5G NR标准：下一代无线通信技术

埃里克•达尔曼（Erik Dahlman）

爱立信公司研究院高级专家，从事移动通信研究20多年，参与2G、3G、4G、5G的研究和标准化工作，拥有多项通信技术专利和奖项，共同出版《3G Evolution: HSPA and LTE for Mobile Broadband》《4G, LTE-Advanced Pro and The Road to 5G》等多部经典技术专著。

斯特凡•巴克浮（Stefan Parkvall）

爱立信公司研究院高级专家，IEEE Fellow，从事移动通信研究20多年，参与2G、3G、4G、5G的研究和标准化工作，拥有多项通信技术专利和奖项，共同出版《3G Evolution: HSPA and LTE for Mobile Broadband》《4G, LTE-Advanced Pro and The Road to 5G》等多部经典技术专著。

约翰•舍尔德（Johan Sk?ld）

爱立信公司研究院主任工程师，从事移动通信研究30多年，参与2G、3G、4G、5G的研究和标准化工作，共同出版《3G Evolution: HSPA and LTE for Mobile Broadband》、《4G, LTE-Advanced Pro and The Road to 5G》等多部经典技术专著。

译者简介

朱怀松　2004年毕业于北京邮电大学并获硕士学位。 现任爱立信中国研发部多天线高级专家。长期从事无线基站的开发工作，主要研究领域包括多天线信号处理和系统性能分析等。工作期间获得专利100余项。

王剑　1994年毕业于西北工业大学计算机系并获硕士学位。 现任爱立信中国研发部无线基带产品研发经理。从2G开始从事移动通信核心网和无线接入网产品管理、研发及标准化工作。工作期间获得多项国际专利。

刘阳　2003年毕业于西安交通大学电信学院并获硕士学位。现任爱立信中国研发部主任系统工程师，从事无线接入网产品研发，经历了3G、4G到5G一系列基站产品，主要负责无线资源管理等算法的研究和产品化。

本书对NR标准进行了描述。NR标准是在2018年春末由3GPP制定的新一代无线接入技术标准。

第1章对5G做了简单介绍。第2章描述了标准化的过程和相关的组织，比如3GPP和ITU。第3章介绍了可用于移动通信的频段以及发掘可用新频段的流程。

有关LTE及其演进的概述请参阅第4章。虽然本书的重点是NR，但作为后续章节的背景，对LTE做简要概述是有益的。一个原因是，LTE和NR都是由3GPP制定的，因此具有共同的背景，并且使用了某些相同的技术构件。NR中的许多设计选择也是基于LTE的经验做出的。此外，LTE还会继续与NR并行发展，仍是5G无线接入中的重要组成部分。

第5章是对NR的概述，可以单独阅读以获得对NR的宏观理解，也可以作为对后续章节的介绍。

第6章概述了NR总的协议结构，第7章描述了NR整个的时频域结构。

多天线处理和波束赋形是NR的重要组成部分。第8章概述了支持这些功能的信道探测方法，第9章总体介绍了传输信道的处理，第10章介绍了相关的控制信令。这些功能如何支持不同的多天线方案和波束赋形在第11章和第12章中描述。

重传功能和调度是第13章和第14章的主题，第15章讲功率控制，第16章讲初始接入。

与LTE的共存和互通是NR的重要组成部分，特别是在依赖LTE进行移动性和初始接入的非独立组网模式下。第17章对此进行了介绍。

考虑到大频率范围上以及多标准无线终端的频谱灵活性，第18章描述了NR对射频的要求。第19章讨论了毫米波范围内较高频段的射频实现所要考虑的问题。

最后，第20章对本书做了总结，对未来的NR版本进行了展望。

序言一
序言二
译者序
前言
致谢
第1章　5G概述 1
1.1　3GPP和移动通信的标准化 2
1.2　下一代无线接入技术——5G/NR 3
1.2.1　5G应用场景 3
1.2.2　LTE向5G演进 3
1.2.3　NR——新的5G无线接入技术 4
1.2.4　5GCN——新的5G核心网 4
第2章　5G标准化 5
2.1　标准化和监管概述 5
2.2　ITU-R从3G到5G的活动 7
2.2.1　ITU-R的角色 7
2.2.2　IMT-2000和IMT-Advanced 7
2.2.3　ITU-R ?WP5D的IMT-2020流程 8
2.3　5G和IMT-2020 10
2.3.1　IMT-2020使用场景 10
2.3.2　IMT-2020能力集 11
2.3.3　IMT-2020性能要求和评估 14
2.4　3GPP标准化 16
2.4.1　3GPP流程 16
2.4.2　作为IMT-2020候选技术的3GPP 5G规范 18
第3章　5G频谱 20
3.1　移动系统的频谱 20
3.1.1　ITU-R为IMT系统定义的频谱 20
3.1.2　5G的全球频谱状况 23
3.2　NR的频段 24
3.3　6GHz以上的射频暴露 28
第4章　LTE概述 30
4.1　LTE Release 8——基本的无线接入 30
4.2　LTE演进 32
4.3　频谱灵活性 34
4.3.1　载波聚合 34
4.3.2　授权辅助接入 35
4.4　多天线增强 36
4.4.1　扩展的多天线传输 36
4.4.2　多点协作和传输 36
4.4.3　增强的控制信道结构 37
4.5　密集度、微蜂窝和异构部署 37
4.5.1　中继 37
4.5.2　异构部署 38
4.5.3　微蜂窝开关 38
4.5.4　双连接 39
4.5.5　动态TDD 39
4.5.6　WLAN互通 39
4.6　终端增强 40
4.7　新场景 40
4.7.1　设备到设备通信 40
4.7.2　机器类型通信 41
4.7.3　降低时延——sTTI 42
4.7.4　V2V和V2X 42
4.7.5　飞行器 42
第5章　NR概览 43
5.1　高频操作和频谱灵活性 44
5.2　极简设计 45
5.3　向前兼容 45
5.4　传输方案、部分带宽和帧结构 46
5.5　双工方式 48
5.6　低时延支持 49
5.7　调度和数据传输 49
5.8　控制信道 50
5.9　以波束为中心的设计和多天线传输 51
5.10　初始接入 52
5.11　互通和与LTE共存 53
第6章　无线接口架构 55
6.1　系统总体架构 55
6.1.1　5G核心网 55
6.1.2　无线接入网 57
6.2　服务质量 59
6.3　无线协议架构 60
6.4　用户面协议 61
6.4.1　服务数据调整协议 63
6.4.2　分组数据汇聚协议 63
6.4.3　无线链路控制 64
6.4.4　媒体接入控制 65
6.4.5　物理层 73
6.5　控制面协议 74
6.5.1　RRC状态机 74
6.5.2　空闲态和非激活态的移动性 76
6.5.3　连接态的移动性 77
第7章　总体传输结构 79
7.1　传输机制 79
7.2　时域结构 81
7.3　频域结构 83
7.4　部分带宽 86
7.5　NR载波频域位置 88
7.6　载波聚合 89
7.7　补充上行 90
7.7.1　与载波聚合的关系 92
7.7.2　控制信令 92
7.8　双工方式 93
7.8.1　时分双工 94
7.8.2　频分双工 95
7.8.3　时隙格式和时隙格式指示 95
7.9　天线端口 99
7.10　准共址 100
第8章　信道探测 102
8.1　下行信道探测：CSI-RS 102
8.1.1　CSI-RS基本结构 103
8.1.2　CSI-RS配置的频域结构 106
8.1.3　CSI-RS配置的时域特性 106
8.1.4　CSI-IM干扰测量 107
8.1.5　零功率CSI-RS 108
8.1.6　CSI-RS资源集 108
8.1.7　跟踪参考信号 109
8.1.8　物理天线映射 109
8.2　下行测量和上报 110
8.2.1　上报数量 111
8.2.2　测量资源 111
8.2.3　上报类型 112
8.3　上行信道探测：SRS 112
8.3.1　SRS序列和Zadoff-Chu序列 114
8.3.2　多端口SRS 115
8.3.3　SRS时域结构 115
8.3.4　SRS资源集 115
8.3.5　物理天线映射 116
第9章　传输信道处理 117
9.1　概述 117
9.2　信道编码 118
9.2.1　每个传输块添加CRC 118
9.2.2　码块分段 118
9.2.3　信道编码 119
9.3　速率匹配和物理层HARQ功能 120
9.4　加扰 122
9.5　调制 122
9.6　层映射 123
9.7　上行DFT预编码 123
9.8　多天线预编码 123
9.8.1　下行预编码 124
9.8.2　上行预编码 125
9.9　资源映射 126
9.10　下行预留资源 128
9.11　参考信号 130
9.11.1　基于OFDM的上下行传输所使用的DM-RS 131
9.11.2　基于DFT预编码的OFDM上行传输所使用的DM-RS 137
9.11.3　相位跟踪参考信号 138
第10章　物理层控制信令 140
10.1　下行 140
10.1.1　物理下行控制信道 141
10.1.2　控制资源集 143
10.1.3　盲解码和搜索空间 148
10.1.4　下行调度分配：DCI格式1-0和1-1 151
10.1.5　上行调度授权：DCI格式0-0和0-1 154
10.1.6　时隙格式指示：DCI格式2-0 156
10.1.7　抢占指示：DCI格式2-1 156
10.1.8　上行功率控制命令：DCI格式2-2 156
10.1.9　SRS控制命令：DCI格式2-3 157
10.1.10　指示频域资源的信令 157
10.1.11　指示时域资源的信令 158
10.1.12　指示传输块大小的信令 160
10.2　上行 161
10.2.1　PUCCH基本结构 162
10.2.2　PUCCH格式0 163
10.2.3　PUCCH格式1 165
10.2.4　PUCCH格式2 166
10.2.5　PUCCH格式3 167
10.2.6　PUCCH格式4 168
10.2.7　PUCCH传输使用的资源和参数 169
10.2.8　通过PUSCH传输的上行控制信令 170
第11章　多天线传输 173
11.1　简介 173
11.2　下行多天线预编码 177
11.2.1　类型I CSI 178
11.2.2　类型II CSI 180
11.3　上行多天线预编码 180
11.3.1　基于码本的传输 181
11.3.2　基于非码本的预编码 183
第12章　波束管理 185
12.1　初始波束建立 186
12.2　波束调整 186
12.2.1　下行发送端波束调整 187
12.2.2　下行接收端波束调整 188
12.2.3　上行波束调整 188
12.2.4　波束指示和TCI 188
12.3　波束恢复 189
12.3.1　波束失败检测 190
12.3.2　新备选波束的认定 190
12.3.3　终端恢复请求和网络响应 190
第13章　重传协议 192
13.1　带软合并的HARQ 193
13.1.1　软合并 195
13.1.2　下行HARQ 196
13.1.3　上行HARQ 197
13.1.4　上行确认的定时 197
13.1.5　HARQ确认的复用 199
13.2　RLC 201
13.2.1　序列编号和分段 202
13.2.2　确认模式和RLC重传 203
13.3　PDCP 205
第14章　调度 207
14.1　动态下行调度 207
14.1.1　带宽自适应 209
14.1.2　下行抢占处理 210
14.2　动态上行调度 211
14.2.1　上行优先级处理 213
14.2.2　调度请求 215
14.2.3　缓存状态报告 216
14.2.4　功率余量报告 217
14.3　调度和动态TDD 218
14.4　无动态授权的传输 218
14.5　不连续接收 220
第15章　上行功率和定时控制 222
15.1　上行功率控制 222
15.1.1　功率控制基线 222
15.1.2　基于波束的功率控制 224
15.1.3　PUCCH功率控制 226
15.1.4　多个上行载波情况下的功率控制 226
15.2　上行定时控制 227
第16章　初始接入 229
16.1　小区搜索 229
16.1.1　SSB 229
16.1.2　SSB的频域位置 231
16.1.3　SSB的周期 231
16.1.4　SS突发集：时域上多个SSB 232
16.1.5　PSS、SSS和PBCH的详细说明 234
16.1.6　剩余系统信息 237
16.2　随机接入 237
16.2.1　前导码的发送 238
16.2.2　随机接入响应 243
16.2.3　消息3：竞争解决 244
16.2.4　消息4：竞争解决和连接建立 244
16.2.5　补充上行的随机接入 245
第17章　LTE/NR互通和共存 246
17.1　LTE/NR双连接 246
17.1.1　部署场景 247
17.1.2　架构选项 248
17.1.3　单发工作 248
17.2　LTE/NR共存 249
第18章　射频特性 252
18.1　频谱灵活性的影响 252
18.2　不同频率范围的射频要求 254
18.3　信道带宽和频谱利用率 255
18.4　终端射频要求的总体结构 257
18.5　基站射频要求的总体结构 257
18.5.1　NR基站射频传导要求和辐射要求 257
18.5.2　NR不同频率范围的基站类型 259
18.6　NR射频传导要求概述 260
18.6.1　发射机传导特性 260
18.6.2　接收机传导特性 261
18.6.3　区域性要求 262
18.6.4　通过网络信令通知特定频段的终端要求 262
18.6.5　基站等级 262
18.7　传导输出功率电平要求 263
18.7.1　基站输出功率和动态范围 263
18.7.2　终端输出功率和动态范围 263
18.8　发射信号质量 264
18.8.1　EVM和频率误差 264
18.8.2　终端带内发射 264
18.8.3　基站时间对齐 264
18.9　无用发射传导要求 265
18.9.1　实现因素 265
18.9.2　带外域的发射模板 265
18.9.3　邻道泄漏比 267
18.9.4　杂散发射 268
18.9.5　占用带宽 269
18.9.6　发射机互调 269
18.10　传导灵敏度和动态范围 269
18.11　接收机对干扰信号的敏感性 270
18.12　NR的射频辐射要求 271
18.12.1　FR2的终端辐射要求 272
18.12.2　FR1的基站辐射要求 272
18.12.3　FR2的基站辐射要求 273
18.13　研究中的NR射频要求 274
18.13.1　多标准无线基站 274
18.13.2　多频段能力基站 275
18.13.3　工作在非连续频谱 277
第19章　毫米波射频技术 279
19.1　ADC和DAC 279
19.2　本振和相位噪声 281
19.2.1　自由振荡器和锁相环的相位噪声特性 281
19.2.2　毫米波信号生成的挑战 283
19.3　功放效率和无用发射的关系 284
19.4　滤波器 286
19.4.1　模拟前端滤波器 287
19.4.2　插损和带宽 288
19.4.3　滤波器实现示例 289
19.5　接收机噪声系数、动态范围和带宽的关系 291
19.5.1　接收机和噪声系数模型 291
19.5.2　噪声因子和噪底 292
19.5.3　压缩点和增益 293
19.5.4　功率谱密度和动态范围 294
19.5.5　载波频率和毫米波技术 294
19.6　总结 296
第20章　5G的演进 297
20.1　接入和回传一体化 297
20.2　工作在非授权频谱 298
20.3　非正交多址接入 299
20.4　机器类型通信 299
20.5　设备到设备的通信 300
20.6　频谱和双工灵活性 300
20.7　结束语 302
术语表 303
参考文献 310
· · · · · ·