本书基于成熟的3GPP 协议和商用5G 网络编写，共分8 章，主要介绍了5G 网络基础、5G 系统架 构与接口协议、5G 物理层基础、数据链路层原理、5G 关键流程解析、5G 关键技术、5G 网络规划设计、 5G 网络优化等 5G 移动通信网络理论基础知识。 本书以 5G 网络的理论知识为基础，结合“IUV-5G 全网部署与优化”仿真软件进行相关知识的实训， 并配套有相应的线上学习资源。 本书适合作为高等院校通信类相关专业的教材，也可作为通信技术人员了解5G基础原理的阅读资料。
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4G 网络开创了移动互联网的时代，也促进了移动应用相关产业的飞速发展。数以万计的 互联网公司把握发展潮头，成功进入了消费市场，归属于移动带宽方向的消费者业务在过去十
年间基本上已发掘殆尽。如何进一步提高移动网络的服务质量？如何深度挖掘移动互联网业务 已成为未来十年产业新的发展方向。在此需求下 5G 移动网络应运而生。 5G 网络早在2016 年便启动了研究，在首个R15 标准冻结后便开始了其商用步伐，随着 标准的不断完成，越来越多的行业垂直应用也将迎来新的发展契机。在党和各级政府的大力推 动下，我国的5G网络的建设速度走上了快车道，在全世界处于领先地位。加快5G网络部署、 丰富5G 场景应用、加大5G 研发投入、构建基于5G 的安全体系已成为各级政府会议中的热 门话题。从2017 年政府工作报告首次提到5G，再到2019 年 5G 应用从移动互联网走向工业 互联网，5G进入商用元年，国家政策对5G的重视度不断上升。2020年是5G发展的关键年份， 中共中央政治局常务委员会会议、中共中央政治局会议、国务院常务会议等会议和相关文件多 次强调“加快 5G 商用步伐”，充分体现了 5G 新基建对于产业发展的重要性。 截止到2020 年底，3GPP R16 标准协议已冻结，但商用局点均基于R15 标准建设。本书 理论部分基于2020 年发布的3GPP R16 标准协议编写，部分实践内容基于当前商用局点实际 建设内容，详细介绍了 5G 的网络架构、基础原理、关键技术、信令流程、网规网优等内容。 同时本书可配套“IUV-5G 全网部署与优化”仿真软件进行实训，以便进一步理解相关 5G 基 础理论和工程建设内容。5G 移动通信技术方向采用“1+1”结构编写，1 本理论教材 +1 本实 训指导，归属于IUV-ICT技术实训教学系列丛书。理论教材《新一代5G网络—从原理到应用》 与实训指导《新一代5G网络—全网部署与优化》相结合，全面解析5G网络理论与工程规范。 本书的章节构成如下： 第 1 章主要介绍了移动网络发展历程，并对5G 网络的三大应用场景及各场景的性能指 标做了详细解读，同时简要阐述了 5G 网络相关的标准与国际组织，并在产业发展的基础上对 5G 网络的未来进行展望。 第 2 章主要介绍了 5G 的网络架构、关键协议和网络标识参数，在不同部署模式的多种组 网选项下对 5GC 核心网、NR 空口的关键接口、控制面与用户面协议栈进行了深度解析。 第 3 章主要介绍了5G 网络的物理层原理，在了解基础的时频域资源的基础上，以3GPP标准协议为基础，深度剖析了不同物理信道与物理信号的时频域位置、功能含义，并对LTE 和 NR 物理层进行了详细对比。 第 4 章主要介绍了数据链路层（L2）的数据传输流程，并对不同协议层的数据包结构进行 了详细解析，同时对 NR 中的 HARQ、RLC 重传、PDCP 数据传输进行了简要描述。 第 5 章对 5G 网络中的关键流程进行了简单介绍，包含注册、切片选择、会话、双连接、 重选切换、寻呼等关键流程，通过具体的端到端信令流程，对每个节点的 UE 行为进行了详细 说明。 第 6 章主要介绍了 5G 的关键技术，如网络切片、超密集组网、大规模天线阵列等内容， 着重描述了不同关键技术中的基本概念、关键原理等。 第 7 章从覆盖与容量两个维度对 5G 网络的规划设计进行了详细说明，包含国内外主流传 播模型、一般情况下链路预算流程、峰值速率计算原理、基站容量性能等。此外，对 5G 网络 中关键的基站参数、小区参数、邻区、网络对接参数等进行了详细说明，读者也可通过“IUV-5G 全网部署与优化”仿真软件进行相关参数的实训。 第 8 章简要介绍了 5G 网络优化的一般方法，从网络覆盖和网络容量两个方向对一般优化 指标、考核标准、优化流程与优化方法进行了简要分析。 本书主要侧重于 5G NR 无线方面，对 5G 核心网仅做简要描述。 本书由刘忠、陈佳莹、林磊编著。
由于编著者水平有限，且协议版本不断变化，一些技术细节可能存在遗漏，敬请广大读
者谅解并指正。
编著者 2021 年 5 月
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第 1 章 ？ 5G网络基础
1 1.1？5G 网络概述 ................................1
1.1.1 移动通信演进历史概述 .......1
1.1.2 5G 主要性能和目标 .............2
 1.1.3 5G 工作频段 .........................3
 1.1.4 5G 标准与国际组织 .............5
1.2？5G 产业发展 ................................7
 小结 .......................................................8
第 2 章 ？ 5G系统架构与接口协议？  9
 2.1？5G 网络架构 ................................9
2.1.1 系统总体架构 .......................9
2.1.2 5G 部署选项介绍 ...............10
2.1.3 SA 与 NSA 对比 .................13
 2.1.4 5G 基站架构 .......................13
 2.2？5GC 关键网络功能与接口 ........16
 2.2.1  基于 SBA 架构的 5GC ？部署策略 .............................16
 2.2.2 关键 NF 功能概述 ..............17
2.3？NR 空口协议栈 ..........................22
 2.3.1 无线控制面协议栈 .............22
2.3.2 无线用户面协议栈 .............23
 2.4？5G 网络关键标识 ......................24
2.4.1  国际移动用户标识 ？IMSI ....................................24
2.4.2 用户永久标识 SUPI ...........25
2.4.3 用户隐藏标识 SUCI ...........25
2.4.4  5G 全球唯一临时 UE ？ 标识 5G-GUTI ...................26
 2.4.5 通用公共用户标识 GPSI ...26
2.4.6 数据网络名称 DNN ...........26
 2.4.7 终端标识 PEI ......................27
2.4.8  网络切片标识 NSSAI& ？S-NSSAI .............................27
 2.4.9 跟踪区标识 TAI ..................27
2.4.10 5G QoS 标识符 5QI ..........28
小结 .....................................................29
第 3 章 ？ 5G物理层基础？ 30
 3.1？基础参数及帧结构 ....................30
3.1.1 时频资源定义 .....................30
3.1.2 5G 帧结构 ...........................32
3.1.3 参数集 .................................32
 3.1.4 帧周期与时隙配置 .............37
3.1.5 部分带宽（BWP） ............39
3.1.6 天线端口与 QCL ................41
3.2？物理信道和信号 ........................42
 3.2.1 上行物理信道 .....................43
 3.2.2 下行物理信道 .....................43
3.2.3 物理信号 .............................43
3.2.4  物理信道处理的基本 ？过程 .....................................44
3.3？同步广播块（SSB） .................46
 3.3.1  同步广播块（SSB）定义 物联网.....................................46
3.3.2 SSB 时频域位置 .................47
 3.4？物理下行控制信道 ？？（PDCCH） ................................52
3.4.1 PDCCH 功能 .......................52
3.4.2  控制资源集 ？（CORESET） ...................53
 3.4.3 CCE-REG 映射 ...................55
3.5？物理共享信道（PDSCH） .......57
 3.5.1  业务信道 PDSCH 处理 ？流程 .....................................57
3.5.2 PDSCH 的时频位置 ...........60
 3.6？ 物理随机接入信道 ？（PRACH） ...............................67
3.6.1 随机接入定义及作用 .........67
3.6.2 随机接入前导码 .................68
3.6.3 PRACH 时频资源 ...............72
3.7？物理上行控制信道 ？？（PUCCH） ................................77
 3.7.1 PUCCH 格式及特性 ...........77
 3.7.2 PUCCH 资源配置 ...............78
 3.8？物理共享信道（PUSCH） .......82
 3.8.1  业务信道 PUSCH 处理 ？流程 .....................................82
3.8.2 PUSCH 的时频位置 ...........82
3.8.3 PUSCH 的频域位置 ...........86
 3.9？CSI-RS 信号 ..............................88
 3.9.1 CSI-RS 类别 .......................88
 3.9.2 CSI 资源 ..............................89
3.10？SRS 信号 ..................................92
3.11？DMRS 信号 ..............................97
 3.12？LTE/NR 物理层对比 ..............105
小结 ...................................................107
第 4 章 ？ 数据链路层原理 108
4.1？层二处理流程 ..........................108
4.2？MAC 基础 ................................110
4.2.1 MAC 层架构 .....................110
 4.2.2 MAC PDU .........................111
 4.2.3 传输信道与逻辑信道 .......114
4.2.4  MAC 关键流程—— ？HARQ ................................115
 4.3？RLC 层基础 .............................116
 4.3.1 RLC 概述 ..........................117
4.3.2 RLC PDU ..........................120
4.3.3 RLC关键流程——重传 .....124
4.4？PDCP 层基础 ...........................126
4.4.1 PDCP 概述 ........................126
 4.4.2 PDCP PDU ........................127
 4.4.3 PDCP 处理流程 ................131
 4.5？SDAP 层基础 ...........................132
 4.5.1 SDAP 概述 ........................132
 4.5.2 SDAP PDU ........................133
 小结 ...................................................135
第 5 章 ？ 5G关键流程解析？  136
 5.1？小区搜索 ..................................136
5.1.1 小区搜索流 .......................136
 5.1.2 系统消息获取 ...................137
5.1.3 系统消息更新 ...................139
5.1.4 关键系统消息内容 ...........139
 5.2？随机接入 ..................................146
 5.2.1 随机接入概述 ...................146
5.2.2  基于竞争的随机接入 ？流程 ...................................147
5.2.3  基于非竞争的随机接入 ？流程 ...................................148
 5.2.4 补充上行的随机接入 .......149
 5.3？注册与去注册 ..........................149
5.3.1 注册 ...................................149
5.3.2 去注册 ...............................154
5.4？切片选择 ..................................157
 5.5？会话管理 ..................................158
5.5.1 QoS 流基础 .......................158
 5.5.2 PDU 会话建立 ..................159
 5.5.3 PDU 会话修改 ..................161
 5.5.4 PDU 会话释放 ..................161
 5.6？EN-DC 双连接关键流程 ........164
 5.6.1 双连接基础概念 ...............164
5.6.2 EN-DC 处理流程 .............165
 5.6.3 辅助节点添加流程 ...........167
 5.6.4 辅助节点修改流程 ...........168
5.6.5 辅助节点释放流程 ...........172
 5.6.6 辅助节点变更流程 ...........173
 5.7？网络关键流程 ..........................177
5.7.1 小区重选 ...........................177
 5.7.2 小区切换 ...........................181
 5.7.3 寻呼 ...................................186
 5.7.4 位置更新 ...........................190
小结 ...................................................191
第 6 章 ？ 5G关键技术？ 192
6.1？多接入边缘计算 ......................192
6.1.1  多接入边缘计算的 ？概念 ...................................192
6.1.2  5G 网络中的 MEC ？场景 ...................................193
6.1.3 多接入边缘计算架构 .......194
 6.2？网络切片 ..................................195
6.2.1 网络切片的定义 ...............195
 6.2.2 网络切片的分类 ...............196
 6.2.3？网络切片的架构 ...............197
 6.2.4 端到端网络切片实现 .......198
 6.3？超密集组网 ..............................199
6.3.1 超密集组网的概念 ...........199
 6.3.2 超密集组网网络架构 .......200
6.3.3 超密集组网关键技术 .......200
 6.4？Massive MIMO 技术 ................204
 6.4.1 Massive MIMO 的定义 ....204
 6.4.2  Massive MIMO 基本 ？原理 ...................................205
 6.4.3  Massive MIMO 典型 ？应用场景 ...........................206
6.5？毫米波技术 ..............................207
 6.5.1 引入毫米波的必要性 .......207
6.5.2 毫米波面临的挑战 ...........207
6.5.3 毫米波关键技术 ...............208
6.6？波束管理 ..................................210
6.6.1 波束管理概述 ...................210
6.6.2 NR 波束管理过程 ............211
 6.7？上行覆盖增强技术 ..................213
 6.7.1 补充上行链路 ...................214
 6.7.2 载波聚合 ...........................215
6.8？新型多址技术 ..........................217
6.8.1  非正交多址接入技术 ？（NOMA） .......................217
6.8.2 NOMA 设计目标 ..............218
 6.8.3 NOMA 关键技术 ..............219
 6.9？双工技术 ..................................219
6.9.1  5G 全双工的技术 ？优势 ...................................220
6.9.2  5G 双工技术的实现 ？难点 ...................................220
小结 ...................................................221
第 7 章 ？ 5G网络规划设计？ 223
 7.1？5G 网络规划覆盖概述 ............223
 7.1.1 频谱特性与覆盖性能 .......223
7.1.2 网络部署与覆盖性能 .......224
7.1.3 5G 网络规划流程 .............224
 7.2？典型传播模型 ..........................226
7.2.1 UMa 模型 ..........................229
7.2.2 UMi 模型 ..........................231
7.2.3 RMa 模型 ..........................232
 7.2.4 SUI 模型 ...........................233
 7.2.5 InF 模型 ............................234
 7.2.6 InH-o？ce 模型 .................235
 7.2.7 射线跟踪模型 ...................236
7.3？5G 无线覆盖链路预算 ............237
 7.3.1 上行链路预算 ...................237
7.3.2 下行链路预算 ...................239
 7.4？5G 峰值速率与容量性能 ........240
7.4.1 5G 终端峰值速率 .............241
 7.4.2 基站容量性能 ...................246
7.5？基础参数规划 ..........................251
 7.5.1 PCI .....................................251
 7.5.2 PRACH ..............................253
7.5.3 跟踪区码 TAC ..................255
 7.5.4 CGI ....................................255
7.5.5 邻区规划 ...........................256
7.5.6 对接参数规划 ...................257
小结 ...................................................258
第 8 章 ？ 5G网络优化？ 259
 8.1？5G 无线网络覆盖优化 ............259
 8.1.1 覆盖优化概述 ...................259
 8.1.2 5G RF 覆盖评估指标 .......259
 8.1.3 5G 覆盖优化标准 .............260
 8.1.4 5G 覆盖优化流程 .............261
 8.1.5 5G 覆盖问题优化原则 .....263
8.1.6 5G 覆盖问题原因分析 .....263
8.1.7 5G 覆盖问题优化方法 .....264
8.2？5G 干扰排查分析 ....................265
 8.2.1 干扰的分类 .......................265
 8.2.2 系统内干扰 .......................266
8.2.3 系统外干扰 .......................266
8.2.4 干扰排查思路和流程 .......267
8.2.5 系统外干扰排查 ...............270
8.3？5G 容量优化 ............................273
8.3.1 5G 容量优化概述 .............273
8.3.2 5G 容量指标定义 .............273
 8.3.3 5G 容量优化方法 .............274
8.3.4 5G 容量优化流程 .............276
小结 ...................................................278
参考文献   279
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刘忠，男，深圳市艾优威科技有限公司，通信工程师。2012-2016，西安电子科技大学信息工程专业，院学生会副会长；2016-2018年，中兴通讯股份有限公司无线部门网优经理、中国区技术经理；2018-至今，深圳市艾优威科技有限公司无线产品策划、项目经理；2020编写《窄带物联网（NB-IoT）原理与技术》、《窄带物联网（NB-IoT）技术实战指导》。？

理论教材《新一代5G网络—从原理到应用》 与实训指导《新一代5G网络—全网部署与优化》相结合，全面解析5G网络理论与工程规范。
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