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面向 2030 年商用的6G 將是支撐數(shù)字孿生、智慧泛在社會發(fā)展愿景的基礎設施，6G 除了對傳統(tǒng)的通信能力進行進一步增強，更需要構建新的能力維度，實現(xiàn)通信與感知、計算、人工智能（AI）、大數(shù)據(jù)、安全等能力的一體融合設計，通過按需服務的方式，實現(xiàn)多能力服務質量（QoS）的端到端保障，更好地滿足6G 差異化和碎片化業(yè)務場景的需求。本書首先回顧移動通信技術的發(fā)展歷史，從5G發(fā)展的經(jīng)驗和面臨的挑戰(zhàn)出發(fā)，概述6G 發(fā)展和演進的驅動力，歸納和匯總了全球從事6G 研究的主要機構、組織、項目和企業(yè)的相關研究進展和成果，并且從愿景、需求、頻率、網(wǎng)絡架構等角度展望了如何定義6G；然后圍繞傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡的容量、效率、覆蓋等的優(yōu)化，介紹了6G 無線領域最有代表性的幾個技術方向，包括分布式多輸入多輸出（MIMO）、智能超表面（RIS）、AI 使能的空口、先進的全雙工、正交時頻空間調制（OTFS），以及通信和感知的融合、零功耗通信等；最后從整個網(wǎng)絡架構的角度，著重介紹了空天地融合，以及6G 多能力融合移動網(wǎng)絡架構的設計。

序

人類社會正在經(jīng)歷第四次工業(yè)革命，其推動力主要源于萬物數(shù)字化、信息通信技術（ICT）以及人工智能（AI）技術等的融合創(chuàng)新。其中，信息通信技術在人類社會邁向數(shù)字智能新階段的演進中發(fā)揮著至關重要的作用。第五代移動通信系統(tǒng)（5G）通過有機融合泛在的通信、計算和控制（UC³）能力，為人、機、物的互聯(lián)開辟了全新范式。第六代移動通信系統(tǒng)（6G）將通信的領域邊界從物理世界進一步拓展至數(shù)字世界，通過在物理世界和數(shù)字世界之間提供即時、高效和智能的超連接來重塑世界，這一趨勢將開啟移動通信的新篇章。

從業(yè)界的研究來看，6G既是對過去移動通信網(wǎng)絡成熟技術的繼承和發(fā)展，又要對過去移動通信網(wǎng)絡系統(tǒng)進行變革。一方面，為了滿足未來社會對移動通信網(wǎng)絡的容量增長需求，6G既會繼承5G中的成熟技術，如正交頻分復用（OFDM）、大規(guī)模天線、低密度奇偶校驗碼（LDPC）/Polar編碼等，又會對這些技術進行相應的優(yōu)化和完善，以進一步提升網(wǎng)絡的通信傳輸效率并適應6G全新應用場景的需求；另一方面，5G在垂直行業(yè)中的應用實踐已經(jīng)證明，僅僅傳統(tǒng)的通信連接能力已不能完全滿足客戶的需求，客戶需要通信與大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等融合的交鑰匙式解決方案，所以6G將是超越傳統(tǒng)移動通信范疇的新一代移動信息系統(tǒng)，通過通信與大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、感知、安全等的一體融合，進一步拓展網(wǎng)絡能力的邊界，更好地賦能更加差異化和碎片化的應用場景，實現(xiàn)個性化和定制化的業(yè)務服務。因此，云化和平臺化的端到端網(wǎng)絡將是6G網(wǎng)絡發(fā)展的重要趨勢。

作為新一代數(shù)字信息基礎設施和未來全球移動通信產業(yè)發(fā)展的主航道，6G已經(jīng)成為大國博弈、科技競爭的新戰(zhàn)略制高點，全球多個國家和地區(qū)、國際組織正在推動制定6G愿景和需求標準。美國通過下一代通信聯(lián)盟（Next G Alliance）全力備戰(zhàn)6G，歐盟、韓國、日本也陸續(xù)發(fā)布6G行動計劃，提出各自的技術演進路線圖。在政府部門的統(tǒng)籌部署下，我國與歐、美、日、韓等處于同一起跑線，前沿技術研究、專利布局、生態(tài)構建等方面取得較大進展。

隨著國際電信聯(lián)盟6G愿景、技術趨勢研究的推進，6G的研究進入了關鍵窗口期，能否在2025年前后啟動的全球6G技術標準制定當中拔得頭籌，繼續(xù)保持在標準和產業(yè)方面的領先地位，是我國移動通信行業(yè)面臨的一大挑戰(zhàn)。從過去移動通信產業(yè)的發(fā)展經(jīng)驗來看，6G的發(fā)展還面臨諸多挑戰(zhàn)，如缺少引領性基礎理論、必要支撐環(huán)節(jié)基礎薄弱、撒手锏應用平臺尚缺、開源生態(tài)還不完備等，所以從理論、技術到應用生態(tài)，6G都還需要進一步探索，亟須產學研各方共同攜手，搶抓機遇、迎難而上，開展6G潛在關鍵技術協(xié)同攻關、樣機驗證和外場試驗、產業(yè)和應用生態(tài)培育等。

本書由國內移動通信領域眾多的頂尖技術專家編寫，他們深度參與了我國移動通信領域的3G、4G和5G的研究、標準化、產業(yè)化和應用工作，擁有豐富的實戰(zhàn)經(jīng)驗，并在6G研究中開展了卓有成效的工作，此次將研究成果編著成書，必將開闊業(yè)界的研究思路，給業(yè)界的6G研究提供有益的參考和新的思路，共同促進6G產業(yè)共識和全球共識的形成，共同促進全球統(tǒng)一標準和統(tǒng)一生態(tài)，為6G和整個移動通信產業(yè)的健康和可持續(xù)發(fā)展做出積極貢獻。

張平

中國工程院院士

前言

隨著5G大規(guī)模商用的開展，全球高校和研究機構紛紛將注意力轉向了新一代移動通信技術的研究，業(yè)內各大公司也紛紛發(fā)布了自己的6G白皮書，闡述對未來6G的不同理解，各個移動通信市場和產業(yè)發(fā)達的國家紛紛出臺了6G發(fā)展規(guī)劃，希望能在未來的6G發(fā)展中占得先機，助力本國的產業(yè)、經(jīng)濟和社會的發(fā)展，其中最為激進的是韓國政府，其宣稱將于2028年在全球率先實現(xiàn)6G商用，而日本則計劃在2030年實現(xiàn)6G商用。從目前的形勢來看，我國的6G總體布局基本和全球保持同步。2019年6月，在工業(yè)和信息化部的指導下，中國信息通信研究院牽頭成立了IMT-2030研究組，組織國內大學和企業(yè)開展6G技術研究；2019年11月，科學技術部正式成立6G推進組和總體專家組，指導科學技術部后續(xù)6G研發(fā)的規(guī)劃，科學技術部隨后也啟動了一批6G專項研究課題。

從眾多的6G白皮書中可以看到，業(yè)界早期對6G的認識存在較大的差異，比如，有一種觀點認為6G就是5G 衛(wèi)星通信，認為4G和5G已經(jīng)足夠用，只要解決好覆蓋率即可；還有一種觀點認為6G就是太赫茲（THz），因為6G需要提供比5G高10~100倍的峰值速率，需要連續(xù)的更大的帶寬，而更大的帶寬的來源只能是比毫米波頻段更高的太赫茲頻段。所以，如何定義6G是業(yè)界頗有爭議的問題。隨著研究的深入，工業(yè)界的一些觀點也逐步走向收斂：在6G愿景方面，主流觀點收斂在數(shù)字孿生、智慧泛在，盡管大家的用語和表述不同；在6G技術需求方面，6G除了對傳統(tǒng)的通信能力進行進一步的增強，更需要構建新的能力維度，實現(xiàn)一切皆服務（XaaS）；在無線接入技術方面，6G將充分繼承和發(fā)展已有的5G技術，并進行場景化的優(yōu)化設計；在網(wǎng)絡架構方面，無線接入網(wǎng)（RAN）和核心網(wǎng)的邊界將更加模糊，輕量化、分布式的核心網(wǎng)是趨勢，通信與感知、計算、人工智能（AI）、大數(shù)據(jù)、安全等能力的一體融合設計既是6G的機遇，也是6G面臨的最大挑戰(zhàn)；在網(wǎng)絡服務方式方面，6G將從傳統(tǒng)的有什么用什么的模式向按需服務的模式轉變；在網(wǎng)絡的運營管理方面，6G將從現(xiàn)有的自動化向數(shù)字孿生和內生AI使能的高度自治轉變。

隨著國際電信聯(lián)盟6G愿景和需求指標的定義，以及6G技術趨勢研究的開展，6G研究進入核心技術突破的關鍵窗口期，必要的技術收斂和共識的形成有利于業(yè)界形成合力，加速技術的突破和后期在標準化中的落地。本書作者均系長期從事3G、4G和5G移動通信技術研究、標準化和產業(yè)化的資深專家，也是各大公司6G研究的負責人，希望通過本書從產業(yè)的視角和讀者分享對6G的定義，以及在關鍵技術研究和網(wǎng)絡架構設計方面的深入思考和認識，促進技術共識的形成和技術方向的收斂，加速6G在相關技術方向的突破，為后續(xù)的標準化提供關鍵技術支撐，推動6G愿景的全面實現(xiàn)。

本書首先回顧移動通信系統(tǒng)的發(fā)展歷史，從5G發(fā)展的經(jīng)驗和面臨的挑戰(zhàn)出發(fā)，概述6G發(fā)展和演進的驅動力，歸納和匯總了全球從事6G研究的主要機構、組織、項目和企業(yè)的相關研究進展和成果，并且從愿景、需求、頻率、網(wǎng)絡架構等角度展望了如何定義6G；然后圍繞傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡的容量、效率、覆蓋等的優(yōu)化，介紹了6G無線領域最有代表性的幾個技術方向，包括分布式多輸入多輸出（MIMO）、智能超表面（RIS）、AI使能的空口、先進的全雙工、正交時頻空間調制，以及通信和感知的融合、零功耗通信等；最后從整個網(wǎng)絡架構的角度，著重介紹了空天地融合，以及6G多能力融合移動網(wǎng)絡架構的設計。

本書中的觀點僅代表作者的個人觀點，不代表任何公司的觀點。全書由劉光毅統(tǒng)稿，第1章~第3章由劉光毅和張建華編寫，第4章由張建華、劉光毅、李娜和鄧娟編寫，第5章由劉光毅、張建華、鄧娟和李娜編寫，第6章由宋暖、劉皓、趙巖、張東旭、楊濤和蔡立羽編寫，第7章由段向陽、趙亞軍、竇建武、彭琳、陳藝戩和菅夢楠編寫，第8章由王翯、周禮穎、王雷、孫程君、楊寧、田文強、沈嘉、許陽、陳景然和郭伯仁編寫，第9章由喻斌、池衡柱、蘇笛、錢辰、林鵬、邵士海和孫程君編寫，第10章由袁璞、孫布勒、秦飛、田文強、沈嘉和楊寧編寫，第11章由姚健、李健之、丁圣利、袁雁南、姜大潔和秦飛編寫，第12章由黃偉、簡榮靈、李歡、譚俊杰、姜大潔、秦飛、楊寧、徐偉杰、崔勝江、賀傳峰、左志松、胡榮貽和甘露編寫，第13章由孫韶輝、康紹莉和韓波編寫，第14章由吳建軍、彭程暉、嚴學強、武紹蕓、梁文亮、趙明宇、王君、劉哲、邢瑋俊、劉斐和王東暉編寫。同時，感謝電子工業(yè)出版社的編輯李樹林對本書的策劃和全文的細致編審。

本書的編寫得到了科學技術部重點研發(fā)計劃多模態(tài)網(wǎng)絡與通信的6G專項項目6G網(wǎng)絡架構及關鍵技術（2020YFB1806800），以及北京市科學技術委員會和中關村科技園區(qū)管理委員會新一代信息通信技術創(chuàng)新（卡脖子）項目6G新型空口技術試驗驗證平臺研制的支持。

本書可作為5G從業(yè)人員和6G研發(fā)人員的參考書，也可作為高校本科生和研究生的參考書，還可作為企業(yè)布局未來與移動信息應用相關業(yè)務的參考書。

劉光毅，博士，教授級高工，享受國務院特殊津貼專家，2017年入選科技部中青年科技創(chuàng)新領軍人才，現(xiàn)任中國移動集團公司首席專家，負責中國移動6G研發(fā)，兼任工業(yè)和信息化部IMT-2030推進組無線技術組副組長、6GANA TSC成員和TG2主席、IEEE ComSoc ETC成員等。

秦飛，畢業(yè)于電信科學技術研究院，現(xiàn)任vivo移動通信研究院院長、工業(yè)和信息化部IMT-2030推進組專家。自2001年開始從事3G/4G/5G/6G的研究和標準化工作，申請相關專利400多項。

張建華，教授，國家杰出青年科學基金項目獲得者，現(xiàn)任北京郵電大學理學院副院長、北郵-中國移動研究院聯(lián)合創(chuàng)新中心主任、工業(yè)和信息化部IMT-2030技術組信道測量與建模任務組組長。曾擔任科技部科技冬奧重點實施專項總體組專家、ITU-R IMT-2020（5G）信道模型起草組主席。

孫程君，博士，三星電子中國區(qū)副總裁，負責三星電子大中華區(qū)的5G-Advanced以及6G通信技術研究和標準化工作，擁有3G、4G和5G相關標準專利200余項，發(fā)表學術論文20多篇。

吳建軍，華為6G架構首席，負責6G網(wǎng)絡架構的定義和研究，以及5G端到端切片方案、標準及產業(yè)發(fā)展等工作；曾任華為2012實驗室歐研分部部長，帶領本地團隊全面參與5GIA、5GPPP等5G原點的定義和研究工作，發(fā)起并成功創(chuàng)立了5GAA、5GACIA產業(yè)聯(lián)盟，6GANA TSC成員和TG3主席。

段向陽，教授級高工，中興通訊股份有限公司副總裁、無線架構總經(jīng)理，負責中興通訊6G整體工作；兼任國家重大專項總體專家組成員，多模態(tài)網(wǎng)絡與通信重點專項專家組成員，中國通信學會邊緣計算分會、物聯(lián)網(wǎng)分會副主任委員等職務。

蔡立羽，博士，教授級高工，貝爾實驗室中國負責人，中國通信學會第九屆理事會理事，主持并參與數(shù)十項國家科研項目以及貝爾實驗室全球前瞻技術研究課題，在無線通信國際標準化以及產業(yè)化方面取得了突出成果。

孫韶輝，博士，教授級高工，現(xiàn)任中信科移動副總經(jīng)理，負責公司技術研究與標準化工作，入選科技部中青年科技創(chuàng)新領軍人才計劃和國家萬人計劃，擔任工業(yè)和信息化部IMT-2030推進組標準與國際合作組長，科技部重點研發(fā)計劃專家組成員，中國通信學會會士。主持國家重大專項和863計劃等課題10多項；發(fā)表學術論文100余篇，出版專著10部。

楊寧，博士，教授級高工，畢業(yè)于北京郵電大學，現(xiàn)任OPPO標準研究部部長、工業(yè)和信息化部IMT-2030推進組專家。參加3GPP RAN全會、RAN2和SA1小組會，研究5G以及增強技術，輸出數(shù)百項專利及標準化提案。

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