隨著未來移動通信應用場景的不斷豐富，網絡中的信息傳輸需求隨時間和地點呈現出非均勻特性，傳統以宏蜂窩為主、以區域覆蓋為目的的移動通信網絡架構將難以應對通信業務需求爆炸式增長的挑戰，而超密集無線網絡被認為是解決此挑戰的創新性變革之一。本書將重點介紹基于超密集無線網絡的理論與應用技術，結合國際學術界與標準化組織的*研究進展，對超密集無線網絡的建模、部署場景、容量極限、資源分配、干擾管理等核心問題進行科學系統的介紹，同時還將針對5G關鍵技術的組網進行詳細分析，包括D2D組網、有源天線組網、動態TDD組網、融合認知組網等，力求為讀者呈現未來移動通信組網的全景。 本書適合5G移動通信工程和技術領域的專業人員閱讀。
前 言
Preface
截至2017年4月，我國移動互聯網用戶數達11.5億，其中4G用戶數約為8.49億，4月當月移動互聯網接入流量達15.8億GB，人們正在享受4G商用網帶來的便利，移動支付、移動辦公、移動電子商務等移動互聯網業務得到了廣泛應用。預計到2020年，數據流量將達到目前的1000倍以上，不斷增長的業務量需求使得提升移動通信網絡容量的要求更加迫切。
2014年開始，作者牽頭國家863 5G超密集無線組網項目5G無線密集網絡架構與關鍵技術研發，與國內20余家優勢單位形成項目組開展5G組網理論與關鍵技術研究，目前網絡峰值速率可達12.5 Gbps（萬兆）。
結合項目研究成果，將5G組網領域的研究精華匯聚成本書。本書首先概述了5G組網架構、技術和分析方法，給出理論研究依據，隨后介紹了無框架網絡架構、D2D組網、有源天線組網、動態TDD組網、融合認知組網、密集網絡的資源管理與優化、異構小區組網功率控制及移動性管理、無線接入網絡安全等5G組網的關鍵技術及方法。部分理論和技術已在863 5G超密集無線組網項目中得到驗證，相關應用成果體現在超密集聚合無線網絡原型系統設計與評估、軟件定義的接入網與核心網接口、未來無線網絡的部署場景及組網應用等章節之中。
本書各章的作者均來自項目組，編寫負責人和參與人員如下：
章 號 負 責 人 參 與 人 員
第1章 北京郵電大學 張平 北京郵電大學 陶小峰
北京郵電大學
徐珉
第2章 北京郵電大學 陶小峰 北京郵電大學
吳慧慈
第3章 北京郵電大學 許曉東 北京郵電大學
孫朝
北京郵電大學
戴巡
北京郵電大學
劉家祥
第4章 北京郵電大學 張雪菲
第5章 北京郵電大學 崔琪楣 北京郵電大學
趙澤宇
第6章 北京郵電大學 徐瑨 北京郵電大學 陶銘亮
第7章 電子科技大學 唐偉 電子科技大學 王軍
電子科技大學
趙聰
電子科技大學
陳劼
第8章 北京科技大學 張中山 上海無線中心
王江
北京科技大學
柴曉萌
第9章 北京郵電大學 侯延昭 北京郵電大學
洪亞騰
第10章 北京郵電大學 李娜
第11章 華中科技大學 王德勝 北京郵電大學
王強
第12章 清華大學 李賀武 清華大學
孫文琪
清華大學
戴祎程
清華大學
江卓
清華大學
吳茜
第13章 華北電力大學 唐良瑞 華北電力大學
季石宇
本書作者感謝863 5G超密集無線組網項目組全體成員的傾力合作，感謝清華大學、電子科技大學、華中科技大學、北京科技大學、華北電力大學、上海無線中心等單位在本書成書過程中的鼎力相助，感謝在5G技術研究和標準化過程中國家有關部門給予的大力支持，以及眾多國內外研究機構和廠商的交流與合作。
本書是作者（包括各章作者）近年來對于5G組網的研究及開發心得，希望能對移動通信領域的學者、研究人員和技術開發人員起到一定的參考作用，同時也能對相關通信類研究生和高年級本科生起到學習借鑒的作用。由于作者水平和時間有限，書中缺點和錯誤在所難免，望讀者批評指正。
陶小峰，博士，北京郵電大學教授，博士生導師，IET會士，IEEE高級會員，斯坦福大學訪問教授（2010年），移動互聯網安全技術國家工程實驗室主任，IEEE通信學會北京分會主席。長期專注于無線通信基礎理論的研究及實踐。先后主持國家自然科學基金重大項目課題、國家863重大項目、國家科技重大專項等10余項國家級科研項目；近五年發表SCI論文40余篇，獲國際會議最佳論文獎2次，ACM Mobicom 榮譽提名獎1次；撰寫中英文專著各1部，中文專著獲第三屆中國出版政府獎圖書獎；獲授權專利63項（含美國專利2項）；被3GPP接納提案23篇；獲國家技術發明獎二等獎（兩次）、教育部技術發明獎一等獎、中國通信學會科學技術獎一等獎（兩次）等獎項；先后入選教育部新世紀優秀人才、新世紀百千萬人才工程國家級人選、科技北京百名領軍人才、中青年科技創新領軍人才等計劃；獲2013年度國家杰出青年科學基金。
目 錄
Contents
基 礎 篇
第1章 Chapter 1 無線網絡概述
1.1 移動通信發展概述
1.2 第五代移動通信（5G）的需求
1.3 第五代移動通信（5G）的組網架構與技術
1.4 章節安排和內容梗概
1.5 參考文獻
第2章 Chapter 2 無線網絡組網分析
2.1 聚合網絡干擾及容量分析
2.1.1 泊松點過程
2.1.2 網絡干擾分析
2.1.3 隨機網絡容量分析
2.2 安全容量分析
2.2.1 安全容量簡介
2.2.2 基于天線選擇的安全容量
2.2.3 多用戶系統的安全容量
2.2.4 隨機網絡的安全容量
2.3 參考文獻
技 術 篇
第3章 Chapter 3 無框架網絡架構
3.1 無框架網絡架構部署場景及特點
3.1.1 無框架網絡架構的提出
3.1.2 無框架網絡架構的部署場景
3.1.3 無框架網絡架構的組網特點
3.2 基于軟件定義網絡的無框架網絡架構演進
3.2.1 基于軟件定義網絡的無框架網絡架構
3.2.2 基于軟件定義網絡的業務分片策略
3.2.3 基于無框架網絡架構的業務分片策略試驗驗證
3.3 本章小結
3.4 參考文獻
第4章 Chapter 4 D2D組網
4.1 引言
4.2 D2D通信技術簡介
4.3 D2D通信模型和組網場景
4.3.1 D2D通信用戶位于同一小區
4.3.2 D2D通信用戶位于相鄰小區
4.3.3 基于D2D簇的通信模型及策略
4.4 D2D組網中的資源分配
4.4.1 基于標準化進程的D2D資源分配方式
4.4.2 D2D組網中的功率分配方式
4.5 D2D通信的探測、建立、維護和釋放
4.6 本章小結
4.7 參考文獻
第5章 Chapter 5 有源天線組網
5.1 有源天線原理
5.1.1 有源天線簡介
5.1.2 有源天線架構
5.1.3 天線陣子輻射方向圖
5.1.4 單列天線陣列因子
5.1.5 多列天線陣列因子
5.2 有源天線組網技術
5.2.1 上/下行獨立優化技術
5.2.2 小區分裂技術
5.2.3 用戶級波束賦形技術
5.3 有源天線的主要參數
5.3.1 電下傾角
5.3.2 鄰道泄漏比
5.3.3 帶內阻塞
5.4 有源天線組網性能
5.4.1 上/下行獨立優化技術
5.4.2 小區分裂技術
5.5 FD-MIMO技術
5.5.1 FD-MIMO的產生及簡介
5.5.2 FD-MIMO用戶分布對吞吐量的影響
5.5.3 FD-MIMO對有源天線系統的影響
5.6 本章小結
5.7 參考文獻
第6章 Chapter 6 動態TDD組網
6.1 動態TDD概述
6.1.1 動態TDD研究背景
6.1.2 動態TDD技術含義
6.1.3 動態TDD標準化進程
6.2 動態TDD組網問題分析
6.2.1 自動重傳請求時序
6.2.2 子幀交錯干擾
6.3 動態TDD傳輸機制
6.3.1 動態TDD信令配置
6.3.2 動態TDD下行HARQ反饋重傳時序
6.3.3 動態TDD上行HARQ反饋重傳時序
6.4 動態TDD干擾協調
6.4.1 動態TDD系統干擾協調方案
6.4.2 基于圖論的小區動態分簇方案
6.5 本章小結
6.6 參考文獻
第7章 Chapter 7 融合認知組網
7.1 概述
7.2 自適應頻譜感知
7.2.1 系統模型
7.2.2 傳統能量檢測協同頻譜感知算法
7.2.3 基于歸一化能量檢測的協同頻譜感知算法
7.2.4 仿真分析
7.2.5 小結
7.3 認知資源的柔性重構
7.3.1 頻譜重構
7.3.2 小區/覆蓋重構
7.3.3 網元重構
7.3.4 路由重構
7.3.5 小結
7.4 協作接入
7.4.1 多信道協作接入
7.4.2 多網絡協作接入
7.4.3 協作中繼接入
7.4.4 小結
7.5 參考文獻
第8章 Chapter 8 密集網絡的資源管理與優化
8.1 超密集異構網絡架構
8.2 多層次異構融合網絡的資源管理架構
8.3 無線接入控制
8.3.1 基于接收信號強度的接入選擇
8.3.2 基于用戶導向的接入選擇
8.3.3 基于負載均衡的接入選擇
8.4 無線頻譜資源分配
8.4.1 基于能效和頻譜效率聯合優化的無線資源分配
8.4.2 基于混合方式的簇內自主學習資源調配技術
8.4.3 基于干擾分級動態區簇劃分的簇間資源聯合調配技術
8.4.4 基于協作分布式最優化資源分配算法
8.4.5 基于密集無線網絡公平性的頻譜資源分配算法
8.5 干擾管理與功率控制
8.5.1 基于干擾對齊和空間復用的聯合調度技術
8.5.2 基于博弈的功率控制技術
8.5.3 基于用戶配對的異構網絡功率控制博弈
8.5.4 基于基站休眠和部分頻譜復用聯合優化的干擾管理技術
8.6 無線資源管理與優化所涉及的數學理論
8.7 本章小結
8.8 參考文獻
第9章 Chapter 9 異構網絡移動性管理
9.1 異構小區組網功率控制
9.1.1 異構小區上行功率控制
9.1.2 異構小區下行功率控制
9.2 異構網絡移動性管理
9.2.1 異構網絡移動性管理機制、問題和趨勢
9.2.2 異構融合網絡小小區發現
9.2.3 異構融合網絡跨層切換
9.3 本章小結
9.4 參考文獻
第10章 Chapter 10 無線接入網絡安全
10.1 引言
10.2 安全需求與挑戰
10.3 無線接入安全關鍵技術
10.3.1 傳統無線接入安全技術
10.3.2 物理層安全技術
10.4 物理層安全保密通信技術
10.4.1 基本原理
10.4.2 關鍵技術手段
10.5 本章小結
10.6 參考文獻
實 踐 篇
第11章 Chapter 11 超密集聚合無線網絡原型系統設計與評估
11.1 超密集無線聚合組網的總體架構
11.2 聚合協作各層分析
11.2.1 物理層協作
11.2.2 數據鏈路層協作
11.2.3 網絡層協作
11.2.4 傳輸層協作
11.3 異構無線網絡融合
11.3.1 LTE與Femtocell的融合
11.3.2 LTE與WLAN融合
11.3.3 IEEE 802.21媒體無關切換
11.4 異構云處理
11.4.1 可擴展的新型異構無線網絡融合方案
11.4.2 基于云處理的改進方案
11.5 試驗測試
11.5.1 LTE和WLAN融合驗證架構圖
11.5.2 多模終端四路接入測試
11.6 本章小結
11.7 參考文獻
第12章 Chapter 12 軟件定義的接入網與核心網接口
12.1 5G核心網、接入網及接口的發展趨勢
12.1.1 5G網絡概述
12.1.2 5G核心網和接入網
12.1.3 接口需求
12.2 接入網與核心網接口的技術難點
12.2.1 LTE-A系統結構及關鍵接口概述
12.2.2 隧道轉發方式成為性能瓶頸
12.2.3 網絡管理平面間缺乏協同
12.2.4 網絡與終端缺乏配合
12.2.5 小結
12.3 軟件定義的接入網與核心網接口概念設計SDN 架構
12.3.1 SDN 架構設計
12.3.2 異構接入網的統一控制平面
12.3.3 接入網設備功能抽象
12.3.4 基于功能抽象的資源統一調度
12.3.5 基于802.11u/ANDSF的終端協同
12.3.6 小結
12.4 SDN 架構的初步實驗驗證
12.4.1 設計目標
12.4.2 平臺描述
12.4.3 推薦設備及擴展
12.4.4 功能接口驗證實驗
12.4.5 小結
12.5 本章小結
12.6 參考文獻
第13章 Chapter 13 未來無線網絡的部署場景及組網應用
13.1 未來無線網絡的部署場景
13.1.1 智能家庭
13.1.2 城市交通
13.1.3 戶外場地
13.1.4 高速鐵路
13.1.5 橋洞隧道
13.2 未來無線網絡組網應用
13.2.1 未來無線網絡組網在智能配用電領域的應用
13.2.2 未來無線網絡在軍事領域的應用
13.3 本章小結
13.4 參考文獻
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