5G網絡的機遇 研究和發展前景
胡飛
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商品描述
本書主要闡述了5G核心技術,主要包括毫米波通信、大規模MIMO、
雲化的網絡、軟件定義網絡的支持程度、基於大數據的網絡運行、
高效能源協議、認知頻譜管理等技術的設計細節。
作者簡介
胡飛博士
目前是阿拉巴馬州塔斯卡盧薩市阿拉巴馬大學電子與計算機工程系的教授。
他獲取了同濟大學(中國上海)信號處理的博士學位(1999年)和克拉克森大學(美國紐約波茨坦)
電氣和計算機工程(2002年)的博士學位。
胡博士的研究得到了美國國家科學基金會、思科、Sprint等的支持。
他的研究領域為安全、信號、傳感器。
(1)安全:這主要指在復雜的無線或有線網絡中如何抵禦來自各方面的網絡攻擊。
(2)信號:這主要指智能信號處理,即使利用機器學習算法以智能方式處理傳感信號(模式識別)。
(3)傳感器:這包括微傳感器設計和無線傳感器網絡。
目錄大綱
目錄:
第一部分5G網絡的基礎知識
第1章5G的基礎3
1.1歷史簡介4
1.2引言6
1.3 5G概念7
1.3.1開放式的無線架構7
1.3.2網絡層8
1.3.3開放傳輸協議8
1.3 .4應用層9
1.4 5G顛覆性技術9
1.4.1以設備為中心的架構10
1.4.2毫米波11
1.4.3大規模MIMO 12
1.4.4智能設備13
1.4.5支持機器間(M2M)通信13
第2章5G概述:關鍵技術15
2.1為什麼是5G 16
2.2什麼是5G 20
2.3 5G的應用21
2.4 5G的技術規範22
2.5面臨的挑戰22
2.6 5G網絡的關鍵技術23
2.7小結25
第3章從4G到5G 27
3.1引言28
3.2 LTE概述29
3.2.1 LTE網絡29
3.2.2 LTE幀結構31
3.2.3 eNB、S-GW以及MME池32
3.2.4協議棧33
3.2.5 *次註冊33
3.2.6基於X2的無S-GW重選的切換34
3.2.7基於X2的S-GW重選的切換35
3.2.8基於S1接口的切換36
3.2.9代理移動互聯網協議——LTE 39
3.3 LTE-A概況40
3.4 5G時代的黎明40
3.5 5G服務願景41
3.5.1物聯網41
3.5.2身臨其境的多媒體體驗42
3.5.3萬物上雲42
3.5.4直觀的遠程訪問42
3.6 5G的需求42
3.6. 1單元邊緣數據速率43
3.6.2時延44
3.6.3實時在線用戶44
3.6.4成本效率44
3.6.5移動性44
3.6.6蜂窩頻譜效率45
3.7 5G關鍵技術45
3.8小結47
第4章5G空口技術面臨的挑戰和問題49
4.1引言50
4.2回傳/前傳對5G的影響51
4.3部署場景和各自的挑戰52
4.3.1 3GPP發布的微蜂窩部署的基本場景52
4.3.2參考場景1:多層基礎網絡的干擾管理技術——C-RAN 54
4.3.3參考場景2:無處不在、按需服務的高速移動微蜂窩部署方案55
4.4小結56
*二部分5G網絡的設計
第5章5G RAN規劃的指導原則61
5.1蜂窩概念/蜂窩網絡簡史62
5.1.1從全向天線到6扇區基站62
5.1.2宏蜂窩、微蜂窩、微微蜂窩63
5.1.3 UMTS和LTE系統性能瓶頸64
5.2 5G沙盤65
5.2.1增加1000倍容量的定義65
5.2 .2室外vs室內業務65
5.2.3主要服務配置層66
5.3候選的5G蜂窩技術和關鍵技術66
5.3.1扇區高階化66
5.3.2垂直扇區化67
5.3.3傳統部署方案的演進68
5.3.4微蜂窩/超密集組網69
5.3.5分佈式天線系統/動態DAS 72
5.3.6大規模MIMO 73
5.3.7毫米波通信74
5.4 “5G/6G ”的非蜂窩方式75
5.4. 1蜂窩vs非蜂窩75
5.4.2 SPMA的創新性概念76
第6章5G網絡的服務質量79
6.1移動網絡的QoS管理模型演進80
6.2 5G網絡的關鍵因子--QoS 82
6.3 5G網絡的業務和業務量84
6.4 QoS參數86
6.5 5G網絡的質量要求87
6.6小結91
第7章5G大規模天線93
7.1 MIMO基礎94
7.1.1 MIMO技術及其理論依據95
7.1.2多天線傳輸模型96
7.1.3多天線分集、復用和賦形的信道容量100
7.1.4多用戶MIMO 102
7.2天線104
7.2.1大規模MIMO天線陣列105
7.2.2超大型天線的問題106
7.2.3大規模MIMO測試台111
7.3波束賦形112
7.3.1波束賦形概述112
7.3.2波束賦形系統113
7.3.3波束賦形的基本原則114
7.3.4無線MIMO系統波束賦形技術的分類117
7.3.5 MIMO波束賦形算法119
第8章5G異構網絡中的自癒合121
8.1 SON簡介123
8.1.1 SON架構124
8.1.2 5G前的SON 124
8.1.3 5G中的SON 126
8.2自癒合128
8.2.1故障來源130
8.2.2小區中斷檢測130
8.2.3小區中斷補償131
8.3自癒合技術的發展131
8.4案例研究:回傳自癒合133
8.4.1 5G網絡中的回傳要求133
8.4.2 5G網絡回傳自癒合架構建議134
8.4.3新的自癒合方法137
8.5小結144
第9章5G光纖和無線技術的融合145
9.1引言146
9.2無線與有線寬帶及基礎設施融合的趨勢與課題149
9.3容量和時延約束153
9.3.1容量153
9.3.2時延156
9.4前傳架構和光纖技術158
9.4.1前傳架構158
9.4.2光纖技術162
9.5光載無線和PON系統共用光纖的兼容性問題166
9.5.1 PON系統中的D-RoF傳輸168
9.5.2用於D-RoF傳輸的移動前傳調製解調器170
9.6小結174
9.7認證175
第10章基於MCC的異構網絡的功率控制177
10.1引言179
10.2頻譜感知:一種機器學習方法179
10.2.1特性180
10.2.2分類器183
10.2.3分類調製編碼186
10.3認知無線網中的功率控制187
10.3.1基於遊戲理論的分佈式技術188
10.3.2其他分佈式技術189
10.3.3集中式技術189
10.4使用分類調製和編碼的功率控制190
10.4.1目前技術水平191
10.4.2系統模型192
10.4.3分類調製編碼反饋194
10.4.4一種同時用於功率控制和乾擾信道學習的新型算法195
10.4.5結論197
10.5小結200
第11章關於5G蜂窩網絡的能源效率—光譜效率折中203
11.1 EE-SE平衡205
11.2分佈式MIMO系統207
11.2.1 D-MIMO信道模型208
11.2.2 D-MIMO的遍歷容量探討209
11.2.3 D-MIMO系統容量的近似極限209
11.2.4 D-MIMO功率模型210
11.2.5 D-MIMO的EE-SE平衡公式212
11.3 EE-SE平衡的近似閉合形式212
11.4用例方案213
11.4.1單無線接入單元情景213
11.4 .2 M個無線接入單元215
11.4.3 M=2 RAU的D-MIMO系統217
11.4.4 CFA的準確性:數值結果219
11.5 D-MIMO EE-SE平衡下低SE的近似值221
11.6 D-MIMO EE-SE平衡下高SE的近似值225
11.7通過C-MIMO實現D-MIMO的EE增益227
11.8小結229
第三部分5G物理層
第12章5G的物理層技術233
12.1新波形234
12.1.1濾波器組多載波235
12.1.2通用濾波多載波242
12.1.3廣義頻分複用245
12.2新調製250
12.3非正交多址251
12.3.1基本NOMA與SIC 252
12.3.2沒有SIC的基本NOMA 255
12.4超奈奎斯特通信速度257
12.5全雙工無線電261
第13章GFDM:為5G物理層提供靈活性263
13.1 5G場景和動機266
13.1.1 Bitpipe通信266
13.1.2物聯網267
13.1.3觸覺互聯網267
13.1.4無線局域網268
13.2 GFDM原理和性能268
13.2.1 GFDM波形269
13.2.2 GFDM的矩陣表示法271
13.2.3連續干擾消除274
13.2.4用Zak變換設計的接收濾波器276
13.2.5低OOB排放的解決方案279
13.2.6 GFDM符號差錯率的性能分析282
13.3 GFDM的偏移量QAM 287
13.3.1時域OQAM-GFDM 287
13.3.2頻域OQAM-GFDM 290
13.4通過預編碼提高靈活性291
13.4.1每個子載波的GFDM處理291
13.4.2每個子符號的GFDM處理293
13.4.3 GFDM的預編碼294
13.5 GFDM的發射分集297
13.5.1時間反轉STC-GFDM 297
13.5.2廣泛線性均衡器(WLE)STC -GFDM 302
13.6 LTE資源網格的GFDM參數化308
13.6.1 LTE時頻資源網格309
13.6.2 LTE時頻網格的GFDM參數化310
13.6.3 GFDM和LTE信號的共存311
13.7 GFDM作為各種波形的框架312
13.8小結316
第14章5G微蜂窩系統的新型厘米波概念317
14.1引言318
14.2毫米波和厘米波的特點320
14.3 5G厘米波蜂窩系統概述321
14.3.1主要特徵321
14.3.2理想的5G幀結構321
14.3. 3 MIMO和支持的*級接收機324
14.3.4動態TDD的支持324
14.4動態TDD 325
14.4.1動態TDD的預期收益326
14.4.2動態TDD的缺點329
14.5 5G厘米波蜂窩系統中的秩自適應331
14.5.1基於Taxation的秩自適應方案332
14.5.2績效評估333
14.5.3秩自適應和動態TDD 336
14.6能量效率機制337
14.7小結340
第四部分5G的厘米波和毫米波波形
第15章應用於5G無線網絡的毫米波通信技術345
15.1引言346
15.2毫米波技術的標準化工作347
15.3毫米波信道特性348
15.4毫米波物理層技術351
15.5毫米波通信設備352
15.6毫米波室內接入網絡架構353
15.7小結354
15.8未來的研究方向355
第16章基於毫米波技術的通信網絡架構、模型和性能357
16.1引言358
16.2頻譜359
16.3波束跟踪361
16.4具有變化角度的信道模型362
16.5 UAB網絡架構367
16.5.1以負載為中心的回程368
16.5.2多頻傳輸架構370
16.6系統級容量371
16.6.1 MIMO預編碼371
16.6.2性能評估372
第17章毫米波無線電傳播特性375
17.1引言376
17.2傳播特性377
17.2.1高方向性377
17.2.2有限噪聲無線系統379
17.3傳播模型和參數380
17.3.1路徑損耗模型380
17.3.2毫米波特定衰減因子382
17.4鏈路預算分析384
17.4.1通過信噪比計算得到的香農信道容量385
17.4.2 60 GHz毫米波信道的IEEE 802.11ad基帶計算386
17.5小結389
第18章室外環境中毫米波的通信特性391
18.1引言392
18.2毫米波信道特性393
18.2.1自由空間傳播395
18.2.2大尺度衰減396
18.2.3小尺度衰減402
18.2.4車輛環境中的毫米波特性403
18.3毫米波傳播模型405
18.3.1基於幾何的隨機信道模型405
18.3.2近距離自由空間參考路徑損耗模型406
18.3.3射線跟踪模擬408
18.3.4組合方法408
18.4小結409
第19章關於毫米波媒體訪問控制的研究411
19.1引言412
19.2 mmWave MAC設計中的定向波束管理413
19.2.1徹底/暴力算法搜索413
19.2.2 IEEE標準中的兩級光束訓練414
19.2.3交互式波束訓練415
19.2.4優先扇區搜索排序417
19.3 mmWave系統的調度和中繼選擇417
19.3.1調度418
19.3.2 IEEE 802.11ad中的中繼選擇418
19.4視頻流419
19.4.1室內無壓縮視頻流419
19.4.2室外實時視頻流419
19.5下一代無線蜂窩網絡MAC 421
19.6小結422
第20章毫米波的MAC層設計425
20.1引言426
20.2 MAC層設計的主要挑戰和方向427
20.2.1方向性428
20.2.2阻塞428
20.2.3 MAC層中的CSMA問題428
20.3空間復用429
20.4毫米波通信中的MAC協議比較429
20.4.1資源分配430
20.4.2傳輸調度430
20.4.3並發傳輸431
20.4.4阻塞和方向性431
20.4.5波束成形協議431
20.5 MAC設計指南432
20.6毫米波通信標準433
20.6.1局域網433
20.6.2個域網絡434
20.7未來的研究方向435
20.8小結436
參考文獻437