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随着无线技术的迅速发展，相关应用已经形成了庞大的市场规模。2019年初，在韩国的三家移动运营商与美国的威瑞森通信公司（Verizon）争论谁才是全球第一个5G通信服务供应商时，我们正式迈入了5G时代。过去三年，5G一直是最热议的话题之一，引起了全社会前所未有的关注。除了进一步提升网络容量之外，5G还将移动通信服务从人扩展到物，从消费者扩展到垂直行业。移动通信用户的潜在规模从数十亿人大幅扩大到海量的人，并实现了机器和事物之间的互联互通。5G将支持从传统移动宽带到工业4.0、虚拟现实、物联网和自动驾驶等更多更广泛的新兴业务。近些年，网络和数字基础设施在保持社会运转和家庭联系方面越来越重要，特别是5G服务和应用越来越有价值，例如远程外科医生、在线教育、远程工作、无人驾驶汽车、无人配送、机器人、智能治疗和自动制造等。
随着5G技术在全球范围内的广泛部署，学术界和工业界已经前瞻性地将焦点转向了5G演进或更为先进的第六代移动通信技术（sixth-generation，6G），且许多研究团队、标准化和监管组织等已经启动了6G的相关研究。2018年7月，国际电信联盟电信（International Telecommunication Union Telecommunication，ITU-T）标准部成立了一个名为“网络2030技术”的小组，该小组致力于研究在2030年及之后可支持新型前瞻性场景（如全息型通信、普惠智能、触觉互联网、多维感知体验和数字孪生等）的网络。此外，欧盟委员会开始赞助B5G的研究活动，于2020年初启动了一系列6G开创性研究项目，包括ICT-20 5G长期演进和ICT-52超5G智能互联。2020年10月，下一代移动网络（Next Generation Mobile Networks，NGMN）联盟启动了6G愿景和驱动因素项目，旨在为全球6G活动提供及时且前瞻性的指导。2020年2月，国际电信联盟无线通信（International Telecommunication Union Radiocommunication，ITU-R）部决定启动国际移动通信（IMT-2030）的未来演进和技术趋势的研究。
5G技术彰显了移动通信系统对经济繁荣和国家安全的重要性。近几年，许多国家都宣布了6G发展计划或已正式启动相关研究。在芬兰，奥卢大学开展了6G无线智能社会和生态系统（芬兰科学院旗舰项目）的研究，该研究专注于可靠的近实时无线连接、分布式计算和智能，以及未来用于电路和电子设备的材料和天线这几个具有挑战性的研究领域。美国联邦通信委员会于2019年3月宣布，为6G及未来通信系统开放95GHz～3THz的实验许可证，以促进太赫兹通信的测试。2020年10月，美国电信行业解决方案联盟发起了下一代通信技术联盟（包括AT&T、T-Mobile、Verizon、高通、爱立信、诺基亚、苹果、谷歌、脸书、微软等），旨在提升北美移动技术在6G领域的地位。此外，美国太空探索技术公司SpaceX，于2015年宣布了Starlink（超大规模的低轨通信卫星）项目，旨在为全球提供无处不在的互联网接入服务。可以预见的是，空间通信基础设施将重塑下一代移动通信的架构。2019年11月，中国科学技术部发起了6G技术研发工作，同时还成立了由来自高校、科研院所和企业的37名专家组成的总体专家组。2017年末，日本内务通信省成立了一个工作组来研究下一代无线技术。韩国宣布计划在2026年进行首次6G试验，预计将在五年内花费约1.69亿美元来开发6G关键技术。2021年8月开始，德国联邦教育和研究部（German Federal Ministry of Education and Research，BMBF）资助建立了四个6G未来技术研究中心，预计在前四年内提供高达2.5亿欧元的科研经费。
我们坚信一本关于6G的启发性指南可以激发人们对6G的兴趣并吸引学术界和工业界相关领域开展进一步的研究。然而，目前市场上仍缺乏一本全面而系统地阐述6G及其关键技术的书籍，本书应运而生，力求填补这一空白。本书由两位业内专家撰写，他们从技术研发角度出发，旨在为全球读者提供一本翔实且具有高度一致性的关于6G无线传输和信号处理使能技术的权威之作。本书共分为三个部分、10章，内容涵盖了6G愿景、新频谱、新传输、新空口以及智能无线系统。
在技术发展和应用实践方面，本书第一部分通过回顾1G标准到5G标准的演进以及Pre-6G技术与系统演进来呈现6G愿景（驱动因素、应用案例、应用场景、性能需求、路线图和关键推动技术）。第一部分由3章组成。
第1章 蜂窝系统标准的演进
为了更好地理解当今复杂的蜂窝系统，读者需要对蜂窝系统的演进有一个完整认知。第1章简要回顾从准蜂窝系统到5G移动蜂窝系统的演进。通过本章，读者能够为深入了解6G技术做好充分的准备。
第2章 Pre-6G技术与系统演进
第2章将从技术角度对前几代蜂窝系统进行深入研究，阐述在全球商业市场上取得主导地位的标准中的主流技术。在这一章，读者将了解每一代具有代表性的蜂窝系统的总体架构，包括主要网元、功能划分、互联互通、交互和操作流程。
第3章 6G愿景
在了解6G技术细节之前，阐明研发6G的意义和动机，并让读者相信6G一定会像前几代移动通信一样至关重要。本章将提供一个关于驱动因素、应用案例和应用场景的全面视图，给出基本的性能需求和关键推动技术。
本书第二部分分为3章，重点介绍6G的全频谱通信，包括与毫米波、太赫兹通信和光无线通信相关的新频谱机会。
第4章 6G增强的毫米波无线通信
毫米波已被用于5G系统，但其应用尚处于起步阶段。因此，增强的毫米波无线通信是6G的关键推动技术。除了丰富的频谱资源和连续的大带宽，毫米波信号的传播特性也不同于特高频（UHF）和微波频段的低频带。本章将重点介绍毫米波信号传播的特点以及释放高频潜力的关键毫米波传输技术。
第5章 6G太赫兹技术和系统
为了满足6G系统中设想的每秒兆比特数量级的极高传输速率的需求，无线通信需要利用太赫兹（THz）频带中丰富的频谱。除了太赫兹通信，太赫兹频段还应用于其他特定应用，如成像、传感和定位，这些应用有望与6G中的太赫兹通信实现协同作用。本章除了阐述太赫兹的潜力外，还将分析高自由空间路径损耗、大气衰减、天气影响、阻塞和高多普勒波动等主要挑战，并将介绍太赫兹的关键推动技术，如超大规模MIMO系统中的子阵列波束赋形和透镜天线阵列。同时，将介绍世界上第一个太赫兹通信标准IEEE 802.15.3d。
第6章 6G光无线通信
光无线通信使用光谱作为传输介质进行通信，包括无线红外通信、可见光通信和无线紫外通信。光无线通信在如家庭网络、车辆通信、飞机乘客照明和对射频干扰敏感的电子医疗设备等部署场景中，显示出了巨大的优势。本章将介绍光频谱、光无线通信的应用和发展、光学设备、光MIMO以及光通信的主要挑战。
第三部分分为4章，主要阐述智能反射面（intelligent reflecting surface，IRS）、6G多维技术和天线技术、6G蜂窝和无蜂窝大规模MIMO技术以及6G自适应非正交多址接入系统。
第7章 智能反射面辅助6G通信
IRS由大量小尺寸、无源且低成本的反射单元构成，可以主动实现智能可编程的无线环境。因此，IRS能以低成本、低复杂度和低能耗实现容量和性能的可持续增长，为6G无线系统的设计提供新的自由度。本章将介绍平坦衰落信道和频率选择性衰落信道两种情况下的IRS辅助通信的系统模型和信号传输过程，同时考虑了单天线基站和多天线基站。
第8章 6G多维技术和天线技术
本章将探讨多天线传输的基本原理，包括空间分集、波束赋形和空间复用。虽然6G之前的标准已经采用了这些多天线技术，但它们也将在6G系统中发挥关键作用，特别是与智能反射面、无蜂窝架构、非正交多址、太赫兹以及光无线通信等新兴技术相结合时。因此，本章将阐述对这些技术的全面见解，以挖掘其在6G中的更多潜能。
第9章 6G蜂窝和无蜂窝大规模MIMO技术
本章首先介绍包括著名的脏纸编码原理在内的多用户MIMO技术的关键问题。接着介绍具有革命性的大规模MIMO技术，该技术通过增加系统规模而非试图达到完全的香农极限来打破可扩展性的限制。最后，本章着重介绍无蜂窝大规模MIMO这一前沿技术。无蜂窝架构对于即将到来的6G部署场景尤其具有吸引力，例如校园或垂直领域工业专用网络，被视为6G的关键技术之一。
第10章 6G自适应非正交多址接入系统
蜂窝网络需要在有限的时频资源上同时容纳大量活跃用户。正交和非正交多址接入系统将进一步发展并在即将到来的6G系统设计中扮演重要角色。尽管OFDM、OFDMA、SC-FDMA和NOMA已经在6G之前的标准中使用，但这些技术仍将是6G传统的6GHz以下频段和更高频段通信的基础。当与智能反射面技术、无蜂窝架构、毫米波、太赫兹和可见光无线通信等技术相结合时，这些技术仍有很大的探索空间。