前言 FOREWORD
2018年12月，工业和信息化部向中国电信、中国移动、中国联通发放了第五代移动通信技术（Fifth-Generation，5G）试验网频率许可。2019年6月6日，工业和信息化部向中国电信、中国移动、中国联通、中国广电发放了5G商用牌照，标志着我国正式进入5G商用元年。为了建设具有竞争力的5G网络，我们需要掌握5G的基本原理，最新最权威的5G无线技术来源于第三代合作伙伴计划（Third Generation Partnership Project，3GPP）协议。本书以最新版本（V15.5.0）的3GPP协议为主，以举例子的方式，用大量的图形和表格直观地分析了5G新空口技术（New Radio，5G NR）的物理层以及物理层过程，以便读者快速全面地掌握5G NR的物理层技术。
国际电信联盟（International Telecommunication Union，ITU）发布的5G白皮书定义了5G的三大场景：增强型移动宽带（enhanced Mobile Broadband，eMBB）；超可靠低时延通信（ultra Reliable and Low Latency Communication，uRLLC）；海量物联网通信（massive Machine Type Communication，mMTC）。并且对5G提出了8个关键性能指标要求，这些关键性能指标的实现需要通过物理层的设计来实现。为了支持eMBB场景的高流量需求，物理层架构设计的关键点包括：在频率设计方面，支持超高频、更大的信道带宽、更大的子载波间隔；在数据信道设计方面，上下行都采用循环前缀正交频分复用（Cyclic Prefix Orthogonal Frequency Division Multiplexing，CP-OFDM）、支持最高达256QAM的调制方式；在参考信号设计上，解调参考信号（Demodulation Reference Signal，DMRS）、信道状态信息参考信号（Channel State Information Resource Signal，CSIRS）、探测参考信号（Sounding Reference Signal，SRS）支持更多的天线端口，同时引入了相位跟踪参考信息（Phase Tracking Reference Signal，PT-RS）。为了支持uRLLC场景的低时延需求，物理层架构设计的关键点包括：支持更灵活的帧结构设计和双工设计，引入了自包含时隙；在数据信道设计方面，支持基于符号的调度；在控制信道设计方面，支持短符号的物理上行控制信道（Physical Uplink Control Channel，PUCCH）。此外，物理层在设计上以波束管理为核心，以达到增加覆盖、减少干扰、提高系统性能的目的。
本书第一章是移动通信系统发展历程概述，主要介绍了2G、3G、4G、5G的发展历程、技术特点、关键技术以及演进，3GPP组织与3GPP组织制定规范的过程，5G的标准体系架构。第二章是5G系统概述，介绍了5G需求，5G NR物理层架构设计的要点，5G 无线接入网（Radio Access Network，RAN）的整体架构、网元功能、网络接口、无线协议架构，5G网络部署模式以及集中单元（Centralized Unit，CU）和分布单元（Distribution Unit，DU）的切分等内容。第三章是5G频谱和信道安排，介绍了5G的工作频带、信道带宽，重点介绍了信道栅格、同步栅格、Point A的计算方法以及一部分初始小区搜索过程。第四章是帧结构、物理资源和序列产生，介绍了参数集（numerology）、帧结构、物理资源和序列的产生方法，重点介绍了时隙、CRB、PRB、BWP的配置以及信令流程。第五章是下行物理信道和信号，对SS/PBCH块（包括PBCH、PSS、SSS以及PBCH的DM-RS）、PDSCH（含PDSCH的DM-RS和PT-RS）、PDCCH（含PDCCH的DM-RS）以及CSI-RS进行了详细的分析并给出了PDSCH、PDCCH的容量能力。第六章是上行物理信道和信号，对PRACH、PUCCH（含PUCCH的DM-RS）、PUSCH（含PUSCH的DM-RS和PT-RS）以及SRS进行了详细的分析并给出了PUSCH、PUCCH的容量能力。第七章介绍了物理层过程，包括初始小区搜索过程、随机接入过程、波束管理过程和UE上报CSI的过程。
本书不仅仅是提供了5G NR物理层的知识点，更重要的是提供了学习3GPP协议的方法。读者可以单独阅读本书，也可以结合3GPP协议一起阅读。如果读者掌握了本书提供的学习方法，就可以在3GPP协议更新后，依然能快速学习和掌握3GPP后续版本引入的新功能和新特征。
在本书的编写过程中，得到了华信咨询设计研究院有限公司朱东照、万俊青、徐恩、汪丁鼎、彭宇、张守国、严国军等人的大力支持，在此表示感谢。
衷心感谢人民邮电出版社的编辑对本书出版工作的大力支持！
由于作者水平有限，加上5G NR技术标准与设备也在不断研发和完善中，书中难免存在疏漏和错误之处，敬请各位读者和专家批评指正。
张建国
2019年9月于杭州