前言

隨著第五代移動通信技術（5G）的大規模商用，近年來，第六代移動通信技術（6G）成為學術界與工業界研究的熱門方向。6G將在移動通信的廣度與深度上全面改變人類社會。

在通信廣度方面，6G的終極目標就是以地面網絡為基礎，以空間網絡為延伸，覆蓋太空、空中、陸地、海洋等自然空間，構建由天基網絡（衛星通信網絡）、空基網絡（飛機、熱氣球、無人機等通信網絡）、陸基網絡（地面蜂窩網絡）、海基網絡（海洋水下無線通信網絡+近海沿岸無線通信網絡+遠洋船只/海上平臺等構成的通信網絡）等基礎設施組成的空天地海一體化信息網絡體系。

目前，SpaceX 公司推出的 StarLink 低軌道地球衛星通信網絡，被普遍認為是6G天基網絡的雛形之一。該網絡預計2027年前在低中高3個地球軌道上部署12 000顆衛星，建設100萬個地面站和6個衛星網關站，整個計劃預計投資100億美元，提供覆蓋全球的高速互聯網接入服務。

放眼未來，6G將在2024年啟動標準化，2030年前后開始商用。在2030年后，人類可能重返月球乃至登陸火星，拉開星際移民的序幕。因此，6G的通信目標不能僅僅局限于地球，而應當放眼星際，實現近地行星之間無死角全覆蓋通信的宏偉愿景。

在通信深度方面，6G的終極目標是將泛在連接的真實世界擴展到虛擬世界，構建由人（全體人類用戶）、機（真實世界的計算設備）、物（真實世界的傳感設備）、靈（虛擬世界的智能代理）構成的萬物智聯、多場景融合的全連接信息網絡體系。

張平院士于2019年年初提出6G將實現從真實世界擴展至虛擬世界的愿景，通信服務將從5G的人-機-物三類實體拓展到6G的人-機-物-靈四類對象。論文發表后，在業界引起了良好反響。實際上，由智能代理——靈（genie）組成的虛擬世界，與近年來工業界流行的數字孿生概念完全契合，并且與元宇宙（Metaverse）概念高度吻合，都需要引入無線智能通信的新觀點。

具體到技術層面，人工智能與無線通信的融合，成為學術界與產業界的共識。作為代表性的關鍵技術，張平院士提出的語義通信框架可能成為6G 的基礎技術。前瞻6G未來發展趨勢，以語義驅動的人-機-物-靈通信，通過真實世界與虛擬世界的萬維連接，將廣泛深入地滿足人類物質與精神需求，實現人類全方位感知世界的瑰麗圖景。

6G上述目標對物理層傳輸技術提出了重大挑戰。以編碼調制為核心的物理層技術在5G 時代已經逼近理論極限。為了滿足低時延、高可靠、大容量、高譜效、大連接等6G 的諸多系統需求，需要傳輸技術在基礎理論、算法設計、工程應用等各個方面取得全新突破。

本書主要對6G無線傳輸技術進行前瞻性總結與預測。全書分為10章。第1章概述6G的應用場景與技術指標，對無線傳輸技術的發展進行展望。第2章面向低時延高可靠需求，介紹了以低密度奇偶校驗（LDPC）碼與Polar碼為代表的先進信道編碼技術的基本原理。第3章和第4章探討了6G中的非正交多址接入技術與巨址接入技術，前者有望滿足大容量接入需求，而后者可能應用于大連接場景。第 5 章和第6章討論了6G中的信號波形設計，新型多載波技術有望提升系統頻譜效率，而以FTN、OTFS為代表的新型波形信號技術有望拓展6G系統的適用范圍。第7章和第8章集中討論了提升頻譜效率的多輸入多輸出（MIMO）技術，大規模MIMO技術在5G基礎上進一步發展，是6G系統滿足高頻譜效率傳輸的基礎技術，智能表面技術是改善傳播條件、提升6G系統頻譜效率的新型技術。第9章介紹了廣義極化信號傳輸技術，從通信系統整體優化出發，介紹了基于廣義極化變換的新型信號處理方法，可以提升6G系統容量與頻譜效率。第10章介紹了智能信號處理技術，詳細討論了深度學習在無線信號處理中的應用，并簡要介紹了語義通信的理論框架與實現案例。第9章和第10章為6G無線傳輸提供了系統優化的新方法。

本書作者來自泛網無線通信教育部重點實驗室（北京郵電大學），長期從事無線通信領域的教學、科研與標準化工作，對無線傳輸技術的研究現狀與發展趨勢有著深刻理解與認識，對信道編碼技術、多址接入、MIMO信號處理、語義通信等無線傳輸的關鍵技術有著深入的研究。牛凱負責全書統稿并撰寫了第1～2章和第10章，戴金晟撰寫了第3～9章。

本書在編寫過程中，得到了張平院士、吳偉陵教授、林家儒教授的關心和指導，也得到了董超、司中威等老師與張德鑫、李元杰、薛秋林、李青青、孟祥銳、易建忠等同學的大力支持與協助，在此一并表示衷心感謝！

本書的出版得到國家自然科學基金重點項目（No.92067202）、面上項目（No.62071058）、青年項目（No.62001049），以及國家重點研發計劃項目（No.2018YFE0205501）的大力支持。由于作者才疏學淺，書中難免出現錯誤以及不當之處，敬請同行專家和廣大讀者批評指正。