6G无线网络空口关键技术

随着5G移动通信系统的大规模商用，学术界和产业界逐渐把目光移向下一代移动通信系统——6G，全球主要的国家与地区都把6G作为下个十年的信息产业乃至工业科技的一个制高点。近年来，通信界对6G的需求愿景和性能指标需求渐渐有所共识，对于无线空口一些可能的使能技术也从之前的相对发散性的研究，逐渐聚焦和深入。各个公司和科研单位发布的6G技术白皮书已有近百本，所展示的各类样机和试验演示系统也有几十余部。在这个大背景下，十分有必要出版一本有关6G无线网络潜在关键技术的书，从相对宏观的角度，对6G无线物理层的技术进行一个较为全面系统的梳理。
本书从下一代移动通信的场景需求与部署频段出发，提出了需求侧的性能指标要求和可能的频谱资源；接着总体介绍无线接入网可能的网络拓扑，如地面通信、卫星通信、宏小区同构网、异构网、车联网等；在此之后，对无线物理层的基本功能进行综述，包括移动性管理、无线传输、无线定位等；接下来分别按技术大类，对编码多址波形类技术、多天线空域类技术和高频段部署类技术等进行了相对深入的描述。
在写作方式上，本书具有以下几个特点。第一，内容安排点面结合，既有文字上的概括性说明，也时常配以数学公式，以更精确地展示一项技术的本质精髓；第二， 6G的许多潜在技术是在前几代无线空口基础上进行改进和创新的，需要支持移动通信的基本功能，因此本书以第四代和第五代移动网络物理层的主要信道场景和关键技术作为铺垫，比较自然地过渡到对6G潜在技术的介绍；第三，本书中的很多章节强调每一项技术所适合的网络拓扑、部署频段和信道传播特性，充分体现移动通信的自身特点；第四，把人工智能/机器学习（AI/ML）作为一项通用的融合性技术，分散到各个单点技术中予以叙述；第五，结合无线标准的演进路线和大概时间节点，根据潜在技术的成熟度，估计出相应的推进时间表；第六，包含对通信相关的新材料和新工艺的发展介绍，体现未来6G跨界融合的特点。
本书不同于一般的技术白皮书和综述性的研究报告，具有一定深度。另外，本书在内容安排上有一定的侧重点，不是旨在对某个单点技术的专题展开论述，有兴趣的读者可以通过本书所列的参考文献进一步了解技术的细节。
本书由袁弋非、黄宇红、丁海煜、崔春风、王启星编著。在本书的写作过程中，作者得到了中国移动未来研究院的大力帮助。易芝玲、刘光毅、金婧等提供了资源和项目上的协助，韩双锋、王森、夏亮、刘建军、李刚、潘成康、孙军帅、何洪俊等提供了场景需求、频谱规划、新型调制编码、新型波形多址、分布式大规模多天线、智能超表面、AI空口、可见光通信、通信感知一体化等内容的部分素材，在此表示衷心感谢。感谢IMT-2030 （6G）NOMA无线技术组中的各成员单位在相关技术上的贡献！
本书基于作者的有限视角对6G无线网络潜在关键技术进行梳理，写作时间较短，在技术点的阐述上可能存在不完善之处，观点也难免有欠周全。对于本书中存在的叙述不当的地方，敬请读者谅解，并提出宝贵意见。

作 者

本书从未来移动通信的应用场景出发，分析6G性能指标要求和频谱资源，结合无线接入网的网 络拓扑，对无线物理层的基本功能进行全面描述，包括移动性管理、无线传输、无线定位等。以第四代和第五代空口技术作为铺垫，自然过渡到6G。本书按照编码多址波形类、多天线空域类和高频段部署类三大技术领域，较为深入地介绍了6G无线网络潜在的关键技术。本书内容安排点面结合，文字叙述配合数学公式，强调网络拓扑、部署频段和信道传播特性对空口设计的影响。 本书面向的读者包括无线通信工程技术人员及科研院校的师生。

袁弋非，博士。中国移动研究院首席专家，长期从事移动通信空口关键技术研究和国际标准化推进。发表SCI论文50余篇，国际授权专利60余项，出版4G、5G蜂窝系统核心技术的中英文专著10部。
黄宇红，硕士，教授级高工，中国移动研究院院长。先后负责GSM、WLAN、3G、4G、5G等重大领域工作，获省部级以上奖项27项。入选国家百千万人才工程。担任移动通信国际合作平台GTI的秘书长。
丁海煜，硕士，正高级工程师，中国移动研究院副院长。移动通信专业，TD-LTE规模试验等国家重大项目主要完成人，发表著作3部。
崔春风，博士，中国移动研究院未来研究院院长，通信工程专业，长期从事无线通信网络新技术研究及标准化工作。发表论文20余篇，出版专著3本，获中国通信学会、中国电子学会等奖励多次。
王启星，博士，中国移动研究院未来研究院副院长，参与4G、5G和6G的前沿技术研究和国际标准化工作，以第一或主要作者身份申请专利200余件，获中国通信学会和中国通信标准化协会科技奖。

第1章 背景介绍

1.1 移动通信系统的空口技术演进 002

1.2 6G发展动态 004

1.2.1 相关研究组织 004

1.2.2 6G驱动力、市场预测和发展需求 008

1.2.3 空口技术发展趋势 009

1.3 本书的目的和结构 011

参考文献 012

第2章 场景需求与部署频段

2.1 5G的应用场景、关键性能指标及部署频段 014

2.2 6G应用场景 019

2.2.1 6G潜在的业务应用 019

2.2.2 6G的典型场景和部署场景 021

2.3 6G性能指标要求与使能技术 022

2.3.1 6G关键性能指标 022

2.3.2 性能指标的可实现性和潜在空口使能技术 023

2.4 6G潜在的部署频段 029

2.4.1 中低频段 029

2.4.2 毫米波频段 032

2.4.3 太赫兹频段和光波频段 032

参考文献 033

第3章 6G无线接入网的网络拓扑

3.1 无线接入网的拓扑结构与部署频段 035

3.2 地面通信网络 037

3.2.1 宏小区同构网 037

3.2.2 异构网络拓扑 040

3.2.3 无源节点的网络拓扑 046

3.2.4  端直连和车联网 047

3.2.5 支持特殊应用的网络 050

3.3 卫星-地面一体化网络 052

参考文献 060

第4章 无线物理层的基本功能与6G物理层潜在技术

4.1 移动性管理 062

4.1.1 初始接入 062

4.1.2 小区切换 068

4.2 无线传输 071

4.2.1 导频信号 071 ...

……

本书从未来移动通信的应用场景出发，分析6G性能指标要求和频谱资源，结合无线接入网的网 络拓扑，对无线物理层的基本功能进行全面描述，包括移动性管理、无线传输、无线定位等。以第四代和第五代空口技术作为铺垫，自然过渡到6G。本书按照编码多址波形类、多天线空域类和高频段部署类三大技术领域，较为深入地介绍了6G无线网络潜在的关键技术。本书内容安排点面结合，文字叙述配合数学公式，强调网络拓扑、部署频段和信道传播特性对空口设计的影响。 本书面向的读者包括无线通信工程技术人员及科研院校的师生。

袁弋非，博士。中国移动研究院首席专家，长期从事移动通信空口关键技术研究和国际标准化推进。发表SCI论文50余篇，国际授权专利60余项，出版4G、5G蜂窝系统核心技术的中英文专著10部。
黄宇红，硕士，教授级高工，中国移动研究院院长。先后负责GSM、WLAN、3G、4G、5G等重大领域工作，获省部级以上奖项27项。入选国家百千万人才工程。担任移动通信国际合作平台GTI的秘书长。
丁海煜，硕士，正高级工程师，中国移动研究院副院长。移动通信专业，TD-LTE规模试验等国家重大项目主要完成人，发表著作3部。
崔春风，博士，中国移动研究院未来研究院院长，通信工程专业，长期从事无线通信网络新技术研究及标准化工作。发表论文20余篇，出版专著3本，获中国通信学会、中国电子学会等奖励多次。
王启星，博士，中国移动研究院未来研究院副院长，参与4G、5G和6G的前沿技术研究和国际标准化工作，以第一或主要作者身份申请专利200余件，获中国通信学会和中国通信标准化协会科技奖。