5G新技术丛书5G 移动通信空口新技术

目 录 第1章 移动通信概述 1 1.1 移动通信系统概况 1 1.2 移动通信发展史 2 1.2.1 移动通信的早期历史 2 1.2.2 移动通信的标准化 3 1.2.3 移动通信系统发展历程 4 1.3 无线信道建模 9 1.3.1 电磁波的传播机制 9 1.3.2 大尺度衰落 10 1.3.3 小尺度衰落 10 1.3.4 中继信道 11 1.3.5 常见信道模型 12 1.3.6 基本传输场景 13 1.4 移动通信相关技术 14 1.4.1 蜂窝组网技术 14 1.4.2 多址接入 17 1.4.3 调制技术 19 1.4.4 抗衰落技术 21 1.5 第五代移动通信（5G）系统 25 1.5.1 5G总体愿景 25 1.5.2 需求与挑战 26 1.5.3 5G关键性能指标（KPI） 31 1.6 未来移动通信 33 第2章 新型编码调制 35 2.1 熵与信道容量 36 2.1.1 熵 36 2.1.2 信道容量 37 2.1.3 信道编码 39 2.1.4 线性分组码 40 2.2 信道编码：LDPC码 41 2.2.1 LDPC码定义 41 2.2.2 校验矩阵构造 42 2.2.3 LDPC码编码 44 2.2.4 LDPC码译码 46 2.3 信道编码：Polar码 53 2.3.1 信道合并 54 2.3.2 信道分离 56 2.3.3 信道极化 56 2.3.4 Polar码编码 58 2.3.5 Polar码译码 58 参考文献 59 第3章 5G新波形 61 3.1 概述 61 3.2 OFDM技术基础 62 3.3 FBMC 66 3.3.1 滤波器组实现 66 3.3.2 原型滤波器设计 67 3.3.3 偏移调制 70 3.4 UFMC 71 3.4.1 UFMC系统发射机 71 3.4.2 UFMC系统接收机 72 3.5 GFDM 73 3.5.1 GFDM基本原理及系统实现 74 3.5.2 GFDM系统发射机 75 3.5.3 GFDM系统接收机 77 3.6 性能仿真和分析 78 3.6.1 技术特点 78 3.6.2 计算复杂度 78 3.6.3 与OFDM技术的比较 79 第4章 非正交多址接入 87 4.1 OMA与NOMA概述 88 4.2 功率域NOMA 92 4.2.1 基于SIC接收机的标准功率域NOMA 93 4.2.2 基于MIMO技术的功率域NOMA 97 4.2.3 多用户协作的功率域NOMA 98 4.2.4 多点协作的功率域NOMA 99 4.3 码域NOMA 100 4.3.1 基于LDS的CDMA系统 101 4.3.2 基于LDS的OFDM系统 106 4.3.3 稀疏码多址接入 107 4.4 未来NOMA的关键问题 109 4.4.1 系统性能的理论分析 109 4.4.2 扩频序列或码本设计 109 4.4.3 接收机设计 110 4.4.4 信道估计 110 4.4.5 免授权NOMA 110 参考文献 111 第5章 同频全双工技术 113 5.1 同频全双工技术概要 114 5.1.1 自干扰消除技术 114 5.1.2 研究发展现状 115 5.2 自干扰消除信号处理技术 116 5.2.1 自干扰模型 116 5.2.2 自干扰消除原理 121 5.2.3 自干扰消除算法 123 5.3 全双工系统架构与技术实现 125 5.3.1 全双工系统架构 125 5.3.2 模拟抵消技术 128 5.3.3 高级数字抵消技术 130 参考文献 133 第6章 大规模多输入多输出技术 135 6.1 大规模MIMO技术简介 135 6.2 大规模MIMO技术基本原理 138 6.2.1 点对点MIMO 138 6.2.2 MU-MIMO 140 6.3 大规模MIMO技术中预编码方法 143 6.3.1 ZF预编码 143 6.3.2 MMSE预编码 144 6.3.3 其他预编码方法 145 6.4 大规模MIMO技术中多用户信号检测方案 146 6.4.1 ZF多用户信号检测器 147 6.4.2 MMSE多用户信号检测器 147 6.4.3 下行多用户多天线信号检测方案 149 6.4.4 其他多用户信号检测器 152 6.5 大规模MIMO技术中的信道估计 154 6.5.1 TDD与FDD信道估计差异 154 6.5.2 基于正交导频信道估计的瓶颈与导频污染 155 6.5.3 基于压缩感知的信道估计方案 159 6.5.4 其他信道估计方案进展 160 6.6 总结和展望 162 参考文献 163 第7章 毫米波多天线技术 168 7.1 背景介绍 168 7.2 毫米波多天线收/发机结构 172 7.2.1 RF模拟波束赋形架构 173 7.2.2 混合模—数波束赋形架构 174 7.3 毫米波通信中的波束赋形技术 178 7.3.1 模拟波束赋形设计 178 7.3.2 混合波束赋形设计 181 7.4 毫米波通信中的信道估计技术 186 7.4.1 基于压缩感知的窄带信道估计 186 7.4.2 基于压缩感知的宽带信道估计 191 7.5 其他技术简介 194 7.6 总结 196 7.7 参考文献 196 第8章 频谱共享技术 201 8.1 频谱共享技术背景 202 8.1.1 技术背景 202 8.1.2 相关研究现状与面临挑战 205 8.2 动态频谱接入技术 209 8.2.1 频谱接入模型 209 8.2.2 动态频谱接入架构 212 8.2.3 频谱感知 215 8.3 认知无线电技术 218 8.3.1 软件定义无线电 218 8.3.2 认知无线电架构与功能 220 8.3.3 认知无线电的应用与标准 222 8.4 本章小结 225 参考文献 226 第9章 超密集组网 228 9.1 面向5G的超密集组网概述 228 9.1.1 技术背景与研究现状 228 9.1.2 5G场景需求下的超密集组网 230 9.2 超密集组网技术特性与面临的挑战 233 9.2.1 超密集组网概念 233 9.2.2 超密集组网技术特性 234 9.2.3 超密集组网面临的挑战 235 9.3 超密集组网架构 238 9.3.1 超密集组网架构发展趋势 238 9.3.2 架构与功能实体 239 9.3.3 技术发展方向 240 9.4 超密集组网关键技术 242 9.4.1 AP群组技术 242 9.4.2 智能网络联结技术 248 9.4.3 高级干扰管理技术 253 9.5 本章小结 257 参考文献 258 第10章 终端到终端（D2D）通信 260 10.1 D2D通信概述 260 10.1.1 研究背景及现状 260 10.1.2 D2D通信关键技术 262 10.1.3 D2D通信研究面临的挑战 265 10.2 D2D通信衬底蜂窝网络 265 10.2.1 基于D2D衬底的蜂窝网络概念 265 10.2.2 LTE-A网络与D2D通信架构 266 10.2.3 D2D衬底的LTE/LTE-A网络研究 269 10.3 D2D通信干扰协调管理 272 10.3.1 干扰分析与防止 272 10.3.2 功率控制 273 10.4 D2D资源管理 278 10.4.1 资源管理模型 278 10.4.2 基于博弈论的资源分配 283 10.5 D2D通信的应用 287 10.5.1 车联网应用 287 10.5.2 移动互联网应用 288 10.5.3 M2M通信应用 289 10.6 本章小结 289 参考文献 290 第11章 5G应用场景 293 11.1 5G应用场景概述 293 11.2 增强型移动宽带 296 11.2.1 具体应用场景 296 11.2.2 关键技术 298 11.2.3 典型场景布局 299 11.3 超可靠和低时延通信 303 11.3.1 具体应用场景 303 11.3.2 关键技术 305 11.3.3 典型场景布局 307 11.4 大规模机器类型通信 308 11.4.1 具体应用场景 308 11.4.2 关键技术 309 11.4.3 典型场景布局 314 参考文献 315 附录A ZF/MMSE预编码器MATLAB仿真程序 317 附录B ZF/MMSE多用户信号检测器MATLAB仿真程序 319 附录C BD ZF/MMSE多用户信号检测器MATLAB仿真程序 321 附录D 符号说明 324