6G需求与愿景

本书作者所在研究团队于2018年提出了以“人—机—物—灵”融合为特征的6G愿景，并设计了6G演进的真实世界和虚拟世界的双世界架构，引起了信息通信业界的关注。本书基于这个理念，提出了6G的需求及其愿景，首先给出了6G的总体设计思路，阐述了6G引入的“灵”的概念以及“灵”给信息通信带来的挑战，并通过对6G业务愿景、网络愿景、能力愿景以及演进特性的展望，希望为读者描绘一个全景式的6G愿景；然后阐述了能够满足此愿景的6G网络架构与网络需求；接着从传输技术和网络技术两方面介绍并分析了6G的潜在技术，并对6G的典型应用场景给出了展望；后对全球B5G/6G的研究与产业情况进行了综述。

本书适合希望了解6G需求及潜在技术的人士阅读，不仅可作为移动通信行业从业人员和垂直行业相关人员的技术参考书，也可作为高等院校高年级本科生、硕士生和博士生的教材或学习材料。同时，本书对于对未来移动通信感兴趣的人员也具有阅读和参考价值。

张平 中国工程院院士，北京邮电大学教授、博士生导师，主要研究领域为移动通信。 李文?Z 北京邮电大学教授、博士生导师，主要研究领域为无线网络管理与优化、未来网络管理等。 牛凯 北京邮电大学教授、博士生导师，主要研究领域为极化码、5G/6G移动通信、智能信号处理。 乔秀全 北京邮电大学教授、博士生导师，主要研究领域为5G和未来网络应用创新、Web VR/AR、移动边缘计算、物联网服务提供等。 喻鹏 北京邮电大学副教授、博士生导师，主要研究领域为5G/6G无线网络自主管理、智能电网通信网的运维管理。 丰雷 北京邮电大学副教授、硕士生导师，主要研究领域为无线网络智能管理与优化、蜂窝物联网资源分配、5G垂直行业应用等。

第 1章 信息技术及移动通信发展历史 001

1.1 信息通信技术发展历史 002

1.1.1 原始信息通信技术 002

1.1.2 古代信息通信技术 003

1.1.3 现代信息通信技术 003

1.1.4 信息通信技术发展趋势 004

1.2 移动通信发展历史 005

1.2.1 第 一代移动通信 005

1.2.2 第二代移动通信 006

1.2.3 第三代移动通信 008

1.2.4 第四代移动通信 009

1.2.5 第五代移动通信 010

1.2.6 移动通信发展趋势 013

参考文献 014

第 2章 现有5G网络的分析与挑战 015

2.1 5G网络的三大场景 016

2.2 5G网络的关键技术 017

2.2.1 无线接入网侧关键技术 017

2.2.2 前传链路和回传链路关键技术 020

2.2.3 核心网侧关键技术 021

2.3 5G网络存在的不足与挑战 022

参考文献 023

第3章 6G设计思路与愿景 025

3.1 6G总体设计思路 026

3.1.1 概述 026

3.1.2 人、人工智能与6G 029

3.1.3 6G的第四维元素——“灵” 031

3.1.4 “灵”带来的挑战 032

3.2 6G业务愿景 036

3.2.1 全息类业务 036

3.2.2 全感知类业务 039

3.2.3 虚实结合类业务 041

3.2.4 极高可靠性与极低时延类业务 043

3.2.5 大连接类业务 046

3.3 6G网络愿景 047

3.3.1 网络2030的驱动力 048

3.3.2 网络2030愿景 049

3.3.3 网络2030服务 050

3.3.4 网络2030新兴特征 051

3.4 6G能力愿景 052

3.4.1 覆盖 053

3.4.2 速率 053

3.4.3 时延 054

3.4.4 连接 055

3.4.5 效率 055

3.4.6 吞吐量 056

3.4.7 移动性 056

3.4.8 计算能力 057

3.5 6G网络的演进展望 058

3.5.1 接入有序融合 059

3.5.2 资源有序编排 061

3.5.3 架构有序演进 064

参考文献 066

第4章 6G网络架构及需求 067

4.1 空天地海一体化通信 068

4.1.1 概述 068

4.1.2 卫星通信 068

4.1.3 UAV通信 075

4.1.4 海洋通信 077

4.1.5 一体化通信 093

4.2 全频谱通信系统 096

4.2.1 概述 096

4.2.2 毫米波通信 098

4.2.3 太赫兹通信 100

4.2.4 可见光通信 102

4.3 通信计算融合网络 103

4.3.1 概述 103

4.3.2 体系架构 104

4.3.3 关键技术 105

4.4 新型网络体系架构 110

4.4.1 信息中心网络架构 111

4.4.2 面向移动计算的网络架构 116

4.4.3 面向服务的网络架构 120

4.4.4 NewIP网络架构 124

4.5 智能内生网络 128

4.5.1 定义和基本框架 128

4.5.2 主要原理和技术 130

4.6 内生安全网络 131

4.6.1 概念与特性 131

4.6.2 内生安全网络架构 132

4.6.3 6G网络内生安全 135

4.7 按需服务网络 137

参考文献 141

第5章 6G潜在传输技术 143

5.1 广义信息论 144

5.1.1 广义通信系统模型 145

5.1.2 广义信源和广义熵 145

5.1.3 Renyi熵 150

5.2 新型信道编码技术 153

5.2.1 LDPC码 153

5.2.2 极化码 164

5.3 非正交多址接入技术 179

5.3.1 概念与分类 180

5.3.2 协作型NOMA方案 182

5.3.3 非协作型NOMA方案 189

5.4 新型Massive MIMO 193

5.4.1 Massive MIMO概念与特征 193

5.4.2 Massive MIMO系统模型 195

5.4.3 Massive MIMO关键技术 199

5.5 毫米波与太赫兹通信 205

5.5.1 毫米波通信系统 206

5.5.2 太赫兹通信系统 211

5.6 同频同时全双工 211

5.6.1 系统结构 212

5.6.2 单节点同频同时全双工通信 213

5.6.3 多节点间同频同时全双工通信 214

5.6.4 双工模式性能比较 215

5.7 可见光通信 216

5.7.1 概念与特点 217

5.7.2 系统组成 217

5.7.3 关键技术 220

参考文献 223

第6章 6G潜在网络技术 231

6.1 软件定义网络 232

6.2 网络功能虚拟化 233

6.3 网络切片 235

6.3.1 端到端网络切片架构 235

6.3.2 端到端网络切片关键技术 237

6.4 确定性网络 242

6.4.1 概念与特征 242

6.4.2 确定性网络架构 244

6.4.3 确定性QoS 的实现机制 246

6.4.4 确定性网络用例 247

6.5 意图驱动网络 248

6.5.1 概念与特征 248

6.5.2 意图驱动网络架构 250

6.5.3 意图驱动网络关键技术 252

6.5.4 意图驱动网络应用 255

6.6 触觉互联网 256

6.6.1 概念与特征 257

6.6.2 触觉互联网网络架构 260

6.6.3 触觉互联网性能指标 261

6.6.4 触觉互联网关键技术 263

6.6.5 触觉互联网应用 266

6.6.6 触觉互联网研究现状和发展趋势 267

6.7 区块链技术 273

6.7.1 概念和特征 273

6.7.2 区块链关键技术架构 275

6.7.3 区块链技术发展趋势 278

6.7.4 区块链在6G中的应用 279

6.8 6G检测与测量 280

6.9 潜在网络技术对6G需求的支持 283

6.9.1 支持至简柔性的6G网络 283

6.9.2 支持跨域融合的6G网络 284

6.9.3 支持内生智能的6G网络 284

参考文献 285

第7章 6G典型应用展望 289

7.1 精准工业控制 290

7.1.1 业务需求 290

7.1.2 场景展望 290

7.2 智能电网 292

7.2.1 业务需求 292

7.2.2 场景展望 292

7.3 汽车自动驾驶 293

7.3.1 业务需求 293

7.3.2 场景展望 295

7.4 全息视频会议 296

7.4.1 业务需求 296

7.4.2 场景展望 296

7.5 远程全息手术 298

7.5.1 业务需求 298

7.5.2 场景展望 298

7.6 远程智能养老 299

7.6.1 业务需求 299

7.6.2 场景展望 300

7.7 沉浸式购物 301

7.7.1 业务需求 301

7.7.2 场景展望 302

7.8 身临其境游戏 304

7.8.1 业务需求 304

7.8.2 场景展望 304

参考文献 306

第8章 全球B5G/6G产业洞察 307

8.1 全球6G研究进展 308

8.1.1 芬兰 308

8.1.2 英国 309

8.1.3 美国 309

8.1.4 日本 310

8.1.5 韩国 310

8.1.6 中国 311

8.2 标准化准备 312

8.2.1 ITU-T 312

8.2.2 3GPP 313

8.2.3 IEEE 314

8.2.4 CCSA 314

8.3 产业准备 316

8.3.1 华为 316

8.3.2 中兴通讯 316

8.3.3 三星电子&LG电子 317

8.3.4 诺基亚 317

8.3.5 NTT DoCoMo 317

参考文献 318

名词索引 319

本书作者所在研究团队于2018年提出了以“人—机—物—灵”融合为特征的6G愿景，并设计了6G演进的真实世界和虚拟世界的双世界架构，引起了信息通信业界的关注。本书基于这个理念，提出了6G的需求及其愿景，首先给出了6G的总体设计思路，阐述了6G引入的“灵”的概念以及“灵”给信息通信带来的挑战，并通过对6G业务愿景、网络愿景、能力愿景以及演进特性的展望，希望为读者描绘一个全景式的6G愿景；然后阐述了能够满足此愿景的6G网络架构与网络需求；接着从传输技术和网络技术两方面介绍并分析了6G的潜在技术，并对6G的典型应用场景给出了展望；后对全球B5G/6G的研究与产业情况进行了综述。

本书适合希望了解6G需求及潜在技术的人士阅读，不仅可作为移动通信行业从业人员和垂直行业相关人员的技术参考书，也可作为高等院校高年级本科生、硕士生和博士生的教材或学习材料。同时，本书对于对未来移动通信感兴趣的人员也具有阅读和参考价值。

张平 中国工程院院士，北京邮电大学教授、博士生导师，主要研究领域为移动通信。 李文?Z 北京邮电大学教授、博士生导师，主要研究领域为无线网络管理与优化、未来网络管理等。 牛凯 北京邮电大学教授、博士生导师，主要研究领域为极化码、5G/6G移动通信、智能信号处理。 乔秀全 北京邮电大学教授、博士生导师，主要研究领域为5G和未来网络应用创新、Web VR/AR、移动边缘计算、物联网服务提供等。 喻鹏 北京邮电大学副教授、博士生导师，主要研究领域为5G/6G无线网络自主管理、智能电网通信网的运维管理。 丰雷 北京邮电大学副教授、硕士生导师，主要研究领域为无线网络智能管理与优化、蜂窝物联网资源分配、5G垂直行业应用等。