6G 潛在關鍵技術 (上冊)

鄭鳳

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商品描述

隨著5G商用部署的穩步推進,6G的研究正在如火如荼地展開。目前業界已經對6G的場景與需求進行了研究與探討,並初步達成共識,認為6G將實現數字孿生、智能泛在的願景,在峰值速率、時延、連接密度、可靠性、頻譜效率和定位能力等方面將遠超5G,給人們的生活和出行帶來前所未有的體驗。本書為上、下兩冊,上冊共10章。第1章介紹了6G研究的概況,包括發展願景、驅動力、垂直服務與各國研究現狀,第2章介紹了6G用例與性能指標,第3章介紹了6G通信的頻譜,第4章介紹了6G面臨的挑戰與潛在關鍵技術,第5章介紹了編碼、調制與波形,第6~10章介紹了空間資源利用技術,包括OAM、RIS、MIMO、Cell-Free與全息技術。本書對6G潛在關鍵技術進行了詳細介紹,可供在無線通信、電腦科學等相關領域開展6G關鍵技術研究的學術界、教育界、產業界等相關人員閱讀、參考。

目錄大綱

□□章概述1
1.1 歷史回顧1
1.1.1 從蒸汽時代到互聯網時代1
1.1.□ 1G到5G的發展□
1.□ 6G發展驅動力5
1.□.1 5G的限制5
1.□.□ 宏觀驅動力6
1.3 6G總體願景8
1.4 6G未來垂直服務9
1.4.1 面向□030年的工業4.0+的服務9
1.4.□ 面向□030年的移動運輸服務10
1.4.3 面向□030年的電子健康服務11
1.4.4 面向□030年的金融服務11
1.5 全球6G研究進展11
1.5.1 6G標準化組織11
1.5.□ 各國進展13
參考文獻16
第□章6G用例與指標18
□.1 6G服務的演進18
□.□ 6G用例□0
□.□.1 全息通信□1
□.□.□ 沉浸式XR□□
□.□.3 觸覺網絡□3
□.□.4 數字孿生□4
□.□.5 工業4.0+□5
□.□.6 互聯機器人自主系統30
□.□.7 智能運輸系統31
□.□.8 無人機技術31
□.□.9 新型智慧城市群3□
□.□.10 智能醫療3□
□.□.11 無線腦機交互33
□.□.1□ 全球連接和集成網絡33
□.3 6G的指標34
□.3.1 數據傳輸速率36
□.3.□ 超低延遲36
□.3.3 極高的可靠性37
□.3.4 定位能力37
□.3.5 覆蓋能力37
□.3.6 頻譜效率38
□.3.7 能量效率38
□.3.8 計算性能39
□.3.9 安全能力39
□.4 小結40
參考文獻40
第3章6G全頻譜通信43
3.1 移動通信頻譜的演□43
3.1.1 從1G到5G:移動通信頻譜發展43
3.1.□ 全頻譜通信驅動力45
3.□ 6G頻譜定義與特點46
3.□.1 6G頻譜定義46
3.□.□ 不同頻段的特點48
3.3 6G頻譜新用例5□
3.3.1 長距離回程53
3.3.□ 傳感網絡53
3.3.3 聯合雷達通信應用54
3.3.4 自動汽車駕駛55
3.3.5 智能建築與智能城市55
3.3.6 無線認知56
3.3.7 精確定位56
3.4 6G頻譜面臨的挑戰57
3.4.1 無線電硬件57
3.4.□ 多頻段共存57
3.4.3 傳播損耗58
3.4.4 頻譜管理59
參考文獻59
第4章6G面臨的主要挑戰與使能技術63
4.1 6G面臨的主要挑戰63
4.1.1 高精度信道建模63
4.1.□ □□性能傳輸64
4.1.3 網絡全覆蓋65
4.1.4 網絡異構約束66
4.1.5 海量數據通信67
4.1.6 新頻譜利用67
4.1.7 聯合管理68
4.1.8 低功耗綠色通信68
4.1.9 數據與通信安全69
4.1.10 □□能力69
4.□ 6G關鍵使能技術69
4.□.1 基礎傳輸技術70
4.□.□ 空間資源利用技術70
4.□.3 頻譜利用技術7□
4.□.4 人工智能輔助的通信73
4.□.5 應用層技術74
參考文獻75
第5章編碼、調製與波形78
5.1 編碼79
5.1.1 Polar碼80
5.1.□ Turbo碼84
5.1.3 LDPC碼87
5.1.4 Spinal碼94
5.1.5 物理層網絡編碼95
5.1.6 算法及有關方案97
5.□ 調製104
5.□.1 6G中的調製104
5.□.□ 索引調製104
5.□.3 OTFS技術110
5.□.4 高階APSK調製119
5.□.5 過零調製及連續相位調製1□1
5.□.6 信號整形1□5
5.□.7 降低PAPR1□5
5.3 波形設計1□5
5.3.1 多載波波形1□6
5.3.□ 單載波波形130
5.4 FTN傳輸技術137
5.4.1 FTN傳輸技術的原理137
5.4.□ 6G中的FTN138
參考文獻141
第6章OAM145
6.1 OAM技術的基本原理及發展146
6.1.1 OAM理論基礎146
6.1.□ OAM技術在無線通信中的發展148
6.□ OAM波束的產生151
6.□.1 常規OAM產生方法151
6.□.□ 超表面技術15□
6.□.3 其他生成方法153
6.3 OAM的接收154
6.3.1 單點接收法155
6.3.□ 全空域共軸接收法155
6.3.3 部分接收法156
6.3.4 其他接收方法156
6.4 基於UCA的OAM通信系統157
6.4.1 模型簡介157
6.4.□ 信道模型158
6.4.3 通信系統性能分析159
6.4.4 非理想條件分析16□
6.5 基於OAM的多模傳輸與多徑傳輸164
6.5.1 多模態OAM復用164
6.5.□ OAM信道的多徑效應164
6.6 OAM技術與其他技術的結合165
6.6.1 OAM與MIMO結合165
6.6.□ OAM與OFDM結合168
6.7 OAM技術面臨的挑戰169
6.7.1 非對準情況下OAM的傳輸169
6.7.□ OAM發散角的抑製或消除170
6.7.3 OAM-MIMO的□□拓撲研究170
6.7.4 OAM模態選擇171
6.7.5 OAM應用場景的選擇171
6.8 小結17□
參考文獻17□
第7章智能超表面178
7.1 智能超表面簡介178
7.1.1 智能表面基本原理178
7.1.□ 相關概念和名詞含義179
7.□ 發展歷史和研究現狀183
7.□.1 技術的起源和發展183
7.□.□ 研究項目情況184
7.□.3 智能超表面各方面研究現狀194
7.□.3 研究意義□0□
7.3 智能超表面的分類□0□
7.3.1 按照功能劃分□0□
7.3.□ 按照調控劃分□07
7.3.3 按照響應參數劃分□09
7.4 6G中有前景的應用□09
7.4.1 輔助通信□09
7.4.□ 節約成本□13
7.4.3 非通信用途□16
7.4.4 應用實例□18
7.5 智能超表面的硬件實現□□0
7.5.1 基本硬件結構□□0
7.5.□ 信息超材料□□□
7.5.3 可調電磁單元的實現□□4
7.5.4 控制單元的實現□□9
7.5.5 面臨的挑戰及方向□34
7.6 智能超表面輔助通信□38
7.6.1 信道模型□38
7.6.□ 理論性能分析□4□
7.6.3 關鍵算法□50
7.7 RIS與其他技術的結合□54
7.7.1 RIS與NOMA結合□54
7.7.□ RIS與UAV結合□55
7.7.3 RIS與FD結合□58
7.7.4 RIS與THz結合□59
7.7.5 RIS與AI結合□61
7.7.6 智能表面與無線電能傳輸結合□63
7.7.7 智能表面與定位和傳感技術的結合□64
參考文獻□66
第8章MIMO□83
8.1 超大規模MIMO□83
8.1.1 背景□84
8.1.□ 硬件與架構問題□85
8.1.3 工作模式□88
8.1.4 一比特量化預編碼□90
8.1.5 面臨的挑戰□9□
8.□ 超大規模波束成形□94
8.3 超密集MIMO□96
8.3.1 背景□96
8.3.□ 分離技術□97
8.3.3 MIMO□□的解耦□98
8.4 透鏡MIMO301
8.4.1 背景301
8.4.□ 使用透鏡陣列的波束空間30□
參考文獻306
第9章無蜂窩大規模MIMO31□
9.1 背景31□
9.□ 系統模型315
9.□.1 上行鏈路訓練316
9.□.□ 下行鏈路有效載荷數據傳輸317
9.□.3 上行鏈路有效載荷數據傳輸318
9.3 性能分析318
9.3.1 Large-M分析318
9.3.□ 有限M的可達速率319
9.4 導頻分配方案3□1
9.4.1 效用式3□□
9.4.□ 可擴展式3□3
9.5 DCC選擇3□4
9.6 性能比較3□5
9.6.1 大規模的衰落模型3□5
9.6.□ 參數和設置3□6
9.6.3 結果和討論3□8
9.7 優勢333
9.8 研究挑戰334
9.8.1 實用的以用戶為中心334
9.8.□ 可擴展的功率控制335
9.8.3 高級分佈式SP335
9.8.4 低成本組件336
9.8.5 前程信令的量化336
9.8.6 AP的同步337
參考文獻337
□□0章全息技術34□
10.1 全息通信343
10.1.1 全息型通信343
10.1.□ 基於全息通信的擴展現實344
10.□ 6G無線網絡的全息MIMO表面345
10.□.1 HMIMOS設計模型346
10.□.□ 功能、特徵和通信應用程序350
10.□.3 設計挑戰與機遇35□
10.□.4 結論353
10.3 全息MIMO信道的自由度353
10.4 有源相控陣355
10.5 全息波束成形355
10.6 全息光束形成與相控陣比較358
10.6.1 性能比較358
10.6.□ 成本比較358
10.6.3 功率比較359
10.6.4 尺寸和重量比較359
10.6.5 總結360
10.7 全息無線電360
10.7.1 全息無線電的實現361
10.7.□ 全息無線電的信號處理361
10.8 全息廣播36□
10.9 全息定位363
10.9.1 全息定位的基本極限363
10.9.□ 審查的算法364
10.9.3 未來方向364
10.10 關鍵基礎設施365