrier，F(xiàn)BMC）166
7.1.2 通用濾波多載波（Universal Filtered Multi Carrier，UFMC）174
7.1.3 通用頻分復用（Generalized Frequency-Division
Multiplexing，GFDM）177
7.1.4 濾波OFDM（Filtered OFDM，f-OFDM）181
7.2 新調(diào)制183
7.2.1 頻率正交幅度調(diào)制（Frequency and Quadrature
Amplitude Modulation，F(xiàn)QAM）184
7.3 超奈奎斯特通信（Faster Than Nyquist，F(xiàn)TN）185
7.4 無線完全雙工技術189
參考文獻191
第8章　靈活支持5G物理層的新波形：GFDM192
8.1 5G應用場景對靈活波形的需求194
8.1.1 比特管道通信195
8.1.2 物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）196
8.1.3 觸摸因特網(wǎng)196
8.1.4 無線區(qū)域網(wǎng)（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的矩陣表示200
8.2.3 連續(xù)干擾消除（Successive Interference Cancellation，SIC）205
8.2.4 使用Zak變換的接收濾波器設計206
8.2.5 低OOB輻射的解決方案210
8.2.6 GFDM符號差錯率性能分析214
8.3 GFDM的偏置QAM221
8.3.1 時域OQAM-GFDM222
8.3.2 頻域OQAM-GFDM225
8.4 使用預編碼的增強靈活性226
8.4.1 每個子載波的GFDM處理226
8.4.2 每個子符號的GFDM處理228
8.4.3 GFDM的預編碼229
8.5 GFDM的發(fā)射分集233
8.5.1 時間反向STC-GFDM234
8.5.2 全面線性均衡器（Widely Linear Equalizer，WLE）
STC-GFDM240
8.6 支持LTE資源柵格的GFDM參數(shù)化246
8.6.1 LTE時頻資源柵格246
8.6.2 支持LTE時頻柵格的GFDM參數(shù)247
8.6.3 GFDM信號與LTE信號的共存249
8.7 GFDM作為框架支持各種波形250
8.8 小結(jié)255
參考文獻255
第9章　基于毫米波通信的網(wǎng)絡架構(gòu)、模型和性能257
9.1 引言257
9.2 頻譜258
9.3 波束跟蹤261
9.4 具有角度變量的信道模型263
9.5 UAB網(wǎng)絡架構(gòu)268
9.5.1 以負荷為中心的回傳（Load-Centric Backhauling，LCB）269
9.5.2 多頻傳輸架構(gòu)272
9.6 系統(tǒng)容量273
9.6.1 MIMO預編碼273
9.6.2 性能評估275
參考文獻276
第10章　毫米波無線傳播特征278
10.1 引言278
10.2 傳播特性279
10.2.1 高方向性279
10.2.2 噪聲受限的無線系統(tǒng)281
10.3 傳播模型和參數(shù)283
10.3.1 路徑衰耗模型283
10.3.2 毫米波特定衰耗因子285
10.4 鏈路預算分析288
10.4.1 基于香農(nóng)容量的計算288
10.4.2 60GHz毫米波基于IEEE 802.11ad基帶參數(shù)的計算289
10.5 小結(jié)295
參考文獻295
第11章　室外環(huán)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 自由空間傳播300
11.2.2 大尺度衰落301
11.2.3 小尺度衰落308
11.2.4 車載環(huán)境下的毫米波特性310
11.3 毫米波傳播模型312
11.3.1 基于幾何的隨機信道模型312
11.3.2 封閉自由空間參考路徑衰耗模型313
11.3.3 射線跟蹤仿真模型316
參考文獻316
第12章　基于軌道角度動量（OAM）的無線通信318
12.1 承載OAM的EM波318
12.2 OAM到RF通信的應用320
12.3 OAM波束的產(chǎn)生、復用和檢測322
12.3.1 OAM波束的產(chǎn)生和檢測322
12.3.2 OAM波束的復用和解復用324
12.4 使用OAM復用的無線通信326
12.4.1 使用高斯波束和OAM波束的無線通信326
12.4.2 使用OAM和極化復用的32Gb/s毫米波通信326
12.4.3 空間復用和OAM復用組合的16Gb/s毫米波通信328
12.4.4 OMA信道的多徑效應332
12.4.5 基于貝塞爾波束的OAM通信338
參考文獻341