前言

4G的全球快速普及和发展带来了移动互联网业务和应用的空前繁荣，在给我们的生活和工作带来极大便利的同时，也在培育着新的应用和新的业务，对无线网络能力提出了新的需求。面向2020年以后的移动通信市场需求，ITU-R（International Telecommunications Union-Radio Communication Sector，国际电联无线电通信部门）、NGMN（Next Generation Mobile Network，下一代移动网络）和3GPP（3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴计划）等组织纷纷开始了面向5G的新一轮技术标准的研究和制定。

ITU-R 为 5G 的应用规划了未来的三大应用场景：增强移动宽带、超可靠低时延通信和海量物联网，并为各个应用场景制定了相应的最小性能需求。3GPP对5G的空口关键技术和网络架构等开展了深入的研究，并最终完成了Rel-15（Release 15）标准的制定。5G既有对4G成熟技术的继承，也有针对4G网络中发现的问题的优化，还有面向新的应用场景、新需求的突破。

5G从技术需求上的变化主要体现在以下几个方面。

· 高速率：与4 G相比，5 G需要极大地提高速率，单用户的峰值速率要求达到下行20 Gbit/s、上行10 Gbit/s。

· 大带宽：4G仅支持单载波20 MHz系统带宽，而5G在设计之初就考虑了更大带宽的需求，在6 GHz以下频段，数据信道最大可支持100 MHz单载波带宽。

· 低时延：与4G相比，5G提出了更低的时延需求，控制面时延降至10 ms，用户面时延（单向空口时延）更是降至0.5 ms。

· 更大的频率范围：5G可支持400 MHz～6 GHz的低中频段，以及26～28 GHz、40 GHz附近的毫米波频段。目前，3GPP已开始研究52.6 GHz以上更高频段的5G系统设计。

· 高频谱效率：5G要求下行峰值频谱效率达到30 bit/s/Hz、上行峰值频谱效率达到15 bit/s/Hz，是4G八天线系统的3～5倍。

· 高可靠性：车联网、工业互联网等应用对 5G 的高可靠性需求日渐增加，要求可靠性达到99.999%以上。

· 高移动性：5G 对移动性的支持大幅提升至 500 km/h，由此带来多普勒频偏增大、信道时变快、抖动大、小区快速切换等挑战。

· 大连接：5G每平方千米范围内能够支持百万规模级的用户连接数。

这些需求对技术架构带来了相应的变化，例如采用大规模天线阵列、新型帧结构、全频谱接入和新型网络架构等核心技术，通过5G演进空口和5G新空口两条技术路线，实现更快的用户体验速率，并保证在多种场景下的一致性服务。这些新技术还在不断发展和完善之中。

4G 的商用部署暴露出 4G 的一些问题和局限性，同时 4G 的运营经验也为 5G系统的设计提供了重要借鉴，使得 5G 系统设计更加贴近未来应用需求，标准协议的制定更加全面和完善，主要体现在更灵活的资源利用、更低的网络干扰、更好的业务信道和控制信道的覆盖匹配等方面。

5G商用部署初期主力频段为中频段（如2.6 GHz、3.5 GHz、4.9 GHz等），普遍比4G所使用的频段高，信号的传播损耗和穿透损耗也更加严重，为了保证5G商用部署在尽可能利用现有4G站址的情况下，达到与4G网络基本相同的覆盖能力，针对5G系统控制信道和业务信道的覆盖增强技术是5G系统设计的重要因素。

尽管在 5G 标准制定初期，不同的组织、机构和公司在制定全球统一标准的认识上存在一定的偏差，但在全球主要运营商和设备制造商的倡导和推动下，形成全球统一的5G标准最终成为全产业的共识。2018年6月，5G Rel-15标准完成功能性冻结，全球主要的5G设备制造商和运营商对此都给予了高度评价。5G Rel-15标准的冻结使得5G的产业化进入全面冲刺阶段，整个移动通信产业正朝着2020年的5G规模商用目标前进。

本书对5G核心技术进行了深入的分析，对5G相关标准进行了全面的解读，以帮助读者更为清晰和切实地了解 5G 这一全新的移动通信系统，并将这些知识运用到实际工作中。

为方便读者阅读和使用，本书对于大部分专业技术人员较为熟知的专业术语，优先使用英文缩略语表示，并对缩略语的英文全称和中文名称在第一次出现时进行注释；对于需要使用中文表述的术语，则根据需要标注了英文缩写。

为方便读者查阅相关资料，本书各章涉及的参考文献分别列于各章最后，在正文中以上角数字[1]、[2]、[3]等标注。

本书由王晓云主持编写，主要作者是王晓云、刘光毅、丁海煜和黄宇红，参与编写本书的同志还有王启星、刘建军、李男、陈卓、王飞、胡丽洁、郑毅、夏亮、侯雪颖、吴丹、柯颋、董静、杨拓、李岩、张轶、陈晶晶、徐晓东、谢芳、刘亮、邵哲、李娜、马慧、张晓然、郭春霞、陈宁宇、刘洋、徐珉、胡南、刘婧迪、刘潇蔓、金婧、王菡凝、童辉、邵华等。

参与本书编写的同志都全程参与了ITU-R、NGMN和3GPP 5G的研究和标准化，亲历了标准制定过程中的各个重大事件，并在其中发挥了重要作用。他们对 5G 的理解必将帮助本书的读者加深对5G的认识，推动5G在中国乃至全球的普及和发展。

本书编写组

2019年7月