《对超越5G无线网络的一瞥（A Glimpse Beyond 5G in Wireless Networks）》

《对超越5G无线网络的一瞥》

本书收集了有关5G及无线系统以外新兴趋势的最新研究成果。作者介绍并评估了适用于5G及以后的不同使能技术，功能以及预期的通信和计算解决方案。本书讨论的主题包括新频段、新的多天线系统、大规模 D2D 连接、新网络部署等内容。这些讨论有助于读者了解更先进的研究材料，以开发新的想法，为自己在该领域做出贡献。本书旨在作为理论学术研究和实践工程发展之间的虚拟而有效的桥梁。那些寻求了解无线技术最新发展的学生、专业人士和从业者应该会对本书感兴趣。

《对超越5G无线网络的一瞥（A Glimpse Beyond 5G in Wireless Networks）》一书的介绍

Beyond 5G (B5G) 技术是 5G 的继任者，具有新的用户需求，可提供高达 Tbit/s 的峰值数据速率，预期带宽效率是 5G 的两到三倍，用户体验的数据速率为 10–100 Gb/s ，小于 0.1 毫秒的延迟，以及高于 1000 公里/小时的移动性支持 。 它促进了全新的应用/用例，例如触觉、远程医疗、脑机接口、混合现实、虚拟现实和增强现实。 这些要求被认为超出了 5G 功能，因为它们不属于 mMTC、URLLC 和 eMBB 这三个5G主要用例中的任何一个 。

B5G有望走向无所不在的无线万物互联，能够支撑多样化场景下的移动流量，关键性能指标参差不齐。 要实现 B5G 的目标速度、功率效率、频谱效率、可靠性和延迟要求，必须解决许多挑战。 本书的目的是收集有关无线系统新兴趋势的最新研究成果。 它将介绍和评估 5G 及未来 5G 的不同使能技术、功能以及预期的通信和计算解决方案。 本书讨论的主题包括新频段、新网络部署、位于 OSI 模型物理层之下的“深层物理层”(DPL)、多用户大规模 MIMO、基于中继的协作通信、大规模物联网 (mIoT) 的 NOMA多址技术、车载通信 ( 从 V2V 到 V2X）等等。 这些将有助于读者了解更先进的研究资料，为B5G开发新思路，为自己在该领域做出贡献。 希望本书能在理论上的学术研究和实践中的工程开发之间架起一座虚拟而有效的桥梁。

本书的研究贡献

本书试图探索 5G 及以后技术的前沿研究进展，共分为 10 章。

“5G 综合研究：RAN 架构、支持技术、挑战和部署”一章提供了对基于 3GPP、5GPPP 和 O-RAN 联盟标准的私有和公共网络的 5G E2E 架构的深入了解。 除了网络虚拟化和网络切片，随着5G技术的研发进展，也提出了策略。 对不同标准化机构提出的已讨论 RAN 架构进行比较分析有助于明确理解架构差异、限制、优势和部署场景。

C-RAN架构

“Information Flows at the Deep Physical Layer Level”一章从物理的角度描述了无线通信过程，介绍了位于OSI模型物理层之下的“Deep Physical Layer”（DPL）。 基于此模型，为 6G 提出的包括传播环境智能修改在内的众多解决方案可以被视为 DPL 级别的“数据处理”模式，以优化电信系统的性能。

“FBMC：超越 5G 的候选波形”一章研究了基于 FBMC-OQAM 波形的多输入多输出 (MIMO) 和多用户大规模 MIMO 系统的设计。 它首先简要描述了重要特征以及 FBMC 波形与广泛流行的 OFDM 波形之间的差异，然后讨论了设计基于 FBMC 的 MIMO 和大规模 MIMO 系统的主要挑战。 为了比较 FBMC 和 OFDM 波形在上行链路传输中的性能，推导了多用户 (MU) 大规模 MIMO 技术可实现的总和速率，该技术的性能依赖于具有最大比合并 (MRC) 和迫零 (ZF) 接收器的 FBMC 波形。 本章还发现了 MU 大规模 MIMO-FBMC 的相应功率缩放规律。 结果表明，在载波频率偏移等实际损伤中，大规模 MIMO-FBMC 系统的性能明显优于其 OFDM 对应系统。

“超越 5G 的全双工多跳通信”一章介绍了全双工大规模多输入多输出 (MIMO)技术，其中多对全双工用户通过全双工大规模中继相互通信。 基于中继的协作通信提高了分集增益，扩大了覆盖范围，增强了容量，降低了无线通信系统的总发射功率。 与半双工 (HD) 系统相比，全双工 (FD) 系统有助于提高系统性能。 本章推导的输入输出方程可应用于许多其他 5G 及5G以后的技术。

“5G 和超越5G无线网络的 NOMA技术”一章研究了具有三层的异构蜂窝网络 (HCN) 的分析框架，即宏基站 (MBS) 层和毫微微基站 (FBS) 层以及设备到设备 (D2D) ）层。 FBS层和D2D层应用NOMA原则，而MBS层不使用NOMA。 从 MBS 层卸载到 FBS 层有助于解决 MBS 层的拥塞问题。 据观察，使用所提出的 D2D 协作，可以进一步提高 HetNet 中的卸载性能，因此适用于 5G 及更高版本的无线网络。 此外，使用 NOMA 进行卸载可实现大规模连接，这对于 5G 及更高版本的无线网络来说至关重要。

在“用于超越 5G 通信的能量收集设备到设备的 MIMO 系统”一章中，能量收集 (EH) 已根据线性和非线性方法进行了处理。 EH 通过诸如基于 RF 信号的同时无线信息和功率传输 (SWIPT) 等环境资源，通过使能量约束节点能够收集能量来提供可行的解决方案。 在介绍设备到设备 (D2D) 多输入多输出 (MIMO) 中继以及 SWIPT 之前，本章已经讨论了 EH 实施协议。 本章还研究了反馈误差、不完善的系统性能信道状态信息等实际约束，以及考虑信道条件、多天线和能量收集参数影响的系统设计中的有用见解。

“B5G时代的车载通信”一章介绍了用于车载通信（从V2V到V2X）的先进无线通信系统设计和分析的要求和挑战。 在天线子系统和收发器方面，不同类型的车载网络配置已针对密集城市、城市和农村场景对系统实施的影响进行了描述。本章还基于体积几何/随机建模技术提出了车辆通信场景的覆盖/容量关系示例。

“使用大规模物联网系统实现上下文感知环境”一章描述了物联网演进的框架，从当前的 LPWAN/5G 连接到未来的 B5G 系统，利用亚太赫兹（主要在 100–300 GHz 频率范围内）和太赫兹 频段（高达 10 THz）。 物联网应用的当前需求和未来发展需要设备集成、节点密度、干扰和能量处理。 基于确定性体无线信道估计，针对密集城市/城市/郊区环境中不同使用情况的覆盖/容量估计正在呈现。 本章还根据三个实际用例场景的描述讨论了不同的应用场景，例如当前物联网应用向传感网络的演进。

具有H-CRAN设计的5G网络异构性

“LDM 为未来无线网络中的用户-IoT 对提供服务的可行性”一章介绍了一种传输框架，其中层分复用 (LDM) 层为 IoT-用户对提供服务。 LDM 被认为是一种可以通过利用未来无线网络固有的异构性来增强网络容量的潜在技术。 物联网设备使用 LDM 上层 (UL) 服务，用户使用下层 (LL) 服务。 作者开发了一个包含 LDM 的物理层模型，并测试了其在预期使用场景中的性能。 UL 和 LL 性能都显示了为物联网设备和用户提供服务的能力，以证明所提出的传输方案是合理的。

“使用 Salp 群算法进行 6G 通信系统的宽带太赫兹天线设计”一章提供了低太赫兹波段圆极化天线设计的完整框架。 太赫兹通信有可能提供一个数量级的容量改进，因此被认为是 6G 无线网络的一个有吸引力的候选技术。 本章所提出的优化框架基于最近推出的群体智能算法，即 Salp 群体算法 (SSA)。 数值结果表明，SSA已成功应用于设计具有宽带操作和圆极化的天线。

结论

从 5G 到 B5G，人们对当前和未来几代无线通信可以为广泛应用做些什么的期望越来越高。 相信希望从事 5G 及以后技术的最新发展的学生、专业人士、从业者以及学术和工业研究人员将需要这本书。

本书：

• 回顾 5G 网络设计方法并提供深入分析以了解未来的无线网络

• 关注5G和B5G下的不同新兴技术及其应用

• 为网络设计、运营、管理和优化方面的理论和实践挑战提供最先进的解决方案。