前言

随着第五代移动通信技术（5G）的大规模商用，近年来，第六代移动通信技术（6G）成为学术界与工业界研究的热门方向。6G将在移动通信的广度与深度上全面改变人类社会。

在通信广度方面，6G的终极目标就是以地面网络为基础，以空间网络为延伸，覆盖太空、空中、陆地、海洋等自然空间，构建由天基网络（卫星通信网络）、空基网络（飞机、热气球、无人机等通信网络）、陆基网络（地面蜂窝网络）、海基网络（海洋水下无线通信网络+近海沿岸无线通信网络+远洋船只/海上平台等构成的通信网络）等基础设施组成的空天地海一体化信息网络体系。

目前，SpaceX 公司推出的 StarLink 低轨道地球卫星通信网络，被普遍认为是6G天基网络的雏形之一。该网络预计2027年前在低中高3个地球轨道上部署12 000颗卫星，建设100万个地面站和6个卫星网关站，整个计划预计投资100亿美元，提供覆盖全球的高速互联网接入服务。

放眼未来，6G将在2024年启动标准化，2030年前后开始商用。在2030年后，人类可能重返月球乃至登陆火星，拉开星际移民的序幕。因此，6G的通信目标不能仅仅局限于地球，而应当放眼星际，实现近地行星之间无死角全覆盖通信的宏伟愿景。

在通信深度方面，6G的终极目标是将泛在连接的真实世界扩展到虚拟世界，构建由人（全体人类用户）、机（真实世界的计算设备）、物（真实世界的传感设备）、灵（虚拟世界的智能代理）构成的万物智联、多场景融合的全连接信息网络体系。

张平院士于2019年年初提出6G将实现从真实世界扩展至虚拟世界的愿景，通信服务将从5G的人-机-物三类实体拓展到6G的人-机-物-灵四类对象。论文发表后，在业界引起了良好反响。实际上，由智能代理——灵（genie）组成的虚拟世界，与近年来工业界流行的数字孪生概念完全契合，并且与元宇宙（Metaverse）概念高度吻合，都需要引入无线智能通信的新观点。

具体到技术层面，人工智能与无线通信的融合，成为学术界与产业界的共识。作为代表性的关键技术，张平院士提出的语义通信框架可能成为6G 的基础技术。前瞻6G未来发展趋势，以语义驱动的人-机-物-灵通信，通过真实世界与虚拟世界的万维连接，将广泛深入地满足人类物质与精神需求，实现人类全方位感知世界的瑰丽图景。

6G上述目标对物理层传输技术提出了重大挑战。以编码调制为核心的物理层技术在5G 时代已经逼近理论极限。为了满足低时延、高可靠、大容量、高谱效、大连接等6G 的诸多系统需求，需要传输技术在基础理论、算法设计、工程应用等各个方面取得全新突破。

本书主要对6G无线传输技术进行前瞻性总结与预测。全书分为10章。第1章概述6G的应用场景与技术指标，对无线传输技术的发展进行展望。第2章面向低时延高可靠需求，介绍了以低密度奇偶校验（LDPC）码与Polar码为代表的先进信道编码技术的基本原理。第3章和第4章探讨了6G中的非正交多址接入技术与巨址接入技术，前者有望满足大容量接入需求，而后者可能应用于大连接场景。第 5 章和第6章讨论了6G中的信号波形设计，新型多载波技术有望提升系统频谱效率，而以FTN、OTFS为代表的新型波形信号技术有望拓展6G系统的适用范围。第7章和第8章集中讨论了提升频谱效率的多输入多输出（MIMO）技术，大规模MIMO技术在5G基础上进一步发展，是6G系统满足高频谱效率传输的基础技术，智能表面技术是改善传播条件、提升6G系统频谱效率的新型技术。第9章介绍了广义极化信号传输技术，从通信系统整体优化出发，介绍了基于广义极化变换的新型信号处理方法，可以提升6G系统容量与频谱效率。第10章介绍了智能信号处理技术，详细讨论了深度学习在无线信号处理中的应用，并简要介绍了语义通信的理论框架与实现案例。第9章和第10章为6G无线传输提供了系统优化的新方法。

本书作者来自泛网无线通信教育部重点实验室（北京邮电大学），长期从事无线通信领域的教学、科研与标准化工作，对无线传输技术的研究现状与发展趋势有着深刻理解与认识，对信道编码技术、多址接入、MIMO信号处理、语义通信等无线传输的关键技术有着深入的研究。牛凯负责全书统稿并撰写了第1～2章和第10章，戴金晟撰写了第3～9章。

本书在编写过程中，得到了张平院士、吴伟陵教授、林家儒教授的关心和指导，也得到了董超、司中威等老师与张德鑫、李元杰、薛秋林、李青青、孟祥锐、易建忠等同学的大力支持与协助，在此一并表示衷心感谢！

本书的出版得到国家自然科学基金重点项目（No.92067202）、面上项目（No.62071058）、青年项目（No.62001049），以及国家重点研发计划项目（No.2018YFE0205501）的大力支持。由于作者才疏学浅，书中难免出现错误以及不当之处，敬请同行专家和广大读者批评指正。