6G無線通信新征程：跨越人聯、物聯，邁向萬物智聯（簡體書）
商品資訊
系列名：現代通信網絡技術叢書
ISBN13：9787111688846
出版社：機械工業出版社
作者：(加)童文; (加)朱佩英
譯者：華為翻譯中心
出版日：2021/08/24
裝訂／頁數：平裝／379頁
規格：24cm*17cm (高/寬)
版次：一版
商品簡介
作者簡介
童文
博士，華為無線CTO，華為5G首席科學家，華為Fellow，IEEE Fellow，加拿大工程院院士，曾獲IEEE通信學會傑出行業領袖獎、費森登獎章。
朱佩英
博士，華為無線研究領域高級副總裁，華為Fellow，IEEE Fellow，加拿大工程院院士。
名人/編輯推薦
1. 本書面向全球出版發行，是系統性呈現6G總體願景、應用場景、關鍵性能指標、以及技術創新的著作，也是集科普性和專業性於一體的優秀作品。
2. 本書的兩位編者是華為無線研究領域的領頭人，也是整個移動通信行業技術領袖。本書所有作者都曾深入參與5G的研發和標準制定工作，並且仍在積極參與3GPP 5G和5G Advance的標準化工作。
3. 本書中文版由華為輪值董事長徐直軍作序，IMT-2030（6G）推進組主席王志勤推薦。
序
無線通信的變革必然催生顛覆性的創新技術以及開創性的應用。技術與應用這兩股力量的碰撞便會產生新一代的無線通信技術。移動語音業務與無線數字傳輸的融合印證了這一點。而在移動互聯網的發展進程中，高頻譜效率的無線技術走向IP化，又是一個有力例證。新的5G無線網絡則尋求為海量及超高可靠的鏈路提供無線連接，最終實現萬物互聯，加速千行百業的數字化轉型。 6G無線網絡以5G為基石，志在引領一場無所不及的智能革命。 6G將成為社會的神經網絡，聯接物理世界和數字世界。人工智能（Artificial Intelligence，AI）將推動6G的發展。在這一領域，我們在未來將全面跨越人聯、物聯的藩籬，闊步邁向萬物智聯。換言之，6G無線網絡的目標是將智能帶給每個人、每個家庭、每個企業，從而實現萬物智能。從無線技術的角度來看，我們有機會利用無線電波來感知環境與事物。因此，除了傳輸比特，6G無線網絡還是一張傳感器大網，從物理世界中提取實時知識和大數據。提取的這些信息不僅可以大大增強數據傳輸能力，還能促進各類AI服務的機器學習。超低軌衛星的發展是另一個值得注意的創新點。這些衛星形成龐大的星座，在超近地軌道圍繞地球運行，組成“空中”6G無線網絡。有了這些技術的支持，無線業務與應用覆蓋全球、無處不在，並非超乎想像。這一宏偉願景將對我們的社會和經濟發展產生重大影響。最重要的是，6G無線網絡的搭建也會緊抓通信、計算、材料、算法等技術創新帶來的機遇。當然，這一征程也許長達十年之久，絕非一蹴而就。
在本書中，我們從技術的角度對6G無線網絡的潛在應用、需求以及支撐技術進行了全面的剖析，旨在推動面向6G的系統性研究，分享一些初步研究成果，並進行批判性思考。本書不僅著眼一些前沿的無線業務與技術，還會挖掘6G網絡的需求、能力和應用，並重點探討新空口和新網絡架構。本書是我們研究團隊在6G的定義過程中共同努力的成果。書中展示的工作僅僅是起點，因為創新永無止境。同理，6G的發展終將取決於全球專家的共同努力，因為我們堅信，開放創新和全球統一的標準是6G成功的基礎。就像前幾代無線網絡一樣，6G無線網絡的成功也終將轉化成全球開放生態系統的成功。
無線變革已經持續了四十多年，其影響之深遠，將繼續超越人們的種種預期。憧憬無線的未來，我們既要腳踏實地做實事，又不可妄設邊界束縛其潛力。這正如馬可尼早在1932年的論斷：“給無線設限是危險的。”立足於此，讓我們一同開啟本書的旅程吧！
憧憬6G，共同定義6G
我們預計6G將在2030年左右投向市場，到那時，究竟市場將會迎來什麼樣的6G，這是一個整個產業界要用未來十年時間共同回答的問題。我們能否回答好這個問題，讓消費者滿意，讓行業和企業滿意，讓社會滿意，讓產業界滿意，對整個產業界又是一個新的考驗。
從應用角度看，5G開啟了無線通信以前所未有的深度和廣度融入千行百業的序幕。 5GAA（5G汽車聯盟）、5G-ACIA（5G產業自動化聯盟）等由移動通信行業與垂直行業聯合成立的組織，一方面使5G被定義得能夠適應這些垂直行業的獨特需求；另一方面，隨著商用化的進程，也激發出越來越多5G不能滿足的創新需求，由此催生的5.5G將能夠持續增強，但無疑又將激發出更多新的、需要6G來滿足的創新需求。洞見這些創新需求對6G至關重要，這意味著要讓垂直行業以同樣前所未有的深度和廣度融入6G的定義工作中來。經過數十年的迭代發展，5G技術在滿足和創造消費者需求方面已經達到了相當高的水平，5.5G將進一步把5G核心技術的能力發揮到極致。未來幾年，5.5G的定義與部署以及6G的研究與定義將同時進行，6G能否實現超越、超越多少，考驗的將是整個產業界的想像力和創造力。
從技術角度看，每一代移動通信技術從來都不是孤立存在的，而是需要藉鑑、吸收並與同時代的技術協同發展。走到今天，移動通信無疑是相當成功的，但我們也不要忘記曾經走過的彎路，3G對傳輸技術的選擇經歷了先ATM後轉向IP的周折，4G時代對於IT和CT的融合給予了很大的期待，同樣的期待一直延續到5G時代，但至今尚未達到預期，產業界還在不斷探索。 6G面臨的技術環境更加複雜，雲計算、大數據、人工智能、區塊鏈、邊緣計算、異構計算、內生安全等都將帶來影響。 6G能否做出科學的選擇，借鑒該借鑒的，吸收該吸收的，讓6G因為這些多樣化的技術變得更有價值，而不要只是變得更複雜、更臃腫，需要整個ICT產業界本著科學的精神，持續廣泛和深入地探討，考驗的將是整個產業界的預見力和決斷力。
從產業角度看，6G從研究階段開始，就不得不面對複雜的宏觀環境。經過四十多年從1G到5G的發展，移動通信產業已經相對成熟，早已不再是快速增長的行業，深化合作的規模效應比以往任何時候都更加重要，但地緣政治動盪和去全球化的趨勢正在給產業合作帶來障礙和挑戰。更大的創新是移動通信產業突破發展瓶頸的必由之路，而與此同時，整個社會對技術倫理的關注已上升到前所未有的程度，只有在兩者間取得平衡，移動通信才能更好地造福人類社會。移動通信早已成為人們日常生活和工作不可或缺的組成部分，產業界今天的選擇將影響未來10～20年的發展道路。應對好這些挑戰，讓移動通信產業得以持續健康發展，讓人們能夠持續享受移動通信帶來的便利，考驗的是整個產業界的使命感與政治智慧。
不難看出，定義6G需要產業界付出比定義以往任何一代多得多的努力，突如其來的新冠肺炎疫情也給必需的溝通與合作增添了障礙。從這個意義上講，十年的時間說長也長，說短的確也很短。產業界能否在2030年交出滿意的答卷，很大程度上取決於我們定義6G的過程是否足夠開放，參與定義者是否足夠多元化，溝通是否足夠充分，定義的6G願景是否有足夠的吸引力，等等。這也正是本書的目的所在，華為在持續推動5G商用的同時，也在2017年開始了對6G研究的投資。本書全面闡述了華為關於6G的研究發現，期望我們的分享能夠啟發更多人、更多企業、更多行業，從更廣的維度，更深入地思考6G。華為也願意與產業界以及未來可能需要6G的行業、企業展開廣泛的討論，共同憧憬6G，共同定義6G。
徐直軍
副董事長、輪值董事長
華為技術有限公司
目次
貢獻人員列表
推薦序：憧憬6G，共同定義6G
譯者序
前言
第一部分 簡介
第1章 2030年及以後的移動通信 2
1.1 移動通信的演進 2
1.2 關鍵驅動力 3
1.3 總體願景 8
1.3.1 關鍵技術趨勢 12
1.3.2 典型應用場景 16
1.3.3 關鍵性能指標的預期目標 18
1.4 本書結構 20
參考文獻 21
第二部分 應用場景及目標KPI
第2章 以人為中心的極致沉浸式體驗 24
2.1 極致的沉浸式雲VR 24
2.1.1 傳輸時延要求 25
2.1.2 吞吐率要求 28
2.1.3 極致VR需求總結 28
2.2 觸覺與多感官通信 29
2.2.1 高動態環境下的遠程操控 30
2.2.2 高動態遠程操控的主要要求 31
2.3 裸眼3D全息顯示 31
2.3.1 裸眼3D顯示簡介 32
2.3.2 裸眼3D圖像重建技術 32
2.3.3 分辨率和時延要求 32
2.3.4 裸眼3D顯示的傳輸速率要求 33
參考文獻 33
第3章 感知、定位與成像 35
3.1 高精度定位 35
3.1.1 絕對定位 36
3.1.2 相對定位 37
3.1.3 語義定位 37
3.2 同步成像、製圖與定位 38
3.2.1 同步定位與製圖 38
3.2.2 室內成像與製圖 39
3.2.3 室外成像與製圖 39
3.3 人類感知增強 40
3.3.1 超越人眼：超高分辨率 40
3.3.2 超越人眼：見所未見 41
3.3.3 超越人眼：譜識別 41
3.4 手勢和動作識別 42
3.4.1 非接觸式控制：大動作識別 42
3.4.2 非接觸式控制：微動作識別 43
參考文獻 44
第4章 全功能工業4.0及其演進 45
4.1 未來工廠 46
4.2 動作控制 47
4.3 機器人群組協同 48
4.4 從智能協作機器人到電子人 48
參考文獻 49
第5章 智慧城市與智慧生活 50
5.1 智慧交通 50
5.2 智慧樓宇 51
5.3 智慧醫療 52
5.4 UAV使能智能服務 53
參考文獻 55
第6章 移動服務全球覆蓋 56
6.1 未連接區域的無線寬帶接入 57
6.1.1 偏遠地區的移動寬帶 57
6.1.2 移動平台的無線寬帶 58
6.1.3 應急通信與救災 58
6.2 延伸到未覆蓋地區的廣域物聯網業務 59
6.3 高精度定位與導航 59
6.4 實時地球觀測與保護 60
參考文獻 61
第7章 分佈式機器學習與互聯AI 62
7.1 AI增強的6G業務與運維 63
7.1.1 AI增強的網絡性能 63
7.1.2 AI增強的網絡運維 64
7.2 6G使能的AI業務 64
7.2.1 6G協同智能和實時控制 64
7.2.2 6G實現大規模智能 65
參考文獻 66
第二部分小結 66
第三部分 理論基礎
第8章 原生AI和機器學習的理論基礎 71
8.1 AI基礎理論 71
8.1.1 定義 71
8.1.2 機器學習分類 72
8.1.3 DNN信息論原理 74
8.1.4 DNN實現 76
8.2 分佈式AI理論 77
8.3 動態貝葉斯網絡理論 79
參考文獻 83
第9章 大容量和大連接的理論基礎 85
9.1 電磁信息論 85
9.2 大規模通信理論 88
參考文獻 91
第10章 未來機器類通信的理論基礎 96
10.1 語義通信理論 96
10.2 超分辨率理論 99
參考文獻 101
第11章 高能效系統理論基礎 103
11.1 能量有效的通信與計算理論 103
11.2 綠色AI理論 104
參考文獻 106
第三部分小結 107
第四部分 新元素
第12章 新頻譜 110
12.1 2020年前全球5G頻譜分配 111
12.2 6G頻譜需求 112
12.3 中頻段仍是實現廣覆蓋最經濟的方式 113
12.4 毫米波頻段在6G時代逐漸成熟 115
12.5 太赫茲頻段為感知和通信開闢了新的可能性 117
參考文獻 119
第13章 新信道 121
13.1 6G信道建模新要求 121
13.2 6G信道測量 124
13.2.1 新頻譜下的信道測量 124
13.2.2 新場景的信道測量 126
參考文獻 127
第14章 新材料 129
14.1 矽的發展歷程 129
14.2 異構III-V材料平台 130
14.3 可重構材料 130
14.4 光子晶體 131
14.5 光伏材料與光電探測器 132
14.6 等離子體材料 132
參考文獻 133
第15章 新天線 136
15.1 光電導透鏡天線 136
15.2 反射陣列和發射陣列 137
15.3 超表面 138
15.4 納米光電探測器 139
15.5 片上天線和封裝天線 139
15.6 軌道角動量 140
參考文獻 141
第16章 太赫茲技術 143
16.1 太赫茲器件 143
16.1.1 電子方法 144
16.1.2 混合方法和光子方法 148
16.2 太赫茲系統 148
16.2.1 太赫茲通信系統 149
16.2.2 太赫茲成像和感知系統 150
16.3 挑戰 151
參考文獻 152
第17章 後摩爾定律時代的計算 159
17.1 後摩爾定律時代 159
17.2 神經形態計算 160
17.3 量子計算 161
17.4 新計算架構 162
參考文獻 163
第18章 新終端 165
18.1 未來的移動終端設備 165
18.2 未來的腦機接口 169
18.3 全新的可穿戴設備 171
參考文獻 172
第四部分小結 173
第五部分 6G空口設計使能技術
第19章 智能空口框架 179
19.1 背景與動機 179
19.2 技術現狀 179
19.2.1 NR頻譜利用與能效 180
19.2.2 物理層AI/ML 180
19.2.3 MAC層AI/ML 182
19.3 設計展望和研究方向 182
19.3.1 AI使能個性化空口 183
19.3.2 端到端AI鏈路設計及遺留問題 188
參考文獻 189
第20章 地面與非地面一體化通信 192
20.1 背景與動機 192
20.2 現有方案 193
20.3 設計展望和研究方向 195
20.3.1 一體化多層網絡 195
20.3.2 增強型非地面通信 198
參考文獻 200
第21章 通感一體化 202
21.1 背景與動機 202
21.2 現有方案 203
21.3 設計展望和研究方向 205
21.3.1 ISAC系統設計 205
21.3.2 無線感知設計與算法 209
參考文獻 212
第22章 新型波形和調製方式 215
22.1 背景與動機 215
22.2 現有方案 216
22.2.1 多載波波形 216
22.2.2 單載波波形 221
22.2.3 調製方式 223
22.2.4 感知波形 223
22.3 設計展望和研究方向 224
參考文獻 226
第23章 新型編碼 230
23.1 背景與動機 230
23.2 信道編碼方案 231
23.2.1 背景 231
23.2.2 6G信道編碼的目標KPI 231
23.2.3 6G信道編碼的設計原則 233
23.3 信源信道聯合編碼 236
23.3.1 研究背景 236
23.3.2 基於機器學習的JSCC 237
23.3.3 6G JSCC的設計原則 238
23.4 物理層網絡編碼 239
23.4.1 背景 239
23.4.2 6G物理層網絡編碼的設計原則 240
參考文獻 241
第24章 新型多址接入 247
24.1 背景與動機 247
24.2 現有方案 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 免授權MA 253
24.3 設計展望和研究方向 255
24.3.1 大容量URLLC業務MA 255
24.3.2 極低成本、極低功耗設備MA 255
24.3.3 超大連接MA 256
24.3.4 魯棒波束賦形MA 256
24.3.5 AI輔助MA 257
參考文獻 257
第25章 超大規模MIMO 260
25.1 背景與動機 260
25.2 現有方案 260
25.2.1 FR1上的MIMO技術 261
25.2.2 FR2上的MIMO技術 261
25.2.3 協作式MIMO 262
25.3 新興MIMO技術 264
25.3.1 太赫茲MIMO 264
25.3.2 可重構智能表面 265
25.3.3 超大孔徑天線陣列 266
25.3.4 AI輔助MIMO 267
25.3.5 其他MIMO技術 268
25.4 設計展望和研究方向 271
25.4.1 感知輔助MIMO 271
25.4.2 可控無線信道及網絡拓撲 272
25.4.3 FR2和太赫茲MIMO 273
25.4.4 超大孔徑陣列 274
25.4.5 AI使能MIMO 275
參考文獻 276
第26章 超級側行鏈路與接入鏈路融合通信 283
26.1 背景與動機 283
26.2 現有方案 285
26.3 設計展望和研究方向 286
26.3.1 超級側行鏈路使能技術 286
26.3.2 超級側行鏈路與接入鏈路融合設計 287
參考文獻 288
第五部分小結 289
第六部分 6G網絡架構
設計的新特性
第27章 網絡AI架構技術 295
27.1 背景 295
......
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