基本信息
书名:5G绿色移动通信网络
定价：69.00元
售价：44.2元,便宜24.8元,折扣64
作者:葛晓虎著
出版社：电子工业出版社
出版日期：2017-01-01
ISBN：9787121299551
字数：
页码：
版次：1
装帧：平装-胶订
开本：16开
商品重量：0.4kg
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内容提要
近年来，移动通信产业发展迅速，移动用户数量激增，移动网络设备大规模布设，随之而来的移动通信的能耗问题日益突出。同时，随着有限频谱资源的日益饱和，移动通信的频谱效率问题日益成为其发展瓶颈。怎样有效突破能效与频谱效率的枷锁，是未来5G移动通信网络发展的关键。本书将着重系统介绍面向5G移动通信网络的能量与频谱优化技术，结合国际学术界与工业界的*研究成果，对提高网络及通信系统能效与频谱效率的优化技术进行*前沿的系统分析。内容主要包括绿色通信网络概念及应用需求、用户需求与资源管理、网络能效模型及评估、基于服务质量的5G通信系统能效优化、异构多网协同机制、基于用户体验质量和能效的5G通信系统应用等。
目录
作者介绍
葛晓虎，华中科技大学电子信息与通信学院教授，博士生导师，华中学者特聘教授，湖北省国际科技合作基地——绿色宽带无线通信国际科技合作基地主任，华中科技大学——悉尼科技大学移动通信联合研究中心主任。2003年毕业于华中科技大学获通信与信息系统博士学位， 2004年担任韩国亚洲大学电子与计算机工程系研究员，2005年担任意大利都灵理工大学电子系博士后助理研究员。 2005年获意大利Galilei Grant，2009年获挪威奖学金资助短期访问挪威多所大学，2010年6-8月以visiting researcher身份访问英国Heriot-Watt University，2011年11月-2012年11月以Visiting Professor身份访问挪威University of Agder。近年来主持承担了10余项*科研课题和多项国际高水平科技合作项目。担任国家科技部和国家自然基金委项目评审专家，湖北省科技厅自然基金项目评审专家，IEEE高级会员（Senior Member），中国通信学会高级会员，中国电子学会高级会员。
文摘
序言
《5G绿色移动通信网络》 葛晓虎 著 第一部分：技术背景与发展历程 1. 移动通信技术的演进之路 自20世纪70年代第一代模拟移动通信技术（1G）诞生以来，移动通信技术以前所未有的速度发展，深刻地改变着人类社会的生活方式和信息获取模式。每一代技术的更迭，都伴随着通信速率的飞跃、业务能力的拓展以及网络架构的革新。 1G时代：模拟语音通信的萌芽 1980年代，1G技术以模拟信号传输语音为主，速率较低，功能单一，网络容量有限。其主要特点是移动电话的出现，标志着人类进入无线通信的新纪元，尽管体积庞大、通话质量不稳定。 2G时代：数字浪潮与短信的普及 1990年代，2G技术引入数字信号，实现了语音的高质量传输，并催生了短信（SMS）和彩信（MMS）等数据业务。GSM、CDMA等标准成为主流，手机变得更加小巧便携，通信方式更加多样化，极大地扩展了移动通信的应用范围。 3G时代：移动互联网的曙光 2000年代初，3G技术大幅提升了数据传输速率，支持视频通话、移动浏览网页、下载应用程序等，开启了移动互联网时代。WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA等标准共同推动了移动数据业务的爆炸式增长，智能手机逐渐兴起。 4G时代：全IP网络与高速移动体验 2010年代，4G技术（LTE）实现了全IP网络架构，将数据传输速率提升至前所未有的水平，满足了高清视频流、在线游戏、云服务等对带宽和时延要求更高的应用。4G网络的普及，真正让移动互联网的体验变得流畅、便捷，深刻影响了社交、娱乐、工作等各个领域。 2. 5G通信的孕育与愿景 进入21世纪第二个十年，随着大数据、人工智能、物联网等新兴技术的蓬勃发展，对移动通信网络提出了更高的要求。传统的4G网络在速率、时延、连接密度等方面已难以满足未来多样化、沉浸式、智能化应用的需求。在这样的背景下，第五代移动通信技术（5G）应运而生，并被寄予厚望，旨在构建一个万物互联、智能融合的全新通信时代。 5G的驱动力：需求升级与技术驱动 需求侧： 移动流量的指数级增长；新兴业务的涌现，如超高清视频、虚拟现实/增强现实（VR/AR）、车联网（V2X）、工业自动化、远程医疗等，这些业务对网络的容量、速率、时延和可靠性提出了极其苛刻的要求。 技术侧： 新一代通信技术的突破，包括大规模 MIMO（Massive MIMO）、毫米波（mmWave）通信、波束赋形（Beamforming）、网络切片（Network Slicing）、边缘计算（Edge Computing）等，为实现5G的性能指标提供了技术基础。 5G的核心技术指标与定位 增强移动宽带（eMBB）： 提供比4G高10-20倍的峰值速率，满足用户对高清视频、VR/AR等大带宽应用的需求。 海量机器类通信（mMTC）： 支持每平方公里百万级别的海量设备连接，为物联网的全面普及奠定基础，连接各种传感器、智能设备等。 超可靠低时延通信（uRLLC）： 提供毫秒级的端到端时延和接近100%的可靠性，是实现自动驾驶、工业控制、远程手术等关键应用的前提。 5G的战略定位： 5G不仅仅是通信技术的升级，更是数字经济发展的关键基础设施，是赋能千行百业、推动社会智能化转型的重要引擎。它将连接人与人、人与物、物与物，构建一个更加智能、高效、可持续的未来社会。 第二部分：5G网络架构与关键技术剖析 1. 5G网络架构的革新：服务化与云化 与前几代通信技术相比，5G在网络架构上进行了颠覆性的设计，更加强调服务的灵活性、部署的敏捷性以及资源的动态分配。 核心网（Core Network）的演进： 分组交换核心网（PS Core）向5G核心网（5GC）的转变： 5GC采用基于服务的架构（SBA），将网络功能分解为独立的微服务，并使用云原生技术进行部署。这使得网络功能更加模块化、灵活化，便于快速部署、升级和维护。 功能切片（Network Slicing）： 这是5G最核心的创新之一。网络切片允许运营商在同一物理基础设施上，为不同的业务场景（如eMBB, mMTC, uRLLC）创建独立的、端到端的逻辑网络。每个切片都可以根据特定业务的需求，在带宽、时延、可靠性、安全等方面进行定制化配置，实现“一张网络，多种服务”。 边缘计算（Edge Computing）的集成： 将计算和存储能力推向网络边缘，靠近用户和设备，从而降低时延，提升响应速度，减少骨干网的压力。这对于需要快速响应的应用（如自动驾驶、工业控制）至关重要。 接入网（Radio Access Network, RAN）的演进： 无线接口（Air Interface）的优化： 采用新的空口技术（如NR - New Radio），支持更宽的频谱范围（包括Sub-6GHz和毫米波），以及更灵活的帧结构和波形，以实现更高的速率和更低的功耗。 大规模 MIMO（Massive MIMO）： 在基站端部署数量庞大的天线阵列，通过波束赋形技术，精确地将信号定向发送给特定用户，显著提升频谱效率和网络容量，同时减少干扰。 协同多点传输（CoMP - Coordinated Multi-Point）： 多个基站协同工作，为用户提供服务，进一步提高用户体验和网络性能，尤其是在小区边缘。 虚拟化RAN（vRAN）和云化RAN（cRAN）： 将RAN的功能进行软件化和虚拟化，部署在云端或中心化的机房，实现资源的集中管理和高效利用，降低部署成本和维护复杂度。 2. 5G关键技术深度解析 新的空口技术（NR）： 灵活的帧结构： NR支持更灵活的帧结构，可以根据业务需求动态调整时隙的长度和配置，更好地平衡速率、时延和连接数。 多址技术（Multiple Access）： 在4G的OFDMA基础上，NR引入了新的多址方案，如CP-OFDM和DFT-s-OFDM，以支持更宽的频谱和不同的业务需求。 波束赋形（Beamforming）： 通过调整天线单元的相位和幅度，将无线信号集中传输到目标用户，提高信号强度和覆盖范围，减少干扰。 毫米波（mmWave）通信： 利用更高频率（如24GHz以上）的频谱，可以获得极大的带宽，从而实现超高的数据传输速率。但毫米波信号传播损耗大、穿透能力弱，需要结合波束赋形和密集部署来克服。 低频段（Sub-6GHz）应用： Sub-6GHz频段拥有更好的覆盖和穿透能力，是5G实现广域覆盖、mMTC和uRLLC场景的基础。 网络切片（Network Slicing）： 实现机制： 通过软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）技术，在逻辑上将物理网络划分为多个独立的、端到端的逻辑网络。 切片管理： 包含切片生命周期管理、资源分配、隔离和安全保障等功能。 应用场景： eMBB切片用于增强移动宽带；mMTC切片用于大规模物联网连接；uRLLC切片用于自动驾驶、工业控制等低时延高可靠场景。 边缘计算（Edge Computing）： 部署模式： 可以部署在基站侧（Mobile Edge Computing, MEC）、本地数据中心、甚至终端设备上。 关键优势： 降低端到端时延，减轻核心网负担，提升数据处理效率，增强数据隐私和安全性。 应用示例： 实时视频分析、AR/VR内容渲染、智能交通信号控制、工业故障预测等。 软件定义网络（SDN）与网络功能虚拟化（NFV）： SDN： 将网络的控制平面与数据平面分离，实现对网络设备的集中控制和管理，提高网络的灵活性和可编程性。 NFV： 将传统的硬件网络设备功能（如防火墙、路由器）以软件的形式运行在通用服务器上，降低硬件成本，提高部署效率。 协同作用： SDN和NFV是实现5G网络架构演进（SBA、网络切片）的重要技术支撑。 第三部分：5G应用前景与生态系统构建 1. 赋能千行百业：5G的行业应用场景 5G强大的能力将渗透到国民经济的各个领域，催生出前所未有的新应用、新业态、新模式。 消费者领域： 超高清视频（4K/8K）： 提供无与伦比的视觉体验，直播、点播都将更加流畅高清。 沉浸式体验（VR/AR）： VR/AR游戏、虚拟社交、远程教育、虚拟旅游等将成为现实，模糊虚拟与现实的界限。 云游戏： 无需高端硬件，即可在任何设备上畅玩大型游戏，享受低延迟的游戏体验。 智慧家庭： 更智能的家居设备互联互通，提供更便捷、安全、舒适的生活环境。 垂直行业领域： 智能制造（工业4.0）： 工业自动化、机器人协作、柔性生产线、预测性维护等，实现生产效率的飞跃和质量的提升。5G的uRLLC能力对于精确控制和实时监控至关重要。 智慧交通（车联网V2X）： 车辆与车辆（V2V）、车辆与基础设施（V2I）、车辆与行人（V2P）的实时通信，为自动驾驶、交通安全、智能导航提供支撑。 智慧医疗： 远程手术、远程诊断、移动医疗监测、AI辅助诊断等，打破地域限制，提升医疗资源的可及性和效率。 智慧城市： 智能安防、环境监测、智能能源管理、智慧交通调度等，提升城市运行效率和居民生活品质。 智慧农业： 精准灌溉、病虫害监测、无人机植保、农产品溯源等，提高农业生产效率和可持续性。 2. 5G生态系统的构建与发展 5G的成功部署和应用推广，离不开一个健康、协同发展的生态系统。 运营商角色： 负责5G网络的建设、运营和维护，提供基础通信服务，并与各行业伙伴合作，共同开发行业应用。 设备制造商： 研发和生产5G基站、核心网设备、终端设备等关键硬件。 芯片供应商： 提供支持5G通信的芯片，是终端设备性能的关键。 终端设备厂商： 生产智能手机、物联网终端、VR/AR设备等各种5G终端。 应用开发者与内容提供商： 基于5G网络能力，开发创新的应用和服务。 行业解决方案提供商： 针对特定行业需求，提供集成的5G解决方案。 政府与监管机构： 制定政策、规划频谱、推动标准发展，营造良好的发展环境。 研究机构： 持续进行5G及未来通信技术的研发，推动技术创新。 3. 5G发展面临的挑战与机遇 挑战： 建设成本高： 5G网络需要更密集的基站部署，尤其是在毫米波频段，建设成本巨大。 频谱资源： 频谱资源的分配和利用效率是关键。 技术成熟度与标准化： 部分关键技术仍在发展中，标准仍在持续完善。 商业模式探索： 如何在垂直行业找到可持续的商业模式是运营商面临的挑战。 安全与隐私： 海量连接和数据流动带来的安全和隐私问题需要高度重视。 机遇： 万物互联的时代： 5G是实现真正万物互联的基石。 数字经济的引擎： 5G将推动人工智能、大数据、云计算等技术与实体经济深度融合。 催生新产业： 5G的应用将孕育出全新的产业和商业机会。 提升社会治理能力： 智慧城市、智能交通等将极大提升社会治理效率。 结论 《5G绿色移动通信网络》一书，深入剖析了5G技术从孕育到实现的各个环节，详细阐述了其演进历程、核心技术原理、网络架构设计以及广泛的应用前景。它不仅仅是一部技术手册，更是一份对未来通信时代的深度展望，旨在为读者揭示5G技术如何重塑我们的生活、工作和社会，以及如何构建一个更加智能、高效、可持续的连接未来。本书的研究成果，对于理解5G的价值、把握行业发展趋势、推动技术创新与产业应用具有重要的指导意义。
语言风格上，这本书给我带来了一种耳目一新的阅读体验。它的文字精准犀利，没有一句多余的废话，但同时又保持着一种恰到好处的学术幽默感。在某些关键概念的定义处，作者会使用一些非常形象的比喻，这些比喻往往能瞬间点亮读者思维中原本模糊不清的部分。比如，他对“网络切片”功能进行的类比，生动到让我几乎能在脑海中“看见”不同应用场景如何被分配到专属的“虚拟管道”中。更难得的是，作者在保持高度专业性的同时，成功地保持了一种极强的可读性，这一点对于跨学科的读者尤其重要。我发现即便是涉及一些高阶的系统架构内容，作者也总能找到一个平衡点，让那些非本专业出身的读者也能跟上节奏，不至于产生强烈的挫败感。这种对读者体验的细致考量，体现在每一个段落、每一个小标题的选择上，体现了作者极高的文本驾驭能力和强烈的教育情怀。阅读的过程，更像是一场智力上的愉悦探险。