前言

移动通信是新一代信息技术的重要组成部分，是感知中国、感知地球的基础设施，更是数字基建的核心组成。2019年10月31日，我国三大运营商公布5G商用套餐，并于11月1日正式上线，标志着我国正式进入5G商用时代。在产业环境和市场需求双重驱动下，我国开始加速推进5G的融合发展和创新应用，基站建设进度超过预期，截至2021年6月底，我国累计开通5G基站96万个，5G手机终端连接数量突破3.6亿，万物智联时代离我们越来越近。

移动通信每10年换一代，5G商用时代的到来意味着6G基础理论和关键技术研究开始启动。实际上，国际电信联盟（International Telecommunication Union，ITU）于2018年7月成立了网络2030焦点组；2019年年初，美国启动6G技术研究，联邦通信委员会（Federal Communications Commission，FCC）已经为无线电频率方面的6G研发铺好道路，开放了太赫兹频段；2019年3月，由6G旗舰计划组织的“6G无线峰会”在芬兰召开，发布了6G白皮书《6G泛在无线智能的关键驱动因素及其研究挑战》，并在2020年继续发布新版本；2019年年底，日本电报电话公司（Nippon Telegraph ＆ Telephone，NTT）旗下的设备技术实验室研发了6G超高速芯片，并在300GHz频段进行了高速无线传输试验，实现了100Gbit/s的无线传输。与此同时，为推动我国移动通信持续发展，2019年6月3日，工业和信息化部在北京召开了6G研究组成立大会，正式拉开了我国6G研究的大幕；2019年11月3日，科学技术部会同国家发展和改革委员会、教育部、工业和信息化部、中国科学院、自然科学基金委员会在北京成立国家6G技术研发推进工作组和总体专家组，标志着我国6G技术研发工作正式启动；2019年12月31日，我国6G研究组正式更名为IMT-2030(6G)推进组，并在一些省部级科研项目中进行了6G技术研究，6G重点研发计划项目也在有条不紊地开展。

全球新一轮科技革命和产业革命正在加速发展，以6G为代表的新一代信息通信技术将为行业转型升级、经济创新发展注入新动能，进一步促进全球产业融合发展，其应用前景非常广阔，未来将成为新型战略产业。面向2030年信息通信数据需求，6G将在5G基础上全面支持数字化，并结合人工智能等技术的发展，实现智慧的泛在可取，全面赋能万事万物，推动社会走向虚拟与现实结合的“数字孪生”世界，实现“数字孪生、智慧泛在”的美好愿景。6G将渗透至未来社会的各个领域，涉及数字化、网络化、智能化发展的核心技术领域，它不仅支持大带宽需求的浸入式交互体验场景，还将支撑自动驾驶和车联网等超可靠低时延通信应用，并基于大规模机器类通信广泛服务于工业互联网等。这些场景及其相关应用需要太比特级的峰值速率、亚毫秒级的时延体验、超过1000km/h的移动速度以及内生安全、内生智慧、数字孪生等新的网络能力。为了满足新场景和新应用的更高要求，6G空口技术和架构需要进行相应的变革。6G突破了传统移动通信范畴，它正加速和垂直行业紧密融合，技术上也和大数据、人工智能、云计算、边缘计算、雾计算等深度协同，演进为“大通信”范畴，正慢慢成为信息领域高科技竞争的制高点。

6G在后摩尔时代面临重大挑战，亟须突破原有移动通信的体系架构限制，提升智能性、安全性、稳健性、宽带性、异构性。通过原生智慧、内生安全、感传算边缘融合等特性形成“由智生简、以简促智，柔性智简、内生安全”的6G已经成为学术界和产业界的共识。智简且可信的6G面向的领域将从个人通信演进为智能人机物通信，网络节点的功能也将从传统通信演进为通信、感知、计算、控制、缓存一体化；网络架构将侧重云边协同，应用场景包括物联网、无人机网络、卫星通信网络、密集蜂窝网络等多种形态。

虽然目前全球6G都处于探索起步阶段，技术路线尚不明确，关键指标和应用场景还未有统一定义，标准化工作还处于起步阶段，相关体系架构、关键技术、实验测试等基本上处于空白状态，但6G帷幕已经缓缓拉开，新的移动通信时代正慢慢向我们走来。随着信息通信技术与大数据、人工智能的深度融合，网络泛在性的进一步扩展，用户体验和个性化服务需求的持续提升，许多新的6G使能技术不断涌现。为促进我国移动通信产业持续健康发展和科技原始创新，特别是为了培养更多的6G研究和产业化专业人才，亟须编著有关6G理论和技术前瞻的专业图书，针对大家关心的6G应用愿景、基础理论和关键技术进行系统且深入的讲解，致力于信息通信产业人才先期的系统深入培养，填补6G发展初期市场上缺乏相关专业书籍的空白。

本书是基于作者所在团队多年来在5G和6G等领域深厚的成果积累和研究经验汇集而成的，由多名奋斗在6G科研第一线的老师撰写。本书从5G演进到6G的趋势特点出发，重点结合6G的应用愿景和性能目标需求，对相关的无线频谱、链路级关键技术和系统级关键技术进行了系统深入的介绍。具体来说，重点对提升极值速率和用户平均传输速率的毫米波通信、太赫兹通信和可见光通信等进行了描述，然后对提高频谱效率和连接数的多址接入、信道估计、编译码等链路级信号处理技术进行了介绍；考虑到全覆盖和柔性可重构组网需求，陆续介绍了空天地海一体化网络、空间信息网络、雾无线网络、智慧无线通信、智简无线网络、内生安全和区块链等。在介绍这些知识点的过程中，重点论述了具有普遍性和代表性的基础理论知识，包括基本的理论、问题挑战、技术思路和分析方法等，力求每部分内容的讲述都有新的观点及视角，注重逻辑严密，配有丰富的图示、表格和分析等。本书语言流畅、内容丰富，基本理论和关键技术及体系架构紧密结合。

本书部分研究内容受国家自然科学基金项目“无线通信协同组网理论与技术”（项目编号61925101）、“面向智能服务的雾无线接入网络动态协同理论与关键技术”（项目编号61831002）和“物联网基础理论与关键技术”（项目编号61921003），以及北京市自然科学基金杰出青年科学基金项目（项目编号JQ18016）和国家高层次人才特殊支持计划项目资助，在此特别表示感谢。

由于6G研究和标准化工作都还在进一步深入，为了尽快把当前最新研究成果以飨读者，在撰写本书过程中，参考了大量学术界和产业界的最新成果，在每章尽力列出了全部相关参考文献，在此对参考文献作者表示衷心感谢，万一有遗漏，敬请谅解和告知。对讲解不太系统深入的地方，读者可以参阅每章的参考文献，以获得更全面、更准确和更深入的知识。

希望本书能起到抛砖引玉的作用，作者对未来6G的发展心存敬畏，书中部分内容可能会过时，甚至与未来实际的系统和应用相悖，预测不对的地方敬请谅解。由于作者水平有限，谬误之处在所难免，敬请广大读者批评指正。根据大家反馈的意见以及技术的增强和演进，我们将陆续修改本书部分章节内容，欢迎读者一同讨论其中的技术问题，联系邮箱为pmg@bupt.edu.cn。

作者

2021年惊蛰于

北京邮电大学教2楼