截至2024年9月，我國5G基站總數(shù)達408.9萬個，已實現(xiàn)鄉(xiāng)鄉(xiāng)通5G，建成全球規(guī)模最大、技術領先的基礎網(wǎng)絡。5G產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要大量具有豐富理論知識和較強工程實踐能力的高級專業(yè)技術人才。為培養(yǎng)相關人才，我校通信工程專業(yè)實驗室引進武漢豐邁信息技術有限公司開發(fā)的基于虛擬仿真平臺的5G通信實驗系統(tǒng)，為相關課程提供了優(yōu)質(zhì)的實驗內(nèi)容和便捷的實驗方式。為幫助開設5G實驗的高校更好地開展相關實驗，編者團隊結合5G理論知識，基于5G虛擬平臺，深入結合高校本科教學一線實踐經(jīng)驗，多輪次打磨配套教材內(nèi)容。以建促學、以學興建，編寫這本適合通信工程等相關專業(yè)本科學生使用的5G通信實驗教材。
全書共8章，第1章系統(tǒng)地介紹移動通信系統(tǒng)的概念、演進歷程，引出5G的總體愿景、標準化情況； 第2章介紹5G虛擬仿真實驗平臺，圖文并茂地將平臺架構、功能、基本使用方法一一展示； 第3章重點介紹5G的網(wǎng)絡架構、關鍵接口等，并搭配5G網(wǎng)絡架構認知等實驗； 第4章介紹5G基站設備、接入網(wǎng)架構演進與場景搭建； 第5章介紹注冊、PDU會話等5G網(wǎng)絡信令流程； 第6章介紹時域、頻域資源等5G空口資源配置，MIMO等無線傳輸新技術； 第7章介紹5G網(wǎng)絡切片的概念、保障方案、典型場景切片設計等； 第8章介紹5G接入網(wǎng)、核心網(wǎng)的故障排查，覆蓋、干擾優(yōu)化分析。從第3章起，根據(jù)每章的理論內(nèi)容，搭配相應的實驗，幫助讀者加深理解。
本書參考學時為48學時，建議采用理論與實踐結合的教學模式，各章參考學時見下表。
學時分配表
章課 程 內(nèi) 容參 考 學 時
第1章
移動通信概述
2
第2章
5G網(wǎng)絡仿真平臺介紹
2
第3章
5G移動通信系統(tǒng)設計架構
8
第4章
5G基站原理與工程
8
第5章
5G基本業(yè)務開通與網(wǎng)絡信令流程
4
第6章
5G空口資源配置與業(yè)務性能分析
10
第7章
5G網(wǎng)絡切片與行業(yè)應用專網(wǎng)
6
第8章
5G網(wǎng)絡故障排查處理與網(wǎng)絡優(yōu)化
8
本書由李丞策劃，王永杰負責把控全書的體系結構和具體內(nèi)容。參與本書編寫的人員有王廣義、費丹，另外湯俊平、劉慧平、任芃宇、張恒瑜、王浩、秦欣毓、凌一、鄭祎杰、李晴、歐陽韜等人員參與本書的配圖和校稿工作。本書在編寫期間得到了陶丹、熊磊等老師的支持和幫助，在此謹向他們表達衷心的感謝。由于編者水平和經(jīng)驗有限，書中難免存在疏漏和不足之處，懇請廣大讀者批評指正。
編者
2025年5月
李丞，北京交通大學高級實驗師，電子信息與計算機國家級實驗教學示范中心、面向卓越工程師培養(yǎng)的電子信息類北京市本科高校產(chǎn)學研深度協(xié)同育人平臺重要成員，北京交通大學優(yōu)秀實驗教學主講教師。長期從事第五代移動通信系統(tǒng)、軟件無線電、6G等領域的教學和研究工作。主持產(chǎn)學合作協(xié)同育人等多項教學、科研項目，授權國家發(fā)明專利2項，授權軟件著作權7項，出版著作2部。獲實驗教學案例設計全國一等獎、中國教育技術仿真優(yōu)秀教學案例全國一等獎，國家一流虛擬仿真實驗課程主要完成人。指導學生獲得凌特杯全國通信系統(tǒng)設計大賽全國二等獎等。
王廣義，武漢豐邁信息技術有限公司總經(jīng)理、武漢大學電子信息學院專業(yè)學位研究生校外兼職導師。參與國家重大科技專項項目基于用戶體驗的端到端3G-LTE業(yè)務質(zhì)量評測與分析系統(tǒng)，主導研發(fā)4G全網(wǎng)仿真平臺、5G網(wǎng)絡虛擬仿真平臺等產(chǎn)品，虛擬仿真平臺產(chǎn)品多次支撐大唐杯、中興捧月電子信息類學科競賽。參與《移動網(wǎng)絡規(guī)劃與優(yōu)化》等教材的編寫。獲發(fā)明專利3項，累計申報近30項軟件著作權。
費丹，北京交通大學實驗師。長期從無線信道、軟件無線電及專用無線通信系統(tǒng)研究工作，先后研發(fā)LTE原型驗證系統(tǒng)、無線信道測量系統(tǒng)、無線信道仿真系統(tǒng)、場強測量及虛擬路測系統(tǒng)等，參與北京-沈陽客運專線下一代寬帶鐵路無線通信系統(tǒng)的應用試驗。主持或參與國家重點研發(fā)計劃、省部級重大課題等。發(fā)表學術論文40余篇，授權發(fā)明專利8項，獲批軟件著作權5項，完成科技成果轉(zhuǎn)化項目600余萬元。獲ITST2018最佳論文獎， 2025年日內(nèi)瓦國際發(fā)明展金獎等。
王永杰，武漢豐邁信息技術有限公司技術總監(jiān)。長期從事4G/5G移動網(wǎng)絡、移動網(wǎng)絡優(yōu)化、光通信網(wǎng)絡等教學產(chǎn)品的技術方案設計與研發(fā)、實踐案例及教學資源開發(fā)等工作。主持并負責公司全國范圍的5G師資培訓、校企合作5G實習實訓指導等工作。中興通訊認證講師，主持并完成中興通訊5G NR、數(shù)通等方向的多項行業(yè)認證標準的開發(fā)與認證教材編著。
第1章移動通信概述
1.1移動通信系統(tǒng)發(fā)展歷程
1.1.1無線移動化第一代移動通信系統(tǒng)
1.1.2移動數(shù)字化第二代移動通信系統(tǒng)
1.1.3數(shù)字寬帶化第三代移動通信系統(tǒng)
1.1.4網(wǎng)絡全分組化第四代移動通信系統(tǒng)
1.2第五代移動通信技術
1.2.15G總體愿景
1.2.25G標準化進展
1.2.35G典型應用場景
1.2.45G關鍵性能指標
1.2.55G商用
1.35G關鍵技術
1.3.1Massive MIMO
1.3.2Polar碼
1.3.3FOFDM
1.3.45G的頻譜規(guī)劃
1.4本書內(nèi)容安排與學習目標
第2章5G網(wǎng)絡仿真平臺介紹
2.1平臺簡介
2.1.15G全網(wǎng)與全體系仿真
2.1.2平臺的特點
2.1.35G原理到工程全過程實踐
2.2平臺的基本功能與使用
2.2.1網(wǎng)絡拓撲規(guī)劃設計
2.2.2機房建設設備搭建
2.2.3網(wǎng)元數(shù)據(jù)業(yè)務配置
2.2.4切片編排業(yè)務應用
2.2.5網(wǎng)絡測試性能分析
2.2.6協(xié)議流程數(shù)據(jù)分析
2.2.7行業(yè)應用業(yè)務開通
2.3平臺體驗案例： 5G網(wǎng)絡認知與網(wǎng)絡規(guī)劃實驗
2.3.1實驗介紹
2.3.2實驗原理
2.3.3實驗步驟
2.3.4實驗總結
第3章5G移動通信系統(tǒng)設計架構
3.15G系統(tǒng)架構概述
3.1.15G網(wǎng)絡重構原則
3.1.25G系統(tǒng)整體架構
3.1.35G網(wǎng)絡關鍵接口
3.1.4SA組網(wǎng)與NSA組網(wǎng)對比
3.25G接入網(wǎng)架構和接口
3.2.1重構下的5G接入網(wǎng)架構
3.2.2無線網(wǎng)絡關鍵接口
3.2.3無線網(wǎng)絡協(xié)議層
3.35G核心網(wǎng)架構和接口
3.3.1基于服務的網(wǎng)絡架構及主要功能實體
3.3.2核心網(wǎng)關鍵接口
3.3.3網(wǎng)絡功能發(fā)現(xiàn)與選擇
3.3.45G核心網(wǎng)的關鍵特征
3.4網(wǎng)絡架構案例1： 5G網(wǎng)絡架構基礎規(guī)劃實驗
3.4.1實驗介紹
3.4.2實驗案例描述
3.4.3實驗步驟
3.4.4實驗總結
3.5網(wǎng)絡架構案例2： 5G接入網(wǎng)機房部署與設備搭建實驗
3.5.1實驗介紹
3.5.2實驗原理
3.5.3實驗案例描述
3.5.4實驗步驟
3.5.5實驗總結
3.6網(wǎng)絡架構案例3： 基于NFV的5G核心網(wǎng)功能部署實驗
3.6.1實驗介紹
3.6.2實驗原理
3.6.3實驗案例描述
3.6.4實驗步驟
3.6.5實驗總結
第4章5G基站原理與工程
4.15G基站運行原理與系統(tǒng)組成結構
4.1.15G基站運行原理與硬件組成
4.1.25G基站BBU設備組成與結構
4.1.35G基站AAU設備組成與結構
4.25G建設場景與建設方案演進
4.2.15G建設場景與建設方式
4.2.25G建設方案演進
4.35G基站組網(wǎng)與網(wǎng)絡管理
4.3.15G基站組網(wǎng)及管理需求
4.3.25G網(wǎng)絡管理標識參數(shù)
4.45G基站組網(wǎng)下的移動性管理
4.4.15G位置管理
4.4.25G切換管理
4.5工程建設與開通案例1： 5G基站及小區(qū)基本開局實驗
4.5.1實驗介紹
4.5.2實驗案例描述
4.5.3實驗步驟
4.5.4結果驗證
4.5.5實驗總結
4.6工程建設與開通案例實驗2： DU與CU分離架構的5G基站開通實驗
4.6.1實驗介紹
4.6.2實驗原理
4.6.3實驗案例描述
4.6.4實驗步驟
4.6.5實驗結果驗證
4.6.6實驗總結
第5章5G基本業(yè)務開通與網(wǎng)絡信令流程
5.15G注冊管理
5.2PDU會話建立
5.2.1總體流程
5.2.2SMF選擇
5.2.3會話認證及授權
5.2.4會話建立
5.2.5上網(wǎng)業(yè)務
5.3業(yè)務體驗案例1： 5G用戶面功能與上網(wǎng)業(yè)務實驗
5.3.1實驗介紹
5.3.2實驗原理
5.3.3實驗案例描述
5.3.4實驗步驟
5.3.5實驗總結
5.4業(yè)務體驗案例2： 5G語音業(yè)務配置與體驗(VOIP方式)實驗
5.4.1實驗介紹
5.4.2實驗原理
5.4.3實驗案例描述
5.4.4實驗步驟
5.4.5實驗總結
5.5信令分析案例1： 5G用戶標識配置與接入鑒權實驗
5.5.1實驗介紹
5.5.2實驗原理
5.5.3實驗案例描述
5.5.4實驗步驟
5.5.5實驗總結
5.6信令分析案例2: 5G終端入網(wǎng)流程分析實驗
5.6.1實驗介紹
5.6.2實驗案例描述
5.6.3實驗步驟
5.6.4實驗思考
5.7信令分析案例3： 5G用戶面業(yè)務流程分析實驗
5.7.1實驗介紹
5.7.2實驗原理
5.7.3實驗案例描述
5.7.4實驗步驟
5.7.5實驗思考
第6章5G空口資源配置與業(yè)務性能分析
6.1空口資源維度
6.2時域資源
6.2.1幀結構
6.2.2時間單位
6.2.3靈活時隙配置
6.3頻域資源
6.3.1信道帶寬和保護帶寬
6.3.2頻域資源單位
6.3.3部分帶寬技術
6.3.4同步廣播塊與下行同步
6.4無線傳輸新技術
6.4.1大規(guī)模多天線
6.4.2波束賦形
6.5業(yè)務分析案例1： 5G網(wǎng)絡邏輯架構對時延的影響測試分析
6.5.1實驗介紹
6.5.2實驗原理
6.5.3實驗案例描述
6.5.4實驗步驟
6.5.5實驗總結
6.6業(yè)務分析案例2： 5G幀結構配置對時延的影響測試分析實驗
6.6.1實驗介紹
6.6.2實驗案例描述
6.6.3實驗步驟
6.6.4實驗總結
6.7業(yè)務分析案例3： 5G速率測試與影響因子分析實驗
6.7.1實驗介紹
6.7.2實驗案例描述
6.7.3實驗步驟
6.7.4實驗思考
第7章5G網(wǎng)絡切片與行業(yè)應用專網(wǎng)
7.15G網(wǎng)絡切片與應用場景
7.1.1網(wǎng)絡切片概念
7.1.25G切片的典型應用場景
7.1.3網(wǎng)絡切片關鍵技術： SDN和NFV
7.2網(wǎng)絡切片原理
7.2.1網(wǎng)絡切片的架構與組成
7.2.25G切片端到端保障方案
7.2.35G切片標識與切片選擇
7.2.4基于標識的網(wǎng)絡切片規(guī)劃部署
7.35G典型場景網(wǎng)絡切片設計
7.3.1網(wǎng)絡切片分級
7.3.2公眾網(wǎng)典型場景切片設計
7.3.3行業(yè)網(wǎng)典型場景切片設計
7.3.4特需行業(yè)網(wǎng)典型場景切片設計
7.4切片案例1:5G網(wǎng)絡切片編排與應用實驗
7.4.1實驗介紹
7.4.2實驗原理
7.4.3實驗案例描述
7.4.4實驗步驟
7.4.5實驗總結
7.5切片案例2： 多切片場景下5G終端網(wǎng)絡切片選擇實驗
7.5.1實驗介紹
7.5.2實驗原理
7.5.3實驗案例描述
7.5.4實驗步驟
7.5.5實驗總結
第8章5G網(wǎng)絡故障排查處理與網(wǎng)絡優(yōu)化
8.15G網(wǎng)絡故障排查處理
8.1.1故障排查處理流程
8.1.2故障分類與處理思路
8.25G核心網(wǎng)故障排查
8.2.15G網(wǎng)絡故障排查流程與分類
8.2.25G核心網(wǎng)典型故障處理思路
8.35G無線覆蓋干擾與業(yè)務優(yōu)化
8.3.15G覆蓋分析與優(yōu)化
8.3.25G干擾分析與業(yè)務優(yōu)化
8.4網(wǎng)絡故障處理案例1： 接入失敗
8.4.1實驗介紹
8.4.2實驗案例描述
8.4.3實驗步驟
8.4.4實驗思考
8.5網(wǎng)絡故障處理案例2： 鑒權失敗
8.5.1實驗介紹
8.5.2實驗案例描述
8.5.3實驗步驟
8.5.4實驗思考
8.6網(wǎng)絡故障處理案例3： 注冊正常業(yè)務失敗
8.6.1實驗介紹
8.6.2實驗案例描述
8.6.3實驗步驟
8.6.4實驗思考
參考文獻
書單推薦
