專刊：6G技術研究

特邀策劃人

金 石

東南大學副校長、首席教授、博士生導師、長江學者計劃特聘教授、國家自然科學基金杰出青年科學基金獲得者、國家“萬人計劃”科技創新領軍人才、江蘇省特聘教授。2007年獲東南大學工學博士學位，2007年6月至2009年10月，受英國工程與自然科學研究理事會資助，在英國倫敦大學學院從事博士后研究。長期圍繞5G/6G移動通信理論與關鍵技術、物聯網理論與關鍵技術，以及人工智能在移動通信中的應用等領域開展研究工作。發表學術論文400余篇，授權國際/國家發明專利50余項，出版專著2部，教材1本。榮獲省部級科學技術一等獎3項、二等獎1項、IEEE通信學會萊斯獎、IEEE信號處理學會青年作者最佳論文獎、China Communications最佳論文獎、Electronics Letters最佳論文獎、National Science Review最佳論文獎、Journal of Communications and Information Networks青年作者最佳論文獎，以及十余個國際重要學術會議最佳論文獎。2014至2020年連續入選愛思唯爾中國高被引學者，2019和2020年兩次入選科睿唯安全球高被引學者。

內容導讀

自20世紀80年代以來，移動通信基本上以十年為周期進行更新換代。從第一代移動通信系統(1G)的語音、第二代移動通信系統(2G)的語音和文本，到第三代移動通信系統(3G)的多媒體、第四代移動通信系統(4G)的移動互聯網，再到第五代移動通信(5G)的場景連接。移動通信的演進升級深刻地影響著人類社會與技術的發展，持續加快信息產業的迭代升級，不斷推動經濟社會的繁榮發展，為世界各國的經濟和社會進步做出了卓越的貢獻。在當今時代，隨著移動互聯網與物聯網的持續升級和泛在化，移動通信系統已深度融合到人類生活以及社會生產的方方面面，與整個人類社會的日常生活息息相關。移動通信不僅深刻變革了人們的生活和生產方式，更成為社會經濟數字化和信息化水平加速提升的引擎。

隨著3GPP R16版本正式發布，5G標準化進入新的階段，5G商用已經全面展開，面向未來移動通信發展的第六代移動通信系統(6G)研究已在全球正式啟動。6G將面向全覆蓋、全頻譜、全應用和強安全等需求，采用天空地一體、通信-感知-計算融合的新型網絡架構，探索利用太赫茲和可見光等新頻譜，發展超大規模天線、新型調制編碼、超表面等新空口技術。6G將在提升傳輸速率、擴展覆蓋范圍的同時，與人工智能、云計算等更緊密結合，實現萬物智聯和萬智互聯。世界各國爭先恐后地開啟了新一代移動通信系統的研究開發，力求在新一輪全球競賽中取得先機。芬蘭政府率先啟動6G大型研究計劃，美國聯邦通訊委員會也為6G研究開放太赫茲頻譜。作為全球第一個實現5G商用的國家，韓國通信與信息科學研究院于2019年4月正式宣布開始開展6G研究并組建了研究組，韓國政府2020年1月宣布將于2028年在全球率先商用6G。我國工信部也于2019年成立了6G研究組，并在2019年底正式更名為IMT-2030推進組，推動6G相關工作。顯而易見，6G的理論與關鍵技術研究正在全球快速興起。

鑒于上述情況，為了更好地將6G技術研究的最新成果介紹給讀者，進一步推進我國6G技術發展需求，我們組織了本專刊。

《6G進展與未來展望》回顧了全球6G發展近況和各個國際行業組織的6G工作規劃，推導出6G的網絡技術指標需求及其能力拓展需求，并對業界關注的無線傳輸技術主要領域的進展、面臨的問題和挑戰進行介紹和總結。

《6G智能超表面技術應用與挑戰》介紹了RIS在未來無線通信網絡中發揮作用的主要方向，歸納了RIS工程化面臨的信道降秩、網絡間/內共存、網絡部署等主要挑戰，并提出了可能的解決方案。

針對可見光通信在6G新場景下的挑戰，《面向6G的可見光通信關鍵技術》對水下和星基可見光通信分別進行了簡要的介紹，為了高效處理復雜的非線性效應，提出了人工智能賦能的可見光通信新技術，該技術對發展面向6G的可見光通信具有巨大推動作用。

《面向6G的太赫茲通信感知一體化》介紹了6G的關鍵特征及太赫茲感知通信融合的3種模式，分析了太赫茲技術用于通感的優勢并概括出4種應用場景，總結了太赫茲感知與通信技術的基礎差異以及在一體化器件與信號設計、感知與通信互助的組網和分布式協同技術和智能資源管理方面所面臨的挑戰。

針對無線電地圖領域的研究背景和研究現狀，《通信感知一體化中的無線電地圖技術》將現有的無線電地圖技術按照實現方式與環境抽象能力的不同分為基于信道參數、基于通信性能和基于無線環境幾何特征的三類無線電地圖，并通過闡述典型研究成果總結比較了各類無線電地圖的應用場景與優缺點。針對智能體信息交互場景與需求，《通信感知一體化信息交互技術》提出了一種通信感知一體化信息交互方案，并設計了基于無線感知的無線通信系統。

《基于人工智能的6G網絡技術》介紹了基于人工智能的新型網絡架構和空口技術，詳細闡述了AI引擎和智能架構維護的應用，并在此基礎上提出了基于深度強化學習的網絡切片智能調度算法。

針對星地融合網絡，《6G網絡覆蓋擴展的安全防護問題思考》分析了來自無線信道、用戶終端、網絡節點和應用系統等方面的安全威脅，提出了網絡內生安全與傳統安全融合的技術構想，并進一步給出網絡安全技術的研究建議。針對多用戶到衛星邊緣節點上部署資源的競爭問題，《天地融合網絡中基于博弈論的分布式卸載算法研究》提出了基于博弈論的分布式卸載算法，貪心算法進一步優化了邊緣服務器的選擇策略，使得總體開銷縮小。

在空天地一體化網絡的發展熱潮下，《6G空天地一體化多維立體網絡容量分析方法》針對空天地一體化網絡容量問題，考慮了用戶、衛星以及路由選擇等多重因素，提出了一種基于時間切片的系統容量分析方法，分析了影響系統容量的多種因素，對網絡優化設計提供有效支撐。針對衛星物聯網資源受限的問題，《基于終端位置及業務優先級的衛星物聯網資源分配方法》提出了基于終端位置、業務優先級的資源動態分配方法，使系統可依據當前覆蓋區域內的用戶數量動態分配用于物聯網服務的信道數量，從而提高資源利用效率。

《分級智能工業互聯網業務執行可靠性與時延性能分析》將效用函數表征時延性能和可靠性的折中作為用戶任務執行的性能指標，提出一種基于自適應的任務調度方案，以最大化效用函數取值，提高了人工智能業務執行在高可靠和低時延方面的性能。

依托OPNET仿真平臺，《基于OPNET開發平臺的太赫茲MAC協議仿真模型設計》以太赫茲超高速無線MAC協議為核心，設計并開發了太赫茲通信組網模型，可實現波束賦形及天線對準、天線掃描、自適應入網與退網、CSMA/CA以及TDMA等核心功能。《面向6G無線通信應用的太赫茲收發器》介紹了面向6G無線通信系統應用頗具潛力的幾種THz光子學收發器的工作原理和研究進展，包括單行載流子光電二極管(UTC-PD)、肖特基二極管(SBD)、THz量子級聯激光器(THz QCL)和THz量子阱探測器(THz QWP)，這4種收發器在未來6G無線通信中具有潛在的應用價值。

《Polar碼編譯碼技術研究》首先分析了信道極化的基本原理，即信道組合和信道分解的過程；對信道極化現象進行了仿真，研究碼長和刪除概率對極化現象的影響；其次對編碼中的重要環節即生成矩陣構造和信息集的確定進行描述，推導了生成矩陣的構造過程，并詳細討論了編碼過程。《面向6G的MIMO-OTFS系統低復雜度預編碼方案》分析了影響多用戶MIMO-OTFS系統性能的因素，提出了下行多用戶MIMO-OTFS系統的低復雜度預編碼方案，仿真表明可比傳統預編碼方案提供更低的系統復雜度與系統誤碼率。

《基于主動禁忌搜索的稀疏碼多址接入技術低復雜度檢測算法》設計了基于主動禁忌搜索(RTS)的稀疏碼多址接入接收機，在RTS法的外圍引入了迭代機制，極大降低了該類接收機的復雜度和誤碼率。針對OTFS的MMSE等傳統信號檢測方法復雜度過高的問題，《基于DNN的OTFS系統信號檢測方法》提出了一種基于DNN的方法用于恢復傳輸符號，使用抽頭延遲線信道模型生成訓練數據，仿真表明該方法在高頻偏和多徑效應下優于傳統方法。

《基于NOMA的去蜂窩大規模MIMO系統上行聯合信號檢測》采用Rician衰落信道模型以及最小均方誤差信道估計，根據信道統計特性推導上行頻譜效率的閉合表達式，進一步通過聯合信號檢測提高系統性能。針對差分空間調制系統中發射天線數目受限的問題，《差分空時媒介調制系統的設計與仿真》通過引入媒介調制技術，提出了差分空時媒介調制系統，仿真表明與差分空間調制系統相比可提供更高的頻譜效率。

綜上所述，本專刊涵蓋6G技術進展綜述、智能超表面技術、面向6G的可見光通信關鍵技術、通信感知一體化、基于人工智能的新型網絡架構等多個方面，希望能夠給廣大讀者了解和研究6G技術提供有益的啟示和參考。最后，衷心感謝各位作者精心撰稿，感謝評審專家以及編輯部的辛勤付出。