随着5G商用部署的稳步推进，6G的研究正在如火如荼地展开。目前业界已经对6G的场景与需求进行了研究与探讨，并初步达成共识，认为6G将实现数字孪生、智能泛在的愿景，在峰值速率、时延、连接密度、可靠性、频谱效率和定位能力等方面将远超5G，给人们的生活和出行带来前所未有的体验。本书为上、下两册，上册共10章。第1章介绍了6G研究的概况，包括发展愿景、驱动力、垂直服务与各国研究现状，第2章介绍了6G用例与性能指标，第3章介绍了6G通信的频谱，第4章介绍了6G面临的挑战与潜在关键技术，第5章介绍了编码、调制与波形，第6～10章介绍了空间资源利用技术，包括OAM、RIS、MIMO、Cell-Free与全息技术。本书对6G潜在关键技术进行了详细介绍，可供在无线通信、计算机科学等相关领域开展6G关键技术研究的学术界、教育界、产业界等相关人员阅读、参考。

主要从事宽带无线通信和下一代网络及信息处理的研究，主要研究方向包括OAM-MIMO、IRS、人工智能技术在通信领域中的应用等。发表SCI/EI论文32篇，其中以第一作者身份发表论文共计18篇。授权专利7项。计算机软件著作权6项。主持/参与科研项目30余项。出版专著2部。

第1章 概述 1
1.1 历史回顾 1
1.1.1 从蒸汽时代到互联网时代 1
1.1.2 1G到5G的发展 2
1.2 6G发展驱动力 5
1.2.1 5G的限制 5
1.2.2 宏观驱动力 6
1.3 6G总体愿景 8
1.4 6G未来垂直服务 9
1.4.1 面向2030年的工业4.0+的服务 9
1.4.2 面向2030年的移动运输服务 10
1.4.3 面向2030年的电子健康服务 11
1.4.4 面向2030年的金融服务 11
1.5 全球6G研究进展 11
1.5.1 6G标准化组织 11
1.5.2 各国进展 13
参考文献 16
第2章 6G用例与指标 18
2.1 6G服务的演进 18
2.2 6G用例 20
2.2.1 全息通信 21
2.2.2 沉浸式XR 22
2.2.3 触觉网络 23
2.2.4 数字孪生 24
2.2.5 工业4.0+ 25
2.2.6 互联机器人自主系统 30
2.2.7 智能运输系统 31
2.2.8 无人机技术 31
2.2.9 新型智慧城市群 32
2.2.10 智能医疗 32
2.2.11 无线脑机交互 33
2.2.12 全球连接和集成网络 33
2.3 6G的指标 34
2.3.1 数据传输速率 36
2.3.2 超低延迟 36
2.3.3 极高的可靠性 37
2.3.4 定位能力 37
2.3.5 覆盖能力 37
2.3.6 频谱效率 38
2.3.7 能量效率 38
2.3.8 计算性能 39
2.3.9 安全能力 39
2.4 小结 40
参考文献 40
第3章 6G全频谱通信 43
3.1 移动通信频谱的演变 43
3.1.1 从1G到5G：移动通信频谱发展 43
3.1.2 全频谱通信驱动力 45
3.2 6G频谱定义与特点 46
3.2.1 6G频谱定义 46
3.2.2 不同频段的特点 48
3.3 6G频谱新用例 52
3.3.1 长距离回程 53
3.3.2 传感网络 53
3.3.3 联合雷达通信应用 54
3.3.4 自动汽车驾驶 55
3.3.5 智能建筑与智能城市 55
3.3.6 无线认知 56
3.3.7 精确定位 56
3.4 6G频谱面临的挑战 57
3.4.1 无线电硬件 57
3.4.2 多频段共存 57
3.4.3 传播损耗 58
3.4.4 频谱管理 59
参考文献 59
第4章 6G面临的主要挑战与使能技术 63
4.1 6G面临的主要挑战 63
4.1.1 高精度信道建模 63
4.1.2 极致性能传输 64
4.1.3 网络全覆盖 65
4.1.4 网络异构约束 66
4.1.5 海量数据通信 67
4.1.6 新频谱利用 67
4.1.7 联合管理 68
4.1.8 低功耗绿色通信 68
4.1.9 数据与通信安全 69
4.1.10 终端能力 69
4.2 6G关键使能技术 69
4.2.1 基础传输技术 70
4.2.2 空间资源利用技术 70
4.2.3 频谱利用技术 72
4.2.4 人工智能辅助的通信 73
4.2.5 应用层技术 74
参考文献 75
第5章 编码、调制与波形 78
5.1 编码 79
5.1.1 Polar码 80
5.1.2 Turbo码 84
5.1.3 LDPC码 87
5.1.4 Spinal码 94
5.1.5 物理层网络编码 95
5.1.6 算法及有关方案 97
5.2 调制 104
5.2.1 6G中的调制 104
5.2.2 索引调制 104
5.2.3 OTFS技术 110
5.2.4 高阶APSK调制 119
5.2.5 过零调制及连续相位调制 121
5.2.6 信号整形 125
5.2.7 降低PAPR 125
5.3 波形设计 125
5.3.1 多载波波形 126
5.3.2 单载波波形 130
5.4 FTN传输技术 137
5.4.1 FTN传输技术的原理 137
5.4.2 6G中的FTN 138
参考文献 141
第6章 OAM 145
6.1 OAM技术的基本原理及发展 146
6.1.1 OAM理论基础 146
6.1.2 OAM技术在无线通信中的发展 148
6.2 OAM波束的产生 151
6.2.1 常规OAM产生方法 151
6.2.2 超表面技术 152
6.2.3 其他生成方法 153
6.3 OAM的接收 154
6.3.1 单点接收法 155
6.3.2 全空域共轴接收法 155
6.3.3 部分接收法 156
6.3.4 其他接收方法 156
6.4 基于UCA的OAM通信系统 157
6.4.1 模型简介 157
6.4.2 信道模型 158
6.4.3 通信系统性能分析 159
6.4.4 非理想条件分析 162
6.5 基于OAM的多模传输与多径传输 164
6.5.1 多模态OAM复用 164
6.5.2 OAM信道的多径效应 164
6.6 OAM技术与其他技术的结合 165
6.6.1 OAM与MIMO结合 165
6.6.2 OAM与OFDM结合 168
6.7 OAM技术面临的挑战 169
6.7.1 非对准情况下OAM的传输 169
6.7.2 OAM发散角的抑制或消除 170
6.7.3 OAM-MIMO的天线拓扑研究 170
6.7.4 OAM模态选择 171
6.7.5 OAM应用场景的选择 171
6.8 小结 172
参考文献 172
第7章 智能超表面 178
7.1 智能超表面简介 178
7.1.1 智能表面基本原理 178
7.1.2 相关概念和名词含义 179
7.2 发展历史和研究现状 183
7.2.1 技术的起源和发展 183
7.2.2 研究项目情况 184
7.2.3 智能超表面各方面研究现状 194
7.2.3 研究意义 202
7.3 智能超表面的分类 202
7.3.1 按照功能划分 202
7.3.2 按照调控划分 207
7.3.3 按照响应参数划分 209
7.4 6G中有前景的应用 209
7.4.1 辅助通信 209
7.4.2 节约成本 213
7.4.3 非通信用途 216
7.4.4 应用实例 218
7.5 智能超表面的硬件实现 220
7.5.1 基本硬件结构 220
7.5.2 信息超材料 222
7.5.3 可调电磁单元的实现 224
7.5.4 控制单元的实现 229
7.5.5 面临的挑战及方向 234
7.6 智能超表面辅助通信 238
7.6.1 信道模型 238
7.6.2 理论性能分析 242
7.6.3 关键算法 250
7.7 RIS与其他技术的结合 254
7.7.1 RIS与NOMA结合 254
7.7.2 RIS与UAV结合 255
7.7.3 RIS与FD结合 258
7.7.4 RIS与THz结合 259
7.7.5 RIS与AI结合 261
7.7.6 智能表面与无线电能传输结合 263
7.7.7 智能表面与定位和传感技术的结合 264
参考文献 266
第8章 MIMO 283
8.1 超大规模MIMO 283
8.1.1 背景 284
8.1.2 硬件与架构问题 285
8.1.3 工作模式 288
8.1.4 一比特量化预编码 290
8.1.5 面临的挑战 292
8.2 超大规模波束成形 294
8.3 超密集MIMO 296
8.3.1 背景 296
8.3.2 分离技术 297
8.3.3 MIMO天线的解耦 298
8.4 透镜MIMO 301
8.4.1 背景 301
8.4.2 使用透镜阵列的波束空间 302
参考文献 306
第9章 无蜂窝大规模MIMO 312
9.1 背景 312
9.2 系统模型 315
9.2.1 上行链路训练 316
9.2.2 下行链路有效载荷数据传输 317
9.2.3 上行链路有效载荷数据传输 318
9.3 性能分析 318
9.3.1 Large-M分析 318
9.3.2 有限M的可达速率 319
9.4 导频分配方案 321
9.4.1 效用式 322
9.4.2 可扩展式 323
9.5 DCC选择 324
9.6 性能比较 325
9.6.1 大规模的衰落模型 325
9.6.2 参数和设置 326
9.6.3 结果和讨论 328
9.7 优势 333
9.8 研究挑战 334
9.8.1 实用的以用户为中心 334
9.8.2 可扩展的功率控制 335
9.8.3 高级分布式SP 335
9.8.4 低成本组件 336
9.8.5 前程信令的量化 336
9.8.6 AP的同步 337
参考文献 337
第10章 全息技术 342
10.1 全息通信 343
10.1.1 全息型通信 343
10.1.2 基于全息通信的扩展现实 344
10.2 6G无线网络的全息MIMO表面 345
10.2.1 HMIMOS设计模型 346
10.2.2 功能、特征和通信应用程序 350
10.2.3 设计挑战与机遇 352
10.2.4 结论 353
10.3 全息MIMO信道的自由度 353
10.4 有源相控阵 355
10.5 全息波束成形 355
10.6 全息光束形成与相控阵比较 358
10.6.1 性能比较 358
10.6.2 成本比较 358
10.6.3 功率比较 359
10.6.4 尺寸和重量比较 359
10.6.5 总结 360
10.7 全息无线电 360
10.7.1 全息无线电的实现 361
10.7.2 全息无线电的信号处理 361
10.8 全息广播 362
10.9 全息定位 363
10.9.1 全息定位的基本极限 363
10.9.2 审查的算法 364
10.9.3 未来方向 364
10.10 关键基础设施 365
参考文献