6G：从通信到多能力融合的变革

刘光毅，博士，教授级高工，享受国务院特殊津贴专家，2017年入选科技部中青年科技创新领军人才，现任中国移动集团公司首席专家，负责中国移动6G研发，兼任工业和信息化部IMT-2030推进组无线技术组副组长、6GANA TSC成员和TG2主席、IEEE ComSoc ETC成员等。

秦飞，毕业于电信科学技术研究院，现任vivo移动通信研究院院长、工业和信息化部IMT-2030推进组专家。自2001年开始从事3G/4G/5G/6G的研究和标准化工作，申请相关专利400多项。

张建华，教授，国家杰出青年科学基金项目获得者，现任北京邮电大学理学院副院长、北邮-中国移动研究院联合创新中心主任、工业和信息化部IMT-2030技术组信道测量与建模任务组组长。曾担任科技部科技冬奥重点实施专项总体组专家、ITU-R IMT-2020（5G）信道模型起草组主席。

孙程君，博士，三星电子中国区副总裁，负责三星电子大中华区的5G-Advanced以及6G通信技术研究和标准化工作，拥有3G、4G和5G相关标准专利200余项，发表学术论文20多篇。

吴建军，华为6G架构首席，负责6G网络架构的定义和研究，以及5G端到端切片方案、标准及产业发展等工作；曾任华为2012实验室欧研分部部长，带领本地团队全面参与5GIA、5GPPP等5G原点的定义和研究工作，发起并成功创立了5GAA、5GACIA产业联盟，6GANA TSC成员和TG3主席。

段向阳，教授级高工，中兴通讯股份有限公司副总裁、无线架构总经理，负责中兴通讯6G整体工作；兼任国家重大专项总体专家组成员，多模态网络与通信重点专项专家组成员，中国通信学会边缘计算分会、物联网分会副主任委员等职务。

蔡立羽，博士，教授级高工，贝尔实验室中国负责人，中国通信学会第九届理事会理事，主持并参与数十项国家科研项目以及贝尔实验室全球前瞻技术研究课题，在无线通信国际标准化以及产业化方面取得了突出成果。

孙韶辉，博士，教授级高工，现任中信科移动副总经理，负责公司技术研究与标准化工作，入选科技部中青年科技创新领军人才计划和国家万人计划，担任工业和信息化部IMT-2030推进组标准与国际合作组长，科技部重点研发计划专家组成员，中国通信学会会士。主持国家重大专项和863计划等课题10多项；发表学术论文100余篇，出版专著10部。

杨宁，博士，教授级高工，毕业于北京邮电大学，现任OPPO标准研究部部长、工业和信息化部IMT-2030推进组专家。参加3GPP RAN全会、RAN2和SA1小组会，研究5G以及增强技术，输出数百项专利及标准化提案。

目录

第1章 移动通信网络的发展规律 / 1
1．1 移动通信系统的发展历程 / 1
1．2 我国对全球移动通信产业的贡献 / 2
1．2．1 1G空白 / 3
1．2．2 2G跟随 / 3
1．2．3 3G突破 / 4
1．2．4 4G并跑 / 5
1．2．5 5G领先 / 7
1．2．6 6G启航 / 9
1．3 本章小结 / 10
本章参考文献 / 10
第2章 5G发展现状与挑战 / 11
2．1 5G概述 / 11
2．1．1 无线接入网（RAN）架构 / 12
2．1．2 空口设计 / 15
2．1．3 核心网服务化和网络切片 / 21
2．1．4 移动边缘计算 / 22
2．2 标准演进 / 23
2．3 5G的频率 / 26
2．4 5G的商用网络部署 / 29
2．5 5G的业务发展 / 31
2．6 5G发展的机遇与挑战 / 36
2．6．1 “开源” / 37
2．6．2 “节流” / 39
本章小结 / 43
本章参考文献 / 44
第3章 为什么要研究6G / 45
3．1 社会发展的驱动力 / 45
3．1．1 全球可持续发展的需求驱动 / 45
3．1．2 中国社会发展的需求驱动 / 45
3．2 移动通信行业可持续发展的驱动力 / 46
3．2 新应用场景和新业务的需求 / 48
3．3 新技术发展趋势的推动 / 51
3．3．1 ICDT深度融合 / 51
3．3．2 新的硬件及其解决方案 / 53
3．4 现有网络的问题和挑战 / 57
3．4．1 分层协议栈成为新的瓶颈 / 57
3．4．2 持续演进的网络切片 / 58
3．4．3 固化的网络架构 / 59
3．4．3 5G网络的高功耗 / 60
3．4．4 高度复杂的运维管理 / 60
本章小结 / 61
本章参考文献 / 62
第4章 6G研究的国内外现状 / 63
4．1 6G研究的形势综述 / 63
4．2 6G国内研究进展 / 65
4．2．1 中国移动 / 65
4．2．2 华为 / 80
4．2．3 中信科移动 / 85
4．2．4 中兴 / 86
4．2．5 vivo / 89
4．2．6 OPPO / 90
4．3．7 IMT-2030推进组 / 92
4．2．7 科学技术部6G推进组 / 93
4．2．8 未来移动通信论坛 / 94
4．2．9 6GANA / 96
4．3 6G研究的国外进展 / 101
4．3．1 欧洲研究团体和机构 / 102
4．3．2 韩国 / 125
4．3．3 日本 / 128
4．3．4 美国Next G / 134
4．4 本章小结 / 145
本章参考文献 / 145
第5章 如何定义6G / 149
5．1 业界关于6G观点的概述 / 149
5．1．1 第一个6G的代表性观点――6G就是太赫兹 / 149
5．1．2 第二个代表性观点――6G就是卫星通信 / 150
5．1．3 第三个代表性观点――6G就是AI / 151
5．1．4 第四个代表性观点――6G就是语义通信 / 151
5．2 6G愿景与需求 / 152
5．3 6G频率 / 159
5．4 6G网络架构展望 / 161
5．4．1 按需服务 / 161
5．4．2 至简 / 169
5．4．3 柔性 / 172
5．4．4 智慧内生 / 174
5．7．5 安全内生 / 180
5．4．6 数字孪生 / 182
5．4．7 6G网络架构概览 / 186
5．5 空口技术 / 187
5．6 本章小结 / 189
本章参考文献 / 189
第6章 分布式超大规模天线系统 / 192
6．1 MIMO技术的背景 / 192
6．1．1 MIMO技术及超大规模天线技术 / 192
6．1．2 集中式超大规模天线系统 / 193
6．1．3 分布式超大规模天线系统 / 194
6．2 分布式MIMO系统的演进及技术特征 / 194
6．2．1 分布式MIMO系统的演进 / 194
6．2．2 无蜂窝MIMO系统及分布式超大规模天线的技术特征 / 195
6．3 无蜂窝MIMO系统介绍 / 196
6．3．1 TDD模式 / 196
6．3．2 FDD模式 / 196
6．3．3 可拓展模式 / 196
6．4 无蜂窝MIMO系统及分布式超大规模天线的关键技术 / 197
6．4．1 用户接入点关联、导频分配及信道估计 / 197
6．4．2 上行与下行信号处理技术 / 201
6．4．3 网络同步与校准 / 205
6．4．4 毫米波分布式超大规模天线技术 / 209
6．5 无蜂窝MIMO系统的网络部署 / 210
6．6 本章小结 / 214
本章参考文献 / 215
第7章 智能超表面 / 219
7．1 概述 / 219
7．2 硬件材料与电磁调控 / 220
7．2．1 智能超表面硬件结构 / 220
7．2．2 智能超表面调控机理 / 221
7．2．3 相位离散化选择 / 224
7．2．4 智能超表面研究硬件原型 / 224
7．3 信道模型 / 225
7．3．1 模型假设及设计原则 / 225
7．3．2 RIS物理模型抽象 / 227
7．3．3 MHCM RIS信道模型 / 228
7．4 RIS辅助的无线通信 / 233
7．4．1 性能评估分析 / 233
7．4．2 预编码与波束赋形 / 235
7．4．3 级联信道信息获取 / 238
7．5 RIS网络部署与性能评估 / 242
7．5．1 RIS网络部署 / 243
7．5．2 性能仿真与测试 / 249
7．6 RIS发展趋势展望 / 254
7．7 本章小结 / 256
本章参考文献 / 256
第8章 AI使能的空口技术 / 263
8．1 AI使能的空口技术和标准化研究 / 263
8．1．1 AI使能的物理层技术 / 263
8．1．2 AI使能的空口技术的标准化演进 / 264
8．2 AI使能的信道估计 / 265
8．2．1 传统信道估计 / 265
8．2．2 算法框架 / 267
8．2．3 模型选择 / 269
8．2．4 算法设计 / 270
8．2．5 性能分析和讨论 / 271
8．3 AI使能的信道状态信息反馈 / 273
8．3．1 终端信道信息反馈 / 273
8．3．2 评价指标 / 274
8．3．3 用于反馈的信道信息 / 274
8．3．4 算法设计 / 275
8．3．5 性能结果 / 279
8．4 AI使能的毫米波波束管理 / 280
8．4．1 终端侧AI波束管理 / 281
8．4．2 基站侧AI波束管理 / 287
8．4．3 硬件平台终端波束管理方案验证 / 289
8．5 本章小结 / 291
本章参考文献 / 292
第9章 新型双工（Advanced Duplex） / 294
9．1 驱动因素和趋势 / 294
9．2 主要技术问题、挑战和适用场景 / 296
9．3 自干扰删除关键技术 / 298
9．3．1 全双工收发机框架 / 300
9．3．2 自干扰信号模型 / 300
9．3．3 天线域自干扰抑制 / 301
9．3．4 射频域自干扰删除 / 303
9．3．5 数字域自干扰删除 / 306
9．4 组网交叉干扰管理机制 / 307
9．5 概念验证 / 309
9．6 本章小结 / 312
本章参考文献 / 312
第10章 正交时频空间（OTFS）调制 / 315
10．1 背景 / 315
10．1．1 应用场景 / 316
10．1．2 业界研究现状 / 318
10．2 OTFS技术概述 / 319
10．2．1 原理及实现 / 320
10．2．2 波形设计 / 323
10．2．3 导频设计 / 326
10．2．4 接收机算法 / 335
10．3 OTFS-MIMO系统设计 / 340
10．3．1 开环预编码 / 340
10．3．2 闭环预编码 / 344
10．4 OTFS优势与挑战 / 349
10．4．1 优势 / 349
10．4．2 挑战 / 349
本章参考文献 / 351
第11章 通信感知一体化 / 354
11．1 通信感知一体化背景 / 354
11．2 通信感知一体化典型应用场景与需求 / 356
11．2．1 感知的对外服务 / 357
11．2．2 感知的对内服务 / 359
11．3 通信感知一体化空口关键技术 / 360
11．3．1 波形与信号设计 / 360
11．3．2 感知信号检测理论 / 362
11．3．3 感知参数估计算法 / 367
11．3．4 MIMO通感一体化技术 / 369
11．4 通信感知一体化网络架构关键技术 / 372
11．4．1 不同的感知方式 / 372
11．4．2 无线感知功能与网络架构 / 372
11．5 未来研究方向与挑战 / 376
11．5．1 一体化波形与性能指标 / 376
11．5．2 感知与反向散射技术结合 / 377
11．5．3 感知与可重构智能超表面结合 / 378
11．5．4 通感信道建模 / 378
11．5．5 非理想因素对感知性能的影响 / 380
本章参考文献 / 380
第12章 反向散射通信 / 384
12．1 背景 / 384
12．2 典型应用场景 / 385
12．3 反向散射通信的技术原理 / 390
12．3．1 反向散射通信系统架构 / 390
12．3．2 反向散射通信的上行调制技术 / 391
12．3．3 反向散射通信的下行调制技术 / 394
12．3．4 环境能量采集 / 396
12．4 反向散射通信空口技术 / 398
12．4．1 速率提升技术 / 398
12．4．2 覆盖增强技术 / 399
12．4．3 可靠性传输技术 / 402
12．4．4 超大规模连接技术 / 404
12．4．5 同步技术 / 406
12．4．6 干扰消除技术 / 407
12．5 反向散射通信协议栈设计与网络架构 / 411
12．5．1 轻量化协议栈设计 / 411
12．5．2 至简网络架构 / 412
12．6 本章小结 / 415
本章参考文献 / 415
第13章 6G星地融合技术 / 419
13．1 星地融合发展现状 / 419
13．1．1 卫星通信的崛起 / 419
13．1．2 卫星通信的体制标准 / 420
13．1．3 星地融合发展新趋势 / 421
13．1．4 星地融合标准进展及趋势 / 422
13．2 星地融合发展路径 / 423
13．2．1 过去：业务融合 / 423
13．2．2 现在（5G）：体制融合 / 424
13．2．3 未来（6G）：系统融合 / 424
13．3 星地融合一体化 / 425
13．3．1 星地融合的网络架构 / 426
13．3．2 星地融合的空口传输 / 434
13．3．3 星地融合的组网方式 / 439
13．3．4 星地融合的频率管理 / 442
13．4 本章小结 / 443
本章参考文献 / 443
第14章 6G移动网络架构 / 446
14．1 移动通信网络的演进伴随着架构的迭代 / 446
14．1．1 移动通信网络的演进历史 / 446
14．1．2 架构是系统的根基 / 447
14．1．3 6G网络的“智能普惠”需要架构的原生设计 / 448
14．2 6G移动通信网络架构变革的驱动力 / 450
14．2．1 现有2C商业模式到达瓶颈 / 450
14．2．2 2B业务场景的全面到来 / 450
14．2．3 全新的业务场景――元宇宙 / 451
14．2．4 新空口能力的价值释放 / 451
14．2．5 网络管道能力的突破 / 452
14．2．6 网络KPI的全面提升 / 453
14．3 6G移动通信网络架构技术需求 / 454
14．3．1 内生AI，智能普惠 / 454
14．3．2 网络灵活，用户友好 / 455
14．3．3 安全可靠，多方信任 / 455
14．3．4 数据协同，监管合规 / 457
14．3．5 开放合作，做大生态 / 458
14．4 6G移动通信网络功能架构 / 459
14．4．1 总体功能框架 / 459
14．4．2 任务编排调度与控制 / 460
14．4．3 连接功能 / 462
14．4．4 计算功能 / 464
14．4．5 数据功能 / 466
14．4．6 可信功能 / 468
14．4．7 承载网 / 470
14．5 6G移动通信网络关键技术 / 471
14．5．1 任务为中心的设计范式 / 471
14．5．2 New NAS新非接入层协议 / 473
14．5．3 CRB计算无线承载 / 474
14．5．4 数据承载与转发 / 476
14．5．5 可信的分布式网络技术 / 479
14．5．6 6G区块链 / 480
14．6 6G移动通信网络实现架构 / 481
14．6．1 6G核心网实现架构 / 481
14．6．2 6G接入网实现架构 / 484
本章参考文献 / 485
附录 缩略语表 / 486