专刊：6G技术研究

特邀策划人

金 石

东南大学副校长、首席教授、博士生导师、长江学者计划特聘教授、国家自然科学基金杰出青年科学基金获得者、国家“万人计划”科技创新领军人才、江苏省特聘教授。2007年获东南大学工学博士学位，2007年6月至2009年10月，受英国工程与自然科学研究理事会资助，在英国伦敦大学学院从事博士后研究。长期围绕5G/6G移动通信理论与关键技术、物联网理论与关键技术，以及人工智能在移动通信中的应用等领域开展研究工作。发表学术论文400余篇，授权国际/国家发明专利50余项，出版专著2部，教材1本。荣获省部级科学技术一等奖3项、二等奖1项、IEEE通信学会莱斯奖、IEEE信号处理学会青年作者最佳论文奖、China Communications最佳论文奖、Electronics Letters最佳论文奖、National Science Review最佳论文奖、Journal of Communications and Information Networks青年作者最佳论文奖，以及十余个国际重要学术会议最佳论文奖。2014至2020年连续入选爱思唯尔中国高被引学者，2019和2020年两次入选科睿唯安全球高被引学者。

内容导读

自20世纪80年代以来，移动通信基本上以十年为周期进行更新换代。从第一代移动通信系统(1G)的语音、第二代移动通信系统(2G)的语音和文本，到第三代移动通信系统(3G)的多媒体、第四代移动通信系统(4G)的移动互联网，再到第五代移动通信(5G)的场景连接。移动通信的演进升级深刻地影响着人类社会与技术的发展，持续加快信息产业的迭代升级，不断推动经济社会的繁荣发展，为世界各国的经济和社会进步做出了卓越的贡献。在当今时代，随着移动互联网与物联网的持续升级和泛在化，移动通信系统已深度融合到人类生活以及社会生产的方方面面，与整个人类社会的日常生活息息相关。移动通信不仅深刻变革了人们的生活和生产方式，更成为社会经济数字化和信息化水平加速提升的引擎。

随着3GPP R16版本正式发布，5G标准化进入新的阶段，5G商用已经全面展开，面向未来移动通信发展的第六代移动通信系统(6G)研究已在全球正式启动。6G将面向全覆盖、全频谱、全应用和强安全等需求，采用天空地一体、通信-感知-计算融合的新型网络架构，探索利用太赫兹和可见光等新频谱，发展超大规模天线、新型调制编码、超表面等新空口技术。6G将在提升传输速率、扩展覆盖范围的同时，与人工智能、云计算等更紧密结合，实现万物智联和万智互联。世界各国争先恐后地开启了新一代移动通信系统的研究开发，力求在新一轮全球竞赛中取得先机。芬兰政府率先启动6G大型研究计划，美国联邦通讯委员会也为6G研究开放太赫兹频谱。作为全球第一个实现5G商用的国家，韩国通信与信息科学研究院于2019年4月正式宣布开始开展6G研究并组建了研究组，韩国政府2020年1月宣布将于2028年在全球率先商用6G。我国工信部也于2019年成立了6G研究组，并在2019年底正式更名为IMT-2030推进组，推动6G相关工作。显而易见，6G的理论与关键技术研究正在全球快速兴起。

鉴于上述情况，为了更好地将6G技术研究的最新成果介绍给读者，进一步推进我国6G技术发展需求，我们组织了本专刊。

《6G进展与未来展望》回顾了全球6G发展近况和各个国际行业组织的6G工作规划，推导出6G的网络技术指标需求及其能力拓展需求，并对业界关注的无线传输技术主要领域的进展、面临的问题和挑战进行介绍和总结。

《6G智能超表面技术应用与挑战》介绍了RIS在未来无线通信网络中发挥作用的主要方向，归纳了RIS工程化面临的信道降秩、网络间/内共存、网络部署等主要挑战，并提出了可能的解决方案。

针对可见光通信在6G新场景下的挑战，《面向6G的可见光通信关键技术》对水下和星基可见光通信分别进行了简要的介绍，为了高效处理复杂的非线性效应，提出了人工智能赋能的可见光通信新技术，该技术对发展面向6G的可见光通信具有巨大推动作用。

《面向6G的太赫兹通信感知一体化》介绍了6G的关键特征及太赫兹感知通信融合的3种模式，分析了太赫兹技术用于通感的优势并概括出4种应用场景，总结了太赫兹感知与通信技术的基础差异以及在一体化器件与信号设计、感知与通信互助的组网和分布式协同技术和智能资源管理方面所面临的挑战。

针对无线电地图领域的研究背景和研究现状，《通信感知一体化中的无线电地图技术》将现有的无线电地图技术按照实现方式与环境抽象能力的不同分为基于信道参数、基于通信性能和基于无线环境几何特征的三类无线电地图，并通过阐述典型研究成果总结比较了各类无线电地图的应用场景与优缺点。针对智能体信息交互场景与需求，《通信感知一体化信息交互技术》提出了一种通信感知一体化信息交互方案，并设计了基于无线感知的无线通信系统。

《基于人工智能的6G网络技术》介绍了基于人工智能的新型网络架构和空口技术，详细阐述了AI引擎和智能架构维护的应用，并在此基础上提出了基于深度强化学习的网络切片智能调度算法。

针对星地融合网络，《6G网络覆盖扩展的安全防护问题思考》分析了来自无线信道、用户终端、网络节点和应用系统等方面的安全威胁，提出了网络内生安全与传统安全融合的技术构想，并进一步给出网络安全技术的研究建议。针对多用户到卫星边缘节点上部署资源的竞争问题，《天地融合网络中基于博弈论的分布式卸载算法研究》提出了基于博弈论的分布式卸载算法，贪心算法进一步优化了边缘服务器的选择策略，使得总体开销缩小。

在空天地一体化网络的发展热潮下，《6G空天地一体化多维立体网络容量分析方法》针对空天地一体化网络容量问题，考虑了用户、卫星以及路由选择等多重因素，提出了一种基于时间切片的系统容量分析方法，分析了影响系统容量的多种因素，对网络优化设计提供有效支撑。针对卫星物联网资源受限的问题，《基于终端位置及业务优先级的卫星物联网资源分配方法》提出了基于终端位置、业务优先级的资源动态分配方法，使系统可依据当前覆盖区域内的用户数量动态分配用于物联网服务的信道数量，从而提高资源利用效率。

《分级智能工业互联网业务执行可靠性与时延性能分析》将效用函数表征时延性能和可靠性的折中作为用户任务执行的性能指标，提出一种基于自适应的任务调度方案，以最大化效用函数取值，提高了人工智能业务执行在高可靠和低时延方面的性能。

依托OPNET仿真平台，《基于OPNET开发平台的太赫兹MAC协议仿真模型设计》以太赫兹超高速无线MAC协议为核心，设计并开发了太赫兹通信组网模型，可实现波束赋形及天线对准、天线扫描、自适应入网与退网、CSMA/CA以及TDMA等核心功能。《面向6G无线通信应用的太赫兹收发器》介绍了面向6G无线通信系统应用颇具潜力的几种THz光子学收发器的工作原理和研究进展，包括单行载流子光电二极管(UTC-PD)、肖特基二极管(SBD)、THz量子级联激光器(THz QCL)和THz量子阱探测器(THz QWP)，这4种收发器在未来6G无线通信中具有潜在的应用价值。

《Polar码编译码技术研究》首先分析了信道极化的基本原理，即信道组合和信道分解的过程；对信道极化现象进行了仿真，研究码长和删除概率对极化现象的影响；其次对编码中的重要环节即生成矩阵构造和信息集的确定进行描述，推导了生成矩阵的构造过程，并详细讨论了编码过程。《面向6G的MIMO-OTFS系统低复杂度预编码方案》分析了影响多用户MIMO-OTFS系统性能的因素，提出了下行多用户MIMO-OTFS系统的低复杂度预编码方案，仿真表明可比传统预编码方案提供更低的系统复杂度与系统误码率。

《基于主动禁忌搜索的稀疏码多址接入技术低复杂度检测算法》设计了基于主动禁忌搜索(RTS)的稀疏码多址接入接收机，在RTS法的外围引入了迭代机制，极大降低了该类接收机的复杂度和误码率。针对OTFS的MMSE等传统信号检测方法复杂度过高的问题，《基于DNN的OTFS系统信号检测方法》提出了一种基于DNN的方法用于恢复传输符号，使用抽头延迟线信道模型生成训练数据，仿真表明该方法在高频偏和多径效应下优于传统方法。

《基于NOMA的去蜂窝大规模MIMO系统上行联合信号检测》采用Rician衰落信道模型以及最小均方误差信道估计，根据信道统计特性推导上行频谱效率的闭合表达式，进一步通过联合信号检测提高系统性能。针对差分空间调制系统中发射天线数目受限的问题，《差分空时媒介调制系统的设计与仿真》通过引入媒介调制技术，提出了差分空时媒介调制系统，仿真表明与差分空间调制系统相比可提供更高的频谱效率。

综上所述，本专刊涵盖6G技术进展综述、智能超表面技术、面向6G的可见光通信关键技术、通信感知一体化、基于人工智能的新型网络架构等多个方面，希望能够给广大读者了解和研究6G技术提供有益的启示和参考。最后，衷心感谢各位作者精心撰稿，感谢评审专家以及编辑部的辛勤付出。