5G系統(tǒng)關鍵技術詳解

第 1章 5G系統(tǒng)新技術的概況 1
1．1 引言 2
1．2 云無線接入網(wǎng)絡 4
1．3 云計算和霧計算 5
1．4 非正交多址接入 5
1．5 靈活的物理層設計 7
1．6 大規(guī)模MIMO 8
1．7 全雙工通信 10
1．8 毫米波 12
1．9 移動數(shù)據(jù)分流、非授權(quán)頻段LTE和智能數(shù)據(jù)定價 13
1．10 IoT、M2M和D2D 15
1．11 無線資源管理、干擾緩解和緩存 16
1．12 能量收集通信 17
1．13 可視化光通信 19
第 1部分 5G系統(tǒng)通信網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)
第 2章 5G系統(tǒng)的云無線接入網(wǎng)絡 23
2．1 重新思考5G的基礎知識 24
2．2 用戶為中心的網(wǎng)絡 26
2．3 C-RAN基礎知識 26
2．4 下一代前傳接口用于5G C-RAN的FH解決方案 28
2．5 虛擬化C-RAN的概念證明驗證 32
2．5．1 數(shù)據(jù)分組 34
2．5．2 測試過程 34
2．5．3 測試結(jié)果 35
2．6 重新思考C-RAN的協(xié)議棧 36
2．6．1 動機 37
2．6．2 多級集中式和分布式協(xié)議棧 37
2．7 總結(jié) 41
第3章 云無線接入網(wǎng)絡的前向回傳感知設計 43
3．1 引言 44
3．2 前傳感知的協(xié)作傳輸和接收 46
3．2．1 上行鏈路 47
3．2．2 下行鏈路 52
3．3 前傳感知的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層 57
3．3．1 上行鏈路 59
3．3．2 下行鏈路 64
3．4 總結(jié) 68
第4章 移動邊緣計算 69
4．1 引言 70
4．2 移動邊緣計算 71
4．3 參考體系結(jié)構(gòu) 73
4．4 優(yōu)勢與應用場景 74
4．4．1 面向用戶的用例 74
4．4．2 面向運營商的用例 75
4．5 研究挑戰(zhàn) 76
4．5．1 計算分流 76
4．5．2 對計算資源的通信訪問 77
4．5．3 多資源調(diào)度 78
4．5．4 移動性管理 78
4．5．5 資源分配和定價 79
4．5．6 網(wǎng)絡功能虛擬化 79
4．5．7 安全與隱私 80
4．5．8 與新興技術的集成 81
4．6 總結(jié) 82
第5章 無線密集異構(gòu)網(wǎng)絡的分布式無線資源管理 83
5．1 引言 84
5．2 系統(tǒng)模型 85
5．2．1 SINR表達式 87
5．2．2 負載和成本函數(shù)表達式 87
5．3 聯(lián)合BSCSA/UECSA開關切換策略 88
5．3．1 策略選擇和信標傳輸 88
5．3．2 用戶關聯(lián) 89
5．3．3 信道分離算法 90
5．3．4 更新混合策略 92
5．4 計算機仿真 93
5．5 總結(jié) 96
第 2部分 物理層通信技術
第6章 適用于5G系統(tǒng)下的非正交多址（NOMA） 99
6．1 引言 101
6．2 單輸入單輸出（SISO）系統(tǒng)中的NOMA 103
6．2．1 NOMA的基礎知識 104
6．2．2 用戶配對對NOMA的影響 105
6．2．3 認知無線電對NOMA的啟發(fā) 108
6．3 在MIMO系統(tǒng)中運用的NOMA 112
6．3．1 MIMO-NOMA方案中的系統(tǒng)模型 113
6．3．2 有限CSIT預編碼矩陣的設計 115
6．3．3 理想CSIT預編碼矩陣的設計 117
6．4 總結(jié)和未來的方向 121
第7章 靈活的物理層設計 123
7．1 引言 124
7．2 廣義頻分復用 126
7．3 軟件定義波形 129
7．3．1 時域處理 129
7．3．2 實施架構(gòu) 130
7．4 GFDM接收機設計 132
7．4．1 同步單元 133
7．4．2 信道估計單元 135
7．4．3 多輸入多輸出廣義頻分復用檢測單元 136
7．5 總結(jié)和展望 138
第8章 分布式大規(guī)模MIMO在蜂窩網(wǎng)絡中的應用 139
8．1 引言 140
8．2 大規(guī)模MIMO基本原理 141
8．2．1 上行鏈路/下行鏈路信道模型 142
8．2．2 有利傳播 143
8．3 線性接收機在大規(guī)模MIMO上行鏈路中的性能 144
8．4 線性預編碼器在大規(guī)模MIMO下行鏈路中的性能 147
8．5 大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中的信道估計 147
8．5．1 上行鏈路傳輸 148
8．5．2 下行鏈路傳輸 149
8．6 大規(guī)模MIMO技術的應用 150
8．6．1 全雙工中繼與大規(guī)模天線陣列 150
8．6．2 聯(lián)合無線信息傳輸和能量傳輸?shù)姆植际酱笠?guī)模MIMO 153
8．7 未來開放式的研究方向 156
8．8 總結(jié) 157
第9章 5G網(wǎng)絡全雙工協(xié)議設計 159
9．1 引言 160
9．2 全雙工系統(tǒng)的基礎知識 161
9．2．1 帶內(nèi)全雙工工作模式 161
9．2．2 自干擾和同信道干擾 162
9．2．3 通信鏈路中的全雙工收發(fā)機 163
9．2．4 其他全雙工收發(fā)機的應用 166
9．3 全雙工協(xié)議設計 167
9．3．1 全雙工運行中的挑戰(zhàn)和機遇 167
9．3．2 5G網(wǎng)絡中的全雙工通信場景 168
9．4 全雙工協(xié)議分析 170
9．4．1 寬帶衰落信道中的操作模式 170
9．4．2 寬帶傳輸中的全雙工與半雙工 170
9．5 總結(jié) 172
9．5．1 未來的科學研究方向 172
9．5．2 商用5G網(wǎng)絡中的全雙工 172
第 10章 5G網(wǎng)絡的毫米波通信 175
10．1 動機與機遇 176
10．2 毫米波的無線傳輸 177
10．2．1 無線衰減 177
10．2．2 自由空間路徑損耗 179
10．2．3 嚴重的陰影衰落 180
10．2．4 毫米波信道模型 181
10．2．5 鏈路預算分析 182
10．3 波束賦形結(jié)構(gòu) 184
10．3．1 模擬波束賦形方案 184
10．3．2 混合波束賦形解決方案 188
10．3．3 低分辨率接收機結(jié)構(gòu) 189
10．4 信道采集技術 189
10．4．1 波束對齊的子空間采樣 190
10．4．2 壓縮信道估計技術 194
10．5 部署挑戰(zhàn)和應用 195
10．5．1 毫米波頻率下的EM接觸 195
10．5．2 異構(gòu)小區(qū)網(wǎng)絡 195
第 11章 無線網(wǎng)絡的干擾抑制技術 197
11．1 引言 198
11．2 5G場景下的干擾管理挑戰(zhàn) 199
11．2．1 5G的主要目標及其對干擾的影響 199
11．2．2 提高網(wǎng)絡效率和干擾抑制的技術 200
11．3 改善邊緣用戶體驗：多點協(xié)作 201
11．3．1 部署場景和網(wǎng)絡架構(gòu) 202
11．3．2 上行鏈路的CoMP技術 204
11．3．3 下行鏈路的CoMP技術 205
11．4 干擾對齊：利用信號空間維度 206
11．4．1 線性干擾對齊的概念 207
11．4．2 X信道 208
11．4．3 K用戶干擾信道和蜂窩網(wǎng)絡：漸近干擾對齊 209
11．4．4 干擾協(xié)作網(wǎng)絡 210
11．4．5 從IA到無線網(wǎng)絡容量限制 210
11．5 計算轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議：上行鏈路接收方的合作 211
11．5．1 CoF協(xié)議的編碼和解碼 211
11．5．2 可實現(xiàn)速率區(qū)域和整數(shù)方程選擇 213
11．5．3 CoF協(xié)議的優(yōu)點和挑戰(zhàn) 215
11．6 總結(jié) 216
第 12章 5G系統(tǒng)下的有限回程PHY緩存 217
12．1 引言 218
12．2 什么是PHY緩存 220
12．2．1 典型物理層拓撲 220
12．2．2 PHY緩存的基本組件 222
12．2．3 PHY緩存的好處 223
12．2．4 PHY緩存中的設計挑戰(zhàn)與解決方案 225
12．3 用于緩存無線網(wǎng)絡的DoF上界 227
12．3．1 緩存無線網(wǎng)絡的架構(gòu) 227
12．3．2 一般的緩存模型 228
12．3．3 緩存—輔助PHY傳輸模型 231
12．3．4 緩存無線網(wǎng)絡的DoF總和的上界 233
12．4 MDS編碼的PHY緩存和可實現(xiàn)的DoF 238
12．4．1 使用異步訪問的MDS編碼的PHY緩存 238
12．4．2 PHY中緩存—輔助的MIMO協(xié)作 240
12．4．3 使用異步訪問的MDS編碼PHY緩存的MIMO合作概率 241
12．4．4 用于緩存無線網(wǎng)絡的可實現(xiàn)DoF 243
12．5 最大化DoF的緩存內(nèi)容放置算法 244
12．6 封閉式DoF的分析和討論 246
12．6．1 內(nèi)容流行性模型和DoF增益的定義 247
12．6．2 漸進DoF增益與文件數(shù)量的關系 247
12．6．3 漸進DoF增益與用戶數(shù)量的關系 249
12．7 總結(jié)和未來的工作 249
第 13章 基于智能電網(wǎng)與再生能源供能的成本感知型蜂窩網(wǎng)絡 251
13．1 引言 252
13．2 蜂窩網(wǎng)絡中的供能和需求 254
13．3 能量協(xié)作 256
13．3．1 聚合器輔助下的能源交易 257
13．3．2 聚合器輔助下的能源共享 257
13．4 通信協(xié)作 258
13．4．1 自感知流量疏解 259
13．4．2 成本感知頻譜共享 260
13．4．3 成本感知多點協(xié)同（CoMP） 260
13．5 聯(lián)合能源和通信協(xié)作 261
13．5．1 聯(lián)合能源和頻譜共享 261
13．5．2 聯(lián)合能源協(xié)作和CoMP方案 262
13．5．3 研究實例 262
13．6 擴展和未來的方向 265
13．7 總結(jié) 266
第 14章 5G中的可見光通信研究 267
14．1 引言 268
14．2 光保真技術與可見光通信的差別 269
14．3 LiFi LED技術 271
14．4 LiFi Attocell網(wǎng)絡 272
14．4．1 光OFDM傳輸 273
14．4．2 信道模型 275
14．4．3 光源輸出功率 280
14．4．4 信號限幅 281
14．4．5 接收機噪聲 282
14．4．6 多址接入和空間復用方案 283
14．5 LiFi 毫微小區(qū)網(wǎng)絡的關鍵參數(shù)設置 283
14．5．1 共信道干擾最小化 284
14．5．2 最大化有用信號的強度 285
14．5．3 參數(shù)配置 286
14．6 LiFi毫微小區(qū)網(wǎng)絡中的信干噪比（SINR） 287
14．6．1 系統(tǒng)模型設定 288
14．6．2 六邊形小區(qū)部署 288
14．6．3 PPP小區(qū)部署 291
14．6．4 SINR的統(tǒng)計分析結(jié)果與討論 295
14．7 小區(qū)數(shù)據(jù)率和中斷概率 297
14．8 有限網(wǎng)絡和多徑效應下的網(wǎng)絡性能 301
14．9 實際小區(qū)部署場景 303
14．9．1 方形網(wǎng)絡 303
14．9．2 硬核點過程網(wǎng)絡 304
14．9．3 性能對比 304
14．10 LiFi毫微小區(qū)網(wǎng)絡與微小區(qū)網(wǎng)絡的對比 305
14．11 總結(jié) 307
第3部分 網(wǎng)絡協(xié)議、算法和設計
第 15章 大規(guī)模MIMO調(diào)度協(xié)議 311
15．1 引言 312
15．2 網(wǎng)絡模型和問題的描述 314
15．2．1 時間尺度 314
15．2．2 請求隊列和網(wǎng)絡實用性最大化 315
15．3 動態(tài)調(diào)度策略 318
15．3．1 DPP表達式 319
15．3．2 UE側(cè)的擁塞控制 320
15．3．3 UE側(cè)個體實用性的貪婪最大化 321
15．3．4 基站側(cè)的物理速率調(diào)度 321
15．4 策略性能 322
15．5 大規(guī)模MU-MIMO下的無線系統(tǒng)模型 324
15．5．1 大規(guī)模MIMO基站的物理速率 324
15．5．2 大規(guī)模MIMO基站的傳輸調(diào)度 327
15．6 數(shù)值實驗 328
15．7 總結(jié) 331
第 16章 異構(gòu)無線網(wǎng)絡的移動數(shù)據(jù)分流 333
16．1 引言 334
16．2 目前的標準化工作 335
16．2．1 接入網(wǎng)發(fā)現(xiàn)和選擇功能 335
16．2．2 熱點2．0 336
16．2．3 下一代熱點 337
16．2．4 無線資源管理 337
16．2．5 數(shù)據(jù)分流算法的設計考量 338
16．3 DAWN：延遲感知Wi-Fi分流和網(wǎng)絡選擇 338
16．3．1 系統(tǒng)模型 338
16．3．2 問題公式化 340
16．3．3 一般DAWN算法 341
16．3．4 閾值策略 344
16．3．5 性能估計 345
16．4 考慮能量-延遲權(quán)衡的數(shù)據(jù)分流 347
16．4．1 能量感知數(shù)據(jù)分流的背景 347
16．4．2 系統(tǒng)模型 348
16．4．3 問題公式化 350
16．4．4 能量感知網(wǎng)絡選擇和資源分配（ENSRA）算法 351
16．4．5 ENSRA的性能分析 352
16．4．6 性能評估 353
16．5 開放式問題 353
16．6 總結(jié) 354
第 17章 大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)的蜂窩 5G接入 355
17．1 引言 356
17．2 網(wǎng)絡接入中的IoT業(yè)務模式 357
17．3 適用于IoT的蜂窩接入特征 362
17．4 蜂窩接入?yún)f(xié)議概述 363
17．4．1 一級接入 364
17．4．2 二級接入 365
17．4．3 周期報告 365
17．4．4 案例研究：LTE連接建立 366
17．5 5G系統(tǒng)一級接入的性能提高 368
17．6 5G系統(tǒng)的可靠二級接入 369
17．7 5G系統(tǒng)的可靠周期報告接入 370
17．8 物聯(lián)網(wǎng)的新興技術 371
17．8．1 LTE-M：適用于機器的LTE 372
17．8．2 窄帶物聯(lián)網(wǎng)：低成本物聯(lián)網(wǎng)的3GPP方法 373
17．8．3 擴展覆蓋的GSM：IoT的GSM的演進 373
17．9 總結(jié) 374
第 18章 M2M的介質(zhì)訪問控制、資源管理和擁塞控制 375
18．1 引言 376
18．2 M2M通信架構(gòu) 377
18．2．1 M2M通信的WLAN架構(gòu) 377
18．2．2 M2M通信的蜂窩無線接入網(wǎng)絡 378
18．2．3 M2M通信的異構(gòu)云無線接入網(wǎng)絡 380
18．2．4 M2M通信的FogNet架構(gòu) 382
18．3 M2M通信的MAC設計 382
18．3．1 H-CRAN中基于分組的M2M的MAC 383
18．3．2 FogNet/WLAN中基于訪問類型限制的M2M的MAC 384
18．3．3 基于隨機退避的M2M的MAC 386
18．3．4 低功耗/低復雜度機器的協(xié)調(diào)M2M的MAC 386
18．4 擁塞控制和低復雜度/低吞吐量大規(guī)模M2M通信 390
18．4．1 基于ACB的M2M的MAC中的擁塞控制 390
18．4．2 大規(guī)模MTC和低復雜度/低吞吐量的IoT通信 391
18．5 總結(jié) 394
第 19章 在異構(gòu)網(wǎng)絡中基于能量收集的D2D通信 395
19．1 引言 396
19．2 能量收集的異構(gòu)網(wǎng)絡 398
19．2．1 能量收集區(qū)域 399
19．2．2 能量收集過程和UE中繼分布 400
19．2．3 傳輸模式選擇和中斷概率 401
19．3 數(shù)值分析與討論 405
19．4 總結(jié) 407
第 20章 非授權(quán)頻段的LTE：概述和分布式共存設計 409
20．1 動機 410
20．1．1 更好的網(wǎng)絡性能 413
20．1．2 增強的用戶體驗 413
20．1．3 統(tǒng)一的LTE網(wǎng)絡架構(gòu) 413
20．1．4 與Wi-Fi平等共存 413
20．2 非授權(quán)頻段LTE中的共存問題 414
20．3 非授權(quán)頻段LTE的分布式資源分配應用 416
20．3．1 匹配理論框架 416
20．3．2 靜態(tài)資源分配：學生-項目分配匹配 418
20．3．3 動態(tài)資源分配：匹配穩(wěn)定性的隨機路徑 423
20．4 總結(jié) 429
第 21章 毫米波網(wǎng)絡調(diào)度 431
21．1 引言 432
21．2 背景 433
21．2．1 毫米波網(wǎng)絡的復用技術 433
21．2．2 定向天線 433
21．2．3 網(wǎng)絡架構(gòu) 434
21．3 獨有區(qū)域 434
21．3．1 情況1：全向天線到全向天線 436
21．3．2 情況2：定向天線到全向天線 437
21．3．3 情況3：全向天線到定向天線 437
21．3．4 情況4：定向天線到定向天線 438
21．4 REX：隨機獨立區(qū)域調(diào)度器 438
21．5 使用REX估算并發(fā)傳輸?shù)钠骄鶖?shù) 439
21．5．1 情況1：全向天線到全向天線 441
21．5．2 情況2：定向天線到全向天線 441
21．5．3 情況3：全向天線到定向天線 441
21．5．4 情況4：定向天線到定向天線 442
21．5．5 邊緣效應 442
21．6 性能評估 442
21．6．1 空間復用增益 443
21．6．2 公平性 444
21．7 未來討論 445
21．7．1 快衰落 445
21．7．2 陰影效應 445
21．7．3 三維網(wǎng)絡 446
21．7．4 分布式媒體訪問 446
21．7．5 混合媒體訪問 447
21．7．6 最優(yōu)調(diào)度 447
21．8 總結(jié) 448
第 22章 5G系統(tǒng)中的智能數(shù)據(jù)定價 449
22．1 引言 450
22．2 智能數(shù)據(jù)定價 454
22．2．1 ISP如何為數(shù)據(jù)收費 454
22．2．2 ISP應該為數(shù)據(jù)收費 455
22．2．3 ISP應負責什么 456
22．3 交易手機數(shù)據(jù) 457
22．3．1 數(shù)據(jù)拍賣相關工作 458
22．3．2 建模用戶和ISP行為 458
22．3．3 用戶和ISP的優(yōu)點 459
22．4 贊助移動數(shù)據(jù) 461
22．4．1 建模內(nèi)容提供者的行為 461
22．4．2 贊助數(shù)據(jù)的影響 462
22．5 卸載移動數(shù)據(jù) 464
22．5．1 用戶采用和示例場景 464
22．5．2 最佳ISP行為 465
22．6 未來方向 466
22．6．1 容量擴展和新的補充網(wǎng)絡 466
22．6．2 兩年合同與基于使用的定價 467
22．6．3 激勵霧計算 467
22．7 總結(jié) 468
參考文獻 469




系統(tǒng)關鍵技術詳解
目錄
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