6G重塑世界

5G與雲計算、大數據、人工智能和物聯網等技術的結合正在加速整個社會的數字化轉型，推動著整個社會走向數字孿生。本書提出面向2030年的“數字孿生”和“智慧泛在”的社會發展願景，闡述在該社會形態下的移動通信應用場景，包括通感互聯、交互式全息、智能交互、超能交通、精 準醫療、孿生工/農業等，並以此推導出在這些典型應用場景下的通信需求，總結出6G移動通信網絡端到端的技術需求指標。圍繞6G需求指標，詳細對比分析了5G及其演進系統在技術指標上的差距，以及為了滿足這些技術指標可能採納的關鍵技術，介紹技術原理、發展現狀、未來發展方向和麵臨的挑戰。最後，提煉出未來6G網絡所需要具備的按需服務、柔性、智慧內生、數字孿生和安全內生等特徵，並給出了“3層4面”的邏輯網絡架構建議。

本書可作為5G、6G研發人員的參考書，高校研究生的啟蒙教材，也可作為企業佈局未來與移動通信相關業務的參考著作。

刘光毅

博士，教授级高 级工程师，现任中国移动通信集团有限公司专家，中国移动通信有限公司研究院专家、6G总监，中国移动通信集团有限公司技术咨询委员会无线领域专家组副组长，毫米波与太赫兹产业联盟副理事长，北京通信学会理事。

黄宇红

教授级高 级工程师，现任中国移动通信有限公司研究院副院长，NGMN董事会成员，并负责TD-LTE发展倡议（GTI）工作，先后负责中国移动GSM900/1800双频网络、GPRS、CMNet、IP专网、WLAN、3G、4G TD-LTE的技术研究、策略研究、规范制订和试验测试等重大项目的技术工作以及LTE后续演进及5G的新技术研究和标准化工作。获得省部级以上奖项25项。

崔春风

博士，中国移动通信有限公司研究院未来移动通信技术研究所所长，从事3G／4G／5G／6G移动通信新技术研究与标准化工作，主要聚焦在中国移动无线网络技术路线及演进策略的研究与制订，无线新技术及创新融合技术的创新方案研究、评估、原型验证和标准化推动，参与ITU-R、3GPP、NGMN、IEEE、O-RAN、CCSA、IMT-Advanced推进组、IMT-2030研究组、未来移动通信论坛等国内外标准及行业组织，现兼任IMT-2030研究组需求组副组长，曾兼任IMT-Advanced推进组需求组组长、未来移动通信论坛需求组组长、CCSA TC5 WG6工作组副组长

王启星

博士，现任中国移动通信有限公司研究院未来移动通信技术研究所副所长，自2008年开始先后参与4G、5G和6G的前沿技术研究和国际标准化工作，研究方向为超大规模天线、新型调制与编码、电磁超材料、可见光等，申请专利200余件，2018年获得中国通信学会科学技术奖一等奖和中国通信标准化协会科学技术奖二等奖。

第 1章 移動通信發展概述 001

1.1　移動通信技術的特點與面臨的挑戰　002

1.2　移動通信系統的發展歷程　003

1.2.1　語音通信的時代　005

1.2.2　移動數據的萌芽　007

1.2.3　4G改變生活　009

1.2.4　5G改變社會　013

1.2.5　6G的出現　018

1.3　本章小結　023

參考文獻　024

第　2章 5G加速社會的數字化轉型　025

2.1　社會經濟的數字化發展趨勢　026

2.2　5G的全新能力　028

2.2.1　全新空口能力　028

2.2.2　服務化和網絡切片　030

2.2.3　移動邊緣計算　032

2.2.4　能力開放　034

2.3　5G賦能垂直行業　034

2.3.1　5G與垂直行業結合面臨的挑戰　036

2.3.2　5G服務於垂直行業的模式　037

2.3.3　打造5G的能力開放平臺和應用平臺　039

2.3.4　5G改變社會：全連接的世界　040

2.4　本章小結　041

參考文獻　041

第3章　移動通信發展推動社會走向數字孿生　043

3.1　數字孿生　044

3.1.1　概念的提出　046

3.1.2　數字孿生的應用　050

3.2　社會發展的下一階段：數字孿生世界　055

3.3　本章小結　058

參考文獻　058

第4章　2030+願景與需求暢想　061

4.1　2030+生活暢想　062

4.2　6G願景：數字孿生，智慧泛在　073

4.3　6G應用新場景與新業務　075

4.3.1　智享生活　076

4.3.2　智賦生產　080

4.3.3　智煥社會　082

4.4　2030年業務和應用發展趨勢及網絡技術需求指標　085

4.5　本章小結　087

參考文獻　088

第5章　全息投影　089

5.1　過程原理分類　090

5.1.1　傳統光學全息　090

5.1.2　數字全息　091

5.1.3　計算全息　092

5.2　全息應用場景及關鍵技術　093

5.3　呈現方式分類　093

5.3.1　蒸汽投影　094

5.3.2　激光爆破投影　094

5.3.3　360°全息顯示屏　095

5.3.4　邊緣消隱　095

5.3.5　佩珀爾幻象　096

5.4　典型應用　096

5.4.1　全息通信　096

5.4.2　全息醫療　097

5.4.3　全息駕駛　098

5.4.4　全息航空　098

5.5　未來發展方向——全息交互　099

5.5.1　全息交互關鍵技術　099

5.5.2　全息交互應用場景　100

5.6　網絡性能指標需求分析　101

5.7　本章小結　102

參考文獻　102

第6章　沉浸式體驗XR　105

6.1　VR/AR的發展與進步　106

6.1.1　VR/AR技術發展及現狀　107

6.1.2　VR/AR的應用領域　109

6.1.3　VR/AR面臨的挑戰　111

6.2　本地處理到雲端處理的演進　112

6.2.1　雲AR　113

6.2.2　雲VR　115

6.3　6G雲VR/AR展望　116

6.3.1　新場景　118

6.3.2　新技術　119

6.4　通信能力需求　120

6.4.1　時延、帶寬分析　120

6.4.2　可靠性分析　121

6.5　本章小結　121

參考文獻　121

第7章　孿生醫療　123

7.1　孿生醫療　124

7.2　體域網概述　128

7.2.1　早期的體域網應用　128

7.2.2　當前的體域網應用　129

7.2.3　當前的體域網架構與標準　130

7.2.4　當前體域網面臨的挑戰　131

7.3　未來體域應用潛在關鍵技術　131

7.3.1　潛在關鍵技術　132

7.3.2　未來體域網發展方向　134

7.4　通信能力需求　135

7.5　體域網的多級異構組網　137

7.6　本章小結　138

參考文獻　139

第8章　通感互聯　141

8.1　引言　142

8.2　通感互聯網概念　143

8.3　通感互聯應用場景　145

8.4　通感互聯的需求　148

8.5　本章小結　150

參考文獻　150

第9章　超能交通　153

9.1　交通工具的發展與展望　154

9.1.1　全自動駕駛　155

9.1.2　低真空管（隧）道高速列車　155

9.1.3　空中高鐵　156

9.1.4　飛行汽車、空中巴士、空中出租車　157

9.1.5　海底真空隧道列車　158

9.1.6　太空出行　158

9.2　ITS到V2X演進歷程　159

9.2.1　國外ITS到V2X的演進歷程　162

9.2.2　國內ITS到V2X的演進歷程　163

9.3　超能交通　164

9.3.1　超能交通的概念　165

9.3.2　超能交通架構及關鍵技術　165

9.3.3　超能交通的潛在影響　170

9.4　通信能力需求　170

9.5　本章小結　172

參考文獻　173

第　10章 孿生工業　175

10.1　傳統工業發展歷程　176

10.1.1　第 一次工業革命　176

10.1.2　第二次工業革命　178

10.1.3　第三次工業革命　179

10.2　第四次工業革命——工業4.0　181

10.2.1　工業4.0概念　181

10.2.2　發展現狀和挑戰　182

10.3　後工業4.0展望　185

10.3.1　孿生工業的定義　185

10.3.2　孿生工業應用的關鍵環節　187

10.3.3　孿生工業對通信能力的需求　189

10.4　本章小結　190

參考文獻　190

第　11章 孿生農業　193

11.1　農業發展歷程　194

11.1.1　農業1.0：以人力和畜力為主的傳統農業　194

11.1.2　農業2.0：以機械化為主的小規模農業　195

11.1.3　農業3.0：以信息化為主的自動化農業　196

11.1.4　農業4.0：以無人化為主的智慧化農業　198

11.2　智慧農業發展現狀與問題　200

11.2.1　國外智慧農業發展現狀　200

11.2.2　國內智慧農業發展現狀　201

11.2.3　智慧農業發展問題　203

11.2.4　新型農業展望　204

11.3　孿生農業展望　206

11.3.1　規劃　207

11.3.2　生產　207

11.3.3　流通　211

11.3.4　智能裝備　212

11.3.5　銷售與溯源　212

11.4　孿生農業對通信能力的需求　214

11.5　本章小結　215

參考文獻　215

第　12章 智能交互　217

12.1　引言　218

12.2　機器人的發展與進步　220

12.2.1　機器人技術發展現狀　220

12.2.2　機器人應用領域分析及面臨挑戰　221

12.2.3　機器人技術未來發展趨勢　223

12.3　智能體的定義與分類　224

12.3.1　智能體概述　224

12.3.2　智能交互的主體　225

12.4　智能體間的交互　226

12.4.1　智能體間的交互形式　226

12.4.2　智能體間的交互內容　234

12.5　智能交互對通信能力的需求　235

12.5.1　時延分析　235

12.5.2　用戶體驗速率分析　236

12.5.3　可靠性分析　236

12.6　本章小結　237

參考文獻　237

第　13章 2030年的發展需求與5G能力的差距　239

13.1　2030年的需求指標歸納　240

13.2　5G的能力差距分析　243

13.2.1　5G關鍵能力　244

13.2.2　5G的能力差距　245

13.3　本章小結　247

參考文獻　247

第　14章 6G關鍵候選技術概述　249

14.1　可見光通信技術　250

14.1.1　可見光通信發展與應用　250

14.1.2　國內外發展現狀　251

14.1.3　可見光應用場景　252

14.1.4　可見光通信關鍵技術　253

14.1.5　可見光通信的未來展望　259

14.2　太赫茲通信　260

14.2.1　太赫茲通信發展現狀　261

14.2.2　太赫茲通信應用場景　263

14.2.3　太赫茲通信關鍵問題　265

14.2.4　太赫茲通信發展方向　267

14.3　過採樣虛擬MIMO　268

14.3.1　過採樣虛擬MIMO技術背景　268

14.3.2　過採樣虛擬MIMO技術發展情況　269

14.3.3　過採樣虛擬MIMO技術中的關鍵問題　274

14.3.4　過採樣虛擬MIMO技術未來展望　276

14.4　軌道角動量　276

14.4.1　軌道角動量技術背景　277

14.4.2　軌道角動量技術的發展情況　280

14.4.3　軌道角動量技術中的關鍵問題　282

14.4.4　軌道角動量技術的展望　283

14.5　本章小結　284

參考文獻　284

第　15章 ICDT融合驅動的6G無線網絡架構　287

15.1　6G網絡架構變革的驅動力　288

15.1.1　新業務和新場景的驅動　290

15.1.2　ICDT深度融合　291

15.1.3　5G網絡發展面臨的問題與挑戰　294

15.2　6G網絡架構總體特徵　295

15.2.1　按需服務　295

15.2.2　至簡網絡　295

15.2.3　柔性網絡　297

15.2.4　智慧內生　298

15.2.5　數字孿生　300

15.2.6　安全內生　300

15.3　6G網絡邏輯架構　302

15.4　本章小結　304

參考文獻　304

名詞索引　307