隨著5G商用部署的穩步推進，6G的研究正在如火如荼地展開。目前業界已經對6G的場景與需求進行了研究與探討，并初步達成共識，認為6G將實現數字孿生、智能泛在的愿景，在峰值速率、時延、連接密度、可靠性、頻譜效率和定位能力等方面將遠超5G，給人們的生活和出行帶來前所未有的體驗。本書為上、下兩冊，上冊共10章。第1章介紹了6G研究的概況，包括發展愿景、驅動力、垂直服務與各國研究現狀，第2章介紹了6G用例與性能指標，第3章介紹了6G通信的頻譜，第4章介紹了6G面臨的挑戰與潛在關鍵技術，第5章介紹了編碼、調制與波形，第6～10章介紹了空間資源利用技術，包括OAM、RIS、MIMO、Cell-Free與全息技術。本書對6G潛在關鍵技術進行了詳細介紹，可供在無線通信、計算機科學等相關領域開展6G關鍵技術研究的學術界、教育界、產業界等相關人員閱讀、參考。
主要從事寬帶無線通信和下一代網絡及信息處理的研究，主要研究方向包括OAM-MIMO、IRS、人工智能技術在通信領域中的應用等。發表SCI/EI論文32篇，其中以第一作者身份發表論文共計18篇。授權專利7項。計算機軟件著作權6項。主持/參與科研項目30余項。出版專著2部。
第1章 概述 1
1.1 歷史回顧 1
1.1.1 從蒸汽時代到互聯網時代 1
1.1.2 1G到5G的發展 2
1.2 6G發展驅動力 5
1.2.1 5G的限制 5
1.2.2 宏觀驅動力 6
1.3 6G總體愿景 8
1.4 6G未來垂直服務 9
1.4.1 面向2030年的工業4.0+的服務 9
1.4.2 面向2030年的移動運輸服務 10
1.4.3 面向2030年的電子健康服務 11
1.4.4 面向2030年的金融服務 11
1.5 全球6G研究進展 11
1.5.1 6G標準化組織 11
1.5.2 各國進展 13
參考文獻 16
第2章 6G用例與指標 18
2.1 6G服務的演進 18
2.2 6G用例 20
2.2.1 全息通信 21
2.2.2 沉浸式XR 22
2.2.3 觸覺網絡 23
2.2.4 數字孿生 24
2.2.5 工業4.0+ 25
2.2.6 互聯機器人自主系統 30
2.2.7 智能運輸系統 31
2.2.8 無人機技術 31
2.2.9 新型智慧城市群 32
2.2.10 智能醫療 32
2.2.11 無線腦機交互 33
2.2.12 全球連接和集成網絡 33
2.3 6G的指標 34
2.3.1 數據傳輸速率 36
2.3.2 超低延遲 36
2.3.3 極高的可靠性 37
2.3.4 定位能力 37
2.3.5 覆蓋能力 37
2.3.6 頻譜效率 38
2.3.7 能量效率 38
2.3.8 計算性能 39
2.3.9 安全能力 39
2.4 小結 40
參考文獻 40
第3章 6G全頻譜通信 43
3.1 移動通信頻譜的演變 43
3.1.1 從1G到5G：移動通信頻譜發展 43
3.1.2 全頻譜通信驅動力 45
3.2 6G頻譜定義與特點 46
3.2.1 6G頻譜定義 46
3.2.2 不同頻段的特點 48
3.3 6G頻譜新用例 52
3.3.1 長距離回程 53
3.3.2 傳感網絡 53
3.3.3 聯合雷達通信應用 54
3.3.4 自動汽車駕駛 55
3.3.5 智能建筑與智能城市 55
3.3.6 無線認知 56
3.3.7 精確定位 56
3.4 6G頻譜面臨的挑戰 57
3.4.1 無線電硬件 57
3.4.2 多頻段共存 57
3.4.3 傳播損耗 58
3.4.4 頻譜管理 59
參考文獻 59
第4章 6G面臨的主要挑戰與使能技術 63
4.1 6G面臨的主要挑戰 63
4.1.1 高精度信道建模 63
4.1.2 極致性能傳輸 64
4.1.3 網絡全覆蓋 65
4.1.4 網絡異構約束 66
4.1.5 海量數據通信 67
4.1.6 新頻譜利用 67
4.1.7 聯合管理 68
4.1.8 低功耗綠色通信 68
4.1.9 數據與通信安全 69
4.1.10 終端能力 69
4.2 6G關鍵使能技術 69
4.2.1 基礎傳輸技術 70
4.2.2 空間資源利用技術 70
4.2.3 頻譜利用技術 72
4.2.4 人工智能輔助的通信 73
4.2.5 應用層技術 74
參考文獻 75
第5章 編碼、調制與波形 78
5.1 編碼 79
5.1.1 Polar碼 80
5.1.2 Turbo碼 84
5.1.3 LDPC碼 87
5.1.4 Spinal碼 94
5.1.5 物理層網絡編碼 95
5.1.6 算法及有關方案 97
5.2 調制 104
5.2.1 6G中的調制 104
5.2.2 索引調制 104
5.2.3 OTFS技術 110
5.2.4 高階APSK調制 119
5.2.5 過零調制及連續相位調制 121
5.2.6 信號整形 125
5.2.7 降低PAPR 125
5.3 波形設計 125
5.3.1 多載波波形 126
5.3.2 單載波波形 130
5.4 FTN傳輸技術 137
5.4.1 FTN傳輸技術的原理 137
5.4.2 6G中的FTN 138
參考文獻 141
第6章 OAM 145
6.1 OAM技術的基本原理及發展 146
6.1.1 OAM理論基礎 146
6.1.2 OAM技術在無線通信中的發展 148
6.2 OAM波束的產生 151
6.2.1 常規OAM產生方法 151
6.2.2 超表面技術 152
6.2.3 其他生成方法 153
6.3 OAM的接收 154
6.3.1 單點接收法 155
6.3.2 全空域共軸接收法 155
6.3.3 部分接收法 156
6.3.4 其他接收方法 156
6.4 基于UCA的OAM通信系統 157
6.4.1 模型簡介 157
6.4.2 信道模型 158
6.4.3 通信系統性能分析 159
6.4.4 非理想條件分析 162
6.5 基于OAM的多模傳輸與多徑傳輸 164
6.5.1 多模態OAM復用 164
6.5.2 OAM信道的多徑效應 164
6.6 OAM技術與其他技術的結合 165
6.6.1 OAM與MIMO結合 165
6.6.2 OAM與OFDM結合 168
6.7 OAM技術面臨的挑戰 169
6.7.1 非對準情況下OAM的傳輸 169
6.7.2 OAM發散角的抑制或消除 170
6.7.3 OAM-MIMO的天線拓撲研究 170
6.7.4 OAM模態選擇 171
6.7.5 OAM應用場景的選擇 171
6.8 小結 172
參考文獻 172
第7章 智能超表面 178
7.1 智能超表面簡介 178
7.1.1 智能表面基本原理 178
7.1.2 相關概念和名詞含義 179
7.2 發展歷史和研究現狀 183
7.2.1 技術的起源和發展 183
7.2.2 研究項目情況 184
7.2.3 智能超表面各方面研究現狀 194
7.2.3 研究意義 202
7.3 智能超表面的分類 202
7.3.1 按照功能劃分 202
7.3.2 按照調控劃分 207
7.3.3 按照響應參數劃分 209
7.4 6G中有前景的應用 209
7.4.1 輔助通信 209
7.4.2 節約成本 213
7.4.3 非通信用途 216
7.4.4 應用實例 218
7.5 智能超表面的硬件實現 220
7.5.1 基本硬件結構 220
7.5.2 信息超材料 222
7.5.3 可調電磁單元的實現 224
7.5.4 控制單元的實現 229
7.5.5 面臨的挑戰及方向 234
7.6 智能超表面輔助通信 238
7.6.1 信道模型 238
7.6.2 理論性能分析 242
7.6.3 關鍵算法 250
7.7 RIS與其他技術的結合 254
7.7.1 RIS與NOMA結合 254
7.7.2 RIS與UAV結合 255
7.7.3 RIS與FD結合 258
7.7.4 RIS與THz結合 259
7.7.5 RIS與AI結合 261
7.7.6 智能表面與無線電能傳輸結合 263
7.7.7 智能表面與定位和傳感技術的結合 264
參考文獻 266
第8章 MIMO 283
8.1 超大規模MIMO 283
8.1.1 背景 284
8.1.2 硬件與架構問題 285
8.1.3 工作模式 288
8.1.4 一比特量化預編碼 290
8.1.5 面臨的挑戰 292
8.2 超大規模波束成形 294
8.3 超密集MIMO 296
8.3.1 背景 296
8.3.2 分離技術 297
8.3.3 MIMO天線的解耦 298
8.4 透鏡MIMO 301
8.4.1 背景 301
8.4.2 使用透鏡陣列的波束空間 302
參考文獻 306
第9章 無蜂窩大規模MIMO 312
9.1 背景 312
9.2 系統模型 315
9.2.1 上行鏈路訓練 316
9.2.2 下行鏈路有效載荷數據傳輸 317
9.2.3 上行鏈路有效載荷數據傳輸 318
9.3 性能分析 318
9.3.1 Large-M分析 318
9.3.2 有限M的可達速率 319
9.4 導頻分配方案 321
9.4.1 效用式 322
9.4.2 可擴展式 323
9.5 DCC選擇 324
9.6 性能比較 325
9.6.1 大規模的衰落模型 325
9.6.2 參數和設置 326
9.6.3 結果和討論 328
9.7 優勢 333
9.8 研究挑戰 334
9.8.1 實用的以用戶為中心 334
9.8.2 可擴展的功率控制 335
9.8.3 高級分布式SP 335
9.8.4 低成本組件 336
9.8.5 前程信令的量化 336
9.8.6 AP的同步 337
參考文獻 337
第10章 全息技術 342
10.1 全息通信 343
10.1.1 全息型通信 343
10.1.2 基于全息通信的擴展現實 344
10.2 6G無線網絡的全息MIMO表面 345
10.2.1 HMIMOS設計模型 346
10.2.2 功能、特征和通信應用程序 350
10.2.3 設計挑戰與機遇 352
10.2.4 結論 353
10.3 全息MIMO信道的自由度 353
10.4 有源相控陣 355
10.5 全息波束成形 355
10.6 全息光束形成與相控陣比較 358
10.6.1 性能比較 358
10.6.2 成本比較 358
10.6.3 功率比較 359
10.6.4 尺寸和重量比較 359
10.6.5 總結 360
10.7 全息無線電 360
10.7.1 全息無線電的實現 361
10.7.2 全息無線電的信號處理 361
10.8 全息廣播 362
10.9 全息定位 363
10.9.1 全息定位的基本極限 363
10.9.2 審查的算法 364
10.9.3 未來方向 364
10.10 關鍵基礎設施 365
參考文獻
新書資訊