本書重點對5G無線系統的五大關鍵技術――大規模天線、新型多址技術、新型波形、毫米波通信、軌道角動量復用進行了詳細介紹，并對其性能進行對比分析，使讀者對5G無線網絡關鍵技術有更直接、更具體、更全面的認識。首先對5G網絡進行簡要介紹，讓讀者對5G系統的需求有個基本了解，然后對大規模天線、新型多址技術、新型波形技術、毫米波通信、軌道角動量復用技術進行了詳細介紹，并對其性能進行了對比分析。
趙紹剛：博士，2000年9月至2002年4月，研究生期間實驗室與大唐合作從事WCDMA NodeB的研發；2005年7月至今，中國移動通信集團公司網絡部。
第1章 5G簡介：無線網關鍵技術 1
1．1 為什么需要5G 1
1．2 什么是5G 6
1．3 5G的應用 8
1．4 5G標準化 9
1．5 5G的挑戰 10
1．6 5G網絡關鍵技術 12
1．6．1 大規模天線陣列（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 21
參考文獻 21
第2章 大規模天線陣列系統 23
2．1 大MIMO系統的優勢 24
2．2 大維度下的信道硬化 25
2．3 技術挑戰和解決方法 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 多小區操作 32
參考文獻 33
第3章 大MIMO系統的編碼與檢測 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-STBC 39
3．2．3 基于循環可除代數（Cyclic Division Algebras，CDA）的
NO-STBC 39
3．3 空間調制 41
3．3．1 SM機制 41
3．3．2 SSK 42
3．3．3 GSM 43
3．4 大MIMO系統信號檢測 48
3．5 系統模型 51
3．6 最優檢測 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系統測量活動 89
4．4．1 12×15MIMO室內測量 89
4．4．2 16×16MIMO都市室外測量 90
4．4．3 32×64室內測量 91
4．4．4 16×16室內測量 91
4．4．5 16×32室內測量 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 PIFA 96
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/OFDM 118
5．4．2 SCMA 119
5．4．3 MUSA 122
5．4．4 PDMA 129
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NOMA 134
6．2．2 上行NOMA 137
6．3 NOMA優勢和驅動力 139
6．4 NOMA接口設計 140
6．4．1 下行NOMA 140
6．4．2 上行NOMA 142
6．5 對MIMO的支持 145
6．5．1 下行NOMA 145
6．5．2 上行NOMA 148
6．6 NOMA性能評估 150
6．6．1 下行NOMA 150
6．6．2 上行NOMA 157
6．7 小結 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，FBMC） 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 新調制 183
7．2．1 頻率正交幅度調制（Frequency and Quadrature
Amplitude Modulation，FQAM） 184
7．3 超奈奎斯特通信（Faster Than Nyquist，FTN） 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：GFDM 192
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 物聯網（Internet of Things，IoT） 196
8．1．3 觸摸因特網 196
8．1．4 無線區域網（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QAM 221
8．3．1 時域OQAM-GFDM 222
8．3．2 頻域OQAM-GFDM 225
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的發射分集 233
8．5．1 時間反向STC-GFDM 234
8．5．2 全面線性均衡器（Widely Linear Equalizer，WLE）
STC-GFDM 240
8．6 支持LTE資源柵格的GFDM參數化 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 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 255
參考文獻 255
第9章 基于毫米波通信的網絡架構、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網絡架構 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 272
9．6 系統容量 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 281
10．3 傳播模型和參數 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 基于香農容量的計算 288
10．4．2 60GHz毫米波基于IEEE 802．11ad基帶參數的計算 289
10．5 小結 295
參考文獻 295
第11章 室外環境毫米波通信特征 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波束的產生、復用和檢測 322
12．3．1 OAM波束的產生和檢測 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
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