内容简介
6G将实现通信、感知一体化,延伸人类的多种感知,助力整个世界的数字孪生,并结合人工智能等技术实现智慧泛在、赋能万事万物。感官外延的通信开始步入快车道,全面解放了人类自我的通信感受和体验,最终实现“万物智联、数字孪生”的美好愿景。
本书采用从总体到细节的顺序,提纲挈领地介绍了移动通信工程师需要掌握的6G基本概念和关键技术。从6G和5G的对比中,本书梳理出技术发展的脉络,帮助读者了解技术继承点在哪里,技术突破点在哪里。本书尽量以图表的方式来阐述技术,观点清晰、行文信息密度高。在阐述6G的技术底层原理和演进趋势时,尽量使用通俗易懂、简洁活泼的语言,使读者阅读起来轻松愉快。
本书是6G技术的科普读物,适合移动通信的项目管理者、营销人员、售前支持人员、工程服务人员、管理人员和在校大学生等。本书也可以作为各类院校通信工程、网络工程、物联网工程和计算机等专业的6G技术教材(建议在60学时以上)或参考读物。
目录
前言
第一篇6G总览
第1 章万物智联、性能倍增——6G需求、愿景和指标
1.16G发展的五大驱动力 / 4
1.26G总体愿景 / 7
1.2.1通信需求的五个层次 / 7
1.2.2万物智联、数字孪生的愿景 / 8
1.2.3愿景支撑关键词:一体化、融合、内生、泛在 / 8
1.36G的需求和场景 / 11
1.3.16G的需求特征 / 12
1.3.26G的需求场景 / 18
1.4从5G到6G指标演变 / 20
1.4.1增强5G指标 / 20
1.4.26G新关注的指标 / 23
第2 章既一脉相承,又创新突破——从3GPP协议发展脉络看6G
2.13GPP协议5G/6G版本演进 / 25
2.1.15G第一阶段协议版本主要技术特征 / 26
2.1.25G第二阶段协议版本技术特征 / 27
2.1.36G协议版本的技术趋势 / 31
2.2典型技术3GPP协议版本演进 / 33
2.2.1频率和带宽的演进 / 33
2.2.2调制阶数的演进 / 34
2.2.3MIMO阶数的演进 / 34
2.2.4载波聚合的演进 / 35
2.2.5网络切片能力的增强 / 36
2.2.6网络AI能力的演进 / 37
2.36G协议关键技术特性的突破 / 38
2.3.1空天海地一体 / 38
2.3.2DOICT融合 / 39
2.3.3网络可重构 / 40
2.3.4感知、通信、计算一体化 / 41
2.3.5无线使能技术标准化 / 43
第3 章沉浸智能、通感一体、立体泛在——6G应用场景
3.16G应用方案框架 / 48
3.1.16G基础业务类型 / 48
3.1.2云网、算网融合的端管云架构 / 50
3.1.3行业方案设计思路 / 51
3.2新场景、新应用 / 53
3.2.1极致沉浸式多媒体业务 / 54
3.2.2全功能工业4.0类应用 / 62
3.2.3智能轨道交通应用 / 72
3.2.4感知、定位类应用 / 78
3.2.5通感一体化应用 / 89
3.2.6移动服务全球覆盖 / 101
第二篇6G无线技术
第4 章不适应环境,就改变环境——智能超表面
4.1RIS原理 / 108
4.1.1可重配智能表面 / 108
4.1.2信息超材料 / 110
4.1.3智能超表面的核心特征 / 112
4.2RIS关键技术 / 113
4.2.1RIS硬件结构与调控 / 113
4.2.2RIS基带算法 / 114
4.2.3RIS系统与网络部署 / 123
4.3RIS应用场景 / 133
4.3.1消除覆盖盲区 / 133
4.3.2物理层辅助安全通信 / 133
4.3.3多流传输增强 / 134
4.3.4边缘覆盖增强 / 134
4.3.5大规模D2D通信 / 135
4.3.6物联网中功率和信息同时传输 / 135
4.3.7室内覆盖 / 136
第5 章中低频不足,高频出彩——太赫兹技术
5.1太赫兹频段技术特征 / 138
5.1.1太赫兹频段 / 138
5.1.2太赫兹波的内在特征 / 139
5.1.3太赫兹的大气衰减特性 / 140
5.2太赫兹通信核心技术 / 142
5.2.1太赫兹信号的产生 / 143
5.2.2太赫兹信号的接收 / 144
5.2.3太赫兹天线 / 145
5.3太赫兹技术应用场景 / 149
5.3.1太赫兹通信能力应用 / 149
5.3.2太赫兹探测感知应用 / 153
第6 章地面不足,卫星来补——6G卫星通信系统
6.16G卫星通信的概述 / 158
6.1.1卫星通信和地面蜂窝通信的比较 / 158
6.1.2卫星通信系统的分类 / 159
6.1.36G和卫星通信系统结合 / 160
6.2非地面通信与地面一体化架构 / 161
6.2.1卫星透明转发与再生转发 / 162
6.2.2NTN下的多连接 / 165
6.2.3卫星与6G一体化组网 / 166
6.36G卫星通信关键技术 / 167
6.3.1按需确定性服务 / 167
6.3.2极简接入技术 / 168
6.3.3时序关系增强技术 / 169
6.3.4移动性管理和会话管理 / 170
6.3.5高效天基计算技术 / 171
第三篇6G组网架构
第7 章内生这个,AI那个——6G网络架构技术基础
7.16G网络架构总体变革方向 / 176
7.1.1从单一的网络集中化向网络节点分布化的方向转变 / 177
7.1.2从堆叠增量式设计向智简一体化设计转变 / 179
7.1.3从外挂式设计向内生设计的转变 / 182
7.1.4从网元专用到端到端网络服务化的转变 / 186
7.1.5从人工运维到网络智能自治的转变 / 187
7.2算网一体 / 190
7.2.1算力网络的发展 / 191
7.2.26G算力网络的架构 / 194
7.2.36G算力网络关键技术 / 196
7.36G网络架构使能类技术 / 202
7.3.1可编程网络 / 203
7.3.2轻量化信令方案 / 205
7.3.3确定性数据传输 / 206
7.3.4可信数据服务 / 209
7.3.5语义通信、语义驱动 / 213
7.3.6数字孪生技术 / 216
第8 章独立构建、独立扩展——6G RAN功能服务化架构
8.1RAN功能服务化原理 / 223
8.1.1服务化
前言/序言
写作背景
无线信息的高速公路越拓越宽,上面跑的车也越来越快,而且样式不断翻新。人们对移动通信的需求可以从满足必要通信逐渐发展到满足感官外延、解放自我。这就使得移动通信制式不仅追求在有限的带宽上承载更高速率、更高质量、更丰富的业务,而且还追求功能的灵活定制,架构的可扩展性、兼容性。
5G的概念已经遍及大江南北,每个人都从自己的角度感知着5G。6G的概念已呼之欲出,每个人都从各个角度了解着6G。5G时代,万物互联,信息随心至、万物触手及,实现了人与人、人与物、物与物的全面互联。6G将实现通信感知一体化,延伸人类的多种感知,助力整个世界的数字孪生,并结合人工智能等技术实现智慧泛在,赋能万事万物。感官外延的通信开始步入快车道,全面解放了人类自我的通信感受和体验,最终实现“万物智联、数字孪生”的美好愿景。“天地与我并生,而万物与我为一。”庄子描绘了一个超越了事物时空界限的万物一统的世界。这个美好愿景在6G时代将延伸到工业领域甚至外太空领域。
人工智能、云大物联、安全绿色、区块链、卫星通信等技术的规模应用,迫切地需要搭上6G的快车来释放自己的能量。6G的架构要发生深刻变革。在网络架构变革方面,人们看到的关键词就是“AI”和“内生”:端到端的人工智能,与生俱来的能力一体化是6G网络架构的总特点。
移动网络只用了短短数十年,就在全球广泛使用,构建了全联接的世界;互联网、移动通信网、物联网、工业互联网等各种网络正在快速融合,面向未来,万物互联的智能世界正加速到来。随着6G部署的脚步越来越急促,6G前瞻性的知识,你储备好了吗?面对6G时代广阔的职场空间、无限的商机,6G的技术架构,你掌握好了吗?
写作特点
有志于了解和掌握6G技术的人,可能是对过去的移动技术有一定了解的人,但已有的移动通信知识可以是进一步掌握6G技术的垫脚石,也可以是理解6G技术的障碍。为此,本书在写作过程中,对不同制式的技术进行了大量对比。介绍6G知识点的同时,要回答和其他无线制式,尤其是和5G相比,到底有哪些不同。从5G和6G的对比中,能够梳理出技术发展的脉络,帮助读者了解技术继承点在哪里,技术突破点在哪里,从而让有一定移动知识的读者在比较中学习,使已有的无线知识成为掌握6G技术的桥梁,而不是理解6G的鸿沟。
其次,本书对6G技术的阐述遵循一个原则:文不如表、表不如图。尽量以图表的方式来阐述技术,保证观点清晰、行文信息密度高。用工程师的话说,满满的全是技术干货。即使如此,由于6G的技术庞杂,且关于6G的3GPP标准没有成形,本书没有穷尽6G技术的方方面面,而只是介绍了6G总体概述、无线和架构的关键技术,这些都是6G技术进一步发展的基石,也是6G国际标准最终成形的底层逻辑。
生活中的故事和技术原理在哲理层面上是相通的,只不过技术原理穿上了数学符号、物理定律的外衣,使得它神秘莫测、难以接近。本书在阐述6G的技术原理和技术特点的时候,尽量使用通俗化的语言,总结了很多6G方面的打油诗、行业俗语,使读者阅读起来轻松愉悦。在不知不觉中,你已掌握了6G的精髓。
本书介绍的6G知识点是多数移动通信工作岗位必须了解的6G基础知识。6G的空口协议栈、信令流程、组网规划、优化维护、智能运维等更高阶的知识,由于3GPP关于6G的第一个标准还在路上,读者还需持续关注其进展。
初学6G的人,最忌讳的就是一开始碰到大量的专业术语、复杂的数学公式,就好比一进门,被抡了一闷棍,顿时丧失了走进去的信心。本书采用从总体到细节的顺序提纲挈领地介绍了移动通信工程师需要掌握的6G基本概念和关键技术。本书如同一本纵贯全国的交通地理手册,靠着这个手册,能够方便地找到某个乡镇,但这个乡镇里的小路就得自己熟悉了。本书是从大多数6G从业者学习需求的角度来讲的,是给初学开车(6G这辆时代列车)的人使用的,而不是给设计车的人使用的。
本书结构
本书分为以下三篇。
第一篇是6G的总体概述,是所有有志于从事6G相关岗位的人都应该了解的内容。第1章站在一定的高度俯瞰了6G的需求、愿景和指标。第2章从3GPP协议发展的角度梳理了从5G到6G的技术演进的脉络,以此为基础阐述了6G关键技术特性发展的趋势。第3章介绍了6G的使用场景和典型应用,介绍了6G如何赋能各行各业的应用。
第二篇介绍了6G的无线技术。在5G无线技术的基础上,6G在智能超表面(第4章)、太赫兹技术(第5章)、卫星通信技术(第6章)融合等方面会有明显的突破。
第三篇介绍了6G网络架构的变革技术。第7章介绍了6G网络架构的5个变革方面、算网一体的网络架构以及6个网络架构的使能技术。第8章介绍了6G的无线网络的服务化架构。第9章介绍了内生AI的基础概念以及网络AI的分级演进趋势。第10章介绍了个性化空口的AI架构。6G网络架构是6G技术的基础知识,是从事6G技术岗位的人应该了解的内容。
适合读者
本书是6G技术的科普读物,适合具有一定