本书围绕5G网络的基础架构与核心技术，系统梳理了移动通信的发展脉络与未来趋势。全书从1G到5G的演进入手，重点介绍了5G网络的三大组成部分：接入网、核心网与传输网，全面解析了分布式云、网络切片、网络安全等关键技术，并深入探讨了5G在物联网、智能制造、新型工业化等领域的应用场景。本书既关注理论，也结合产业实践与最新标准，为读者呈现了一个完整的5G知识体系和应用蓝图。
　　本书可作为高等院校通信工程、信息工程、网络工程及相关专业的教材与教学参考书，也适合通信、物联网、信息技术及相关行业的工程技术人员阅读使用。

本书遵循教育部教指委相关指导文件和高等院校学生学习规律编写而成。践行四新理念，融入思政元素，注重理论与实践相结合。

2023年12月29日，《工业和信息化部等十三部门关于加快宽带边疆建设的通知》（工信部联通信〔2023〕263号）明确提出边疆地区5G网络和千兆光网的覆盖目标：到2025年底，边疆地区县城、乡镇驻地实现5G和千兆光网通达；行政村、20户以上农村人口聚居区、边境管理及贸易机构、有人居住海岛通宽带（含通光纤、通4G或通5G）比例达到100%；沿边国道和省道沿线基本实现移动网络覆盖；内海海域按需实现网络覆盖。到2027年底，边疆地区行政村、边境管理及贸易机构通5G网络比例达到95%以上；20户以上农村人口聚居区沿边国道和省道沿线基本实现5G网络覆盖；有人居住海岛通5G网络比例达到100%；内海、领海等海域基本实现5G网络覆盖。由此可见，我国高度重视5G网络建设与发展。
　　本书从移动通信网络的发展与定义出发，系统探讨了从1G到4G各代移动网络的技术特点与演进脉络，进而引出了5G研究的必要性。在此基础上，从端到端5G系统的视角，全面论述了5G网络的各个组成部分，包括接入网、核心网和传输网。这些网络通过提供专用、深度且高可靠性的连接，将物联网、劳动力、机器、云平台、合作伙伴以及客户无缝地连接起来，极大提升了信息获取与资源共享的便捷性，并为企业和服务提供商开辟了新的商业机会。
　　本书各章安排如下：第1章介绍移动通信物理层技术，包括无线信道、数字调制、纠错编码及复用分集技术；第2章回顾移动通信技术的发展历程，并介绍话务理论及主流多址技术；第3章分析4G网络局限性与5G发展的必要性，介绍5G NR标准、系统框架及应用场景；第4章讲解5G接入网，包括LTE到5G NR空口演进、云无线接入网架构及频谱利用；第5章和第6章深入解析5G核心网与传输网的架构、关键技术及发展方向；第7章和第8章聚焦5G特色技术，分别介绍分布式云与网络切片及其实现机制；第9章探讨5G网络安全问题及应对策略；第10章介绍5G在新型工业化中的应用，并展望5G-A与6G技术趋势。
　　此外，本书重点关注端到端分布式云技术和网络切片技术。分布式云通过资源本地化部署与统一编排，为各类应用场景提供弹性、高可靠的网络服务；网络切片则能在统一物理网络上动态创建多个虚拟网络，满足不同行业的定制化需求，提高网络资源利用效率与服务可靠性。书中还讨论了5G网络安全机制，包括业务流程管控与跨网络安全防护，为企业数据与基础设施提供全方位保障。
　　最后，本书探讨了企业和服务提供商如何借助5G赋能工业自动化，实现更高速、更可靠、更低时延的生产网络。5G与工业自动化的融合将显著提升生产效率，降低运营成本，提升产品与服务质量，同时为制造业、能源、交通等行业创造新的商业价值，并为5G-A及未来6G的发展奠定基础。
　　本书共10章，第1章和第2章由王凯民编写，第3~9章由陈麟编写，第10章由杨晖编写。在本书的编写过程中，黄俐皓和齐佳扬为本书做了大量文献收集、数据整理与图表绘制等工作；王永源、邱永烨和武俊杰协助校验了第1章和第2章的文本，刘晓阳、邵世奇、陈子昂、黄芳灵和孙俊杰协助校验了第3~10章的文本。特别感谢上海诺基亚贝尔股份有限公司与上海理工大学校企合作项目和浦东新区科技发展基金产学研专项的支持，以及2021年暑期实习营和2022年贝尔实验室5G认证训练营等活动提供的资料。感谢香港天譽創高科技有限公司对本书出版的大力支持。
　　鉴于5G技术更新迅速、数据变化频繁，限于编者水平，书中疏漏与不足之处在所难免，恳请广大读者批评指正。
　　编者

陈麟，教授，博导。国家重点研发计划首席科学家，上海市青年拔尖人才，曙光学者，青年科技启明星。担任中国光学工程学会太赫兹分会委员，仪器仪表学会图像科学与工程分会理事，中国工程院院刊FITEE专题编辑和通讯专家，Frontiers in physics编委。上海理工大学光电学院“太赫兹物理与器件”团队带头人，上海市一流本科专业“通信工程”负责人。首届光电学院教学名师，上海理工大学青年五四奖章，首届上海理工大学志远学者。

前言
第1章移动通信物理层技术
1.1移动通信的电波传播衰减模型
1.1.1在自由空间传播的衰减模型
1.1.2在地形地物传播的衰减模型
1.2数字调制技术
1.2.1一维调制
1.2.2正交振幅调制
1.2.3调制技术的信噪比-误比特率推导
1.3纠错编码技术和复用分集技术
1.3.1纠错编码技术
1.3.2复用技术
1.3.3分集技术
本章小结
习题
第2章移动通信技术的发展
2.1移动通信系统概述（0G到5G）
2.1.1移动通信系统的发展基础、主要特点和分类
2.1.2移动通信系统的发展阶段
2.2移动通信话务理论
2.2.1话务相关的概率、统计理论
2.2.2话务量呼损率关系推导
2.3移动通信多址技术
2.3.1FDMA技术
2.3.2TDMA技术
2.3.3CDMA技术
本章小结
习题
第3章走向端到端5G网络
3.1走向端到端5G网络的三个限制
3.2当前网络现状与5G网络的愿景
3.2.1如今通信业务的困境资源与需求的不平衡
3.2.2困境中的机会数字化转型
3.2.35G网络背景下的数字化与行业机遇
3.3从4G网络迈向5G网络
3.3.14G网络的不足
3.3.2从4G到4.5G的演进
3.3.35G技术的两个阶段
3.4端到端5G系统
3.4.1端到端5G系统框架及其相应技术
3.4.2端到端5G网络简介
3.5国际电信联盟与3GPP组织对5G系统的定义
3.5.1国际电信联盟与3GPP组织简介
3.5.25G NR简介
3.5.35G的三大应用场景与性能指标
3.6端到端5G系统的行业应用
本章小结
习题
第4章5G网络的接入与空口技术
4.15G网络的接入需求
4.2从LTE到5G NR
4.2.1LTE与5G NR概述
4.2.25G网络的多重连接
4.2.3LTE空口概述
4.2.45G NR的帧结构、物理信道与参考信号
4.3Cloud RAN架构
4.45G网络的频谱
4.55G网络接入的关键技术
4.5.1速率提升技术
4.5.2低时延技术
4.5.3提升设备连接量技术
本章小结
习题
第5章5G核心网
5.1从4G EPC到5G核心网
5.25G核心网架构
5.2.15G核心网概述
5.2.2用户注册、连接与会话管理
5.2.3控制面的功能与协议
5.2.4公共数据层的功能
5.35G核心网的关键特性
5.3.1控制面与用户面分离
5.3.2服务化架构
5.3.3端到端网络切片
5.3.4波形与多址技术
5.3.5计算与存储无状态解耦
5.45G核心网的发展
本章小结
习题
第6章5G传输网
6.15G传输的难点及驱动力
6.25G传输的架构
6.35G传输中的X-Haul技术
6.45G传输中的IP路由技术
6.55G传输中的SDN技术
6.65G传输中的切片技术
本章小结
习题
第7章5G分布式云技术
7.1云计算简介
7.1.1云计算的五大特征
7.1.2云计算的服务模式
7.1.3云计算的部署模式
7.1.4云计算的价值
7.25G网络的云计算
7.2.1Cloud Native概述
7.2.2基于Cloud Native建设5G的必要性
7.2.3Cloud Native在5G领域的应用
7.3IT云技术
7.3.1虚拟机与容器的比较
7.3.2资源编排弹性
7.3.3IT云服务器和数据中心基础设施
7.3.4硬件加速技术
7.4从IT云到5G分布式云
7.4.15G分布式云的概述与架构
7.4.25G分布式云的时延分析
7.4.3IT云与5G分布式云的关系
7.4.4网络功能虚拟化
7.4.55G云编排
7.4.65G云安全
7.55G分布式云的优点
本章小结
习题
第8章5G网络切片技术
8.1网络切片概述
8.1.1网络切片的基本概念
8.1.2网络切片的历史发展
8.1.3端到端5G网络切片的需求与解决方案
8.1.4网络切片的性能与特性
8.1.5通过网络切片创造新价值
8.1.6网络切片数量
8.2网络切片指标
8.2.1网络切片的技术和业务维度
8.2.2网络切片的核心要求
8.2.3不同用例的SLA要求
8.2.4端到端资源管理需求
8.2.54G EPC的切片能力限制
8.2.65G核心网的切片增强
8.2.75G高效网络切片的关键功能
8.2.8基于服务质量的流量管理
8.2.9端到端切片管理
8.3自动化网络切片
8.3.1自动化网络切片的起因
8.3.25G网络切片自动化
8.3.3向5G网络切片的演进
8.4承载网切片技术
8.4.1承载网服务质量衡量指标
8.4.2承载网面临的挑战
8.4.3承载网的发展方向
8.55G承载网切片关键技术
8.5.1FlexE技术
8.5.2OTN与ODUk技术
8.5.3SPN技术
本章小结
习题
第9章5G网络安全
9.1网络安全的原则
9.25G网络威胁来源
9.2.1不断扩大的5G威胁环境
9.2.25G安全的挑战
9.2.35G的潜在攻击载体
9.2.4云安全挑战
9.3端到端5G网络安全措施与策略
9.3.15G安全要求
9.3.25G安全标准与推动因素
9.45G安全架构的标准
9.55G安全保障体系
本章小结
习题
第10章5G技术的实际应用与未来展望
10.15G技术赋能新型工业化
10.1.1新型工业化概述
10.1.25G技术赋能新型工业化的三大技术基石
10.1.35G技术赋能新型工业化的可行性
10.1.45G技术赋能工业4.0的应用实例
10.25G技术发展历程与现状
10.2.15G技术发展历程
10.2.25G-Advanced时代
10.2.3AI赋能5G技术
10.35G未来与6G技术展望
10.3.1太赫兹波通信技术
10.3.2可见光通信
10.3.3机器学习与人工智能赋能通信
本章小结
习题
附录爱尔兰B表
参考文献