本书继作者关于3G、4G的著名书籍之后，对5G NR提供了新的见解和阐述。在初步讨论了5G的背景后，详细描述了NR第一阶段的所有技术特征，包括NR物理层结构和高层协议、射频和频谱以及与LTE的共存和互通。第3版对5G-Advanced NR增强标准Release 17和Release 18版本的NR技术组件做了详细的阐述，还对6G进行了展望。与第2版相比新增了三章，包括:第22章，描述物联网应用的NR缩减能力和小数据传输；第23章，描述NR多播和广播操作；第25章，讨论NR空口中为支持NTN卫星通信操作而引入的更改（例如，上下行定时关系、HARQ增强）。本书可供从业工程师、专家和学者了解5G及6G标准新演进内容，大学相关专业学生、研究生也可参考使用。

第3版新增了Release 17和Release 18的关键特性：
·频谱扩展到52.6GHz以上
·网络控制中继器和对IAB的增强
·缩减能力终端（RedCap）
·Sidelink增强
·定位增强
·MIMO增强
·非地面网络（NTN）
·对广播/多播业务的支持
·移动性增强
·节能增强
·双工增强
·3GPP中的AI/ML研究

前言

基于3GPP NR（New Radio，新空口）技术的5G无线接入网的部署目前正在顺利进行。与基于LTE技术的4G网络相比，5G提供了更好的移动宽带性能，包括高达10Gbit/s的数据速率和更低的时延。5G远不止于此，它还提供具有新的可靠性水平和极低时延的服务。5G的发展还包括对各种垂直领域和新部署场景的广泛支持。
本书描述了截至2023年春季NR的有关信息。第1章提供了简要的介绍，第2章描述了标准化过程和相关组织，比如众所周知的3GPP和ITU。第3章介绍了可用于移动通信的频段，并讨论了寻找新频段的过程。
有关LTE及其演进的概述见第4章。尽管本书的重点是NR，但对LTE的简要概述作为后续章节的背景介绍是必要的。原因之一是LTE和NR都是由3GPP开发的，因此具有共同的背景并共享一些技术组件。NR中的许多设计选择也是基于LTE的经验做出的。此外，LTE对整个5G无线接入仍然很重要，不仅是某些物联网应用的重要组成部分，而且在双连接场景中与5G/NR协同工作方面也是如此。
第5章提供了NR的概述。可以单独阅读，以获得对NR的高层次理解，也可以作为对后续章节的概要介绍。
第6章概述了NR中的总体协议结构，然后在第7章中描述了NR的总体时/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测量工具，第9章介绍了整体传输信道处理，第10章介绍了相关控制信令。如何使用这些功能来支持不同的多天线方案和波束赋形功能是第11章和第12章的主题。
重传功能和调度分别是第13章和第14章的主题，随后是第15章的功率控制和第16章的小区搜索以及第17章的随机接入。
与LTE共存和互通是NR的重要组成部分，尤其是在依赖LTE进行移动和初始接入的非独立部署场景中，第18章对此做了介绍。
第19~27章重点介绍了NR在Release 16、Release 17和Release 18中的演进所带来的一些主要新功能。第19章讨论了TDD网络对远程干扰的管理。接入非授权频谱的内容见第20章。第21章和第22章讨论了机器类型通信的增强功能，第21章侧重于超可靠、低时延通信和工业物联网，第22章介绍了RedCap终端和小数据传输。第23章介绍了多播和广播业务的增强功能。第24章描述了接入回传一体化，其中NR不仅用于接入链路，还用于回传。第25章介绍了NR对所谓的非地面网络的支持，在实践中通过卫星和高空平台接入5G。车载通信和NR Sidelink设计是第26章的主题。定位功能见第27章。
第28章的主题是射频（RF）要求，涉及大频率范围和多标准无线设备的频谱灵活性。第29章讨论了毫米波范围内较高频段的RF实现。
最后，第30章展望了未来NR的发布和即将推出的6G技术。

致谢

感谢所有为本书的写作提供帮助的爱立信公司的同事，包括对本书有关内容直接提供建议和意见，以及参与开发NR和5G这一宏大的下一代无线接入项目。
标准化过程涉及来自全球各地的工作者，在此感谢无线通信业的所有同人，特别是3GPP RAN工作组的努力。没有他们的工作和对标准化的贡献，这本书就不可能存在。
最后，非常感谢家人在撰写本书的漫长过程中给予我们的宽容和支持。

埃里克·达尔曼（Erik Dahlman）
爱立信研究院高级专家，从事移动通信研究工作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，与人合作出版了3G Evolution: HSPA and LTE for Mobile Broadband和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）
就职于爱立信研究院，深入参与4G和5G研发，从3G研究早期就开始参与标准化工作。

约翰·舍尔德（Johan Sk?ld）
就职于爱立信研究院，深入参与4G和5G研发，从3G研究早期就开始参与标准化工作。

目录

译者序
前言
致谢

第1章 5G概述
11.1 移动通信的演进从1G到5G1
1.2 3GPP和移动通信的标准化2
1.3 下一代无线接入技术5G/NR3
1.3.1 5G应用场景3
1.3.2 LTE向5G演进3
1.3.3 NR新的5G无线接入技术4
1.3.4 5GCN新的5G核心网4

第2章5G标准化52.1标准化和监管概述5
2.2 ITU-R从3G到6G的活动6
2.2.1 ITU-R的角色6
2.2.2 IMT-2000和IMT-Advanced7
2.2.3 ITU-R WP5D中的5G和IMT-20208
2.2.4 IMT-2030和面向6G的ITU-R工作9
2.3 5G和IMT-202010
2.3.1 IMT-2020的使用场景10
2.3.2 IMT-2020的能力集11
2.3.3 IMT-2020的性能要求14
2.3.4 IMT-2020的候选技术和评估16
2.4 3GPP标准化17
2.4.1 3GPP流程17
2.4.2 作为IMT-2020候选技术的3GPP 5G规范19

第3章 5G频谱2
13.1 移动系统的频谱21
3.1.1 ITU-R为IMT系统定义的频谱21
3.1.2 5G的全球频谱状况24
3.2 NR的频段25

第4章 LTE概述31
4.1 LTE Release 8基本的无线接入31
4.2 LTE演进33
4.3 频谱灵活性35
4.3.1 载波聚合35
4.3.2 授权辅助接入36
4.4 多天线增强37
4.4.1 增强的多天线传输37
4.4.2 多点协作和传输37
4.4.3 增强的控制信道结构38
4.5 高密度、微蜂窝和异构部署38
4.5.1 中继39
4.5.2 异构部署39
4.5.3 微蜂窝开关39
4.5.4 双连接40
4.5.5 动态TDD40
4.5.6 WLAN互通40
4.6 终端增强41
4.7 新场景41
4.7.1 机器类型通信41
4.7.2 降低时延42
4.7.3 终端到终端通信42
4.7.4 V2V和V2X43
4.7.5 飞行器43
4.7.6 多播/广播44

第5章 NR概述455.1Release 15中的NR基础知识46
5.1.1 高频段操作和频谱灵活性46
5.1.2 极简设计47
5.1.3 向前兼容47
5.1.4 传输方案、部分带宽和帧结构48
5.1.5 双工方式50
5.1.6 低时延支持51
5.1.7 调度和数据传输51
5.1.8 控制信道52
5.1.9 以波束为中心的设计和多天线传输52
5.1.10 初始接入54
5.1.11 互通和与LTE共存54
5.2 NR演进和5G-Advanced55
5.2.1 多天线增强56
5.2.2 载波聚合和双连接增强57
5.2.3 移动性增强58
5.2.4 终端节能增强59
5.2.5 交叉链路干扰缓解和远程干扰管理59
5.2.6 接入回传一体化/网络控制中继器60
5.2.7 NR与非授权频谱61
5.2.8 扩展到52.5GHz以上61
5.2.9 智能交通系统、车联网和直通链路62
5.2.10 机器类型通信和物联网62
5.2.11 定位64
5.2.12 非地面网络65
5.2.13 广播和多播65
5.2.14 覆盖增强66
5.2.15 小于5MHz带宽的NR66
5.2.16 扩展现实66
5.2.17 无人飞行器和无人机67
5.2.18 双工灵活性67
5.2.19 网络能效增强67
5.2.20 人工智能和机器学习68

第6章 无线接口架构69
6.1 系统总体架构69
6.1.1 5G核心网69
6.1.2 无线接入网71
6.2 无线协议架构73
6.2.1 服务数据适配协议SDAP76
6.2.2 分组数据汇聚协议PDCP76
6.2.3 无线链路控制77
6.2.4 媒体接入控制78
6.2.5 物理层84
6.3 调度86
6.4 服务质量88
6.5 无线资源控制89
6.5.1 RRC状态机91
6.5.2 无线链路监测92
6.6 移动性92
6.6.1 网络控制的移动性93
6.6.2 条件切换96
6.6.3 双激活协议栈97
6.6.4 L1/L2触发的移动性97
6.6.5 空闲态移动性小区重选98
6.6.6 终端跟踪98
6.6.7 寻呼99

第7章 总体传输结构101
7.1 传输机制101
7.2 时域结构103
7.3 频域结构105
7.4 部分带宽108
7.5 NR载波频域位置110
7.6 载波聚合111
7.7 补充上行113
7.7.1 与载波聚合的关系114
7.7.2 上行控制信令115
7.8 双工方式115
7.8.1 时分双工116
7.8.2 频分双工118
7.8.3 时隙格式和时隙格式指示118
7.9 天线端口121
7.10 准共址123

第8章 信道测量125
8.1 信道状态信息参考信号：CSI-RS125
8.1.1 CSI-RS的基本结构125
8.1.2 CSI-RS配置的频域结构128
8.1.3 CSI-RS配置的时域特性128
8.1.4 CSI-IM干扰测量129
8.1.5 零功率CSI-RS129
8.1.6 CSI-RS资源集130
8.1.7 跟踪参考信号130
8.1.8 物理天线映射131
8.2 终端测量和上报132
8.2.1 上报数量132
8.2.2 测量资源132
8.2.3 上报类型133
8.3 探测参考信号：SRS134
8.3.1 SRS序列和Zadoff-Chu序列135
8.3.2 多端口SRS136
8.3.3 SRS跳频136
8.3.4 SRS时域结构137
8.3.5 SRS资源集137
8.3.6 物理天线映射137

第9章 传输信道处理139
9.1 概述139
9.2 信道编码140
9.2.1 为每个传输块添加CRC140
9.2.2 码块分段140
9.2.3 NR信道编码141
9.3 速率匹配和物理层HARQ功能142
9.4 加扰144
9.5 调制144
9.6 层映射144
9.7 上行DFT预编码144
9.8 多天线预编码145
9.8.1 下行预编码145
9.8.2 上行预编码146
9.9 资源块映射147
9.10 下行预留资源149
9.11 参考信号151
9.11.1 基于OFDM的上下行传输所使用的DM-RS152
9.11.2 基于DFT预编码的OFDM上行传输所使用的DM-RS156
9.11.3 相位跟踪参考信号157

第10章 物理层控制信令158
10.1 下行158
10.1.1 物理下行控制信道159
10.1.2 控制资源集161
10.1.3 盲解码和搜索空间166
10.1.4 下行调度分配：DCI格式1_0、1_1、1_2和1_3171
10.1.5 上行调度授权：DCI格式0_0、0_1、0_2和0_3175
10.1.6 时隙格式指示：DCI格式2_0179
10.1.7 抢占指示：DCI格式2_1179
10.1.8 上行功率控制命令：DCI格式2_2179
10.1.9 SRS控制命令：DCI格式2_3179
10.1.10 上行取消指示：DCI格式2_4179
10.1.11 软资源指示：DCI格式2_5180
10.1.12 DRX激活：DCI格式2_6180
10.1.13 寻呼提前指示和动态TRS控制：DCI格式2_7180
10.1.14 Sidelink调度：DCI格式3_0和3_1180
10.1.15 多播/广播调度：DCI格式4_0、4_1和4_2180
10.1.16 网络控制中继器的波束指示：DCI格式5_0180
10.1.17 指示频域资源的信令180
10.1.18 指示时域资源的信令183
10.1.19 指示传输块大小的信令18510.2上行186
10.2.1 PUCCH的基本结构187
10.2.2 PUCCH格式0188
10.2.3 PUCCH格式1190
10.2.4 PUCCH格式2191
10.2.5 PUCCH格式3192
10.2.6 PUCCH格式4193
10.2.7 PUCCH传输使用的资源和参数194
10.2.8 通过PUSCH传输的上行控制信令195

第11章 多天线传输197
11.1 简介197
11.2 NR下行多天线预编码200
11.2.1 类型Ⅰ CSI202
11.2.2 类型 Ⅱ CSI （Release 15部分）203
11.2.3 Release 16增强的类型Ⅱ CSI204
11.2.4 端口选择206
11.3 上行多天线预编码207
11.3.1 基于码本的传输207
11.3.2 基于非码本的预编码209

第12章 波束管理212
12.1 初始波束建立213
12.2 波束调整213
12.2.1 下行发送端波束调整213
12.2.2 下行接收端波束调整214
12.2.3 上行波束调整215
12.3 波束指示和TCI215
12.3.1 Release 15/16关于TCI状态的定义215
12.3.2 Release 17统一TCI框架216
12.4 波束恢复218
12.4.1 波束失败检测219
12.4.2 新备选波束的认定219
12.4.3 终端恢复请求和网络响应219
12.5 多收发节点传输220
12.5.1 非相干联合传输221
12.5.2 用于URLLC的下行Multi-TRP222
12.5.3 用于URLLC的上行Multi-TRP225

第13章 重传协议226
13.1 带软合并的HARQ227
13.1.1 软合并230
13.1.2 下行HARQ231
13.1.3 上行HARQ232
13.1.4 上行确认的定时232
13.1.5 HARQ确认的复用233
13.2 RLC236
13.2.1 序列编号和分段236
13.2.2 确认模式和RLC重传239
13.3 PDCP243

第14章 调度245
14.1 动态下行调度245
14.1.1 载波聚合246
14.1.2 下行抢占处理247
14.2 动态上行调度248
14.2.1 上行优先级处理和逻辑信道复用250
14.2.2 调度请求253
14.2.3 缓存状态报告253
14.2.4 功率余量报告254
14.3 调度和动态TDD255
14.4 无动态授权的传输半持续调度和配置授权256
14.5 节能机制257
14.5.1 不连续接收258
14.5.2 唤醒信号259
14.5.3 从节能角度考虑的跨时隙调度260
14.5.4 小区休眠260
14.5.5 带宽自适应262
14.5.6 PDCCH监听控制263
14.5.7 寻呼提前指示265

第15章 上行功率和定时控制267
15.1 上行功率控制267
15.1.1 功率控制基线267
15.1.2 基于波束的功率控制269
15.1.3 PUCCH功率控制270
15.1.4 多个上行载波情况下的功率控制271
15.2 上行定时控制271

第16章 小区搜索和系统信息274
16.1 SSB274
16.1.1 基本结构274
16.1.2 频域位置276
16.1.3 SSB的周期276
16.1.4 PSS和SSS的详细结构276
16.2 SS突发集时域上多个SSB278
16.3 PBCH和MIB280
16.4 小区定义和非小区定义的SSB281
16.5 剩余系统信息282

第17章 随机接入285
17.1 步骤1前导码的发送286
17.1.1 RACH配置和RACH资源286
17.1.2 前导码的基本结构288
17.1.3 长前导码和短前导码289
17.1.4 SSB索引到RACH时机和前导码的映射291
17.1.5 前导码的功率控制和功率抬升292
17.1.6 NTN的前导码发送292
17.2 步骤2随机接入响应292
17.3 步骤3/4竞争解决293
17.3.1 消息3293
17.3.2 消息4294
17.4 补充上行的随机接入294
17.5 初始接入之后的随机接入295
17.5.1 切换中的随机接入295
17.5.2 SI请求的随机接入295
17.5.3 通过PDCCH Order重新建立同步296
17.6 两步RACH296
17.6.1 两步RACH步骤A297
17.6.2 两步RACH步骤B299
17.6.3 选择两步RACH还是四步RACH300

第18章 LTE/NR互通和共存301
18.1 LTE/NR双连接301
18.1.1 部署场景302
18.1.2 架构选项303
18.1.3 单发工作303
18.2 LTE/NR共存304

第19章 TDD网络中的干扰处理307
19.1 远程干扰管理308
19.1.1 集中式和分布式干扰处理310
19.1.2 RIM参考信号312
19.1.3 RIM-RS的资源312
19.2 交叉链路干扰313
19.2.1 终端侧干扰测量314
19.2.2 小区间协调314

第20章 NR非授权频谱技术316
20.1 NR的非授权频谱317
20.1.1 5GHz频段317
20.1.2 6GHz频段318
20.1.3 60GHz频段319
20.2 非授权频谱的技术组件319
20.3 非授权频谱中的信道接入320
20.3.1 动态信道接入流程（LBE）321
20.3.2 半静态信道接入流程（FBE）326
20.3.3 载波聚合和宽带操作327
20.4 下行数据传输329
20.4.1 下行HARQ330
20.4.2 参考信号332
20.5 上行数据传输332
20.5.1 FR1中的交织传输332
20.5.2 上行数据传输的动态调度333
20.5.3 上行数据传输的预配置调度授权334
20.5.4 上行探测参考信号335
20.6 下行控制信令336
20.6.1 CORESET336
20.6.2 PDCCH盲检和搜索空间组336
20.6.3 下行调度分配DCI格式1_0至1_3337
20.6.4 上行调度授权DCI格式0_0、0_1、0_2和0_3338
20.6.5 下行反馈信息DCI格式0_1340
20.6.6 时隙格式指示DCI格式2_0341
20.7 上行控制信令341
20.7.1 PUCCH承载上行控制信令341
20.7.2 PUSCH承载上行控制信令344
20.8 初始接入344
20.8.1 动态频率选择344
20.8.2 小区搜索、发现突发和独立模式344
20.8.3 随机接入346

第21章 工业物联网和URLLC增强348
21.1 上行抢占349
21.1.1 上行取消350
21.1.2 用于动态调度的上行功率提升350
21.2 上行冲突解决351
21.3 配置授权和半持续调度352
21.4 PUSCH资源分配增强353
21.5 下行控制信道354
21.6 反馈增强355
21.7 具备PDCP复制的多连接356
21.8 非授权频谱中的IIoT和URLLC357
21.9 时间敏感网络的时间同步357

第22章 RedCap和小数据传输360
22.1 RedCap终端360
22.1.1 减少带宽和初始接入361
22.1.2 单通路接收天线362
22.1.3 半双工FDD362
22.1.4 降低高层复杂度363
22.1.5 DRX增强及邻区测量363
22.2 小数据传输364
22.2.1 SDT的触发364
22.2.2 随机接入的SDT364
22.2.3 配置授权的SDT365

第23章 多播和广播业务367
23.1 单播、多播、广播367
23.2 信道结构368
23.3 下行数据传输370
23.3.1 单频网371
23.3.2 公共MBS频率资源371
23.4 HARQ重传372
23.5 下行控制信令373
23.6 调度375
23.6.1 调度多播业务375
23.6.2 调度广播业务375
23.6.3 调度广播控制信息376
23.6.4 单播、多播和广播的复用376
23.7 移动性377

第24章 接入回传一体化378
24.1 IAB架构379
24.2 IAB频谱381
24.3 IAB节点的初始接入382
24.4 IAB节点传输定时382
24.4.1 MT传输定时382
24.4.2 DU发送定时和OTA定时对齐384
24.5 DU/MT交互385
24.5.1 MT资源配置386
24.5.2 DU/MT灵活协调387
24.6 IAB的移动性390
24.7 网络控制中继器391
24.7.1 NCR发送定时392
24.7.2 NCR波束管理和接入链路波束指示392
24.7.3 选择性转发393

第25章 非地面NR接入394
25.1 卫星基础知识395
25.1.1 卫星轨道及其特性395
25.1.2 星历数据和开普勒元素396
25.1.3 透明和可再生载荷397
25.1.4 固定波束和可控波束398
25.2 基于NR的NTN398
25.2.1 NTN频谱398
25.2.2 上下行时间对齐的扩展399
25.2.3 上下行传输之间的时序关系400
25.2.4 HARQ操作和HARQ进程数402
25.2.5 非地面网络中的移动性403
25.3 Release 18中的NTN扩展404
25.3.1 毫米波频段的NTN404
25.3.2 覆盖增强404
25.3.3 网络验证的UE（终端）位置405

第26章 Sidelink通信406
26.1 NR Sidelink发送和部署场景406
26.2 Sidelink通信的资源408
26.3 Sidelink物理信道410
26.3.1 PSSCH/PSCCH411
26.3.2 PSFCH412
26.4 资源分配413
26.4.1 资源分配模式1413
26.4.2 资源分配模式2414
26.5 Sidelink HARQ419
26.5.1 HARQ反馈419
26.5.2 HARQ重传420
26.6 其他Sidelink过程421
26.6.1 Sidelink功率控制421
26.6.2 Sidelink信道探测和CSI报告421
26.7 Sidelink同步422
26.7.1 Sidelink SS/PSBCH块422
26.7.2 同步过程424
26.8 Sidelink进一步增强425
26.8.1 毫米波频谱（FR2）的增强425
26.8.2 非授权频谱的支持426
26.8.3 载波聚合426

第27章 定位427
27.1基于下行的定位428
27.2 基于上行的定位430

第28章 射频特性432
28.1 频谱灵活性的影响432
28.2 不同频率范围的射频要求434
28.3 信道带宽和频谱利用率435
28.4 终端射频要求的总体结构437
28.5 基站射频要求的总体结构438
28.5.1 NR基站射频传导要求和辐射要求438
28.5.2 NR不同频率范围的基站类型439
28.6 NR射频传导要求概述439
28.6.1 发射机传导特性440
28.6.2 接收机传导特性441
28.6.3 区域性要求441
28.6.4 通过网络信令通知特定频段的终端要求442
28.6.5 基站类型1-C和1-H的基站等级442
28.7 传导输出功率电平要求443
28.7.1 基站输出功率和动态范围443
28.7.2 终端输出功率和动态范围443
28.8 发射信号质量444
28.8.1 EVM和频率误差444
28.8.2 终端带内发射444
28.8.3 基站时间对齐444
28.9 无用发射要求444
28.9.1 实现因素445
28.9.2 带外域的发射模板445
28.9.3 邻道泄漏比447
28.9.4 杂散发射448
28.9.5 占用带宽449
28.9.6 发射机互调449
28.10 传导灵敏度和动态范围449
28.11 接收机对干扰信号的敏感度449
28.12 NR的射频辐射要求451
28.12.1 基站类型1-O和2-O的基站等级451
28.12.2 FR2的终端辐射要求452
28.12.3 FR1的基站辐射要求452
28.12.4 FR2的基站辐射要求453
28.13 多标准无线基站454
28.14 工作在非连续频谱456
28.15 多频段能力基站457

第29章 毫米波射频技术460
29.1 ADC和DAC460
29.2 本振和相位噪声461
29.2.1 自由振荡器和锁相环的相位噪声特性462
29.2.2 毫米波信号生成的挑战463
29.3 功放效率和无用发射的关系465
29.4 滤波器467
29.4.1 模拟前端滤波器467
29.4.2 插损和带宽468
29.4.3 滤波器实现示例468
29.5 接收机噪声系数、动态范围和带宽的影响471
29.5.1 接收机和噪声系数模型471
29.5.2 噪声因子和噪底472
29.5.3 压缩点和增益473
29.5.4 功率谱密度和动态范围473
29.5.5 载波频率和毫米波技术474
29.6 总结476

第30章 5G持续演进及迈向6G的第一步477
30.1 NR一般增强477
30.2 双工演进478
30.3AI/ML478
30.4网络能效479
30.5零能耗终端和环境物联网479
30.6通信感知一体化479
30.7通往6G之路480
30.8结束语482参考文献483附录技术术语