5G系統設計 : 端到端標準詳解

萬蕾（Wan Lei），華為Fellow，畢業於北京理工大學，獲通信與電子系統專業博士學位，現任華為智能汽車解決方案BU政策與標準專利部部長，曾任華為無線網絡標準專利部部長、華為無線標準首席。萬蕾博士從事移動通信國際標準化工作二十餘年，全程參與了4G和5G移動通信系統標準化工作，是ITU?4G評估和5G評估的主要貢獻者，也是3GPP?5G首版標準的主要推動者，長期致力於推動全球統一標準和一致頻譜分配，2019年榮獲3GPP?終身成就獎。她是當代通信系統評估建模的奠基者，提出的MI-模型被3GPP/IEEE/3GPP2廣為採納。她致力於推動FDD、TDD融合，提出並推動LTE/NR頻譜共存的標準化。
萬蕾博士還曾擔任CCSA?TC5?副主席、Future?Forum?副理事長、中國IMT-2020推進組專家組成員、國家科技重大專項03專項總體組專家、中國無線電頻率規劃專家諮詢組委員、中國通信學會無線及移動信息專委會委員等職務。

劉江華（Lin Jianghua），畢業於北京郵電大學，獲通信與信息系統碩士學位，現為海思Balong標準專利部部長，無線研究與標準技術專家，負責Balong Modem領域的研究與標準化工作。自2005年加入華為，一直在從事4G/4.5G/5G的研究與標準化工作，並於2014—2019年先後擔任華為的4.5G標準研究項目及RAN研究的負責人。主要的研究方向包括多天線、信道建模、MUST和IoT等，已有多項個人貢獻的關鍵技術被標准採納。

目 錄 
第1章 從4G到5G的應用場景與需求 / 1 
1.1 引言 / 1 
1.2 全球5G發展 / 3 
1.2.1 IMT-2020（5G）研究工作在ITU-R的開展過程 / 4 
1.2.2 5G在區域中的發展與推進過程 / 6 
1.2.3 標準制定過程 / 9 
1.3 應用場景擴展和需求 / 10 
1.3.1 5G應用場景和業務需求 / 11 
1.3.2 5G關鍵能力及技術性能需求 / 21 
1.3.3 5G需求總結 / 27 
1.4 標準組織和5G活動 / 28 
1.4.1 ITU-R評估流程／IMT-2020候選技術方案提交流程 / 28 
1.4.2 3GPP向ITU-R提交5G候選技術提案 / 31 
1.4.3 獨立評估組協助ITU-R批准IMT-2020規範 / 33 
1.5 本章小結 / 34 
參考文獻 / 35 

第2章 5G空口基本設計 / 37 
2.1 LTE空口概述 / 37 
2.1.1 LTE幀結構 / 38 
2.1.2 物理層信道 / 40 
2.1.3 參考信號 / 46 
2.1.4 下行傳輸 / 68 
2.1.5 上行傳輸 / 80 
2.1.6 HARQ定時 / 88 
2.1.7 載波聚合（CA）和頻段組合 / 91 
2.1.8 初始接入和移動性流程 / 91 
2.2 5G NR載波和信道設計 / 95 
2.2.1 載波的關鍵參數設計 / 95 
2.2.2 幀結構 / 98 
2.2.3 物理信道 / 103 
2.2.4 物理層參考信號 / 114 
2.3 5G NR頻譜和頻段定義 / 136 
2.3.1 5G頻譜和復用 / 136 
2.3.2 3GPP 5G NR頻段定義 / 154 
2.4 4G/5G頻譜共享（即LTE/NR共存） / 164 
2.4.1 動機和有益效果 / 165 
2.4.2 LTE/NR頻譜共享：網絡部署場景 / 175 
2.4.3 LTE/NR頻譜共享：更高頻譜共享效率的需求 / 181 
2.4.4 NR SUL頻段組合：上行鏈路載波選擇和切換 / 193 
2.4.5 4G/5G下行頻譜共享 / 202 
2.5 5G NR物理層新技術 / 206 
2.5.1 波形和多址 / 206 
2.5.2 信道編碼 / 210 
2.5.3 MIMO設計 / 216 
2.5.4 5G NR針對eMBB和URLLC的統一空口設計 / 230 
2.5.5 mMTC / 232 
2.6 本章小結 / 238 
參考文獻 / 240 

第3章 5G NR的新流程、RAN架構和協議棧 / 248 
3.1 5G NR新流程 / 248 
3.1.1 初始接入和移動性（IAM） / 248 
3.1.2 波束管理 / 251 
3.1.3 功率控制 / 254 
3.1.4 HARQ / 256 
3.2 RAN架構演進和協議 / 258 
3.2.1 整體架構 / 258 
3.2.2 NR系統的基本流程 / 276 
3.2.3 移動性控制 / 284 
3.2.4 垂直行業支持 / 288 
3.3 本章小結 / 291 
參考文獻 / 292 

第4章 5G系統架構 / 294 
4.1 5G端到端架構概述 / 294 
4.2 5G核心網服務化架構 / 297 
4.2.1 NF服務註冊示例 / 298 
4.2.2 NF服務發現示例 / 299 
4.3 網絡切片 / 299 
4.4 註冊、連接和會話管理 / 302 
4.4.1 註冊管理 / 302 
4.4.2 連接管理 / 302 
4.4.3 註冊管理流程 / 303 
4.4.4 PDU會話建立流程 / 305 
4.4.5 服務請求流程 / 307 
4.4.6 其他流程 / 308 
4.5 5GC下的會話和業務連續性 / 308 
4.6 與EPC對接 / 311 
4.7 5G核心網中的控制面和用戶面協議 / 313 
4.7.1 控制面協議棧 / 313 
4.7.2 用戶面協議棧 / 314 
4.8 支持虛擬化部署 / 315 
4.9 支持邊緣計算 / 316 
4.10 5G系統的策略與計費控制 / 317 
4.11 本章小結 / 320 
參考文獻 / 321 

第5章 5G能力展望：ITU-R提交＆性能評估 / 323 
5.1 5G需求概述 / 323 
5.2 評估方法概述 / 324 
5.2.1 eMBB技術性能需求的系統級仿真 / 324 
5.2.2 連接密度評估 / 326 
5.2.3 可靠性和移動性評估 / 328 
5.2.4 分析方法 / 328 
5.2.5 檢查方法 / 328 
5.3 評估指標定義及評估方法 / 328 
5.3.1 eMBB的評估指標 / 329 
5.3.2 mMTC的評估指標——連接密度 / 342 
5.3.3 URLLC的評估指標 / 344 
5.4 5G性能評估 / 345 
5.4.1 5G寬帶幀結構和物理信道結構 / 345 
5.4.2 NR MIMO、多址和波形 / 365 
5.4.3 LTE/NR共存（上下行解耦） / 372 
5.4.4 NB-IoT / 383 
5.4.5 LTE/NR頻譜共享外場測試 / 384 
5.5 本章小結 / 391 
參考文獻 / 392 

第6章 5G市場和產業 / 393 
6.1 5G 市場 / 393 
6.1.1 5G的增強移動寬帶業務 / 394 
6.1.2 5G在垂直行業的應用 / 394 
6.2 全球統一的5G標準和生態系統 / 397 
6.2.1 3GPP / 397 
6.2.2 其他組織 / 402 
6.3 早期部署 / 407 
6.3.1 IMT-2020（5G）推進組的5G試驗 / 408 
6.3.2 5G部署計劃 / 409 
6.4 展望 / 413 
參考文獻 / 414 

縮略語 / 417