【编辑推荐】
1.5G标准协议在2018年6月刚刚冻结，本书在5G国际标准完成时呈现给读者，是一本非常及时的书。 2.本书由IMT-2020推进组多位组长，信通院、华为、中兴、大唐、移动等3GPP国际标准技术负责人及专家联合撰写。
3.推进组王志勤副组长为本书作序，华为、英特尔推荐！
【内容简介】
本书主要介绍了5G系统设计中涉及的关键技术及相应的国际标准化内容，其中空口技术部分主要涉及初始接入设计、控制信道设计、大规模天线设计、信道编码、NR与LTE共存几个主要部分。高层设计及接入网架构方面将涵盖NSA/SA、CU/DU分离、双连接等内容。本书不仅对这些关键技术进行了介绍，还对这些技术的标准化过程及标准化方案进行了详细分析。
【作者简介】
本书由IMT-2020推进组多位组长，信通院、华为、中兴、大唐、移动等3GPP国际标准技术负责人及专家刘晓峰、孙韶辉、杜忠达、沈祖康、徐晓东和宋兴华联合撰写。
【媒体评论】
5G将实现万物互联，创造巨大的社会和经济价值。本书由制定5G全球国际标准的专家倾心打造，系统全面地介绍了5G国际标准，深入浅出地为读者阐述了5G技术的创新性和先进性，值得读者珍藏。
——童文 IEEE Fellow，华为5G科学家
此书凝结了多位5G国际标准化一线专家的辛勤工作，以技术与标准相结合的方式呈现了5G系统化设计及标准化过程。本书在5G国际标准完成第 1时间呈现给读者，是一本非常及时的书。
——吴耕 英特尔院士
本书是理解5G国际标准化的一把钥匙，也是标准化领域难得的一本好书，值得一看。
——杨鸿文 北京邮电大学教授
【目录】
第 1章 5G标准制定概述
1.1 ITU 5G需求的制定3
1.2 中国参与5G需求的研究制定5
1.3 5G标准的制定过程7
1.3.1 ITU关于IMT-2020（5G）标准的制定过程7
1.3.2 3GPP 5G国际标准制定11
2.1 5G系统网络架构16
2.2 无线接口19
2.2.1 物理层19
2.2.2 数据链路层22
2.2.3 RRC层24
2.3 物理层系统设计架构及关键技术26
2.3.1 物理层系统设计架构26
2.3.2 物理层关键技术29
2.4 NR标准体系架构介绍33
参考文献38
3.1 基础参数及帧结构40
3.1.1 基础参数40
3.1.2 帧结构42
3.2 接入设计50
3.2.1 概述50
3.2.2 小区搜索过程50
3.2.3 下行同步信道及信号53
3.2.4 随机接入71
参考文献75
4.1 Polar码78
4.1.1 Polar码的设计原理81
4.1.2 5G NR中的Polar码标准化内容91
4.1.3 典型配置 示例99
4.2 LDPC码107
4.2.1 LDPC码设计原理108
4.2.2 5G NR中的LDPC码标准化内容112
4.2.3 典型配置 示例128
4.3 其他编码132
4.3.1 超小包编码132
4.3.2 其他候选编码136
参考文献137
5.1 概述142
5.2 多天线传输的基本过程148
5.2.1 数据加扰148
5.2.2 数据调制149
5.2.3 层映射149
5.2.4 传输方案152
5.2.5 资源块映射156
5.3 参考信号设计156
5.3.1 解调参考信号（DMRS）156
5.3.2 信道状态信息参考信号（CSI-RS）161
5.3.3 相位跟踪参考信号（PT-RS）165
5.3.4 信道探测参考信号（SRS）172
5.4 信道状态信息反馈设计178
5.4.1 框架设计178
5.4.2 Massive MIMO码本设计181
5.4.3 信道测量机制195
5.4.4 信道信息反馈机制198
5.4.5 信道互易性205
5.5 模拟波束管理207
5.5.1 波束管理过程208
5.5.2 波束测量和上报209
5.5.3 波束指示214
5.5.4 波束恢复过程217
5.6 上行多天线技术223
5.6.1 基于码本的传输方案223
5.6.2 非码本的传输方案231
5.6.3 上行多用户MIMO233
5.7 准共站址（QCL）234
5.7.1 QCL定义234
5.7.2 参考信号间的QCL关系236
5.7.3 QCL指示方式238
5.8 小结242
参考文献243
6.1 控制信道设计248
6.1.1 下行控制信道设计248
6.1.2 上行控制信道设计262
6.2 调度和资源分配291
6.2.1 下行资源分配292
6.2.2 上行资源分配296
6.2.3 VRB到PRB的映射301
6.3 HARQ机制302
6.3.1 HARQ进程和调度303
6.3.2 HARQ-ACK信息上报304
6.3.3 UE上下行数据处理时延305
6.3.4 HARQ-ACK码本308
6.3.5 基于编码块组的传输316
6.4 多业务复用319
6.4.1 多业务复用背景简介319
6.4.2 下行抢占信令设计322
6.4.3 基于编码块组的下行抢占327
参考文献327
7.1 5G NR功率控制330
7.1.1 上行功率控制330
7.1.2 下行功率控制340
7.2 上下行解耦340
7.2.1 上下行解耦基本概念341
7.2.2 SUL小区模型和初始接入机制348
7.2.3 SUL小区数据与控制传输机制351
7.2.4 上行功率控制359
7.2.5 SUL典型频段组合362
参考文献364
8.1 网络架构和术语368
8.2 系统架构和工作原理371
8.2.1 Option2：独立工作NR架构373
8.2.2 Option3：连接到EPC的非独立工作架构423
8.2.3 Option7：连接到5GC的非独立工作架构445
8.2.4 Option4：基于Option2的双连接架构446
8.2.5 Option5：连接到5GC的eLTE447
8.3 gNB的内部架构和工作原理450
8.3.1 CU-DU分割和F1接口450
8.3.2 CP-UP分割和E1接口453
8.3.3 用户面控制机制454
参考文献455
【前言】
序
面向2020年及未来十年的发展，第五代移动通信（5G）将从移动互联步入移动物联的新时代。人们期望5G技术能够像互联网一样成为通用技术，以其极强的渗透性、带动性，与各行各业深度融合，为社会经济发展的关键基础设施提供支撑。5G与大数据、人工智能等ICT新技术融合发展，将推动生产组织方式、资源配置效率、管理服务模式发生深刻变革，创造数字经济的新价值体系。
移动通信可提供国际漫游服务，产业巨大，全球统一标准一直是产业界的梦想。2016年，国际标准化组织3GPP启动了5G标准制定工作，经历一年多的紧张忙碌，凝聚了全球数千名专家智慧结晶的全球统一的5G*版国际标准终于按期完成。
为了提升移动互联网用户体验，拓展移动物联网多样化的需求，5G要明显提高系统性能，包括吉比特级的高速率、毫秒级的低时延、百万级的连接能力，还需要提供灵活的系统设计以满足物联网多样化的需求。这对5G技术的创新提出了很高的要求。在5G无线技术方面，我们常常用“三驾马车”来形象地比喻5G无线技术创新：一是灵活的系统设计，以及灵活的帧结构、波形设计，可适应多样化需求，满足低时延等性能的要求；二是大规模天线，增加天线数量及新型设计，进一步提升频谱效率，满足中频段及高频段的需求；三是无线新技术，如新型信道编码等，为大带宽、高速率业务提供支撑。可见，5G不像以往各代移动通信是以新的多址接入技术作为特征，5G是以多种关键技术来共同定义的。
5G国际标准是产品研发的基础。本书是以5G*版国际标准作为依据，重点介绍了5G无线技术标准系统设计与关键技术，是5G技术标准方面难得的教科书，有利于5G产品开发、网络建设与应用等方面的技术人员准确、深入地理解5G技术。
本书的作者大多来自于5G国际标准化工作的一线，亲历了5G标准激烈争论与达成统一的过程，对技术标准有更加深刻的理解。他们是在移动通信领域耕耘多年的工程师，对于产品设备研发有丰富的实践经验，书中提供了大量很有价值的技术方案与系统设计。同时，他们也是IMT-2020（5G）推进组的成员，在5G标准的推进中结下了深厚的友情，也形成了一支很成熟的创作团队。相信他们的作品会给你带来很多收获和启发，也期待着有更多力量投入5G的建设和发展中，让我们共同创造出5G美好的明天。
前 言
随着4G的广泛应用，无线互联网的时代已经开启。以智能手机为代表的无线互联网应用给我们的生活带来了深刻变化。在4G的基础上，不仅传统移动宽带数据业务快速增长，越来越多的新应用及新技术也不断涌现。这也对无线网络的发展提出了更加多样化的需求。这些需求不仅包括更高系统吞吐量，还包括对更低的传输时延、更高的可靠性和系统更多的连接用户数的追求。
5G系统就是为应对这些新的需求而提出的。5G系统的设计与4G系统*的差别在于，5G系统在支持快速增长的移动宽带数据业务的同时，还需要考虑支持超低时延、高可靠性业务和广覆盖下的大连接业务。5G系统不仅需要实现人和人的互联，还需要实现人与物、物与物的互联，即万物互联。为完成这一任务，5G不仅需要使用传统的低频频谱，如3GHz以下的频谱，还需要支持高频频谱的使用，以获得更大的系统带宽，来满足不同的业务需求。这些需求给5G的系统设计带来极大挑战。
为迎接5G带来的诸多挑战，全球主要移动通信公司在3GPP开展了5G NR（新空口）的标准化工作。相对于4G系统，5G NR的系统设计更加灵活，支持更多的基本参数配置，具有上下行对称的波形设计和自包含且灵活的帧结构配置。同时，5G NR中还引入了一系列新的技术。其中比较有代表性的是将Polar码（极化码）用于控制信道的编码方案，数据信道也采用了LDPC作为数据信道编码方案。本书第4章对NR采用的新编码方案进行了详细介绍。
本书的架构从系统设计的角度出发，紧扣5GNR的整个标准化进程，对关键的物理层关键技术和关键信道标准化过程及实现进行了比较详细的阐述。在物理层信道设计方面，本书在第6章对控制信道设计进行了单独介绍，而对其他信道设计的介绍则分布于各章节中。在组网方面，考虑到5G NR与4G LTE的联合部署，本书在第8章对不同的网络部署方式及关键技术进行了详细介绍。
5G NR与4G LTE有着非常紧密的关系，这一点在5G的整个标准化过程中体现得非常充分。首先，5G NR需要考虑和4G LTE进行联合部署，在很多物理层的设计上需要兼顾不同系统的特点进行联合设计；其次，很多NR的设计采用了LTE的设计作为基础。这样做一方面可以节省标准化时间，另一方面也为4G和5G芯片共用部分模块提供了可能。本书在写作过程中也充分考虑到5G NR与4G LTE的关系，尽量在讲述5G NR设计时与LTE设计进行对比，以便读者对相关设计有更好的理解。
本书的撰写依托IMT-2020推进组的相关工作，集合了多名在国际标准化工作一线的专家的辛勤工作。刘晓峰负责全书组织架构和统稿，并承担前3章部分内容的撰写工作。孙韶辉、王可、高秋彬、全海洋、黄秋萍、苏昕、宋月霞、汪颖、李辉负责第5章和第2章部分内容的撰写工作。杜忠达、郝鹏负责第8章和第3章部分内容的撰写工作。沈祖康、王俊、李榕、张公正、黄凌晨负责第4章的撰写工作。宋兴华、薛丽霞、张旭、孙昊、陈铮、戴晶、冯淑兰、彭金磷、肖洁华、官磊、马蕊香、徐修强负责第6章的撰写工作。肖伟民、刘嘉陵、郭志恒、谢信乾、费永祥、毕文平负责第7章的撰写工作。徐晓东负责第3章帧结构部分的撰写工作。魏贵明、徐晓燕、魏克军、朱颖负责第1章、第2章部分内容的撰写工作及全书修订工作。在这里还要感谢杜滢、徐菲、万蕾、童文、朱佩英、王欣晖、刘光毅、胡南、黄河、刘星、张峻峰、梁亚超等技术专家的支持。
受标准化时间的影响，很多技术特性并没有在*版5G的NR国际标准中完成标准化。在5G后续的持续标准化工作中，还将引入更多的新技术特性并对现有技术进行优化。同时，为实现万物互联的愿景，5G在未来的标准化工作中也将向车联网、工业互联网等垂直行业进行扩展。本书的撰写和5G标准化工作同步开展，截至本书成书之日，一些技术方案还在不断演进，如有机会，还将继续进一步补充和修正本书内容。对于本书存在的不当之处，敬请读者和专家批评指正。
【书摘与插画】
1.1 ITU 5G需求的制定
国际电信联盟（ITU）是联合国的15个专门机构之一，但在法律上不是联合国附属机构，它的决议和活动不需联合国批准，但每年要向联合国提交工作报告。
ITU主管信息通信技术事务，由无线电通信（ITU-R）、电信标准化（ITU-T）和电信发展（ITU-D）三大核心部门组成。每个部门下设多个研究组，5G的相关标准化工作主要是在ITU-R WP5D工作组下进行。
从2012年开始ITU组织全球业界开展5G标准化前期研究工作，持续推动全球5G共识形成。2015年6月，ITU正式确定IMT-2020为5G系统的官方命名，并明确了5G业务趋势、应用场景和流量趋势，提出5G系统的8大关键能力指标，以及未来移动通信技术发展趋势。
ITU确认将“IMT-2020”作为*的5G候选名称。从3G开始，ITU以IMT（国际移动电信）为前缀为每一代移动通信定义一个官方名称，3G官方名称为IMT-2000，4G官方名称为IMT-Advanced。考虑到第五代移动通信技术将在2020年左右实现商用，以及ITU对移动通信的命名惯例，我国主推采用“IMT-2020”为5G官方名称，受到绝大多数国家支持。
ITU明确了IMT-2020的业务趋势、应用场景和流量趋势。在业务方面，5G将在大幅提升“以人为中心”的移动互联网业务体验的同时，全面支持“以物为中心”的物联网业务，实现人与人、人与物和物与物的智能互联。在应用场景方面，5G将支持增强移动宽带（eMBB）、海量机器类通信（mMTC）和超高可靠低时延通信（URLLC）三大类应用场景，在5G系统设计时需要充分考虑不同场景和业务的差异化需求。在流量方面，视频流量增长，用户设备增长和新型应用普及将成为未来移动通信流量增长的主要驱动力，2020年至2030年全球移动通信流量将增长几十倍至一百倍，并体现两大趋势：一是大城市及热点区域流量快速增长；二是上下行业务不对称性进一步深化，尤其体现在不同区域和每日各时间段。
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