本書系統(tǒng)深入地介紹了6G移動通信系統(tǒng)的演進背景、應用場景、性能目標、體系架構、理論原理、關鍵技術、先進算法以及未來發(fā)展趨勢等。內(nèi)容包括5G到6G的演進驅(qū)動力、6G應用場景和性能目標、毫米波通信、太赫茲通信、可見光通信、多址接入、信道編譯碼、隨機接入、大規(guī)模天線、體系架構、空天地海一體化、霧無線網(wǎng)絡、智慧無線通信、智簡無線網(wǎng)絡、內(nèi)生安全、區(qū)塊鏈技術等。
本書可供從事新一代寬帶移動通信研究的大專院校高年級學生、專業(yè)技術人員、管理人員，特別是從事6G通信理論、關鍵技術、算法設計、標準研究和應用開發(fā)的工程人員作為基礎專業(yè)圖書和參考圖書使用。本書也可供學習6G傳輸與組網(wǎng)理論的大專院校相關專業(yè)師生閱讀參考，還可以作為移動通信專業(yè)的教材和學習參考書。
6G移動通信系統(tǒng)理論與技術，系統(tǒng)深入地介紹6G的演進背景、應用場景、性能目標、體系結(jié)構、理論原理、關鍵技術、先進算法以及未來發(fā)展趨勢等。
書中內(nèi)容基于作者團隊多年來在5G和6G等領域深厚的成果積累和研究經(jīng)驗匯集而成，由多名奮斗在6G科研一線的老師撰寫。本書從5G演進到6G的趨勢特點出發(fā)，重點結(jié)合6G的應用愿景和性能目標需求，對相關的無線頻譜、鏈路級關鍵技術和系統(tǒng)級關鍵技術進行了系統(tǒng)介紹。
彭木根
北京郵電大學教授，中國電子學會會士、中國通信學會會士、IEEE Fellow、IET Fellow。長期致力于4G/5G/6G 等移動通信系統(tǒng)的靈巧小基站及智能無線組網(wǎng)理論研究與工程實踐。
第 1章 移動通信系統(tǒng)演進 001
1.1 第五代移動通信系統(tǒng)概述 003
1.1.1 5G性能需求與目標 006
1.1.2 5G體系架構 008
1.1.3 5G關鍵技術 009
1.2 5G演進與愿景 013
1.2.1 全息通信 015
1.2.2 數(shù)字孿生及應用 016
1.2.3 智慧城市及應用 017
1.2.4 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和智能工廠 018
1.2.5 智賦農(nóng)業(yè) 019
1.2.6 超能交通與一體化控制 020
1.2.7 應急通信和無人區(qū)探測 021
1.3 6G性能需求和頻譜規(guī)劃 022
1.3.1 6G多極致性能需求 023
1.3.2 6G技術特征 025
1.3.3 6G頻譜規(guī)劃 026
｜ 1.4 6G體系架構和關鍵技術 028
1.4.1 AI驅(qū)動的空天地海一體化按需網(wǎng)絡 029
1.4.2 物理層關鍵技術 031
1.4.3 邊緣計算和霧計算 040
1.4.4 通信 感知 計算一體化 042
1.4.5 內(nèi)生安全 045
參考文獻 046
第 2章 毫米波通信技術 049
2.1 無線頻譜 050
2.1.1 電磁波譜排列 051
2.1.2 毫米波頻譜 053
2.1.3 毫米波通信優(yōu)勢 053
2.1.4 小結(jié) 054
2.2 毫米波通信特性 055
2.2.1 毫米波傳播特性 055
2.2.2 毫米波信道特性 058
2.2.3 小結(jié) 065
2.3 毫米波通信關鍵技術 066
2.3.1 毫米波大規(guī)模MIMO 066
2.3.2 毫米波混合波束賦形 071
2.3.3 毫米波信道估計技術 077
2.3.4 毫米波通信器件 081
2.3.5 其他關鍵技術 085
2.3.6 小結(jié) 086
2.4 毫米波通信組網(wǎng) 086
2.4.1 毫米波陸地通信 086
2.4.2 毫米波衛(wèi)星通信 089
2.4.3 小結(jié) 091
2.5 毫米波通信標準化 091
2.5.1 IEEE毫米波通信標準化 091
2.5.2 3GPP毫米波通信標準化 093
2.5.3 ITU毫米波通信標準化 093
2.5.4 小結(jié) 095
參考文獻 095
第3章 6G太赫茲與可見光通信 099
3.1 太赫茲與可見光通信概述 101
3.1.1 太赫茲與可見光通信原理 101
3.1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 103
3.1.3 小結(jié) 108
3.2 太赫茲與可見光通信信道特性 109
3.2.1 太赫茲信道建模 109
3.2.2 可見光信道建�！�110
3.2.3 太赫茲與可見光通信關鍵技術 113
3.2.4 小結(jié) 129
3.3 太赫茲與可見光通信組網(wǎng) 130
3.3.1 太赫茲組網(wǎng)及其應用 131
3.3.2 可見光組網(wǎng)及演示平臺 133
3.3.3 小結(jié) 140
3.4 太赫茲與可見光通信發(fā)展趨勢 141
3.4.1 太赫茲通信發(fā)展趨勢 141
3.4.2 可見光產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢 143
3.4.3 小結(jié) 144
3.5 太赫茲與可見光通信標準化 145
3.5.1 太赫茲通信標準化 145
3.5.2 可見光通信標準化 147
3.5.3 小結(jié) 151
參考文獻 151
第4章 6G多址接入與編碼技術 155
4.1 非正交多址接入 157
4.1.1 功率域NOMA 158
4.1.2 稀疏碼分多址SCMA 162
4.1.3 圖樣分割多址PDMA 167
4.1.4 多用戶共享接入MUSA 172
4.1.5 小結(jié) 176
4.2 極化編譯碼 176
4.2.1 基礎知識 177
4.2.2 信道極化 180
4.2.3 極化信道可靠性排序 187
4.2.4 極化碼編碼 189
4.2.5 極化碼譯碼 192
4.2.6 小結(jié) 198
參考文獻 198
第5章 6G隨機接入與大規(guī)模天線 203
5.1 免授權隨機接入 205
5.1.1 隨機接入原理 205
5.1.2 免調(diào)度隨機接入 214
5.1.3 關鍵技術 216
5.1.4 小結(jié) 220
5.2 超大規(guī)模MIMO 221
5.2.1 技術原理 222
5.2.2 小規(guī)模MIMO 227
5.2.3 超大規(guī)模MIMO 234
5.2.4 小結(jié) 241
5.3 信道估計與檢測 242
5.3.1 無線信道概述 242
5.3.2 OFDM原理 246
5.3.3 導頻圖樣設計 249
5.3.4 基于導頻的信道估計方法 252
5.3.5 插值方法 255
5.3.6 基于機器學習算法的信道估計 258
5.3.7 小結(jié) 260
參考文獻 260
第6章 6G無線網(wǎng)絡體系架構 267
6.1 6G空天地海一體化組網(wǎng) 270
6.1.1 標準進展 272
6.1.2 結(jié)構組成 273
6.1.3 移動性關鍵技術 275
6.1.4 協(xié)同覆蓋關鍵技術 278
6.2 6G空間信息網(wǎng)絡 279
6.2.1 衛(wèi)星網(wǎng)絡發(fā)展 281
6.2.2 空間信息網(wǎng)絡功能與特征 288
6.2.3 空間信息網(wǎng)絡關鍵技術 290
6.2.4 空間信息網(wǎng)絡技術挑戰(zhàn) 293
6.2.5 空間信息網(wǎng)絡發(fā)展目標 294
6.2.6 空間信息網(wǎng)絡核心問題 295
6.3 空中無人機組網(wǎng) 296
6.3.1 無人機通信與自組網(wǎng) 298
6.3.2 無人機輔助的無線組網(wǎng) 301
6.3.3 無人機無線組網(wǎng)的應用 306
6.3.4 無人機網(wǎng)絡的覆蓋及切換性能 310
6.4 浮空平臺區(qū)域無線網(wǎng)絡 323
6.4.1 浮空平臺分類 324
6.4.2 浮空平臺網(wǎng)絡架構 326
6.4.3 浮空平臺空間段鏈路 328
6.4.4 浮空平臺關鍵技術 329
6.5 海洋無線組網(wǎng) 329
6.5.1 海洋無線通信組成 331
6.5.2 海洋無線通信技術 334
6.6 無線接入網(wǎng)切片 338
6.6.1 6G無線網(wǎng)絡切片體系結(jié)構 339
6.6.2 關鍵組成元素 342
參考文獻 346
第7章 6G霧無線網(wǎng)絡 349
7.1 霧計算與霧網(wǎng)絡 352
7.1.1 霧網(wǎng)絡結(jié)構 353
7.1.2 霧計算和邊緣計算 355
7.1.3 小結(jié) 356
7.2 霧無線接入網(wǎng) 356
7.2.1 架構 357
7.2.2 關鍵技術 358
7.2.3 挑戰(zhàn) 362
7.2.4 小結(jié) 363
7.3 NOMA和F-RAN 363
7.3.1 NOMA的主要特征 363
7.3.2 基于NOMA的F-RAN體系架構 365
7.3.3 關鍵技術與挑戰(zhàn) 366
7.3.4 小結(jié) 369
7.4 F-RAN的基礎理論與關鍵技術 369
7.4.1 基礎理論 369
7.4.2 F-RAN理論與技術 372
7.4.3 未來展望 375
7.5 F-RAN資源調(diào)配 376
7.5.1 系統(tǒng)模型 377
7.5.2 問題建模和求解方法 381
7.5.3 性能仿真驗證 390
7.6 F-RAN垂直行業(yè)應用 395
7.6.1 F-RAN在不同移動業(yè)務中的應用 395
7.6.2 F-RAN在垂直行業(yè)中的應用 397
7.6.3 小結(jié) 400
參考文獻 400
第8章 6G智慧無線通信 403
8.1 人工智能基本原理 404
8.1.1 認知人工智能 405
8.1.2 機器學習 405
8.1.3 深度學習 405
8.1.4 常見的人工智能學習方法 406
8.1.5 小結(jié) 414
8.2 人工智能在物理層中的應用 415
8.2.1 基于模型驅(qū)動深度學習的多輸入多輸出檢測 416
8.2.2 基于深度學習的信道狀態(tài)信息反饋與重建 417
8.2.3 基于深度學習的自動調(diào)節(jié)識別 419
8.2.4 小結(jié) 420
8.3 人工智能在資源調(diào)配中的應用 420
8.3.1 基于資源塊Q-Learning的物聯(lián)網(wǎng)資源調(diào)配 420
8.3.2 基于深度學習的分布式天線系統(tǒng)中的功率分配方法 422
8.3.3 小結(jié) 426
8.4 人工智能在網(wǎng)絡結(jié)構中的應用 426
8.4.1 實時智能邊緣 427
8.4.2 智能無線通信 429
8.4.3 分布式/集中式AI網(wǎng)絡架構 429
8.4.4 小結(jié) 430
8.5 人工智能在網(wǎng)絡管理中的應用 431
8.5.1 故障管理（根因分析） 432
8.5.2 網(wǎng)絡運行（基于AI的能量優(yōu)化） 433
8.5.3 網(wǎng)絡運行（調(diào)度） 433
8.5.4 網(wǎng)絡規(guī)劃 434
8.5.5 小結(jié) 435
8.6 人工智能在業(yè)務層面的應用 435
8.6.1 流量管理 435
8.6.2 業(yè)務推送 438
8.6.3 小結(jié) 439
8.7 AI驅(qū)動的霧無線網(wǎng)絡 440
8.7.1 AI-FRAN組網(wǎng)基本原理 441
8.7.2 AI-FRAN的性能分析 444
8.7.3 AI-FRAN關鍵技術 444
8.7.4 未來挑戰(zhàn) 446
參考文獻 447
第9章 6G智簡無線網(wǎng)絡 453
9.1 智簡無線網(wǎng)絡功能組成 455
9.1.1 廣域無縫通信 456
9.1.2 巨容量高保真通信 457
9.1.3 超可靠低時延通信 458
9.1.4 巨連接極低功耗機器類通信 459
9.2 意圖驅(qū)動的智簡無線網(wǎng)絡 460
9.2.1 意圖驅(qū)動的網(wǎng)絡架構 462
9.2.2 意圖驅(qū)動的AI組成 464
9.3 智簡無線網(wǎng)絡理論與技術 466
9.3.1 智簡無線網(wǎng)絡信息理論 467
9.3.2 AI使能的無線傳輸技術 469
9.3.3 云邊協(xié)同的霧無線組網(wǎng)技術 470
9.3.4 多維資源智能調(diào)配技術 472
9.3.5 AI使能的移動性管理技術 473
9.4 智簡6G應用展望 474
9.4.1 無人機應急通信 474
9.4.2 海洋通信 475
9.4.3 全息高清視頻通信 475
9.4.4 VR/AR演進 476
9.4.5 工廠內(nèi)智能通信 476
9.4.6 增強型車聯(lián)網(wǎng) 476
參考文獻 477
第 10章 6G內(nèi)生安全與區(qū)塊鏈 479
10.1 6G內(nèi)生安全 481
10.1.1 面向無線網(wǎng)絡切片的身份認證 482
10.1.2 面向無線網(wǎng)絡切片的安全增強 483
10.1.3 面向無線網(wǎng)絡切片的安全監(jiān)控 485
10.2 區(qū)塊鏈概述 485
10.2.1 區(qū)塊鏈架構模型 486
10.2.2 區(qū)塊鏈特征 487
10.2.3 交易和區(qū)塊 488
10.2.4 準入機制 490
10.2.5 共識機制 491
10.2.6 區(qū)塊激勵 491
10.2.7 智能合約 492
10.2.8 密碼學 493
10.2.9 數(shù)據(jù)結(jié)構 494
10.3 6G區(qū)塊鏈 495
10.3.1 6G霧計算中的區(qū)塊鏈 496
10.3.2 6G智能網(wǎng)絡中的區(qū)塊鏈 499
10.3.3 基于區(qū)塊鏈技術的頻譜共享 500
10.3.4 區(qū)塊鏈使能的網(wǎng)絡切片 501
10.3.5 區(qū)塊鏈使能的終端直通 503
10.4 區(qū)塊鏈行業(yè)應用 503
10.4.1 區(qū)塊鏈行業(yè)應用總體現(xiàn)狀 504
10.4.2 區(qū)塊鏈重點領域行業(yè)應用發(fā)展現(xiàn)狀 505
10.4.3 區(qū)塊鏈行業(yè)應用面臨的問題 507
10.5 6G區(qū)塊鏈共識算法的開銷分析 509
10.5.1 網(wǎng)絡模型以及共識流程 509
10.5.2 共識開銷分析 512
10.5.3 仿真與性能分析 519
參考文獻 524
名詞索引 527
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