6G：从通信到多能力融合的变革_刘光毅秦飞张建华孙程君吴建军段向阳蔡立羽孙韶辉杨宁编著_9787121466267

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、正交时频空间调制（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。

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既会继承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，又会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，客户需要通信与大数据、云计算、人工智能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系统，通过通信与大数据、云计算、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。因此，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，全球多个国家和地区、国际组织正在推动制定6G愿景和需求标准。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较大进展。

随着国际电信联盟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方面的领先地位，是我国移动通信行业面临的一大挑战。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、撒手锏应用平台尚缺、开源生态还不完备等，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。

本书由国内移动通信领域众多的顶尖技术专家编写，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

前言

随着5G大规模商用的开展，全球高校和研究机构纷纷将注意力转向了新一代移动通信技术的研究，业内各大公司也纷纷发布了自己的6G白皮书，阐述对未来6G的不同理解，各个移动通信市场和产业发达的国家纷纷出台了6G发展规划，希望能在未来的6G发展中占得先机，助力本国的产业、经济和社会的发展，其中最为激进的是韩国政府，其宣称将于2028年在全球率先实现6G商用，而日本则计划在2030年实现6G商用。从目前的形势来看，我国的6G总体布局基本和全球保持同步。2019年6月，在工业和信息化部的指导下，中国信息通信研究院牵头成立了IMT-2030研究组，组织国内大学和企业开展6G技术研究；2019年11月，科学技术部正式成立6G推进组和总体专家组，指导科学技术部后续6G研发的规划，科学技术部随后也启动了一批6G专项研究课题。

从众多的6G白皮书中可以看到，业界早期对6G的认识存在较大的差异，比如，有一种观点认为6G就是5G 卫星通信，认为4G和5G已经足够用，只要解决好覆盖率即可；还有一种观点认为6G就是太赫兹（THz），因为6G需要提供比5G高10~100倍的峰值速率，需要连续的更大的带宽，而更大的带宽的来源只能是比毫米波频段更高的太赫兹频段。所以，如何定义6G是业界颇有争议的问题。随着研究的深入，工业界的一些观点也逐步走向收敛：在6G愿景方面，主流观点收敛在数字孪生、智慧泛在，尽管大家的用语和表述不同；在6G技术需求方面，6G除了对传统的通信能力进行进一步的增强，更需要构建新的能力维度，实现一切皆服务（XaaS）；在无线接入技术方面，6G将充分继承和发展已有的5G技术，并进行场景化的优化设计；在网络架构方面，无线接入网（RAN）和核心网的边界将更加模糊，轻量化、分布式的核心网是趋势，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既是6G的机遇，也是6G面临的最大挑战；在网络服务方式方面，6G将从传统的有什么用什么的模式向按需服务的模式转变；在网络的运营管理方面，6G将从现有的自动化向数字孪生和内生AI使能的高度自治转变。

随着国际电信联盟6G愿景和需求指标的定义，以及6G技术趋势研究的开展，6G研究进入核心技术突破的关键窗口期，必要的技术收敛和共识的形成有利于业界形成合力，加速技术的突破和后期在标准化中的落地。本书作者均系长期从事3G、4G和5G移动通信技术研究、标准化和产业化的资深专家，也是各大公司6G研究的负责人，希望通过本书从产业的视角和读者分享对6G的定义，以及在关键技术研究和网络架构设计方面的深入思考和认识，促进技术共识的形成和技术方向的收敛，加速6G在相关技术方向的突破，为后续的标准化提供关键技术支撑，推动6G愿景的全面实现。

本书首先回顾移动通信系统的发展历史，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、正交时频空间调制，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。

本书中的观点仅代表作者的个人观点，不代表任何公司的观点。全书由刘光毅统稿，第1章~第3章由刘光毅和张建华编写，第4章由张建华、刘光毅、李娜和邓娟编写，第5章由刘光毅、张建华、邓娟和李娜编写，第6章由宋暖、刘皓、赵岩、张东旭、杨涛和蔡立羽编写，第7章由段向阳、赵亚军、窦建武、彭琳、陈艺戬和菅梦楠编写，第8章由王翯、周礼颖、王雷、孙程君、杨宁、田文强、沈嘉、许阳、陈景然和郭伯仁编写，第9章由喻斌、池衡柱、苏笛、钱辰、林鹏、邵士海和孙程君编写，第10章由袁璞、孙布勒、秦飞、田文强、沈嘉和杨宁编写，第11章由姚健、李健之、丁圣利、袁雁南、姜大洁和秦飞编写，第12章由黄伟、简荣灵、李欢、谭俊杰、姜大洁、秦飞、杨宁、徐伟杰、崔胜江、贺传峰、左志松、胡荣贻和甘露编写，第13章由孙韶辉、康绍莉和韩波编写，第14章由吴建军、彭程晖、严学强、武绍芸、梁文亮、赵明宇、王君、刘哲、邢玮俊、刘斐和王东晖编写。同时，感谢电子工业出版社的编辑李树林对本书的策划和全文的细致编审。

本书的编写得到了科学技术部重点研发计划多模态网络与通信的6G专项项目6G网络架构及关键技术（2020YFB1806800），以及北京市科学技术委员会和中关村科技园区管理委员会新一代信息通信技术创新（卡脖子）项目6G新型空口技术试验验证平台研制的支持。

本书可作为5G从业人员和6G研发人员的参考书，也可作为高校本科生和研究生的参考书，还可作为企业布局未来与移动信息应用相关业务的参考书。

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。

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