从局部到整体:5G系统观

本书主要介绍3GPP R15 5G系统设计中涉及的关键技术和对应的国际技术标准，主要内容涉及物理层、接入网高层（MAC层、RLC层、PDCP层、SDAP层和RRC层）、接口（Xn、N2等）和核心网技术。为了降低5G学习门槛，本书引入大量技术间、系统间和协议层间的整理和分析，给读者一个端到端、全程、所有渠道的系统视野。本书每部分的论述既自成体系又前后呼应，而对于技术本身的描述也不单单阐述技术“是什么”，还思考了“为什么”；同时还将单点技术放在系统中进行端到端的打通，使读者可以全方位地理解和系统性地思考，建立系统观概念。本书的读者对象可覆盖通信领域研究、开发、系统设计、网络运营等相关人员，同时，本书也可供高等院校通信及相关专业的师生参考。

第1章 通信的演进与驱动力001
1.1 通信的前世今生002
1.1.1 古代通信：一切靠“吼”的时代003
1.1.2 近代通信：给通信插上“电”的翅膀005
1.1.3 “移动”给通信带来新生008
1.2 通信“进化论”011
1.2.1 通信技术“进化”的材料：基础科学的进步012
1.2.2 通信技术“进化”的温床：研究和标准化组织014
1.2.3 通信技术“进化”的方向和动力：不断涌现的用户需求016
1.3 新场景、新思维：5G新愿景017
1.3.1 5G三大典型应用场景019
1.3.2 5G关键性能指标022
1.3.3 5G标准化进程024
【系统观1】通信系统功能分解025
第2章 从LTE中领悟到的演进需求037
2.1 LTE系统标准化历史039
2.2 LTE网络架构040
2.2.1 LTE接入网、核心网网络架构与演进需求040
2.2.2 LTE协议栈架构045
2.3 LTE关键技术简述与演进需求047
2.3.1 LTE多址技术与演进需求048
2.3.2 LTE物理帧结构与演进需求049
2.3.3 LTE物理资源与演进需求054
2.3.4 LTE HARQ技术与演进需求056
2.4 LTE与5G NR的功能比较058
第3章 5G系统架构与特征063
3.1 宏观角度：5G核心网架构064
3.1.1 5G核心网概述064
3.1.2 5G核心网架构的“核心亮点”：基于服务的网络架构068
3.2 宏观角度：5G接入网架构073
3.2.1 5G接入网概述073
3.2.2 5G接入网架构的“核心亮点”：多连接075
3.3 微观角度：5G协议栈结构079
【系统观2】LTE协议栈与OSI七层、TCP IP四层模型081
第4章 系统灵魂：RAN1物理层规范087
4.1 物理层标准进展与规范架构088
4.2 5G NR物理层传输资源结构089
4.2.1 时域资源：帧、时隙和OFDM符号089
【系统观3】Mini-Slot与自包含子帧094
4.2.2 频域资源：NR资源网格096
4.2.3 上下行资源配置100
4.2.4 BWP105
4.2.5 补充上行108
【系统观4】从宏观到微观：时频资源110
4.3 从开机到初始接入111
4.3.1 “小白”的行为：同步和系统信息块（SSB）接收112
4.3.2 额外信息接收121
【系统观5】同步、系统信息接收整体流程130
4.3.3 连通控制面的“桥梁”：随机接入131
【系统观6】随机接入过程系统理解139
【系统观7】初始接入过程系统理解145
4.4 从业务触发到数据传输148
4.4.1 你在哪里：寻呼148
【系统观8】寻呼高层信令与流程155
4.4.2 物理层下行控制信道（PDCCH）156
4.4.3 行动有章法：共享信道（PDSCH PUSCH）175
4.4.4 上行控制信道（PUCCH）194
4.5 传输和移动性的保障：5G参考信号199
4.5.1 信道状态信息参考信号（CSI-RS）202
【系统观9】CSI-RS的RRC参数配置214
【系统观10】RRM测量与高层配置215
4.5.2 解调参考信号（DMRS）218
【系统观11】PDSCH资源分配与DMRS映射224
4.5.3 相位跟踪参考信号（PTRS）230
4.5.4 上行探测参考信号（SRS）232
【系统观12】LTE与NR参考信号和同步信号功能的比较234
4.6 应对高频之变：波束管理236
4.6.1 初始接入过程中的波束扫描和配对237
4.6.2 波束调整240
4.6.3 波束指示和TCI242
4.6.4 波束恢复243
第5章 系统大脑：RAN2接入网高层规范247
5.1 接入网高层标准进展与规范结构248
5.2 为空口“定制”的L2：MAC、RLC、 PDCP和SDAP子层250
5.2.1 系统的“调度师”：MAC子层250
【系统观13】逻辑信道、传输信道和物理信道258
【系统观14】5G信令体系（UE相关）273
5.2.2 系统的“快递打包员”：RLC子层275
5.2.3 系统的“防火墙”：PDCP子层294
5.2.4 系统的“需求对接员”：SDAP子层307
【系统观15】无线承载：SRB和DRB311
5.3 系统的“大脑”：RRC层315
5.3.1 RRC概述315
5.3.2 小区特定（Cell-Specific）的初始配置：系统信息318
5.3.3 直接控制与性能优化：RRC流程与消息323
【系统观16】RRC建立、重建与恢复流程的差异和联系329
【系统观17】与RRC重配关联的其他动作332
5.3.4 RRC非激活态334
【系统观18】RNA、RA、TA与RAN寻呼、CN寻呼340
5.3.5 移动性和连接管理的“起点”：测量管理343
5.3.6 无线链路监控（RLM）和无线链路失败（RLF）350
5.3.7 移动性管理：小区选择与重选353
5.3.8 移动性管理：切换363
5.3.9 UE能力信息371
【系统观19】用户行为背后的协议动作373
第6章 从用户走向网络：RAN3 NG-RAN接口规范377
6.1 接入网与核心网的桥梁：NG接口379
6.1.1 NG接口概述379
6.1.2 重要的N2消息举例384
6.2 接入网内线：Xn接口387
6.2.1 Xn接口概述387
6.2.2 重要Xn消息举例390
6.3 5G新增接口：F1接口391
【系统观20】F1信令与RRC、N2串联395
6.4 5G新增接口：E1接口397
【系统观21】E1信令与RRC、N2、F1信令串联399
第7章 业务创新“孵化器”：5G核心网规范401
7.1 核心网标准进展与规范结构403
7.2 系统的“多面手”：服务质量体系405
7.2.1 QoS在移动通信系统中的演变405
7.2.2 5GC QoS体系407
【系统观22】接入网QoS框架419
【系统观23】QoS模型在底层的实现422
7.3 从“物理网络”到“逻辑网络”：网络切片【多样性】424
7.3.1 为何“切”424
7.3.2 如何“切”426
【系统观24】网络切片与QoS框架比较434
7.4 核心网的第 一个动作：注册管理436
7.4.1 注册管理概况436
7.4.2 5GC注册流程439
【系统观25】LTE附着和5GC注册的区别447
【系统观26】不同注册场景分析448
7.5 5GC连接管理与接入控制450
7.5.1 连接管理450
7.5.2 网络接入控制453
7.6 按需定制：移动性管理功能460
7.6.1 定制所需：移动性【多样性】461
7.6.2 为大数据而生：移动图案（Mobility Pattern）464
7.6.3 为物联网而生：MICO模式【节能】【多样性】464
7.6.4 可达性管理466
【系统观27】5G移动性“按需定制能力”系统理解468
7.7 会话管理功能470
【系统观28】5GC与EPC功能比较471
7.7.1 会话管理概述473
7.7.2 5GC的会话管理关键特征475
7.7.3 5G会话管理过程485
7.8 5G和其他系统的互操作488
7.8.1 3GPP和非3GPP接入网支持【高密度】488
7.8.2 5G和LTE互操作490
【系统观29】新能力孵化的新服务495
附录 【系统观】全局整理499
附录A 5G“超能力”是如何炼成的：5G新功能与能力总结499
附录B 5G各类标识符512
附录C 5G重要概念整理539
参考文献545