描述
开 本: 16开纸 张: 胶版纸包 装: 平装-胶订是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787111688846丛书名: 现代通信网络技术丛书
- 面向全球出版发行，是系统性呈现6G总体愿景、应用场景、关键性能指标、以及技术创新的著作，也是集科普性和专业性于一体的优秀作品。
- 本书的两位编者是华为无线研究领域的领头人，也是整个移动通信行业技术领袖。本书所有作者都曾深入参与5G的研发和标准制定工作，并且仍在积极参与3GPP 5G和5G Advance的标准化工作。
- 本书中文版由华为轮值董事长徐直军作序，IMT-2030（6G）推进组主席王志勤推荐。
本书是本关于6G无线网络的系统性著作，展现了万物智能时代的6G总体愿景，阐述了6G的驱动因素、关键能力、应用场景、关键性能指标，以及相关的技术创新。6G创新包含以人为中心的沉浸式通信、感知、定位、成像、分布式机器学习、互联AI、基于智慧联接的后工业4.0、智慧城市与智慧生活，以及用于3D全球无线覆盖的超级星座卫星等技术。本书还介绍了新的空口和组网技术、通信感知一体化技术，以及地面与非地面一体化网络技术，并探讨了用以实现互联AI、以用户为中心的网络、原生可信等功能的新型网络架构。本书可作为学术界和业内人士在B5G移动通信（Beyond 5G）方面的基础书目。
贡献人员列表
推荐序：憧憬6G，共同定义6G
译者序
前言
部分简介
第1章2030年及以后的移动通信 2
1.1移动通信的演进 2
1.2关键驱动力 3
1.3总体愿景 8
1.3.1关键技术趋势 12
1.3.2典型应用场景 16
1.3.3关键性能指标的预期目标 18
1.4本书结构 20
参考文献 21
第二部分应用场景及目标KPI
第2章以人为中心的极致沉浸式体验 24
2.1极致的沉浸式云VR 24
2.1.1传输时延要求 25
2.1.2吞吐率要求 28
2.1.3极致VR需求总结 28
2.2触觉与多感官通信 29
2.2.1高动态环境下的远程操控 30
2.2.2高动态远程操控的主要要求 31
2.3裸眼3D全息显示 31
2.3.1裸眼3D显示简介 32
2.3.2裸眼3D图像重建技术 32
2.3.3分辨率和时延要求 32
2.3.4裸眼3D显示的传输速率要求 33
参考文献 33
第3章感知、定位与成像 35
3.1高精度定位 35
3.1.1定位 36
3.1.2相对定位 37
3.1.3语义定位 37
3.2同步成像、制图与定位 38
3.2.1同步定位与制图 38
3.2.2室内成像与制图 39
3.2.3室外成像与制图 39
3.3人类感知增强 40
3.3.1超越人眼：超高分辨率 40
3.3.2超越人眼：见所未见 41
3.3.3超越人眼：谱识别 41
3.4手势和动作识别 42
3.4.1非接触式控制：大动作识别 42
3.4.2非接触式控制：微动作识别 43
参考文献 44
第4章全功能工业4.0及其演进 45
4.1未来工厂 46
4.2动作控制 47
4.3机器人群组协同 48
4.4从智能协作机器人到电子人 48
参考文献 49
第5章智慧城市与智慧生活 50
5.1智慧交通 50
5.2智慧楼宇 51
5.3智慧医疗 52
5.4UAV使能智能服务 53
参考文献 55
第6章移动服务全球覆盖 56
6.1未连接区域的无线宽带接入 57
6.1.1偏远地区的移动宽带 57
6.1.2移动平台的无线宽带 58
6.1.3应急通信与救灾 58
6.2延伸到未覆盖地区的广域物联网业务 59
6.3高精度定位与导航 59
6.4实时地球观测与保护 60
参考文献 61
第7章分布式机器学习与互联AI 62
7.1AI增强的6G业务与运维 63
7.1.1AI增强的网络性能 63
7.1.2AI增强的网络运维 64
7.26G使能的AI业务 64
7.2.16G协同智能和实时控制 64
7.2.26G实现大规模智能 65
参考文献 66
第二部分小结 66
第三部分理论基础
第8章原生AI和机器学习的理论基础 71
8.1AI基础理论 71
8.1.1定义 71
8.1.2机器学习分类 72
8.1.3DNN信息论原理 74
8.1.4DNN实现 76
8.2分布式AI理论 77
8.3动态贝叶斯网络理论 79
参考文献 83
第9章大容量和大连接的理论基础 85
9.1电磁信息论 85
9.2大规模通信理论 88
参考文献 91
第10章未来机器类通信的理论基础 96
10.1语义通信理论 96
10.2超分辨率理论 99
参考文献 101
第11章高能效系统理论基础 103
11.1能量有效的通信与计算理论 103
11.2绿色AI理论 104
参考文献 106
第三部分小结 107
第四部分新元素
第12章新频谱 110
12.12020年前全球5G频谱分配 111
12.26G频谱需求 112
12.3中频段仍是实现广覆盖经济的方式 113
12.4毫米波频段在6G时代逐渐成熟 115
12.5太赫兹频段为感知和通信开辟了新的可能性 117
参考文献 119
第13章新信道 121
13.16G信道建模新要求 121
13.26G信道测量 124
13.2.1新频谱下的信道测量 124
13.2.2新场景的信道测量 126
参考文献 127
第14章新材料 129
14.1硅的发展历程 129
14.2异构III-V材料平台 130
14.3可重构材料 130
14.4光子晶体 131
14.5光伏材料与光电探测器 132
14.6等离子体材料 132
参考文献 133
第15章新天线 136
15.1光电导透镜天线 136
15.2反射阵列和发射阵列 137
15.3超表面 138
15.4纳米光电探测器 139
15.5片上天线和封装天线 139
15.6轨道角动量 140
参考文献 141
第16章太赫兹技术 143
16.1太赫兹器件 143
16.1.1电子方法 144
16.1.2混合方法和光子方法 148
16.2太赫兹系统 148
16.2.1太赫兹通信系统 149
16.2.2太赫兹成像和感知系统 150
16.3挑战 151
参考文献 152
第17章后摩尔定律时代的计算 159
17.1后摩尔定律时代 159
17.2神经形态计算 160
17.3量子计算 161
17.4新计算架构 162
参考文献 163
第18章新终端 165
18.1未来的移动终端设备 165
18.2未来的脑机接口 169
18.3全新的可穿戴设备 171
参考文献 172
第四部分小结 173
第五部分6G空口设计使能技术
第19章智能空口框架 179
19.1背景与动机 179
19.2技术现状 179
19.2.1NR频谱利用与能效 180
19.2.2物理层AI/ML 180
19.2.3MAC层AI/ML 182
19.3设计展望和研究方向 182
19.3.1AI使能个性化空口 183
19.3.2端到端AI链路设计及遗留问题 188
参考文献 189
第20章地面与非地面一体化通信 192
20.1背景与动机 192
20.2现有方案 193
20.3设计展望和研究方向 195
20.3.1一体化多层网络 195
20.3.2增强型非地面通信 198
参考文献 200
第21章通感一体化 202
21.1背景与动机 202
21.2现有方案 203
21.3设计展望和研究方向 205
21.3.1ISAC系统设计 205
21.3.2无线感知设计与算法 209
参考文献 212
第22章新型波形和调制方式 215
22.1背景与动机 215
22.2现有方案 216
22.2.1多载波波形 216
22.2.2单载波波形 221
22.2.3调制方式 223
22.2.4感知波形 223
22.3设计展望和研究方向 224
参考文献 226
第23章新型编码 230
23.1背景与动机 230
23.2信道编码方案 231
23.2.1背景 231
23.2.26G信道编码的目标KPI 231
23.2.36G信道编码的设计原则 233
23.3信源信道联合编码 236
23.3.1研究背景 236
23.3.2基于机器学习的JSCC 237
23.3.36G JSCC的设计原则 238
23.4物理层网络编码 239
23.4.1背景 239
23.4.26G物理层网络编码的设计原则 240
参考文献 241
第24章新型多址接入 247
24.1背景与动机 247
24.2现有方案 248
24.2.1正交多址接入 248
24.2.2非正交多址接入 249
24.2.3免授权MA 253
24.3设计展望和研究方向 255
24.3.1大容量URLLC业务MA 255
24.3.2极低成本、极低功耗设备MA 255
24.3.3超大连接MA 256
24.3.4鲁棒波束赋形MA 256
24.3.5AI辅助MA 257
参考文献 257
第25章超大规模MIMO 260
25.1背景与动机 260
25.2现有方案 260
25.2.1FR1上的MIMO技术 261
25.2.2FR2上的MIMO技术 261
25.2.3协作式MIMO 262
25.3新兴MIMO技术 264
25.3.1太赫兹MIMO 264
25.3.2可重构智能表面 265
25.3.3超大孔径天线阵列 266
25.3.4AI辅助MIMO 267
25.3.5其他MIMO技术 268
25.4设计展望和研究方向 271
25.4.1感知辅助MIMO 271
25.4.2可控无线信道及网络拓扑 272
25.4.3FR2和太赫兹MIMO 273
25.4.4超大孔径阵列 274
25.4.5AI使能MIMO 275
参考文献 276
第26章超级侧行链路与接入链路融合通信 283
26.1背景与动机 283
26.2现有方案 285
26.3设计展望和研究方向 286
26.3.1超级侧行链路使能技术 286
26.3.2超级侧行链路与接入链路融合设计 287
参考文献 288
第五部分小结 289
第六部分6G网络架构
设计的新特性
第27章网络AI架构技术 295
27.1背景 295
27.2设计要点和原则 296
27.2.1关键需求 296
27.2.2关键挑战 297
27.3架构特点 297
27.3.1整体设计范围 297
27.3.2面向任务的通信 299
27.3.3边缘计算与通信的深度融合 301
27.3.4AI业务运营管理 302
参考文献 303
第28章以用户为中心的架构技术 304
28.1背景 304
28.2设计要点和原则 305
28.2.1吸取现有网络的经验教训 305
28.2.2关键要求 306
28.3架构特点 309
28.3.1以用户为中心设计的去中心化架构 309
28.3.2物理世界和数字世界的融合 311
28.3.3数字资产管理 313
参考文献 314
第29章原生可信 315
29.1可信的背景 315
29.1.1从哲学到社会 315
29.1.2从社会到产业 315
29.2复杂的通信可信 316
29.3可信设计规则 318
29.3.1原则 318
29.3.2目标 319
29.4可信技术 320
29.4.1多模信任模型 320
29.4.2分布式账本技术 321
29.4.3后量子加密 323
29.4.4自主安全 323
参考文献 324
第30章数据治理架构技术 327
30.1背景 327
30.2设计要点和原则 327
30.3架构特点 329
30.3.1独立数据面 329
30.3.2数据治理的多方角色 330
30.3.3数据资源 330
30.3.4数据收集 331
30.3.5数据分析 331
30.3.6数据脱敏 332
参考文献 333
第31章多方协作生态系统架构技术 334
31.1背景 334
31.2设计要点和原则 335
31.3架构特点 336
31.3.1分布式账本技术 336
31.3.2多方协作平台 338
31.3.3身份管理 338
31.3.4数据管理 339
31.3.5网络控制 341
31.3.6运营与业务支撑 342
参考文献 343
第32章非地面网络融合架构技术 344
32.1背景 344
32.2设计要点和原则 346
32.2.1卫星星座 347
32.2.2全球范围低时延 348
32.2.3连接配置 348
32.2.4多业务能力 349
32.3架构特点 349
32.3.1时延 349
32.3.2连接模型 354
32.3.3空间路由 355
32.3.4运行、管理和维护 356
参考文献 357
第六部分小结 357
第七部分总结和未来工作
第33章6G生态系统及路线图 360
33.16G研究项目与生态 360
33.1.1ITU-R工作 360
33.1.2区域活动 360
33.1.3业界和学术界观点 362
33.2面向2030年的路线图 364
参考文献 365
术语表 368
无线通信的变革必然催生颠覆性的创新技术以及开创性的应用。技术与应用这两股力量的碰撞便会产生新一代的无线通信技术。移动语音业务与无线数字传输的融合印证了这一点。而在移动互联网的发展进程中，高频谱效率的无线技术走向IP化，又是一个有力例证。新的5G无线网络则寻求为海量及超高可靠的链路提供无线连接，终实现万物互联，加速千行百业的数字化转型。6G无线网络以5G为基石，志在引领一场无所不及的智能革命。6G将成为社会的神经网络，联接物理世界和数字世界。人工智能（Artificial Intelligence，AI）将推动6G的发展。在这一领域，我们在未来将全面跨越人联、物联的藩篱，阔步迈向万物智联。换言之，6G无线网络的目标是将智能带给每个人、每个家庭、每个企业，从而实现万物智能。从无线技术的角度来看，我们有机会利用无线电波来感知环境与事物。因此，除了传输比特，6G无线网络还是一张传感器大网，从物理世界中提取实时知识和大数据。提取的这些信息不仅可以大大增强数据传输能力，还能促进各类AI服务的机器学习。超低轨卫星的发展是另一个值得注意的创新点。这些卫星形成庞大的星座，在超近地轨道围绕地球运行，组成“空中”6G无线网络。有了这些技术的支持，无线业务与应用覆盖全球、无处不在，并非超乎想象。这一宏伟愿景将对我们的社会和经济发展产生重大影响。重要的是，6G无线网络的搭建也会紧抓通信、计算、材料、算法等技术创新带来的机遇。当然，这一征程也许长达十年之久，绝非一蹴而就。
在本书中，我们从技术的角度对6G无线网络的潜在应用、需求以及支撑技术进行了全面的剖析，旨在推动面向6G的系统性研究，分享一些初步研究成果，并进行批判性思考。本书不仅着眼一些前沿的无线业务与技术，还会挖掘6G网络的需求、能力和应用，并重点探讨新空口和新网络架构。本书是我们研究团队在6G的定义过程中共同努力的成果。书中展示的工作仅仅是起点，因为创新永无止境。同理，6G的发展终将取决于全球专家的共同努力，因为我们坚信，开放创新和全球统一的标准是6G成功的基础。就像前几代无线网络一样，6G无线网络的成功也终将转化成全球开放生态系统的成功。
无线变革已经持续了四十多年，其影响之深远，将继续超越人们的种种预期。憧憬无线的未来，我们既要脚踏实地做实事，又不可妄设边界束缚其潜力。这正如马可尼早在1932年的论断：“给无线设限是危险的。”立足于此，让我们一同开启本书的旅程吧！
推荐序
憧憬6G，共同定义6G
我们预计6G将在2030年左右投向市场，到那时，究竟市场将会迎来什么样的6G，这是一个整个产业界要用未来十年时间共同回答的问题。我们能否回答好这个问题，让消费者满意，让行业和企业满意，让社会满意，让产业界满意，对整个产业界又是一个新的考验。
从应用角度看，5G开启了无线通信以前所未有的深度和广度融入千行百业的序幕。5GAA（5G汽车联盟）、5G-ACIA（5G产业自动化联盟）等由移动通信行业与垂直行业联合成立的组织，一方面使5G被定义得能够适应这些垂直行业的独特需求；另一方面，随着商用化的进程，也激发出越来越多5G不能满足的创新需求，由此催生的5.5G将能够持续增强，但无疑又将激发出更多新的、需要6G来满足的创新需求。洞见这些创新需求对6G至关重要，这意味着要让垂直行业以同样前所未有的深度和广度融入6G的定义工作中来。经过数十年的迭代发展，5G技术在满足和创造消费者需求方面已经达到了相当高的水平，5.5G将进一步把5G核心技术的能力发挥到极致。未来几年，5.5G的定义与部署以及6G的研究与定义将同时进行，6G能否实现超越、超越多少，考验的将是整个产业界的想象力和创造力。
从技术角度看，每一代移动通信技术从来都不是孤立存在的，而是需要借鉴、吸收并与同时代的技术协同发展。走到今天，移动通信无疑是相当成功的，但我们也不要忘记曾经走过的弯路，3G对传输技术的选择经历了先ATM后转向IP的周折，4G时代对于IT和CT的融合给予了很大的期待，同样的期待一直延续到5G时代，但至今尚未达到预期，产业界还在不断探索。6G面临的技术环境更加复杂，云计算、大数据、人工智能、区块链、边缘计算、异构计算、内生安全等都将带来影响。6G能否做出科学的选择，借鉴该借鉴的，吸收该吸收的，让6G因为这些多样化的技术变得更有价值，而不要只是变得更复杂、更臃肿，需要整个ICT产业界本着科学的精神，持续广泛和深入地探讨，考验的将是整个产业界的预见力和决断力。
从产业角度看，6G从研究阶段开始，就不得不面对复杂的宏观环境。经过四十多年从1G到5G的发展，移动通信产业已经相对成熟，早已不再是快速增长的行业，深化合作的规模效应比以往任何时候都更加重要，但地缘政治动荡和去全球化的趋势正在给产业合作带来障碍和挑战。更大的创新是移动通信产业突破发展瓶颈的必由之路，而与此同时，整个社会对技术伦理的关注已上升到前所未有的程度，只有在两者间取得平衡，移动通信才能更好地造福人类社会。移动通信早已成为人们日常生活和工作不可或缺的组成部分，产业界今天的选择将影响未来10～20年的发展道路。应对好这些挑战，让移动通信产业得以持续健康发展，让人们能够持续享受移动通信带来的便利，考验的是整个产业界的使命感与政治智慧。
不难看出，定义6G需要产业界付出比定义以往任何一代多得多的努力，突如其来的新冠肺炎疫情也给必需的沟通与合作增添了障碍。从这个意义上讲，十年的时间说长也长，说短的确也很短。产业界能否在2030年交出满意的答卷，很大程度上取决于我们定义6G的过程是否足够开放，参与定义者是否足够多元化，沟通是否足够充分，定义的6G愿景是否有足够的吸引力，等等。这也正是本书的目的所在，华为在持续推动5G商用的同时，也在2017年开始了对6G研究的投资。本书全面阐述了华为关于6G的研究发现，期望我们的分享能够启发更多人、更多企业、更多行业，从更广的维度，更深入地思考6G。华为也愿意与产业界以及未来可能需要6G的行业、企业展开广泛的讨论，共同憧憬6G，共同定义6G。
徐直军
副董事长、轮值董事长
华为技术有限公司
译者序
6G真的来了吗？
这是我收到本书翻译邀约时，脑海里首先迸出的疑问。书中提到不远的未来，人们可以乘坐自动驾驶汽车或飞行汽车出行，不论身在何处都可以约上一众好友在虚拟环境中踢足球，旅游时还可以享受机器人导游的贴心服务，一回到家人工智能又像管家般无微不至、让人倍感轻松。乍看起来，这些场景像极了科幻电影中天马行空的想象。但随着翻译工作的进行，我了解了背后支撑这些场景的6G相关技术。本书展示的6G及其原生的人工智能、感知、定位与成像等技术，以及对各项技术的关键性能指标的具体讨论，让这一切变得真实而触手可及，仿佛万物智联的未来世界近在眼前。
本书可称为6G的开山之作。本书的两位编者，童文博士和朱佩英博士，是华为无线研究领域的领头人，也是整个移动通信行业当之无愧的技术领袖。基于两位编者的设计，本书全面介绍了6G万物智联时代的一系列创新使能技术，描绘了6G网络在未来工业、城市与日常生活等方面的应用，并结合生动的场景实例，勾勒出一幅物理世界与数字世界融洽共生、人类与科技和谐共存，以及高度可持续发展的未来社会图景。
本书的翻译工作是由华为翻译中心多位译员共同努力完成的。全书由曾云辉、徐海燕、刘顺义、王艺涵、张威武五位译员合作翻译完成，徐海燕女士提供了术语和翻译风格约定，另有多位译员参与了本书译稿的审校工作。衷心感谢所有参与本书翻译工作的华为翻译中心同人，尽管日常工作繁重，他们仍对本书的翻译工作提供了倾力支持。
尤为重要的是，两位编者以及华为6G研究团队多位专家对译稿涉及的技术点进行了耐心细致的审阅斧正，在内容上为本书的翻译提供了强有力的专业保障。同时，本书的顺利付梓离不开编辑朱捷先生的悉心审阅和指导。然而，由于译者水平和时间有限，本书的翻译肯定存在不足，我们诚恳地接受广大读者的批评指正，并希望在日后的版本中予以更新。
作为译者，我们是幸运的！在翻译过程中，我们有幸与华为技术专家童文博士和朱佩英博士建立“连接”并互动，又从公司6G研究团队的内容检视和技术澄清中获益良多。作为译者，我们是自豪的！借由翻译本书，我们不仅有机会向业界同行展示华为的6G理念与构想，更让广大消费者对华为在手机终端之外的通信领域所做的努力、所持的追求得窥一斑。作为译者，我们是满怀信心的！我们相信，书中描绘的由6G驱动的万物智联世界，在我辈通信人的不懈努力下，一定会早日实现！
6G研究正拉开序幕，新的时代已悄然开启。让我们并肩前行，共同迎接这一壮阔美好的新世界！
曾云辉
华为翻译中心
徐直军 华为技术有限公司副董事长、轮值董事长
王志勤 中国信息通信研究院副院长、中国IMT-2030（6G）推进组组长
Rahim Tafazolli 英国萨里大学通信系统研究所主任
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