具体描述
5G Physical Layer: Principles, Models and Technology Components explains fundamental physical layer design principles, models and components for the 5G new radio access technology – 5G New Radio (NR). The physical layer models include radio wave propagation and hardware impairments for the full range of frequencies considered for the 5G NR (up to 100 GHz). The physical layer technologies include flexible multi-carrier waveforms, advanced multi-antenna solutions, and channel coding schemes for a wide range of services, deployments, and frequencies envisioned for 5G and beyond. A MATLAB-based link level simulator is included to explore various design options.
5G Physical Layer is very suitable for wireless system designers and researchers: basic understanding of communication theory and signal processing is assumed, but familiarity with 4G and 5G standards is not required.
With this book the reader will learn:
The fundamentals of the 5G NR physical layer (waveform, modulation, numerology, channel codes, and multi-antenna schemes).
Why certain PHY technologies have been adopted for the 5G NR.
The fundamental physical limitations imposed by radio wave propagation and hardware impairments.
How the fundamental 5G NR physical layer functionalities (e.g., parameters/methods/schemes) should be realized.
The content includes:
A global view of 5G development – concept, standardization, spectrum allocation, use cases and requirements, trials, and future commercial deployments.
The fundamentals behind the 5G NR physical layer specification in 3GPP.
Radio wave propagation and channel modeling for 5G and beyond.
Modeling of hardware impairments for future base stations and devices.
Flexible multi-carrier waveforms, multi-antenna solutions, and channel coding schemes for 5G and beyond.
A simulator including hardware impairments, radio propagation, and various waveforms.
作者简介
Ali Zaidi
Ali Zaidi received MSc and PhD degrees in Telecommunications from KTH Royal Institute of Technology, Sweden, in 2008 and 2013, respectively. He joined Ericsson in 2014, where he is currently a Strategic Product Manager for Internet-of-Things and Mobile Broadband. He has been working with concept development and standardization of radio access technologies (NR and LTE-Advanced Pro) within 3GPP and 5G-PPP. His research focuses on physical layer design for mmWave Communications, Indoor Positioning, Device-to-Device Communications, and Systems for Intelligent Transportation and Networked Control. His technical contributions include 50+ peer-reviewed publications, 15+ filed patents, 2 book chapters, and several 3GPP papers. Zaidi has been serving as a member of Technology Intelligence Group Radio and a member of Young Advisory Board at Ericsson Research. His past affiliations include being Post-doctoral Fellow in the Department of Automatic Control at Chalmers University, Sweden; Visiting Researcher in the Department of Mathematics at Queens University Canada; Intern at ABB Corporate Research, Sweden; and Trainee at Catena Radio Design, the Netherlands.
Affiliations and Expertise
Member, Technology Intelligence Group Radio and Young Advisory Board, Ericsson Research
Fredrik Athley
Fredrik Athley received the M.Sc. and Ph.D. in Electrical Engineering from Chalmers University of Technology, Göteborg, Sweden, in 1993 and 2003, respectively. In 1993 he received the International Diploma of Imperial College, London, UK. Since 1993 he has been working at Ericsson with system-level analysis and design of radar and wireless communication systems and since 2005 he is a Senior Researcher at Ericsson Research. He is currently working with standardization of multi-antenna techniques in the new radio (NR) access technology for 5G.
Affiliations and Expertise
Senior Researcher, Ericsson Research
Jonas Medbo
Jonas Medbo is currently a senior specialist in applied propagation at Ericsson Research, Sweden. He received his Ph.D. degree in particle physics from Uppsala University, Sweden, in 1997. Since 1997 he has been with Ericsson Research focusing on propagation research. He has contributed to widely used propagation modellings in ETSI 3GPP, METIS, mmMAGIC and ITU-R. In particular, he has been focusing on highly resolved directional channel characteristics for which he received the best propagation paper award at the European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP) in 2012., In the past he has been a driver of 5G propagation measurements and modelling in the European projects METIS and mmMAGIC. For this work, the METIS channel modelling group received the Wireless Innovation Forum Technology of the Year Award 2015 for “METIS project’s Development of 5G radio channel models”. Moreover, he has contributed substantially to the 5G channel models in 3GPP and been a main driver of the resent ITU-R models (P.2108 & P.2109) to be used for intersystem spectrum sharing studies prior to world radio conference in 2019 with corresponding IMT 2020 spectrum allocation.
Affiliations and Expertise
Senior Specialist in Applied Propagation, Ericsson Research
Ulf Gustavsson
Ulf Gustavsson received the M.Sc. degree in electrical engineering from Örebro University, Örebro, Sweden, in 2006, and the Ph.D. degree from the Chalmers University of Technology, Gothenburg, Sweden, in 2011. He is currently a Senior Specialist with Ericsson Research where his research interests include radio signal processing techniques for hardware impairment mitigation and behavioral modeling of radio hardware for future advanced antenna systems. Dr. Gustavsson is currently also the lead scientist from Ericsson Research in the Marie Skłodowska-Curie European Industrial Doctorate Innovative Training Network, SILIKA ( http://silika-project.eu/ ).
Affiliations and Expertise
Senior Specialist with Ericsson Research
Giuseppe Durisi
Giuseppe Durisi received the Laurea degree summa cum laude and the Doctor degree both from Politecnico di Torino, Italy, in 2001 and 2006, respectively. From 2002 to 2006, he was with Istituto Superiore Mario Boella, Torino, Italy. From 2006 to 2010 he was a postdoctoral researcher at ETH Zurich, Zurich, Switzerland. In 2010, he joined Chalmers University of Technology, Gothenburg, Sweden, where he is now professor with the Communication Systems Group and co-director of Chalmers ICT Area of Advance. Dr. Durisi is a senior member of the IEEE. He is the recipient of the 2013 IEEE ComSoc Best Young Researcher Award for the Europe, Middle East, and Africa Region, and is co-author of a paper that won a "student paper award" at the 2012 International Symposium on Information Theory, and of a paper that won the 2013 IEEE Sweden VT-COM-IT joint chapter best student conference paper award. In 2015, he joined the editorial board of the IEEE Transactions on Communications as associate editor. From 2011 to 2014, he served as publications editor for the IEEE Transactions on Information Theory. His research interests are in the areas of communication and information theory.
Affiliations and Expertise
Chalmers University of Technology, Gothenburg, Sweden
Xiaoming Chen
Xiaoming Chen received the B.Sc. degree in electrical engineering from Northwestern Polytechnical University, Xi’an, China, in 2006, and M.Sc. and PhD degrees in electrical engineering from Chalmers University of Technology, Gothenburg, Sweden, in 2007 and 2012, respectively. From 2012 to 2014, he was a postdoctoral researcher at the same University. From 2014 to 2017, he was an antenna specialist at Qamcom Research & Technology AB, Gothenburg, Sweden. Since 2017, he has been a professor at Xi’an Jiaotong University, Xi’an, China. His research areas include reverberation chamber measurements, antenna-channel impairments on multi-antenna systems, and hardware impairments and mitigation for 5G waveforms. He is a recipient of the 1000-Talent Plan for Young Scholars in China and serves as an Associate Editor for IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. He received the Young Scientist Award from URSI GASS 2017.
Affiliations and Expertise
School of Electronic and Information Engineering, Xi'an Jiaotong University
目录信息
2. NR Physical Layer: Overview
3. Propagation & Channel Modeling
4. Hardware Impairment Modeling
5. Multicarrier Waveforms
6. NR Waveform
7. Multi-antenna Techniques
8. Channel Coding
9. Simulator
· · · · · · (收起)
读后感
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用户评价
老实说，在读这本书之前，我对“物理层”这个概念的理解仅仅停留在“信号在空气中传播”这个非常粗浅的层面。我一直好奇，为什么同样是打电话，以前需要排队，现在却可以随时随地进行，而且还能传输视频和数据？这本书为我揭开了这层神秘的面纱。它以一种近乎侦探的严谨态度，剖析了 5G 物理层是如何解决这些挑战的。我特别喜欢书中关于多天线技术（MIMO）的讲解，它不仅解释了如何利用多个天线来提高数据传输速率，更深入地阐述了如何通过空间复用、分集等技术来克服无线信道的衰落和干扰。 我曾尝试阅读过一些关于 MIMO 的论文，但往往因为缺乏对信道矩阵、奇异值分解等数学工具的理解而感到困惑。这本书却能用非常直观的图示和比喻，将这些抽象的概念具象化。例如，作者将 MIMO 的工作原理比作“多条信息同时通过多条独立的通道”，这种形象的比喻瞬间就让我茅塞顿开。它让我明白，5G 的高性能并非凭空而来，而是建立在一系列精巧的工程设计和算法优化之上。这本书填补了我知识体系中的一个巨大空白，让我对现代无线通信的理解上升到了一个新的高度。
评分我一直认为，真正好的技术书籍，应该能够引发读者的好奇心，并引导他们去探索更深层次的知识。这本书绝对符合这个标准。它没有生硬地灌输概念，而是通过层层剥茧的方式，展示了 5G 物理层是如何从理论走向实践的。我特别欣赏书中对子载波间隔（subcarrier spacing）和帧结构（frame structure）的讨论。这些看似微小的细节，实则构成了整个通信系统的骨架。通过理解这些结构设计，我才明白，为什么 5G 能够同时支持高速数据传输和低时延通信。 我曾有过这样的疑问：为什么 5G 要引入这么多的子载波？它们之间是如何协同工作的？这本书详细解释了 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 的原理，以及它如何将一个高速数据流分割成多个低速数据流，并在多个正交的子载波上同时传输。它还深入探讨了不同子载波间隔对系统性能的影响，以及如何根据不同的业务需求进行灵活配置。这种深入的分析，让我对 5G 的多业务支持能力有了更深刻的认识。它不仅仅是一本技术手册，更像是一位经验丰富的工程师在分享他的思考和智慧。
评分这本书给我带来的最大感受，是它让我看到了 5G 物理层设计背后那份对极致性能的追求。我之前对无线通信的理解，很大程度上是基于一些比较基础的通信原理，比如香农定理。而这本书则将我带入了一个更加实际和复杂的世界，让我认识到，如何在有限的资源下，逼近理论极限。我特别着迷于书中关于上行链路的调度和资源分配的论述。在蜂窝网络中，有大量的用户设备需要同时接入网络，如何公平有效地分配有限的资源，就成为了一个巨大的挑战。 书中对上行链路调度算法的详细介绍，让我理解了 5G 是如何通过智能的调度策略，来平衡不同用户的需求，并确保网络的整体性能。例如，它探讨了如何根据用户的信道质量、业务优先级等因素，来动态地分配时域和频域资源。这种精细化的资源管理，让我看到了 5G 物理层不仅仅是一个传输数据的通道，更是一个高度智能化的调度系统。它让我对 5G 的网络效率有了更深的理解，也让我认识到了，要实现真正的万物互联，物理层的优化至关重要。
评分作为一名对技术细节有着强烈好奇心的人，我一直试图去理解 5G 物理层是如何在复杂的无线环境中实现高效可靠通信的。市面上有很多关于 5G 的概览性介绍，但很少有书籍能像这本书一样，深入到技术实现的具体层面。我特别欣赏书中对信道估计和补偿技术的讲解。我了解到，无线信道是极具变动性的，信号在传输过程中会受到衰落、多径效应、干扰等多种不利因素的影响。而 5G 物理层正是通过一系列精密的信道估计和补偿算法，来应对这些挑战。 我曾经尝试阅读过一些关于信道估计的学术文献，但往往因为数学模型过于复杂而难以理解。这本书在这方面做得非常出色，它用通俗易懂的语言，解释了卡尔曼滤波、最小二乘法等常用的信道估计方法。而且，它还深入探讨了如何利用这些估计结果来对接收到的信号进行均衡和解调，从而最大限度地恢复原始数据。这本书让我明白，5G 的高性能不仅仅是理论上的突破，更是工程实践上的巨大飞跃。它让我看到了，技术创新是如何一步步克服困难，最终实现理想的通信效果的。
评分这本书给我的感受，是它让一个原本在我眼中如同“黑箱”般的 5G 物理层，变得清晰而透明。我之前对无线通信的理解，很大程度上是基于一些相对基础的通信原理，比如调制解调、信道编码等。而这本书则将我带入了一个更加精细化、更加实际的工程世界，让我认识到，要实现 5G 带来的超高速率、超低时延，需要在物理层上进行多少精妙的设计和优化。我特别喜欢书中关于时延控制和抖动管理的阐述。 我了解到，5G 的低时延特性，不仅仅是软件层面的优化，更需要在物理层上进行大量的精细化设计。这本书详细解释了 5G 物理层是如何通过缩短符号间隔、优化资源调度、以及引入新的帧结构等方式，来大幅度降低传输时延。而且，它还深入探讨了如何控制时钟同步和抖动，以确保信号的精确接收和解调。这种对细节的关注，让我看到了 5G 物理层设计的严谨和科学。它不仅仅是提升了数据传输的速度，更是为那些对时延极其敏感的应用（如自动驾驶、远程医疗）提供了坚实的基础。
评分这本书在对 5G 物理层进行阐述时，并没有局限于单一的技术点，而是将其置于整个无线通信系统的宏观视角下进行审视。我之前对 5G 的认知，往往是零散的，比如听说过毫米波，听说过波束成形，但并不清楚它们是如何协同工作的。这本书的价值在于，它将这些不同的技术要素有机地串联起来，形成了一个完整而清晰的 5G 物理层图景。我特别欣赏书中关于毫米波频段和低频段协同工作的分析。 我了解到，5G 系统为了满足更高的带宽需求，引入了毫米波频段。但毫米波也存在着传输距离短、穿透能力差等缺点。这本书详细阐述了 5G 物理层是如何通过波束成形、多小区协同等技术，来克服这些挑战，并实现毫米波的有效利用。同时，它也解释了如何将低频段的覆盖优势与毫米波的高速率优势结合起来，从而构建一个更加全面和高效的通信网络。这种系统性的分析，让我对 5G 的整体架构有了更深刻的理解，也看到了不同频段和技术之间的相互配合是如何创造出更强大的通信能力的。
评分这本书给我的感觉，就像是打开了一扇通往 5G 世界的窗户，让我得以窥见其背后令人惊叹的工程智慧。我之前对无线通信的认识，很大程度上停留在“信号发送和接收”的简单模型上，而这本书则将我带入了更加精细化的层面。我特别着迷于书中关于上行链路和下行链路的设计差异，以及它们各自所面临的挑战。例如，书中对上行链路功率控制和随机接入（random access）过程的讲解，让我理解了为何在手机信号较弱的情况下，设备仍然能够尝试建立连接。 我之前阅读过一些关于 5G 技术的科普文章，但它们往往只关注了 5G 的应用场景，而忽略了其核心的物理层技术。这本书则不同，它深入到信号传输的每一个环节，从信号的产生、编码，到信道的选择、解调，再到最终的数据恢复，都进行了详细的阐述。它甚至还讨论了物理层对于网络切片（network slicing）等高级功能的支持，让我看到了物理层技术是如何为 5G 的灵活性和多样化奠定基础的。这本书让我对 5G 的理解，不再是停留在表面的“更快、更强”，而是能够看到其内在的精妙设计。
评分这本书的出现，简直像是在我这个一直以来对无线通信原理，特别是那些深埋在技术文档和标准规范里的晦涩概念感到迷茫的读者心中点亮了一盏明灯。我之前涉猎过一些关于 4G LTE 的内容，也大概了解了 OFDM 的基本思想，但每次一深入到物理层，就觉得像是被一股无形的力量推入了一个充满数学公式和工程术语的迷宫。这本书的标题《5G Physical Layer》虽然直接，但它所承诺的，远不止是简单地罗列 5G 相关的物理层特性。更重要的是，它提供了一种理解和学习这些复杂概念的全新视角。作者似乎非常擅长将那些抽象的、难以捉摸的理论，通过清晰的逻辑和贴切的比喻，转化为读者能够掌握的知识。 我尤其对书中关于如何构建高效、可靠的无线传输链路的论述印象深刻。在实际应用中，我们看到的只是手机屏幕上稳定的信号图标，殊不知背后是多么精密的工程设计。这本书不仅解释了 5G 物理层如何实现更高的吞吐量和更低的延迟，还深入剖析了那些支撑这一切的技术基石。比如，它对波束成形（beamforming）技术的阐述，让我这个非专业人士也能够大致理解，为什么 5G 能够如此精准地将信号对准用户设备，从而减少干扰并提高效率。我曾尝试阅读一些相关的学术论文，但常常因为缺乏足够的背景知识而望而却步。而这本书，则像是为我量身定制的导引，它循序渐进地展开，确保我在学习新概念的同时，也能够牢固掌握前置知识。
评分作为一名对无线通信抱有浓厚兴趣，但又缺乏深厚理论基础的爱好者，我曾经在学习 5G 相关的物理层技术时感到力不从心。市面上充斥着各种技术报告和标准解读，但往往过于专业，难以入门。这本书的出现，简直就是为我这样的人量身定做的。它用一种非常易于理解的方式，深入浅出地讲解了 5G 物理层设计的核心原理。我特别喜欢书中对信道编码和解调过程的描述，作者用非常生动的语言，将那些复杂的数学公式和算法，转化为易于理解的逻辑流程。 我曾尝试阅读过几篇关于 5G NR (New Radio) 物理层特性的文章，但很多时候，只是了解到了一些表面的技术名词，比如 LDPC 码、Polar 码等等，却不明白它们究竟是如何工作的，又为什么能够带来性能的提升。这本书的价值就在于，它不仅仅是告诉你“有什么”，更重要的是告诉你“为什么”以及“怎么做”。它详细阐述了这些编码方案在 5G 系统中的作用，以及它们在降低误码率、提高传输效率方面所扮演的关键角色。我发现，理解了这些底层原理，再去看那些更高级的应用，就会豁然开朗。
评分我之前一直对那些被过度渲染的“颠覆性”科技标题感到有些麻木，直到我翻开这本书。它没有夸大其词，而是以一种极其脚踏实地的态度，剖析了 5G 物理层所面临的挑战以及为之付出的努力。书中对频谱利用效率提升的探讨，让我认识到，即使是在有限的频谱资源下，通过精妙的信号处理算法，也能够实现令人惊叹的性能提升。我特别欣赏书中对各种调制解调方案的比较分析，不仅仅是列出参数，而是深入解释了每种方案的设计思路、优缺点以及适用的场景。这让我能够更深刻地理解，为什么在不同的应用场景下，我们需要选择不同的技术来实现最优的通信效果。 这本书的结构安排也十分合理。它并非简单地堆砌知识点，而是围绕着“如何构建一个高效可靠的通信链路”这一核心主题，展开了层层递进的论述。从信号的产生、编码、调制，到信道的估计、均衡、解调，再到最后的误差检测和纠正，每一步都衔接得自然而流畅。我曾经在学习其他技术书籍时，常常会遇到“为什么要有这个东西？”的困惑，但在这本书中，我找到了许多问题的答案。作者巧妙地将理论知识与实际应用场景相结合，让我能够更直观地感受到这些技术是如何服务于我们日常通信需求的。
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