本书重点对5G无线系统的五大关键技术――大规模天线、新型多址技术、新型波形、毫米波通信、轨道角动量复用进行了详细介绍，并对其性能进行对比分析，使读者对5G无线网络关键技术有更直接、更具体、更全面的认识。首先对5G网络进行简要介绍，让读者对5G系统的需求有个基本了解，然后对大规模天线、新型多址技术、新型波形技术、毫米波通信、轨道角动量复用技术进行了详细介绍，并对其性能进行了对比分析。

　　赵绍刚：博士，2000年9月至2002年4月，研究生期间实验室与大唐合作从事WCDMA NodeB的研发；2005年7月至今，中国移动通信集团公司网络部。

第1章　5G简介：无线网关键技术 1
1．1 为什么需要5G 1
1．2 什么是5G 6
1．3 5G的应用 8
1．4 5G标准化 9
1．5 5G的挑战 10
1．6 5G网络关键技术 12
1．6．1 大规模天线阵列（Massive MIMO）技术 14
1．6．2 新型多址技术 15
1．6．3 新型波形技术 17
1．6．4 全频谱接入：毫米波技术 19
1．6．5 基于轨道角度动量的传输技术 20
1．7 小结 21
参考文献 21
第2章　大规模天线阵列系统 23
2．1 大MIMO系统的优势 24
2．2 大维度下的信道硬化 25
2．3 技术挑战和解决方法 28
2．3．1 独立空间维度的有效性 28
2．3．2 大量天线和RF链路的放置 29
2．3．3 低复杂度的大MIMO信号处理 30
2．3．4 多小区操作 32
参考文献 33
第3章　大MIMO系统的编码与检测 34
3．1 空间复用 35
3．2 空时编码 36
3．2．1 空时分组码 37
3．2．2 高码率NO-STBC 39
3．2．3 基于循环可除代数（Cyclic Division Algebras，CDA）的
NO-STBC 39
3．3 空间调制 41
3．3．1 SM机制 41
3．3．2 SSK 42
3．3．3 GSM 43
3．4 大MIMO系统信号检测 48
3．5 系统模型 51
3．6 最优检测 52
3．7 线性检测 53
3．7．1 MF检测器 53
3．7．2 ZF检测器 54
3．7．3 MMSE检测器 55
3．8 干扰抵消 56
3．8．1 V-BLAST检测器 56
3．9 LR辅助的线性检测 58
3．9．1 LR辅助的检测 58
3．9．2 SA算法 59
3．10 球译码 64
3．10．1 算法 65
参考文献 69
第4章　大MIMO系统信道模型 70
4．1 分析信道模型 71
4．1．1 基于空间相关的信道模型 71
4．1．2 基于传播的信道模型 75
4．2 空间相关对大MIMO性能的影响 79
4．2．1 针孔效应 81
4．2．2 空间相关对局部搜索检测器性能的影响 81
4．3 信道模型标准化 84
4．3．1 IEEE 802．11 WiFi模型 86
4．3．2 3GPP LTE模型 87
4．4 大MIMO系统测量活动 89
4．4．1 12×15MIMO室内测量 89
4．4．2 16×16MIMO都市室外测量 90
4．4．3 32×64室内测量 91
4．4．4 16×16室内测量 91
4．4．5 16×32室内测量 91
4．4．6 24×24和36×36MIMO立方体 92
4．4．7 8×16室外到室内测量 93
4．4．8 128天线阵列的测量 94
4．5 紧凑天线阵列 95
4．5．1 PIFA 96
4．5．2 PIFA作为阵元的紧凑天线阵列 98
4．5．3 MIMO立方体 98
参考文献 100
第5章　非正交多用户叠加与共享多址技术 101
5．1 引言 101
5．2 非正交多用户多址技术的基本原理和特征 102
5．2．1 非正交多用户叠加改善频谱效率 102
5．2．2 非正交多用户多址技术支持大连接 105
5．3 下行非正交多用户传输 107
5．3．1 无Gray映射的直接叠加 107
5．3．2 具有Gray映射的叠加 108
5．4 上行非正交多址技术 117
5．4．1 LDS-CDMA/OFDM 118
5．4．2 SCMA 119
5．4．3 MUSA 122
5．4．4 PDMA 129
参考文献 131
第6章　非正交多址（NOMA）概念与设计 133
6．1 引言 133
6．2 NOMA概念 134
6．2．1 下行NOMA 134
6．2．2 上行NOMA 137
6．3 NOMA优势和驱动力 139
6．4 NOMA接口设计 140
6．4．1 下行NOMA 140
6．4．2 上行NOMA 142
6．5 对MIMO的支持 145
6．5．1 下行NOMA 145
6．5．2 上行NOMA 148
6．6 NOMA性能评估 150
6．6．1 下行NOMA 150
6．6．2 上行NOMA 157
6．7 小结 162
参考文献 163
第7章　5G中的新波形技术 165
7．1 新波形 165
7．1．1 滤波器组多载波（Filter Bank Multi Carrier，FBMC） 166
7．1．2 通用滤波多载波（Universal Filtered Multi Carrier，UFMC） 174
7．1．3 通用频分复用（Generalized Frequency-Division 
Multiplexing，GFDM） 177
7．1．4 滤波OFDM（Filtered OFDM，f-OFDM） 181
7．2 新调制 183
7．2．1 频率正交幅度调制（Frequency and Quadrature 
Amplitude Modulation，FQAM） 184
7．3 超奈奎斯特通信（Faster Than Nyquist，FTN） 185
7．4 无线完全双工技术 189
参考文献 191
第8章　灵活支持5G物理层的新波形：GFDM 192
8．1 5G应用场景对灵活波形的需求 194
8．1．1 比特管道通信 195
8．1．2 物联网（Internet of Things，IoT） 196
8．1．3 触摸因特网 196
8．1．4 无线区域网（Wireless Regional Area Network，WRAN） 197
8．2 GFDM原理和性能 197
8．2．1 GFDM波形 198
8．2．2 GFDM的矩阵表示 200
8．2．3 连续干扰消除（Successive Interference Cancellation，SIC） 205
8．2．4 使用Zak变换的接收滤波器设计 206
8．2．5 低OOB辐射的解决方案 210
8．2．6 GFDM符号差错率性能分析 214
8．3 GFDM的偏置QAM 221
8．3．1 时域OQAM-GFDM 222
8．3．2 频域OQAM-GFDM 225
8．4 使用预编码的增强灵活性 226
8．4．1 每个子载波的GFDM处理 226
8．4．2 每个子符号的GFDM处理 228
8．4．3 GFDM的预编码 229
8．5 GFDM的发射分集 233
8．5．1 时间反向STC-GFDM 234
8．5．2 全面线性均衡器（Widely Linear Equalizer，WLE）
STC-GFDM 240
8．6 支持LTE资源栅格的GFDM参数化 246
8．6．1 LTE时频资源栅格 246
8．6．2 支持LTE时频栅格的GFDM参数 247
8．6．3 GFDM信号与LTE信号的共存 249
8．7 GFDM作为框架支持各种波形 250
8．8 小结 255
参考文献 255
第9章　基于毫米波通信的网络架构、模型和性能 257
9．1 引言 257
9．2 频谱 258
9．3 波束跟踪 261
9．4 具有角度变量的信道模型 263
9．5 UAB网络架构 268
9．5．1 以负荷为中心的回传（Load-Centric Backhauling，LCB） 269
9．5．2 多频传输架构 272
9．6 系统容量 273
9．6．1 MIMO预编码 273
9．6．2 性能评估 275
参考文献 276
第10章　毫米波无线传播特征 278
10．1 引言 278
10．2 传播特性 279
10．2．1 高方向性 279
10．2．2 噪声受限的无线系统 281
10．3 传播模型和参数 283
10．3．1 路径衰耗模型 283
10．3．2 毫米波特定衰耗因子 285
10．4 链路预算分析 288
10．4．1 基于香农容量的计算 288
10．4．2 60GHz毫米波基于IEEE 802．11ad基带参数的计算 289
10．5 小结 295
参考文献 295
第11章　室外环境毫米波通信特征 297
11．1 引言 297
11．2 毫米波信道特征 299
11．2．1 自由空间传播 300
11．2．2 大尺度衰落 301
11．2．3 小尺度衰落 308
11．2．4 车载环境下的毫米波特性 310
11．3 毫米波传播模型 312
11．3．1 基于几何的随机信道模型 312
11．3．2 封闭自由空间参考路径衰耗模型 313
11．3．3 射线跟踪仿真模型 316
参考文献 316
第12章　基于轨道角度动量（OAM）的无线通信 318
12．1 承载OAM的EM波 318
12．2 OAM到RF通信的应用 320
12．3 OAM波束的产生、复用和检测 322
12．3．1 OAM波束的产生和检测 322
12．3．2 OAM波束的复用和解复用 324
12．4 使用OAM复用的无线通信 326
12．4．1 使用高斯波束和OAM波束的无线通信 326
12．4．2 使用OAM和极化复用的32Gb/s毫米波通信 326
12．4．3 空间复用和OAM复用组合的16Gb/s毫米波通信 328
12．4．4 OMA信道的多径效应 332
12．4．5 基于贝塞尔波束的OAM通信 338
参考文献 341