5G NR物理層技術詳解：原理、模型和組件（簡體書）

本書介紹了5G新的無線接入技術―5G NR的基本物理層設計原理、模型和組件。物理層模型包括針對5G NR(最高到100 GHz)全頻段範圍的無線電波傳播和硬件損傷。物理層技術包括靈活的多載波波形、先進的多天線解決方案，以及針對5G及以後技術的各種服務、部署和頻率的信道編碼機制。包括一個基於MATLAB的鏈路級仿真器以探索各種設計選項。

1. 本書詳細闡述5G NR物理層技術，涵蓋NR物理層波形、編碼調製、參數集、信道仿真和多天線方案等內容。

2. 本書適合無線通信領域的研發工程師或研究者，以及大學相關專業的學生，學習掌握*5G NR標準物理層技術和設計方法，配合閱讀《5G NR標準-下一代無線通信技術》會有更佳效果；

推薦序一
推薦序二
譯者序
致謝
第1章 緒論：5G無線接入 1
1.1 移動通信的演進 2
1.2 5G新的無線接入技術 3
1.3 5G NR全景視圖 4
1.3.1 5G標準化 4
1.3.2 5G頻譜 6
1.3.3 5G用例 9
1.3.4 5G外場試驗 9
1.3.5 5G商用部署 13
1.4 本書預覽 15
參考文獻 17
第2章 NR物理層概述 19
2.1 無線協議架構 20
2.2 NR物理層：關鍵技術 21
2.2.1 調製 21
2.2.2 波形 21
2.2.3 多天線 22
2.2.4 信道編碼 23
2.3 物理時頻資源 23
2.4 物理信道 25
2.5 物理信號 25
2.6 雙工機制 27
2.7 幀結構 28
2.8 物理層過程和測量 30
2.9 物理層的挑戰 30
2.9.1 傳播相關的挑戰 30
2.9.2 硬件相關的挑戰 31
參考文獻 32
第3章 傳播和信道建模 33
3.1 傳播的基本原理 33
3.1.1 電磁波 34
3.1.2 自由空間傳播 34
3.1.3 散射和吸收 37
3.2 傳播信道特性 37
3.2.1 頻率–時延域 39
3.2.2 多普勒–時域 42
3.2.3 方向域 44
3.3 試驗信道特性 45
3.3.1 測量技術 45
3.3.2 分析方法 47
3.3.3 傳輸損耗測量 51
3.3.4 時延域測量 56
3.3.5 方向域測量 59
3.4 信道建模 68
3.4.1 5G隨機信道模型 68
3.4.2 基於幾何的建模 75
3.5 總結和展望 76
參考文獻 77
第4章 硬件損傷的數學建模 79
4.1 射頻功率放大器 80
4.1.1 伏爾特拉級數 81
4.1.2 伏爾特拉級數的常見子集 82
4.1.3 全域和局部基函數 84
4.1.4 試驗模型驗證 85
4.1.5 正交基函數 88
4.1.6 多天線環境及互耦 90
4.2 振盪器相位噪聲 94
4.2.1 相位噪聲功率譜和Leeson公式 94
4.2.2 相位噪聲建模：自激振盪器 94
4.2.3 相位噪聲建模：鎖相環 95
4.3 數據轉換器 97
4.3.1 量化噪聲的建模 97
4.4 統計建模 98
4.4.1 Bussgang定理和系統模型 98
4.5 功率放大器的隨機建模 99
4.6 振盪器相位噪聲 100
4.7 數據轉換器的隨機建模 100
4.8 模型的串聯和仿真 101
4.8.1 信號與干擾和噪聲比 102
4.8.2 仿真 102
4.8.3 仿真結果 104
參考文獻 106
第5章 多載波波形 107
5.1 多載波波形概述 108
5.1.1 正交性原理 108
5.1.2 基於OFDM的波形 111
5.1.3 基於濾波器組的波形 117
5.2 單載波DFTS-OFDM 126
5.3 5G NR波形設計要求 128
5.4 NR波形設計的關鍵性能指標 129
5.5 NR波形對比 131
5.5.1 頻率局部化 132
5.5.2 功率效率 134
5.5.3 時變衰落信道 135
5.5.4 基帶複雜度 135
5.5.5 相位噪聲魯棒性對比 137
參考文獻 142
第6章 NR的波形 144
6.1 OFDM對於NR的適用性 144
6.2 NR OFDM的可擴展性 147
6.2.1 為什麼選擇15 kHz作為參數集基線 150
6.2.2 為什麼選擇15×2n kHz作為參數集縮放比例 150
6.3 OFDM參數集的實現 151
6.3.1 相位噪聲 152
6.3.2 小區大小、業務時延及移動性 153
6.3.3 業務複用 157
6.3.4 頻譜限制 157
6.3.5 保護頻帶的考慮 159
6.3.6 實現因素 162
6.4 改善NR波形的功率效率 162
6.4.1 有失真的技術 164
6.4.2 無失真的技術 165
6.5 同步誤差的影響 167
6.5.1 定時偏移的影響 167
6.5.2 載波頻率偏移的影響 169
6.5.3 採樣頻率偏移 170
6.6 損傷抑制 171
6.6.1 相位噪聲抑制機制 171
6.6.2 CFO和SFO抑制 174
參考文獻 179
第7章 多天線技術 180
7.1 多天線技術在NR中的作用 181
7.1.1 低頻 181
7.1.2 高頻 181
7.2 多天線基本原理 183
7.2.1 波束賦形、預編碼和分集 183
7.2.2 空間複用 188
7.2.3 天線陣列架構 194
7.2.4 UE天線 200
7.2.5 天線端口和QCL 201
7.2.6 CSI的獲取 202
7.2.7 大規模MIMO 207
7.3 NR中多天線技術 208
7.3.1 獲取CSI 209
7.3.2 下行MIMO傳輸 212
7.3.3 上行MIMO傳輸 213
7.3.4 波束管理 215
7.4 試驗結果 222
7.4.1 波束賦形增益 222
7.4.2 波束跟蹤 224
7.4.3 系統仿真 225
參考文獻 227
第8章 信道編碼 229
8.1 前向糾錯的基礎限制 230
8.1.1 二進制-AWGN信道 230
8.1.2 二進制-AWGN信道的編碼機制 230
8.1.3 性能指標 230
8.2 二進制-AWGN信道的FEC機制 234
8.2.1 簡介 234
8.2.2 一些定義 234
8.2.3 LDPC碼 236
8.2.4 極化碼 239
8.2.5 較短碼塊長度的其他編碼機制 244
8.3 衰落信道的編碼機制 247
8.3.1 SISO的情況 247
8.3.2 MIMO的情況 249
參考文獻 251
第9章 仿真器 253
9.1 仿真器概覽 254
9.2 功能模塊 254
9.2.1 信道模型 254
9.2.2 功放模型 255
9.2.3 相位噪聲模型 255
9.2.4 同步 257
9.2.5 信道估計和均衡 257
9.3 波形 257
9.3.1 CP-OFDM 257
9.3.2 W-OFDM 258
9.3.3 UF-OFDM 258
9.3.4 FBMC-OQAM 258
9.3.5 FBMC-QAM 259
9.4 仿真練習 259
9.4.1 頻譜再生 259
9.4.2 CFO損傷 261
9.4.3 PN損傷 263
9.4.4 衰落信道的損傷 265
參考文獻 266
縮略語表 268