《LTE/NR频谱共享——5G标准之上下行解耦》 - 台灣·大書城 - [中]万蕾，郭志恒等 - 电子工业出版社

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『簡體書』LTE/NR频谱共享——5G标准之上下行解耦

書城自編碼： 3331961
分類：簡體書→大陸圖書→計算機/網絡→網絡與數據通信
作者： [中]万蕾，郭志恒等
國際書號(ISBN)： 9787121359170
出版社：电子工业出版社
出版日期： 2019-03-01

書度/開本： 16开釘裝：平装

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在2019世界移动大会上，华为的5G上下行解耦（5G Uplink and Downlink Decoupling）方案荣获*无线技术突破奖（Best Mobile Technology Breakthrough）。该奖项是GSMA设立的为表彰技术革新带来用户体验明显提升的技术的重要奖项，是通信界公认的*荣誉之一，同时表明5G上下行解耦得到业界广泛的认可。
《LTENR频谱共享5G标准之上下行解耦》由全球知名通信专家、华为院士万蕾博士领衔撰写，中国工程院院士邬贺铨作序推荐，本书对5G-NR上下行解耦技术进行了系统的介绍。
《LTENR频谱共享5G标准之上下行解耦》适合电子通信领域相关人士阅读，不仅可以作为5G-NR研发和工程人员的研究资料，还可作为电子通信相关专业的高校老师、学生和研究人员的学习教材。

內容簡介：

本书由全球知名的通信专家万蕾博士领衔撰写，对5G-NR上下行解耦技术进行了系统的介绍。全书共10章，第1章介绍了5G-NR的发展、背景和标准化，第2章主要回顾了5G-NR上下行解耦技术的驱动力，第3章介绍了世界范围内的5G频谱和双工模式，第4章对5G网络部署的挑战以及上下行解耦技术的优势进行了系统分析，第5章介绍了5G-NR的组网模式和相关的上下行解耦技术的应用，第6章深入讨论了5G-NR中上下行解耦的空口接入机制，第7章对NR和LTE同频段共存的技术进行了探讨，第8章从终端角度介绍了上下行解耦技术的实现，第9章提供了实际外场测试的结果，第10章对上下行解耦技术的未来演进进行了展望。

關於作者：

万蕾，华为技术有限公司无线标准专利部部长，华为Fellow；3GPP标准专家，CCSA TC5副主席，IMT-2020推进组专家，国家科技重大专项03专项总体组专家。她是CoMP、LTE-Hi、NB-IoT和LTE-V2X的标准化主要推动者，是4.5G的提出者；她领导的华为标准团队是5G标准的主导者，并推动3.5 GHz频谱全球化一致分配。她是当代通信系统评估建模的奠基者，提出的MI-模型被3GPPIEEE3GPP2广为采纳；她长期致力于推动FDD、TDD融合，推动LTE FDDTDD帧结构融合、FDDTDD CA的标准化，提出上下行解耦（LTENR共存）。
郭志恒，毕业于北京邮电大学，获电路与系统博士学位，现为华为技术有限公司标准研究主任工程师，曾参与LTE动态TDD、高速蜂窝通信技术增强、MUST等标准化研究，5G-NR中致力于上下行解耦、MR-DC、前向兼容和灵活双工等技术的标准研究，并作为部分课题的标准代表参与3GPP的标准化推动。
谢信乾，毕业于北京邮电大学，获通信与信息系统博士学位，现为华为技术有限公司标准研究高级工程师。研究方向包括上下行解耦、非正交多址和灵活双工技术等。
毕文平，毕业于清华大学，获信息与通信工程博士学位，现为华为技术有限公司标准研究高级工程师。研究方向包括物联网、上下行解耦和全双工通信技术等。
费永强，毕业于北京大学，获通信与信息系统博士学位，现为华为技术有限公司标准研究高级工程师。研究方向包括灵活双工、上下行解耦、干扰管理和物联网等。万蕾，华为技术有限公司无线标准专利部部长，华为Fellow；3GPP标准专家，CCSA TC5副主席，IMT-2020推进组专家，国家科技重大专项03专项总体组专家。她是CoMP、LTE-Hi、NB-IoT和LTE-V2X的标准化主要推动者，是4.5G的提出者；她领导的华为标准团队是5G标准的主导者，并推动3.5 GHz频谱全球化一致分配。她是当代通信系统评估建模的奠基者，提出的MI-模型被3GPPIEEE3GPP2广为采纳；她长期致力于推动FDD、TDD融合，推动LTE FDDTDD帧结构融合、FDDTDD CA的标准化，提出上下行解耦（LTENR共存）。

目录
第1章概述 1
1.15G-NR的发展和背景 1
1.1.15G在国际范围内的研究 2
1.1.23GPP对于5G标准的启动 5
1.25G-NR标准化 6
1.2.1上下行解耦 7
1.2.2LTENR同频段共存 10
参考文献 12
第2章5G-NR上下行解耦技术的驱动力 15
2.1适配多业务的IMT-2020能力 17
2.2上下行解耦的多业务适配能力 19
参考文献 20
第3章5G频谱和双工模式 22
3.1ITU-R标注的IMT系统频谱 23
3.1.1C-band 23
3.1.2mmWave 24
3.1.3Sub 3 GHz 25
3.2频谱类型与双工方式 26
3.2.1FDD与TDD联合组网 28
3.2.2TDD的网络同步 29
3.2.3动态TDD与灵活双工 36
3.35G-NR频段和频段组合 40
3.3.15G-NR小区级频段定义 42
3.3.2上下行解耦的小区级频段组合 44
3.3.3CA技术频段组合 45
3.3.4双连接技术频段组合 45
3.3.5其他频段组合 49
参考文献 49
第4章5G网络部署、覆盖分析和挑战 51
4.15G-NR的频谱分层 51
4.1.1链路覆盖分析 52
4.1.2Sub 3 GHz与C-band覆盖差异 56
4.25G-NR网络部署挑战和上下行解耦 62
4.2.1挑战一：5G频谱同时满足大带宽与广覆盖 63
4.2.2挑战二：TDD上下行配比同时满足高频谱效率与上行
无缝覆盖 64
4.2.3挑战三：TDD上下行切换周期同时满足传输效率与业务
低时延 66
4.2.4挑战四：站点规划同时满足无缝连续覆盖与合理部署成本 69
参考文献 70
第5章5G-NR组网模式和上下行解耦应用场景 72
5.15G-NR非独立组网模式 72
5.1.15G-NR非独立组网模式选项 74
5.1.25G-NR上下行解耦的非独立组网 76
5.2独立组网部署模式 81
5.2.15G-NR单频段独立小区组网 82
5.2.2上下行解耦独立组网 82
5.3从LTE向5G-NR的演进路线 90
5.4LTENR同频段共存 93
5.4.1LTENR同频共存 94
5.4.2LTENR邻频共存 94
参考文献 95
第6章3GPP Release 15上下行解耦的空口接入机制 97
6.1初始接入 97
6.1.1SUL小区模型 97
6.1.2单小区上行两载波参数配置 99
6.1.3上行随机接入载波选择 100
6.1.4SUL的PRACH配置 102
6.1.5随机接入响应 105
6.1.6Msg3发送机制 106
6.2功率控制 108
6.2.1上行随机接入功率控制 108
6.2.2上行共享信道PUSCH的功率控制 111
6.2.3上行控制信道PUCCH功率控制 112
6.2.4上行SRS触发和功率控制 112
6.2.5CA场景中SUL的功率控制 114
6.2.6功率余量汇报 114
6.2.7EN-DC场景下的功率控制 115
6.3上行发送同步调整 124
6.3.1SUL与UL的单定时调整组 124
6.3.2定时调整命令设计 125
6.3.3定时提前偏移量设计 127
6.4调度和反馈 128
6.4.1PUSCH传输机制 128
6.4.2PUCCH传输机制 136
6.5上行测量信号发送 139
6.5.1半静态SRS激活去激活机制 139
6.5.2非周期SRS触发机制 140
6.6TDD、SUL、FDD上下行资源配置和SFI机制 141
6.6.1半静态小区公共上下行配置 141
6.6.2半静态用户特定上下行配置 143
6.6.3动态时隙格式指示 144
6.7信道栅格与同步栅格设计 149
6.7.1信道栅格设计 149
6.7.2同步栅格设计 151
6.8上行子载波对齐与不对齐 153
6.8.1非对齐干扰 153
6.8.27.5 kHz的上行偏移 156
6.8.3PRB对齐 157
参考文献 160
第7章LTENR同频段下行共存 162
7.1LTENR下行共享频谱共存 162
7.1.1相同OFDM参数的LTENR下行频谱共享 163
7.1.2不同OFDM参数的LTENR下行频谱共享 167
7.1.3LTE与5G-NR下行共享频谱的时频资源分配 169
7.1.45G-NR下行与LTE NB-IoT共存 178
7.1.55G-NR下行与LTE MTC共存 182
7.2LTENR同频段邻频共存 184
参考文献 186
第8章Sub 6 GHz终端的实现和能力 188
8.1终端射频链路架构 188
8.1.1SA终端 190
8.1.2NSA终端 190
8.2LTENR双连接相关的UE能力 193
8.3上下行解耦相关的UE能力 195
8.4上下行解耦的射频指标 198
8.4.1LTE-NR同信道共享的射频指标 198
8.4.2NR UL和NR SUL的切换时间 200
8.5其他射频指标 200
参考文献 201
第9章上下行解耦外场测试 202
9.1测试环境 202
9.2上行覆盖对下行速率的影响 204
9.3室内覆盖测试 205
9.4室外覆盖测试 207
第10章上下行解耦技术的展望 209
10.1毫米波与上下行解耦 209
10.1.1上行功率控制 211
10.1.2上行载波选择 213
10.1.3上行定时和同步调整 214
10.1.4SUL资源共享 214
10.2多SUL演进 215
10.2.1随机接入流程 216
10.2.2SUL资源调度 218
参考文献 218
缩略语 219

內容試閱：

序
中国中程院院士邬贺铨
随着社会的进步和技术的发展，差不多每隔十年移动通信系统就会发生一次变革性换代，虽然现在正使用着第四代移动通信系统，但是我们已经站在了第五代移动通信系统部署的起点。1G、2G主要解决人们打电话的诉求；3G不但提高了电路域的数据业务速率，还通过引入分组域极大地提升了对宽带数据业务的灵活支持；而4G LTE系统则推动了移动互联网的全球性普及，并开启了包括物联网、车联网在内的面向垂直行业的应用。在这个沧海桑田、社会飞速发展的年代，一方面是社会对信息传输的需求在水涨船高，另一方面是移动通信系统一代一代的技术的变革和能力的提升，促进了社会信息化的进程。如果说1G到4G是面向个人通信的，5G则是面向社会应用的，它会带来移动互联网、物联网和工业互联网的融合，将带动我们进入一个智能社会。
5G的标准化节奏非常快，2018年6月3GPP完成了5G独立组网的标准。一方面是为了满足全球移动数据发展的需求，另一方面是各个国家在当前信息时代中的竞争布局在推波助澜。5G对经济发展的影响巨大，据有关机构预测：到2035年，5G的市场规模将促使全世界GDP增长7%，约35 000亿美元，新增就业岗位2200万个；到2035年，预期5G将会促进我国GDP增长近10 000亿美元，增加就业岗位近1000万个；美国总统特朗普说5G能为美国创造300万个新工作岗位，刺激2000多亿美元的投资，产生5000多亿美元的经济收入，所以美国在2018年9月
发布了5GFAST计划，额外地给5G分配了新频谱。
5G有三大应用场景：一是增强移动宽带的eMBB，5G在面向多媒体业务时有望带来相比现有网络10倍的用户体验提升和超过20倍的容量增强；二是超可靠低时延的uRLLC，可靠性可达到99.999%，时延要从10毫秒降到1毫秒，未来可支持500千米时速的高铁、远程医疗等应用；三是广覆盖大连接的mMTC，1平方千米中可以连接100万个传感器。
5G时代，视频将会是移动数据的主要业务，我国互联网和移动互联网用户7成以上会使用网络视频。2018年上半年，我国移动互联网累计流量达到266亿GB，同比增长199.6%；2018年6月，当月户均移动互联网接入流量达到4.24GB，同比增长172.8%。飞速增长的移动网络视频业务对5G提出了大带宽的诉求，国际电信联盟面向IMT-2020（5G）的频谱资源需求研究指出，要满足未来十年移动通信发展的需要，每家运营商需要至少1 GHz带宽部署5G网络，其中在传播特性好的Sub 6 GHz至少需要连续100 MHz大带宽的频谱资源。据此，各国都纷纷为5G寻找大带宽的频谱。
2018年，我国已明确5G频谱规划从Sub 6 GHz频段开始，并面向三大运营商发放5G试验频率使用许可：中国电信和中国联通分别在3.5 GHz附近的频段获得100 MHz带宽的频谱资源，中国移动在2.6 GHz附近获得160 MHz带宽的频谱资源，以及在4.9 GHz附近的频段上额外的100 MHz频谱资源。在全球各个国家和地域，3.5 GHz附近的C波段也是最主要的5G初期部署频段。此外，美国、韩国和日本也尝试在28 GHz毫米波的高频段进行5G网络应用的初步尝试。
虽然我国为5G分配了优质的频谱资源，但其频率相对当前LTE网络所部署的频段而言仍然相对较高，路径损耗较大，其传输距离会因此而受限，导致为了满足移动通信网络连续覆盖的需要而必须增加基站的密度。相比于4G的低频网络部署，C波段上5G的基站数将是4G的4～5倍，投资将会大幅增加。中国现在的移动通信基站数已达670万个，4～5倍的站址意味着高昂的网络建设成本。同时，密集的基站将导致移动性体验降低，比如在移动速度较快时就会出现频繁的切换。所以，5G首批商用部署的一个重点就是保障覆盖，最好能和4G共站建设，同时还要保证5G的连续覆盖。
另外，5G需要支持智能手机业务、智慧工厂业务、物联网与车联网业务、高铁业务，这些业务带宽不一样，要求的可靠性和时延也不同。如果所有业务都在一个频段上传输会对5G网络上下行资源配比、帧结构等配置提出不同的要求，这实际上是不合适的。针对这个需求，5G提供了虚拟化切片技术，把不同需求的业务类型分别处理，共用5G网络的物理设施。同时，为了满足容量、覆盖和时延的平衡，可以引入5G高低频融合组网，如本书中阐述的上下行解耦技术。本书介绍的LTENR频谱共享方案很好地兼顾了5G高频大带宽和低频广覆盖、低时延的优势，同时利用LTE现有网络部署进行4G5G共站建设，大大降低了5G初期部署的建设投资，使能LTE向5G网络部署的平滑演进。
华为技术有限公司和各运营商，以及它的产业伙伴基于对移动通信网络部署和网规网优方面的多年经验和难点痛点问题的深刻理解，在5G标准化过程中以终为始地围绕5G新空口设计中的覆盖问题进行研究，在5G标准的第一个版本中引入上下行解耦特性，通过绑定高频TDD载波和低频点的辅助上行载波来保证5G独立部署的大覆盖能力。2018年，中国的IMT-2020推进组在5G第三阶段测试规范中将上下行解耦作为5G独立部署的必选特性，并组织了多个网络设备厂商、芯片和终端厂商间的互联互通测试。
本书围绕5G网络商用部署中的频谱和覆盖问题，重点论述了上下行解耦和LTENR共存等5G关键技术特性，提出了提升5G上行覆盖、LTE与5G和谐共存、平滑演进的网络部署方案。本书的主要作者万蕾博士等长期参与3GPP标准工作，对4G、5G的空口设计、频谱和双工机制、网络覆盖和用户体验评估等方面有着深刻的理解。本书的素材既有来自于3GPP的最新规范、技术文稿、会议记录，也有来自于外场试验的实测数据；不仅有对上下行解耦和LTENR共存的详细阐述，还有其与其他主流技术的多角度对比和方案背后的技术原理的深入探讨。因此，本书一方面可以作为通信研究同行的参考资料，了解技术的发展趋势，学习3GPP标准化过程中的研究方法，也可以成为产品开发者的技术指导资料，还可以是5G首批商用部署的特性选择和决策的参考手册。本书还希望通过克服5G的覆盖、时延等方面面临的挑战，推动我国通信产业的创新和领先发展，为我国的5G事业的成熟和发展贡献力量。

前言
随着移动通信技术的迅速发展，万物互联的智能世界将革命性地改变人们的生活。海量的设备连接，迅猛增长的数据流量，以及实时性、可靠性要求更高的新型业务，这些都对未来通信系统提出了更高的要求。早在2012年7月，国际电信联盟无线电通信组就启动了对2020年及以后的未来无线通信的研究；在2013年至2015年期间，包括中国、欧洲、韩国、日本和美国在内的诸多国家和地区相继成立了5G推进组织和研究机构，业界、研究机构和高校都非常积极地投入到3GPP 5G-NR的研究当中，这为最终能够制定出广泛支持多种应用场景的无线接入技术方案打下了坚实的基础。国际电信联盟启动IMT-2020研究已经六年了，在2018年3GPP发布了首个5G国际标准版本，迎来了5G标准化的第一个里程碑，其中5G非独立部署标准在2018年3月冻结，5G独立部署版本在2018年6月冻结。2018年9月，3GPP向ITU提交了5G技术标准提案和初评报告。
在获得了大带宽频谱后，5G的峰值速率不断刷新，在视距传输条件下能达到100 MHz 4G bps以上的峰值速率。但是在实际商用部署中，5G-NR新无线接入技术面临的首要问题是覆盖问题，因为在蜂窝移动通信网络中，蜂窝小区边缘速率决定了用户体验，并在一定程度上决定了网络容量。当前，4G LTE蜂窝网络部署已经占据了无线频谱中传输损耗小、广覆盖的2.6 GHz及以下中低频段，随着社会信息化的发展，4G用户数在未来几年内还将保持强劲增
长的趋势，因此被4G LTE占据的中低频段在短期内难以释放给5G使用。另外，5G系统在大带宽的频谱资源利用方面也更能够发挥其空口设计优势，而2 GHz以下的低频段很难找到100 MHz以上的连续频谱，因此在全球范围内5G初期部署主要集中在有潜在大带宽资源的2.6 GHz到5 GHz的C波段等中频频段，以及部分毫米波补充频段。无论是C波段还是毫米波频段，其无线信号的传播损耗都明显大于目前2G3G4G蜂窝网络部署的中低频段，覆盖是最主要的问题，尤其是手持终端上行发射功率受限，而且中高频段都选用TDD制式导致上行不能连续发射，因此上行覆盖不足将是5G首发商用阶段需要解决的最主要问题。
本书聚焦5G-NR新无线接入技术标准中的上下行解耦、LTENR上行和下行频谱共享等技术特性，通过与LTE系统的和谐频谱共享和共存，提升5G网络覆盖性能，提供了从LTE向5G平滑的网络演进路线。5G-NR的上下行解耦特性创造性地提出了把用户上行传输和下行传输频段解耦的概念，允许5G-NR下行锚定具有大带宽的频段（如C-band），依赖多天线技术提供高速率下载等下行服务，而上行则与LTE网络共享低频段频谱，从而极大地扩展5G小区的上行覆盖。提升5G首发商用部署的覆盖，能够降低部署基站的数量和密度，可以达到5G-NR和LTE共站部署共覆盖的效果，从而极大地降低5G部署成本，加快5G商用网络部署的节奏。上下行解耦带来的另一个优点是低空口时延，因为上行传输可以在低频FDD上行频段的任意时隙上发送，而不像在TDD频段的上行发送时隙上那样受限，因此上下行解耦的5G-NR链路其下行传输对应的上行反馈明显快于那些仅在TDD频段传输的5G-NR链路的上行反馈，从而可以提供和FDD系统相同的低空口时延。众所周知，中高频段的覆盖受限导致其业务适用范围受限，尤其对于广覆盖的物联网和高可靠低时延类的业务。而采用上下行解耦的5G部署通过提升上行链路的覆盖可以很好地弥补中高频段的业务受限这一缺点，完美地把大带宽下行高速率传输和上行广覆盖与低时延结合在一起，真正达到包括移动宽带接入、广覆盖大连接物联网、超低时延的高可靠业务的全业务公共网络的部署和配置。
本书为5G新无线接入技术的研究人员和开发人员系统地讲解了上下行解耦等频谱共享的技术特性。全书分为三部分共十章，第一部分介绍了上下行解耦的标准化背景和驱动力，包括：第1章5G-NR的发展、背景和标准化，第2章5G-NR上下行解耦技术的驱动力，以及第3章5G频谱和双工模式。第二部分详细阐述了5G-NR上下行解耦的系统设计和部署方案，包括：第4章5G网络部署、覆盖分析和挑战，第5章5G-NR组网模式和上下行解耦应用场景，第6章3GPP Release 15上下行解耦的空口接入机制，第7章LTENR同频段下行共存和第8章Sub 6 GHz终端的实现和能力。第三部分从产业角度总结了上下行解耦的产业化进程并指出下一步演进方向，包括第9章上下行解耦外场测试和第10章上下行解耦技术的展望。
本书的完成离不开参与LTE、5G-NR的新无线接入技术上下行解耦标准化工作的同行们两年来的辛苦努力，离不开对现有网络痛点问题认识深刻的运营商的专家们给予的技术和标准上的支持，离不开对实现难点了如指掌的终端和芯片同行们提供的技术帮助，也离不开严谨的互通测试和外场测试的同事们，我们尽可能将他们的贡献指明出处。在3GPP 5G-NR 20个月的上下行解耦标准化讨论过程中，大量的覆盖分析、仿真评估、网络部署和终端实现分析及热烈讨论贯穿始终。3GPP历史上鲜有对一个技术特性在其标准化过程中进行如此全方位的分析和评估，翔实的分析为商用部署和网络配置及优化管理提供了保障。谨以此书献给那些为5G和上下行解耦特性做出贡献的标准代表、仿真团队、研发和测试团队；献给IMT-2020推进组、广大支持5G的运营商和各参与公司的专家们，让我们期待5G以最稳健的步伐走上历史的舞台，开启移动通信的新篇章。
最后对于本书中存在的不足之处敬请读者和专家批评指正。

著者

2019年1月13日

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