無蜂窩無線接入網：關鍵技術與試驗驗證

叢書序
前言
第1章 移動通信系統及其演進 1
1.1 蜂窩組網及移動通信系統的演進 1
1.1.1 蜂窩組網與頻率覆用 1
1.1.2 蜂窩移動通信系統與網絡架構 2
1.1.3 室內蜂窩組網與覆蓋增強 4
1.2 多天線技術的演進 6
1.2.1 點到點MIMO 7
1.2.2 點到多點MIMO 8
1.2.3 多點到多點MIMO 9
1.3 新型的無線接入網系統實現架構 13
1.3.1 D-RAN、C-RAN及cloud-RAN 13
1.3.2 O-RAN 14
1.3.3 無蜂窩無線接入網(CF-RAN) 14
1.4 CF-RAN與6G典型場景及關鍵指標 16
1.4.1 6G典型場景及關鍵指標 16
1.4.2 CF-RAN對6G關鍵指標的支撐 16
1.4.3 5G演進趨勢與6G CF-RAN的應用前景 18
1.5 本章小結 19
參考文獻 19
第2章 無蜂窩無線接入網系統 22
2.1 CF-RAN軟件系統和硬件設備 22
2.1.1 5G O-RAN室內分布式小基站系統 22
2.1.2 CF-RAN的EDU和vCPU的實現 24
2.1.3 RRU/AAU 25
2.1.4 前傳卡和FEC加速卡 27
2.1.5 網絡設備間的時間和時鐘同步 27
2.1.6 終端 29
2.2 無蜂窩RAN試驗平臺 29
2.2.1 sub-6GHz CF-RAN系統 30
2.2.2 毫米波CF-RAN系統 31
2.2.3 通感一體化的試驗驗證 32
2.3 本章小結 34
參考文獻 34
第3章 無蜂窩大規模MIMO的分布式接收機技術 36
3.1 無蜂窩大規模MIMO的集中式接收機 36
3.1.1 集中式接收機 37
3.1.2 集中式接收機的前傳開銷 40
3.1.3 集中式接收機的計算開銷 40
3.2 傳統分布式接收機 41
3.2.1 完全分布式接收機 42
3.2.2 分層接收機模型 43
3.2.3 序貫MMSE接收機模型 46
3.2.4 分布式接收機的頻譜效率 48
3.3 基於新型無蜂窩網絡架構的分布式接收機 49
3.3.1 局部檢測和全局檢測的關系 49
3.3.2 分組協作分布式接收機 51
3.4 數值計算和仿真結果 53
3.4.1 不同接收方法的性能對比 53
3.4.2 覆雜度分析 55
3.5 試驗系統離線測試結果 56
3.6 本章小結 57
附錄 關於式(3.42)推導過程 58
參考文獻 59
第4章 無蜂窩大規模MIMO節點間時頻同步與互易性校準技術 60
4.1 互易性失配模型 60
4.1.1 互易性失配對下行傳輸的影響 60
4.1.2 實際系統中硬件非理想造成的互易性失配建模 62
4.1.3 時頻同步對校準系數的影響 63
4.2 網絡側互易性自校準方法 66
4.2.1 分組總體最小二乘校準 66
4.2.2 分組Argos平均校準 67
4.2.3 大規模節點的校準 69
4.2.4 校準系數的跟蹤 70
4.3 UE反饋校準方法 74
4.3.1 信道信息反饋輔助校準 74
4.3.2 基於預編碼參考信號的反饋輔助校準 75
4.4 校準信號設計 76
4.5 無蜂窩大規模MIMO系統中的空口校準測試結果 79
4.5.1 校準系數的時頻特性 80
4.5.2 校準系數相位誤差分析 82
4.5.3 下行16個數據流的總頻譜效率性能對比 84
4.5.4 分布式預編碼的總頻譜效率性能對比 86
4.6 本章小結 89
參考文獻 89
第5章 無蜂窩大規模MIMO的魯棒預編碼技術 91
5.1 無蜂窩大規模MIMO的下行傳輸問題 91
5.1.1 下行傳輸的信號模型 92
5.1.2 相位噪聲問題和建模 92
5.1.3 相位噪聲的基本處理思路 93
5.1.4 簡單集中式和分布式的魯棒預編碼 94
5.2 傳統集中式魯棒預編碼 94
5.2.1 基於SLNR的魯棒預編碼 95
5.2.2 基於WMMSE的魯棒預編碼 95
5.3 基於新型無蜂窩網絡架構的魯棒分布式預編碼 96
5.3.1 基於團隊決策的魯棒預編碼 97
5.3.2 級聯魯棒分布式預編碼 98
5.4 數值計算和仿真結果 99
5.4.1 仿真性能 100
5.4.2 覆雜度分析 102
5.5 試驗系統測試結果 102
5.6 本章小結 103
附錄A. WMMSE魯棒預編碼的推導 104
附錄B. RCT-MMSE的推導 105
參考文獻 107
第6章 無蜂窩系統的網絡協作感知技術 109
6.1 無蜂窩系統遙感技術 109
6.1.1 研究背景 109
6.1.2 通感融合的波形技術 110
6.1.3 多節點協作感知技術 110
6.2 兼容5G NR波形的感知信號設計 111
6.2.1 發射側信號生成 112
6.2.2 接收側信號處理 113
6.2.3 OFDM符號內距離模糊消除方案 113
6.2.4 OFDM符號間距離模糊消除方案 114
6.2.5 高精度速度分辨率的幀結構設計 115
6.3 非理想硬件特性下時延-多普勒頻移估計 117
6.3.1 非理想時頻同步的處理 117
6.3.2 多普勒頻移和時延估計 118
6.3.3 時延-多普勒頻移參數匹配和多普勒頻移符號確定 119
6.3.4 隨機相位偏移的時域跟蹤 119
6.3.5 無人機探測試驗驗證 120
6.4 基於Turbo-VBI的多節點協作感知技術 124
6.4.1 無蜂窩通感融合場景下的感知信號模型 124
6.4.2 基於網格的接收信號模型 126
6.4.3 概率模型 128
6.4.4 基於Turbo-VBI的感知參數估計方法 129
6.4.5 預處理 131
6.4.6 仿真結果 132
6.4.7 實測結果 134
6.5 本章小結 138
附錄 近似邊緣概率分布更新的推導 138
參考文獻 141
第7章 毫米波無蜂窩大規模MIMO系統的雙向相幹傳輸與感知 144
7.1 毫米波CF-mMIMO相幹傳輸與感知的非理想因素 144
7.2 系統建模 145
7.2.1 毫米波點到點系統的信道互易性建模 145
7.2.2 多點到多點系統中存在時頻偏時的互易性建模 147
7.3 準靜態場景下雙向校準和同步方法 149
7.3.1 準靜態場景下雙向校準流程設計 149
7.3.2 初始射頻校準系數估計 150
7.3.3 相對校準系數相位跟蹤 152
7.3.4 準靜態場景仿真結果 153
7.4 動態場景下校準感知一體化 154
7.4.1 動態場景下雙向校準流程設計 154
7.4.2 校準輔助感知 155
7.4.3 感知輔助校準 156
7.4.4 動態場景仿真結果 157
7.5 實測驗證 158
7.5.1 校準系數特性 159
7.5.2 通信測試結果 162
7.5.3 感知測試結果 166
7.6 本章小結 168
參考文獻 168
第8章 無蜂窩大規模MIMO的網絡輔助全雙工技術 171
8.1 雙工技術的演進 171
8.1.1 傳統TDD和FDD系統 171
8.1.2 5G-A的SBFD 172
8.1.3 CCFD 174
8.2 無蜂窩網絡輔助全雙工 175
8.2.1 網絡輔助全雙工的基本思想 175
8.2.2 CF-NAFD與SBFD 176
8.3 網絡輔助全雙工的關鍵技術 179
8.3.1 交叉鏈路幹擾消除 179
8.3.2 NAFD的天線模式選擇 181
8.3.3 NAFD的資源管理 184
8.3.4 非理想情況與可擴展問題 186
8.3.5 NAFD與6G技術的結合 188
8.4 數值計算和仿真結果 189
8.5 本章小結 193
參考文獻 194
第9章 無蜂窩試驗系統中空時互換方案測試與驗證 197
9.1 空時互換方案研究背景 197
9.2 無蜂窩場景下空時互換性能分析 198
9.2.1 信道模型與有限碼長分析 198
9.2.2 信道色散項分析 200
9.2.3 空時互換可行性驗證 204
9.3 無蜂窩場景空時互換的實現方案 205
9.4 可擴展的sub-6GHz無蜂窩試驗系統性能驗證 207
9.4.1 多流信道估計方案 209
9.4.2 拆分架構收發機實現 211
9.4.3 試驗結果及分析 213
9.5 毫米波無蜂窩試驗系統性能驗證 217
9.5.1 硬件平臺實現 217
9.5.2 低時延調度實現 218
9.5.3 試驗結果及分析 220
9.6 本章小結 226
參考文獻 226
第10章 CF-RAN的優化部署與智能的用戶-節點關聯 228
10.1 AP和EDU的優化部署 228
10.1.1 可達速率的上界和下界分析 229
10.1.2 大尺度衰落分析 230
10.1.3 基於遺傳算法的AP和EDU關聯部署 232
10.2 UE-AP-EDU的動態關聯策略 234
10.2.1 基於啟發式算法的用戶關聯策略 235
10.2.2 基於多智能體Q-learning算法的UE-AP-EDU關聯策略 236
10.2.3 覆雜度分析 238
10.3 UE和UCDU的關聯策略 239
10.4 仿真分析 240
10.5 本章小結 242
參考文獻 243
第11章 無蜂窩無線接入網系統設計 244
11.1 5G cloud-RAN與CF-RAN 244
11.1.1 5G CU-DU分離架構 245
11.1.2 支持CU-DU分離的cloud-RAN部署 246
11.1.3 前傳方案 248
11.1.4 cloud-RAN的優點 248
11.1.5 新型CF-RAN實現架構 249
11.2 新型的物理層切分 250
11.2.1 新型的切分方式 250
11.2.2 新型的切分接口設計 252
11.3 CF-RAN上層協議棧的關鍵技術 256
11.3.1 UE-RRU-EDU-UCDU的關聯 256
11.3.2 移動性管理：用戶無感UCDU關聯 257
11.3.3 eMAC-C的分布式空時頻資源分配 258
11.4 CF-RAN的RIC技術 259
11.4.1 CF-RAN的RIC架構 259
11.4.2 CF-RAN的RIC的實現 260
11.5 本章小結 261
參考文獻 261
縮略語索引 263