5G技術(shù)叢書專家委員會
專家委員會主任
鄔賀銓：中國工程院院士，IMT-2020（5G）推進(jìn)組顧問
專家委員會副主任
劉韻潔：中國工程院院士，中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)有限公司
叢書特別顧問
張乃通：中國工程院院士，哈爾濱工業(yè)大學(xué)
專家委員會委員
曹淑敏：IMT-2020（5G）推進(jìn)組組長，中國信息通信研究院原院長
張新生：中國通信學(xué)會副理事長，未來移動通信論壇常務(wù)副理事長
侯自強(qiáng)（中國科學(xué)院聲學(xué)研究所）
王曉云（中國移動通信集團(tuán)公司）
畢 奇（中國電信股份有限公司）
趙先明（中興通訊有限公司）
佟 文（華為技術(shù)有限公司）
陳山枝（大唐電信科技產(chǎn)業(yè)集團(tuán)）
張 平（北京郵電大學(xué)）
尤肖虎（東南大學(xué)）
李少謙（電子科技大學(xué)）
王 京（清華大學(xué)）
李建東（西安電子科技大學(xué)）

5G技術(shù)叢書編審委員會
編審委員會主任
楊 旸（中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所）
編審委員會委員
楊峰義（中國電信股份有限公司）
王映民（大唐電信科技產(chǎn)業(yè)集團(tuán)）
陶小峰（北京郵電大學(xué)）
張欽宇（哈爾濱工業(yè)大學(xué)）
金 石（東南大學(xué)）
季新生（解放軍信息工程大學(xué)）
李云洲（清華大學(xué)）
葛曉虎（華中科技大學(xué)）
武 剛（電子科技大學(xué)）
王海明（東南大學(xué)）
徐 景（上海無線通信研究中心）

鄔賀銓院士之序
電子工業(yè)出版社從我國大力推動第五代移動通信系統(tǒng)（IMT-2020，又稱5G）研究的背景出發(fā)，通過充分調(diào)研和認(rèn)真組織，策劃出版5G技術(shù)叢書，以期及時總結(jié)、深入分析和充分反映我國在新的無線通信國際標(biāo)準(zhǔn)制定過程中的最新進(jìn)展。叢書將按照5G關(guān)鍵技術(shù)和5G系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用兩個層面分成兩卷，關(guān)鍵技術(shù)卷各分冊主要從理論和技術(shù)層面對5G關(guān)鍵候選技術(shù)進(jìn)行具體詳實的分析和介紹，系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用卷各分冊主要從系統(tǒng)和應(yīng)用層面對5G總體架構(gòu)以及關(guān)鍵方法的評估和應(yīng)用進(jìn)行深入分析和描述，各分冊的作者都是國內(nèi)活躍在相關(guān)研究領(lǐng)域的優(yōu)秀中青年科研工作者，具有較強(qiáng)的理論研究積累和實踐經(jīng)驗，目前又都承擔(dān)了與5G有關(guān)的國家重大專項和863計劃等項目。很高興看到這批優(yōu)秀的中青年科研工作者在參與科研工作的同時，積極參加編寫這套高新技術(shù)叢書。
從出版社和著作者提供的樣書看出，叢書以及每本書的結(jié)構(gòu)都是經(jīng)過仔細(xì)斟酌的，邏輯清晰、內(nèi)容全面、觀點鮮明、創(chuàng)新性強(qiáng)，內(nèi)容充分反映了我國在新一代移動通信國際標(biāo)準(zhǔn)探索和技術(shù)開發(fā)中的最新成果，可供國內(nèi)外的同行參考，將促進(jìn)我國對國際5G標(biāo)準(zhǔn)制定的貢獻(xiàn)。相信本套叢書的出版發(fā)行，將會推動我國移動通信技術(shù)的自主創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
鄔賀銓
2016年8月

劉韻潔院士之序
面向2020年及未來，移動通信技術(shù)和產(chǎn)業(yè)將邁入第五代移動通信（5G）的發(fā)展階段。5G將滿足人們的超高業(yè)務(wù)吞吐量、超高連接數(shù)密度、超高移動速度和超可靠低時延的廣泛應(yīng)用需求，大幅改善提升通信網(wǎng)絡(luò)頻譜效率、能量效率與成本效率，拓展移動通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展空間。更為重要的是，5G將滲透到物聯(lián)網(wǎng)和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，與工業(yè)設(shè)施、醫(yī)療儀器、交通工具等深度融合，全面實現(xiàn)萬物互聯(lián)，有效滿足工業(yè)、醫(yī)療、交通等垂直行業(yè)的信息化服務(wù)需要。
在2016年7月15日，美國政府宣布推出4億美元的先進(jìn)無線研究計劃（Advanced Wireless Research Initiative），由美國國家科學(xué)基金會牽頭實施，將部署四個城市規(guī)模的5G實驗測試平臺，推動面向未來無線通信的基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)研究。我國工信部、發(fā)改委、科技部聯(lián)合成立了IMT-2020推進(jìn)組，匯聚產(chǎn)、學(xué)、研、用各方力量，引領(lǐng)規(guī)劃和重點推動5G關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，充分支持我國優(yōu)勢電信企業(yè)和研究院所在新一代移動通信國際標(biāo)準(zhǔn)制定過程中掌控影響力和話語權(quán)。
隨著5G研發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)化工作的快速深入展開，急需一套全面論述5G基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用架構(gòu)的系列書籍，電子工業(yè)出版社提前預(yù)見這一技術(shù)發(fā)展趨勢和重要產(chǎn)業(yè)需求，有效組織國家IMT-2020推進(jìn)組、國家03科技重大專項和國家863計劃5G前期研發(fā)項目等的主要承擔(dān)單位和優(yōu)秀科技工作者，成功策劃了這套5G技術(shù)叢書，及時總結(jié)和深入分析了最新5G技術(shù)的理論基礎(chǔ)、體系架構(gòu)、系統(tǒng)設(shè)計、測試評估、應(yīng)用實現(xiàn)等多個方面的最新進(jìn)展和研發(fā)挑戰(zhàn)，相信這套叢書的豐富理論成果和實踐經(jīng)驗?zāi)軌驇椭�和培養(yǎng)新一代移動通信科技工作者，有效推進(jìn)和鞏固我國在5G國際標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程中的領(lǐng)導(dǎo)地位。
劉韻潔
2016年9月

張乃通院士之序
移動通信的發(fā)展不僅深刻改變了人們的生活方式，且已成為推動國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提升社會信息化水平的重要引擎。移動互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展是中國制造2025、互聯(lián)網(wǎng) 戰(zhàn)略的基礎(chǔ)和保障。當(dāng)前，面向2020年及未來的第五代移動通信（5G）已成為全球研發(fā)熱點。為占領(lǐng)信息領(lǐng)域國際領(lǐng)先地位、掌握產(chǎn)業(yè)發(fā)展話語權(quán)，國家工信部、發(fā)改委、科技部成立IMT-2020推進(jìn)組，組織我國產(chǎn)、學(xué)、研、用各方力量，推動5G技術(shù)研究，以期在新的無線通信國際標(biāo)準(zhǔn)制定中掌握話語權(quán)和主導(dǎo)權(quán)，推動技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略，為自主可控的信息網(wǎng)絡(luò)提供基礎(chǔ)設(shè)施保障。目前，我國的5G研發(fā)工作已走在國際前列。
電子工業(yè)出版社以此為背景，提出5G技術(shù)叢書的出版計劃，組織國家IMT-2020推進(jìn)組的主要參與單位，承擔(dān)或參與國家863計劃5G系統(tǒng)研究開發(fā)先期研究重大項目的單位，選擇在國家重大科技專項中承擔(dān)5G相關(guān)項目研發(fā)工作的中青年科技工作者作為叢書編著團(tuán)隊，編著這套叢書。叢書分為兩卷：
（1）關(guān)鍵技術(shù)卷，從理論和技術(shù)層面對5G關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行全面深入的分析，系統(tǒng)總結(jié)近年來我國在面向IMT-2020（5G）研發(fā)方面所取得的進(jìn)展。
（2）系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用卷，從系統(tǒng)應(yīng)用層面對5G總體架構(gòu)、傳輸性能評估和應(yīng)用等方面進(jìn)行闡述，具有系統(tǒng)創(chuàng)新特色和理論聯(lián)系實際的效果，符合當(dāng)前開展IMT-2020研究與工程的需求。
IMT-2020推進(jìn)組當(dāng)前為了更加廣泛與深入的開展研發(fā)工作，急需一套從理論技術(shù)到應(yīng)用的叢書，相信本套叢書的豐富內(nèi)容和先進(jìn)成果能夠有效促進(jìn)完成IMT-2020推進(jìn)組的既定目標(biāo)。
張乃通
2016年11月

尤肖虎教授之序
從2009年開始，全球掀起4G建設(shè)熱潮，截至2015年底，全球4G用戶數(shù)已達(dá)到10.5億，中國4G用戶數(shù)到達(dá)3.86億，4G在網(wǎng)用戶人均月度使用流量突破了200MB，運(yùn)營商從原本以語音為主的運(yùn)營，逐步轉(zhuǎn)向以數(shù)據(jù)為主的流量運(yùn)營，同時極大地激活了移動互聯(lián)網(wǎng)。
2012年底，歐盟啟動了全球首個5G研究項目METIS。2013年，國際電聯(lián)正式啟動了5G標(biāo)準(zhǔn)研究工作，開展5G需求、頻譜及技術(shù)趨勢的研究工作，計劃2016年完成技術(shù)評估方法研究，2018年完成IMT-2020標(biāo)準(zhǔn)征集，2020年最終確定5G標(biāo)準(zhǔn)。 3GPP作為國際移動通信的標(biāo)準(zhǔn)化組織，于2015年確定了5G研究計劃，2016～2017年完成5G技術(shù)方案研究階段，2018～2019年完成5G技術(shù)規(guī)范制定。我國863計劃于2014年啟動了5G技術(shù)研究項目，系統(tǒng)研究5G領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，包括無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、大規(guī)模天線、超密集無線網(wǎng)絡(luò)、軟基站試驗平臺、無線網(wǎng)絡(luò)虛擬化、毫米波室內(nèi)無線接入和評估與測試驗證。與863計劃5G相銜接，國家科技重大專項5G相關(guān)研發(fā)課題的目標(biāo)是面向國際標(biāo)準(zhǔn)，鼓勵我國產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合開展研發(fā)，由企業(yè)推動創(chuàng)新成果納入IMT-2020國際標(biāo)準(zhǔn)中。進(jìn)一步，我國已將積極推進(jìn)第五代移動通信（5G）和超寬帶關(guān)鍵技術(shù)研究，啟動5G商用寫入 十三五規(guī)劃中。
5G的主要應(yīng)用為移動寬帶、物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，旨在成為未來社會的信息基礎(chǔ)設(shè)施。5G將引入新型傳輸技術(shù)提高頻譜利用率和支持高頻段使用；同時以網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（Network Function Virtualization，NFV）和軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Network，SDN）為主要手段，構(gòu)建控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離和控制集中的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的靈活編排和部署；通過新型波形、新多址和新幀結(jié)構(gòu)等技術(shù)，從而為海量物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供低功耗與深度覆蓋，為工業(yè)無線通信等應(yīng)用提供高可靠低時延的連接。
本套叢書內(nèi)容涉及5G系統(tǒng)的最新理論研究成果和關(guān)鍵技術(shù)評估，具體包括5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、無線傳輸、超密集網(wǎng)絡(luò)、大規(guī)模多天線、能效和頻譜優(yōu)化、仿真與測試等多個方面的研究成果和技術(shù)趨勢，作者來自于電信運(yùn)營商、設(shè)備研制企業(yè)和科研院所，內(nèi)容和視角全面完整，注重理論分析與實際應(yīng)用相結(jié)合，具有很好的時效性和參考價值。本叢書適合高等院校通信信息、電子工程及相關(guān)專業(yè)的高年級本科生和研究生，以及無線通信領(lǐng)域的專業(yè)工程技術(shù)人員。
尤肖虎
2016年9月

前 言
隨著人類社會信息化的加速，整個社會對信息通信的需求水平明顯提升，可以說信息通信對人類社會的價值和貢獻(xiàn)將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過通信本身，信息通信將成為維持整個社會生態(tài)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的信息大動脈。無線移動通信以其使用的廣泛性和接入的便利性，將從人與人之間的溝通拓展到人與物、物與物的一切連接，在未來信息通信系統(tǒng)中承擔(dān)越來越重要的角色。人們對無線移動通信方方面面的需求呈現(xiàn)爆炸式增長，這些將對下一代無線移動通信（5G）系統(tǒng)在頻率、技術(shù)和運(yùn)營等方面帶來新的挑戰(zhàn)，未來移動通信將如何發(fā)展成為業(yè)界研究的熱點。
2015年6月召開的國際電信聯(lián)盟ITU-R WP5D第22次會議，正式確認(rèn)ITU將命名為5G IMT-2020，并確定了5G的場景、能力和時間表等重要內(nèi)容，第5代移動通信的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了技術(shù)研究和標(biāo)準(zhǔn)化的重要時期。移動通信的跨代演進(jìn)是由業(yè)務(wù)和應(yīng)用驅(qū)動的，30多年來，全球移動通信已經(jīng)發(fā)展到了第4代系統(tǒng)。從業(yè)務(wù)和應(yīng)用的角度看代際演進(jìn)的特點，第1代是語音通信，第2代是語音 文本，第3代是多媒體通信，而現(xiàn)在的第4代則是移動互聯(lián)網(wǎng)。
5G的主要需求和驅(qū)動力是移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用和發(fā)展。5G的應(yīng)用場景需求分為三個場景，