5G移动通信系统设计与标准详解

第1章 5G发展概述 001

1.1　移动通信系统进展　001

1.1.1　移动通信技术发展回顾　001

1.1.2　5G发展趋势和驱动力　006

1.1.3　5G愿景　007

1.2　5G系统需求与性能指标　009

1.2.1　5G面临的需求和挑战　009

1.2.2　5G系统的性能指标　010

1.3　5G系统无线传输技术　012

1.4　小结　014

参考文献　014

第2章　系统架构与标准体系　016

2.1　5G标准化发展历程　016

2.1.1　ITU的5G标准化情况　016

2.1.2　3GPP的5G标准化情况　018

2.2　5G系统网络架构与功能划分　020

2.2.1　5G系统网络架构　020

2.2.2　5G网络功能划分　023

2.3　无线接口协议栈　025

2.3.1　物理层协议功能　026

2.3.2　数据链路层协议功能　027

2.3.3　RRC层协议功能　032

2.4　NR协议规范　032

2.5　小结　038

参考文献　038



第3章　5G接入网架构和接口　040

3.1　概述　040

3.2　5G接入网架构　041

3.2.1　NG-RAN架构　041

3.2.2　5G网络部署　044

3.3　NG-RAN接口模型　045

3.4　小结　047

参考文献　047

第4章　帧结构与物理信道　049

4.1　概述　049

4.2　波形和参数集设计　051

4.3　时频资源　054

4.3.1　时域资源的定义　054

4.3.2　频域资源的定义　056

4.4　物理信道和信号　058

4.4.1　物理信号　058

4.4.2　物理信道　063

4.5　小结　070

参考文献　070

第5章　系统初始接入与移动性管理设计　072

5.1　概述　072

5.2　NR同步块　074

5.2.1　SSB突发集　074

5.2.2　SSB突发集及SSB的结构　075

5.2.3　时间同步　076

5.2.4　SSB在半无线帧中的位置　076

5.2.5　SSB传输配置　078

5.2.6　实际传输SSB的指示　079

5.2.7　同步信号设计　080

5.3　PBCH传输　081

5.3.1　PBCH内容　082

5.3.2　PBCH传输过程　083

5.3.3　PBCH有效载荷　083

5.3.4　*次加扰　083

5.3.5　PBCH传输块的信道编码和速率匹配　084

5.3.6　第二次加扰和调制　084

5.3.7　PBCH专用参考信号　085

5.4　广播信号传输　085

5.4.1　小区定义SSB和非小区定义SSB　086

5.4.2　SSB和CORESET#0的复用模式　087

5.4.3　CORESET#0配置的设计方法　089

5.4.4　NR所支持的CORESET#0配置　090

5.4.5　复用模式1的Type0-PDCCH公共搜索空间　093

5.4.6　复用模式2和模式3的Type0-PDCCH公共搜索空间　094

5.4.7　广播系统信息与SSB的QCL关系　095

5.4.8　NCD-SSB所携带的搜索CD-SSB信息　096

5.4.9　其他系统信息传递　096

5.5　随机接入设计　096

5.5.1　随机接入过程　097

5.5.2　随机接入Preamble格式　099

5.5.3　PRACH时频资源配置　104

5.5.4　多波束接入过程设计　106

5.6　寻呼信道设计　111

5.6.1　寻呼方法　112

5.6.2　寻呼控制资源集和寻呼监听时机　112

5.6.3　寻呼消息的传输　112

5.6.4　寻呼PDCCH/PDSCH的接收假设　113

5.7　移动性管理　113

5.7.1　移动性管理参考信号　113

5.7.2　基于SSB的RRM测量参数　114

5.7.3　基于CSI-RS的RRM测量参数　116

5.7.4　邻小区CSI-RS测量方法　116

5.7.5　无线链路监测　117

5.8　小结　119

参考文献　121

第6章　控制信道设计与资源调度　123

6.1　概述　123

6.2　下行控制信道　124

6.2.1　信道结构　124

6.2.2　传输方案　128

6.2.3　搜索空间设计　130

6.2.4　控制信息内容与格式　133

6.2.5　组公共控制信道设计　134

6.3　上行控制信道　139

6.3.1　PUCCH传输方案　139

6.3.2　PUCCH格式　140

6.3.3　PUCCH资源分配　147

6.3.4　上行控制信息传输　150

6.4　资源分配和调度　167

6.4.1　传输块大小设计　167

6.4.2　资源分配　169

6.4.3　调度设计　173

6.4.4　免调度传输　175

6.4.5　CQI和MCS　177

6.4.6　CBG传输　177

6.4.7　HARQ和Buffer管理　179

6.5　速率匹配　179

6.5.1　RB-符号级速率匹配　180

6.5.2　对LTE CRS的速率匹配　182

6.5.3　零功率CSI-RS（ZP CSI-RS）　183

6.6　小结　183

参考文献　183

第7章　大规模多天线传输　185

7.1　概述　185

7.2　多天线传输方案　188

7.2.1　下行传输方案　188

7.2.2　上行传输方案　193

7.3　参考信号　193

7.3.1　解调参考信号（DM-RS）　194

7.3.2　信道状态信息参考信号（CSI-RS）　198

7.3.3　相位跟踪参考信号（PT-RS）　208

7.3.4　上行探测参考信号（SRS）　214

7.4　信道状态信息反馈　219

7.4.1　框架设计　219

7.4.2　码本设计　223

7.4.3　测量机制　239

7.4.4　反馈机制　241

7.4.5　信道互易性　246

7.5　模拟波束管理　247

7.5.1　波束管理过程　248

7.5.2　波束测量和波束上报　249

7.5.3　波束指示　253

7.5.4　波束失效恢复过程　255

7.6　上行多天线技术　259

7.6.1　基于码本的传输方案　259

7.6.2　非码本传输方案　265

7.7　准共站址（QCL）　268

7.7.1　QCL的定义　268

7.7.2　QCL关系配置　270

7.7.3　参考信号间的QCL关系　272

7.8　小结　274

参考文献　274

第8章　信道编码设计　276

8.1　概述　276

8.2　LDPC编码方案　277

8.2.1　LDPC码的基本原理　277

8.2.2　NR LDPC码的设计　279

8.2.3　循环冗余校验比特添加　292

8.2.4　码块分段　293

8.2.5　速率匹配　295

8.2.6　交织器　296

8.3　Polar码的编码方案　298

8.3.1　Polar码的基本原理　298

8.3.2　NR Polar码的设计　299

8.3.3　速率匹配　307

8.3.4　交织器　308

8.3.5　UCI分段方案　308

8.4　其他编码技术　309

8.4.1　CRC码　309

8.4.2　RM码　310

8.5　小结　312

参考文献　313

第9章　NR与LTE共存　316

9.1　概述　316

9.2　邻频共存　317

9.3　同频共存　317

9.4　补充上行载波　319

9.5　上行单发传输　320

9.6　功率共享　323

9.7　终端自干扰消除　324

9.8　小结　325

参考文献　325

第10章　功率控制　326

10.1　概述　326

10.2　上行功率控制　327

10.2.1　上行功率控制技术的原理　327

10.2.2　上行信道功率控制方案　329

10.3　下行功率分配　334

10.4　小结　334

参考文献　335

第11章　大规模天线无线信道建模　336

11.1　概述　336

11.2　部署场景　337

11.3　场景建模　339

11.3.1　3D信道场景　339

11.3.2　UMa场景和UMi场景　340

11.3.3　InH场景　341

11.4　坐标系模型　341

11.4.1　坐标系的定义　341

11.4.2　坐标系间的转换　342

11.4.3　简化坐标系转换　345

11.5　天线模型　346

11.5.1　双极化天线模型　347

11.5.2　UE方向及天线模型　348

11.6　大尺度信道建模　349

11.6.1　3D距离的定义　349

11.6.2　LOS概率的定义　350

11.6.3　路径损耗计算模型　353

11.6.4　穿透损耗计算模型　356

11.7　小尺度信道建模　357

11.7.1　垂直角度参数模型　357

11.7.2　多径分量统计互相关矩阵的定义　359

11.7.3　ZSD/ZSA随机分布参数的定义　360

11.7.4　ZOD/ZOA的生成方法　361

11.8　信道建模流程　363

11.9　小结　370

参考文献　370

第12章　高层协议基本过程　378

12.1　随机接入　378

12.1.1　概述　378

12.1.2　各场景下的随机接入基本过程　379

12.2　系统广播　385

12.2.1　概述　385

12.2.2　系统信息内容分类　385

12.2.3　系统信息传输机制　388

12.2.4　系统信息更新机制　393

12.2.5　核心系统信息缺失处理　394

12.3　寻呼　394

12.3.1　概述　394

12.3.2　寻呼传输过程　395

12.3.3　寻呼接收过程　396

12.4　非激活态　398

12.4.1　概述　398

12.4.2　状态转移　399

12.4.3　RNA更新　402

12.4.4　非激活态安全　403

12.5　重复传输　404

12.5.1　概述　404

12.5.2　重复传输系统架构　405

12.5.3　重复传输对协议的影响　406

12.6　波束失败恢复　408

12.6.1　概述　408

12.6.2　波束失败检测　408

12.6.3　波束失败恢复　410

12.7　部分带宽传输　411

12.7.1　概述　411

12.7.2　控制平面影响　412

12.7.3　用户平面影响　414

12.8　移动性管理　417

12.8.1　概述　417

12.8.2　小区选择/重选　417

12.8.3　切换　422

12.9　测量　427

12.9.1　概述　427

12.9.2　测量配置　427

12.9.3　测量执行　429

12.9.4　测量上报　431

12.10　接入控制　433

12.10.1　概述　433

12.10.2　接入控制模型　434

12.11　接入网安全机制　435

12.11.1　概述　435

12.11.2　安全性激活流程　436

12.11.3　5G安全机制　438

12.11.4　状态转换与移动性过程的密钥及安全算法生成　442

12.12　小结　445

参考文献　445

第13章　空中接口高层协议　448

13.1　用户平面协议　448

13.1.1　媒体接入控制层　448

13.1.2　无线链路控制层　464

13.1.3　分组数据汇聚协议层　474

13.1.4　业务数据适配层　481

13.2　控制平面协议　484

13.2.1　连接管理　485

13.2.2　异系统移动性控制　491

13.3　小结　497

参考文献　498

第14章　NG协议接口　500

14.1　概述　500

14.2　NG接口协议栈　500

14.2.1　NG接口控制平面　500

14.2.2　NG接口用户平面　502

14.3　NG接口主要功能　502

14.3.1　PDU会话资源管理　505

14.3.2　UE上下文管理　508

14.3.3　移动性管理　511

14.3.4　寻呼　517

14.3.5　NAS传输　517

14.3.6　接口管理　519

14.3.7　告警信息传输　524

14.3.8　定位NRPPa传输过程　526

14.3.9　跟踪过程　527

14.3.10　UE位置报告　529

14.3.11　RAN配置传输　530

14.3.12　UE能力管理　531

14.4　小结　532

参考文献　532

第15章　Xn协议接口　534

15.1　概述　534

15.2　Xn接口协议栈　534

15.2.1　Xn接口控制平面　535

15.2.2　Xn接口用户平面　535

15.3　Xn接口主要功能　536

15.3.1　移动性管理　537

15.3.2　双连接管理　541

15.3.3　接口管理　546

15.3.4　节能管理　548

15.3.5　流量控制管理　549

15.4　小结　550

参考文献　550

第16章　F1协议接口　552

16.1　概述　552

16.2　F1接口协议栈　552

16.2.1　F1接口控制平面　553

16.2.2　F1接口用户平面　553

16.3　F1接口主要功能　553

16.3.1　接口管理　555

16.3.2　UE上下文管理　557

16.3.3　RRC消息传递　560

16.3.4　告警信息传递　561

16.3.5　系统信息　562

16.3.6　寻呼　563

16.4　小结　563

参考文献　563

第17章　E1协议接口　564

17.1　概述　564

17.2　E1接口协议栈　564

17.3　E1接口主要功能　565

17.3.1　E1接口管理　566

17.3.2　承载上下文管理　570

17.3.3　用户平面状态信息管理　576

17.4　小结　578

参考文献　579

第18章　5G工作频段与信道安排　580

18.1　工作频段概述　580

18.2　信道带宽　581

18.3　信道安排　582

18.3.1　信道栅格　582

18.3.2　同步栅格　583

18.3.3　信道间距　585

18.4　小结　585

参考文献　585

第19章　基站射频指标　587

19.1　概述　587

19.2　输出功率　588

19.3　输出功率动态　589

19.4　发射机开关时间模板　590

19.5　发射信号质量　591

19.6　发射机无用辐射　592

19.7　发射互调　595

19.8　接收机灵敏度　596

19.9　接收机动态范围　599

19.10　接收机选择性　601

19.11　接收机阻塞特性　602

19.11.1　带内阻塞　602

19.11.2　带外阻塞　604

19.12　接收机杂散　605

19.13　接收机互调　606

19.14　带内选择性　609

19.15　小结　610

参考文献　610



第20章　终端射频指标　611

20.1　概述　611

20.2　终端（UE）功率等级　611

20.2.1　*输出功率　611

20.2.2　*功率回退　613

20.2.3　配置*发射功率　614

20.3　输出功率动态　614

20.3.1　*小输出功率　614

20.3.2　发射关功率　615

20.3.3　发射开/关时间模板　615

20.3.4　功率控制　616

20.4　发射信号质量　617

20.4.1　频率误差　617

20.4.2　发射调制质量　617

20.5　射频输出频谱发射　619

20.6　接收机灵敏度　621

20.7　*输入电平　623

20.8　邻信道选择性　624

20.9　接收机阻塞特性　625

20.10　接收机杂散响应　626

20.11　接收机互调　627

20.12　接收机杂散辐射　628

20.13　小结　628

参考文献　629

第21章　无线资源管理指标　630

21.1　概述　630

21.2　小区搜索性能要求　631

21.2.1　同频小区搜索　631

21.2.2　异频小区搜索　632

21.2.3　跨接入技术间的小区搜索　633

21.3　移动性测量性能要求　633

21.3.1　SS-RSRP测量　634

21.3.2　SS-RSRQ测量　634

21.3.3　SS-SINR测量　635

21.4　移动性过程性能要求　635

21.4.1　空闲态移动性要求　635

21.4.2　连接状态移动性要求　637

21.5　无线链路监测性能要求　639

21.5.1　in-sync和out-of-sync阈值　640

21.5.2　in-sync和out-of-sync评估要求　640

21.5.3　DRX转换间的评估要求　640

21.6　小结　640

参考文献　641

缩略语　642