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面向 2030 年商用的6G 将是支撑“数字孪生、智慧泛在”社会发展愿景的基础设施，6G 除了对传统的通信能力进行进一步增强，更需要构建新的能力维度，实现通信与感知、计算、人工智能（AI）、大数据、安全等能力的一体融合设计，通过按需服务的方式，实现多能力服务质量（QoS）的端到端保障，更好地满足6G 差异化和碎片化业务场景的需求。本书首先回顾移动通信技术的发展历史，从5G发展的经验和面临的挑战出发，概述6G 发展和演进的驱动力，归纳和汇总了全球从事6G 研究的主要机构、组织、项目和企业的相关研究进展和成果，并且从愿景、需求、频率、网络架构等角度展望了如何定义6G；然后围绕传统通信网络的容量、效率、覆盖等的优化，介绍了6G 无线领域最有代表性的几个技术方向，包括分布式多输入多输出（MIMO）、智能超表面（RIS）、AI 使能的空口、先进的全双工、正交时频空调制（OTFS），以及通信和感知的融合、零功耗通信等；最后从整个网络架构的角度，着重介绍了空天地融合，以及6G 多能力融合移动网络架构的设计。

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

序
人类社会正在经历第四次工业革命，其推动力主要源于万物数字化、信息通信技术（ICT）以及人工智能（AI）技术等的融合创新。其中，信息通信技术在人类社会迈向数字智能新阶段的演进中发挥着至关重要的作用。第五代移动通信系统（5G）通过有机融合泛在的通信、计算和控制（UC3）能力，为人、机、物的互联开辟了全新范式。第六代移动通信系统（6G）将通信的领域边界从物理世界进一步拓展至数字世界，通过在物理世界和数字世界之间提供即时、高效和智能的“超连接”来重塑世界，这一趋势将开启移动通信的新篇章。
从业界的研究来看，6G既是对过去移动通信网络成熟技术的继承和发展，又要对过去移动通信网络系统进行变革。一方面，为了满足未来社会对移动通信网络的容量增长需求，6G将会继续继承5G中的成熟技术，如正交频分复用（OFDM）、大规模天线、低密度奇偶校验码（LDPC）/Polar编码等，又要对这些技术进行相应的优化和完善，以进一步提升网络的通信传输效率并适应6G全新应用场景的需求；另一方面，5G在垂直行业中的应用实践已经证明，仅仅传统的通信连接能力已不能完全满足客户的需求，客户需要通信和云计算、大数据、AI等融合的交钥匙式解决方案，所以6G将是超越传统移动通信范畴的新一代移动信息网络，通过通信与大数据、计算、人工智能、感知、安全等的一体融合，进一步拓展网络能力的边界，更好地赋能更加差异化和碎片化的应用场景，实现“个性化和定制化”的业务服务；为此，云化和平台化的端到端网络将是6G网络发展的重要趋势。
作为新一代数字信息基础设施和未来全球移动通信产业发展的主航道，6G已经成为大国博弈、科技竞争的新战略制高点，全球多个国家、国际组织正在推动制定6G愿景和需求。美国通过“下一代通信联盟”（Next G Alliance）全力备战6G，欧盟、韩国、日本也陆续发布6G行动计划，提出各自的技术演进路线图。在政府部门的统筹部署下，我国与欧、美、日、韩等处于同一起跑线，前沿技术研究、专利布局、生态构建等方面取得积极进展。
随着国际电联6G愿景、技术趋势研究的推进，6G的研究进入了关键窗口期，能否在2025年前后启动的全球6G技术标准制定当中拔得头筹，继续保持在标准和产业的领先地位，是我国移动通信行业正在面临的一大挑战。从过去移动通信产业的发展经验来看，6G的发展还面临诸多挑战，如缺少引领性基础理论、必要支撑环节基础薄弱、“杀手级”应用平台尚缺、开源生态尚未完备等，所以从理论、技术到应用生态，6G都还需要进一步探索，亟须产学研各方共同携手，抢抓机遇、迎难而上，开展6G潜在关键技术协同攻关、样机验证和外场试验、产业和应用生态培育等。
本书的编写汇集了国内移动通信领域众多的顶尖技术专家，他们深度参与了我国移动通信领域的3G、4G和5G的研究、标准化、产业化和应用工作，拥有丰富的实战经验，并在6G研究中开展了卓有成效的工作，此次将研究成果编著成书，必将开阔业界的研究思路，给业界的6G研究提供有益的参考和新的思路，共同促进6G产业共识和全球共识的形成，共同促进全球统一标准和统一生态，为6G和整个移动通信产业的健康和可持续发展做出积极贡献。


张平
中国工程院院士

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6G：从通信到多能力融合的变革