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6G移动通信系统_需求_挑战和关键技术_张小飞.pdf

发布时间：2022-06-02 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：1.68M 资料格式：pdf 举报 版权申诉
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    新疆师范大学学报(哲学社会科学版) Journal of Xinjiang Normal University(Edition of Philosophy and Social Sciences) ISSN 1005-9245,CN 65-1039/G4 《新疆师范大学学报(哲学社会科学版)》网络首发论文 6G 移动通信系统:需求、挑战和关键技术 题目： 张小飞，徐大专 作者： 10.14100/j.cnki.65-1039/g4.20191119.001 DOI： 收稿日期： 2009-11-06 网络首发日期： 2019-11-19 引用格式： 张小飞，徐大专．6G 移动通信系统:需求、挑战和关键技术[J/OL]．新疆师范 大学学报(哲学社会科学版). https://doi.org/10.14100/j.cnki.65-1039/g4.20191119.001 网络首发：在编辑部工作流程中，稿件从录用到出版要经历录用定稿、排版定稿、整期汇编定稿等阶 段。录用定稿指内容已经确定，且通过同行评议、主编终审同意刊用的稿件。排版定稿指录用定稿按照期 刊特定版式（包括网络呈现版式）排版后的稿件，可暂不确定出版年、卷、期和页码。整期汇编定稿指出 版年、卷、期、页码均已确定的印刷或数字出版的整期汇编稿件。录用定稿网络首发稿件内容必须符合《出 版管理条例》和《期刊出版管理规定》的有关规定；学术研究成果具有创新性、科学性和先进性，符合编 辑部对刊文的录用要求，不存在学术不端行为及其他侵权行为；稿件内容应基本符合国家有关书刊编辑、 出版的技术标准，正确使用和统一规范语言文字、符号、数字、外文字母、法定计量单位及地图标注等。 为确保录用定稿网络首发的严肃性，录用定稿一经发布，不得修改论文题目、作者、机构名称和学术内容， 只可基于编辑规范进行少量文字的修改。 出版确认：纸质期刊编辑部通过与《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司签约，在《中国 学术期刊（网络版）》出版传播平台上创办与纸质期刊内容一致的网络版，以单篇或整期出版形式，在印刷 出版之前刊发论文的录用定稿、排版定稿、整期汇编定稿。因为《中国学术期刊（网络版）》是国家新闻出 版广电总局批准的网络连续型出版物（ISSN 2096-4188，CN 11-6037/Z），所以签约期刊的网络版上网络首 发论文视为正式出版。
    DOI：10.14100/j.cnki.65-1039/g4.20191119.001 网络首发时间：2019-11-19 10:15:12 网络首发地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/65.1039.G4.20191119.0831.002.html 第四次工业革命·6G 专题研究（三） 6G 移动通信系统：需求、挑战和关键技术 张小飞 1，2，3 　徐大专 1，2 （1. 南京航空航天大学 电子信息工程学院；2. 南京航空航天大学 通信工程研究所； 3. 电磁频谱空间动态认知系统工信部重点实验室，江苏 南京 211106） 摘　要 ：2019 年为 5G 通信商用元年，随着 5G 系统开启，研究人员开始对下一代移动通信系统进行研究。 第六代移动通信系统（the 6th Generation Mobile Communication Systems， 6G），是 5G 下一代系统。文本探讨了 6G 通信系统的需求和场景，用 4 个关键词概括 6G 愿景 ：智慧通信、深度认知、全息体验、泛在连接 ；分析了 6G 系统面临的技术挑战 ：超高峰值速率、超海量接入、超高能耗、超广泛在通信网络 ；论述了 6G 系统支撑理 论（空间信息论、压缩感知、人工智能）和潜在关键技术（太赫兹通信、可见光通信、非正交多址接入技术、超 大规模天线技术、频谱认知技术、个性化的极化码技术、新电池与无线能量传输、定位技术）。文本探讨 6G 系 统研究现状、需求分析、应用场景、技术挑战、支撑理论和关键技术，构建 6G 系统的技术框架，为后续开展 6G 系统研究提供一些指导和建议。 关键词 ：6G 移动通信系统 ；通信网络 ；人工智能 ；互联网 中图分类号 ：TN911.7　　　文献标识码 ：A　　　文章编号 ：1005-9245（2020）02-0100-12 一、引　言 现 代 移 动 通 信 系 统 发 展 趋 势 ：传 统 模 拟 通 信—数字通信，语音业务—数据业务，低传输速 率—高传输速率，单媒体数据—多媒体数据 [1-2]， 从“人与人”通信扩展到“人—网—物”三元互 联 [1-4]。移动改变生活，人们对美好生活向往的 需求是移动通信系统持续发展的动力，也是下一 代移动通信系统发展努力的方向。第六代移动通 信 系 统（the 6th Generation Mobile Communication system， 6G），是 5G 下一代系统。6G 系统的传输 速率比 5G 系统提升 100 倍，通信网延迟也可能从 毫秒降到微秒级 [1-5]。 2018 年 3 月 9 日，工信部部长苗圩表示中国 已经着手研究 6G。同年芬兰也开始研究 6G 系统 相关技术，并于 2018 年底邀请媒体听取其针对 6G 系统所取得的研究成果与工作进展。 2018 年 7 月 16 -27 日，国际电信联盟第十三 研究组全会召开，决定成立“网络 2030”焦点组， 面向 2030 -2040 年的未来网络架构、需求，保持 后向兼容，支持当前以及未来新应用。 2019 年 3 月 15 日，美国联邦通讯委员会投票 通过开放“太赫兹波”频谱的决定 [2-3]，希望用到 6G 系统中以增加传输带宽、提高传输速率。 2019 年 3 月 25 日，在电气和电子工程师协会 的发起之下，全球首届 6G 无线峰会在芬兰召开， 会议邀请了工业界和学术界诸多学者，交流了 6G 系统最新成果，探讨了 6G 系统的愿景和对应的理 收稿日期：2009-11-06 基金项目：本文系国家自然科学基金面上项目“多维互质阵列信号处理理论和算法研究”（61971217）的阶段性成果。 作者简介：张小飞，南京航空航天大学电子信息工程学院教授、博士生导师，南京航空航天大学通信工程研究所常务副所长，电磁频谱 空间动态认知系统重点实验室常务副主任；徐大专，南京航空航天大学电子信息工程学院教授、博士生导师，南京航空航天 大学通信工程研究所所长。 第41卷 第2期 2020年3月Journal of Xinjiang Normal University(Philosophy and Social Sciences)新疆师范大学学报（哲学社会科学版）Vol.41 No.2 Mar.2020
    张小飞等 ：6G 移动通信系统 ：需求、挑战和关键技术 ·101· 论以及技术挑战。 2019 年 5 月 20 -24 日 ， 电 气 电 子 工 程 师 协 会（Institute of Electrical and Electronics Engtneers） 2019 年国际通信会议（ICC 2019）召开，本次大 会主题为“Enpowering Intelligent Communications” （赋能智能通信），众多与会专家及业内人士对 6G 时代如何实现智能通信的赋能展开了深入探讨。 6G 系统将是一个由地面无线网络、中低轨卫 星、近地空间平台 / 无人机、飞行器等集成的系 统，实现全球无缝覆盖。6G 系统不仅仅是通信， 还包括认知和体验，进而实现智慧通信、深度认 知、全息体验、泛在连接 [1-4]。 本文安排如下 ：首先探讨 6G 通信系统的需求 和场景 ；其次概括 6G 愿景，分析 6G 系统面临的 技术挑战 ；最后论述 6G 系统支撑理论和潜在关键 技术。 二、6G 移动通信系统的需求和场景 盖，应用边际持续扩大，覆盖亟需更深更广 ；全频 谱是指在深耕低频段、超低频段的同时，6G 系统 将向毫米波、太赫兹和可见光等高频发展 ；全应用 是指 6G 将面向全社会、全行业和全生态实现全应 用，与人工智能、大数据深度交叉融合，颠覆现有 技术途径 [1-4]。 6G 系统将采用毫米波、太赫兹和光波等频谱 资源，具有超高的传输速率、超低的通信时延和 更广的覆盖深度，同时融合地面移动通信、近地 空间平台、无人机平台、中低轨卫星等技术，解 决海陆空天覆盖等地域受限的问题，实现全球的 无缝覆盖 [6-7]，图 1 为天地一体化信息网络。未来 天地一体化通信网络典型的应用场景 [1]，如下。 （1）全球覆盖通信服务 ：提供全球无缝覆盖通 信服务，包括偏远的乡村、沙漠、海洋、湖泊、岛 屿、无人区、山区等传统地面基站无法覆盖到的 区域 ； （2）远程物联网服务 ：支撑远程物联网服务 ； （3）飞行平台通信服务 ：提供飞行平台通信， 我国移动通信国家重点实验室主任尤肖虎教授 指出 ：6G 系统的特征为全覆盖、全频谱、全应用 [5]。全覆盖是指 6G 系统将实现人、机、物协同通 信和超密集连接，并向天地融合发展，以实现全覆 如飞机、无人机、飞艇等平台的通信 ； （4）应急通信和广播服务 ：基于地震、台风、 海啸等灾害情况下的应急通信，以及公共安全和应 急广播服务等。 图1　天地一体化信息网络
    ·102· 第四次工业革命·6G 专题研究（三） 6G 系统不仅关注信息传输性能（包括速率、时 延等），而且注重于感知、认知、体验等精神层面 的追求。6G 系统以人工智能（Artificial Intelligence， AI）、云计算、雾计算、边缘计算、物联网技术 为基础，实现虚拟现实、虚拟用户、智能网络等 功能 [8-9]。 虚拟现实 VR （Virtual Reality， VR）技术基于 计算机技术、电子信息技术和仿真技术，实现计 算机模拟虚拟环境，使用户沉浸到该环境中 [3]。增 强 现 实 AR（Augmented Reality，AR） 技 术 运 用 多媒体、三维建模、实时跟踪以及注册、智能交 互和传感等多种技术手段，将计算机生成的文字、 图像、三维模型、音乐及视频等虚拟信息模拟仿 真后，应用到真实世界中，两种信息互为补充， 从而实现对真实世界的“增强”[3]。 AR 和 VR 被 认为是 5G 最重要的需求之一，6G 系统运营后， 媒体交互形式从当前的平面多媒体发展为高保真 AR/VR 交互，甚至全息信息交互，进而无线全息 通信将成为现实 [1]。高保真 AR/VR 将普遍存在， 全息通信和显示也可随时随地进行，届时人们可 以在任何时间和地点享受完全沉浸式全息交互体 验 [10]。未来 6G 系统连接的将是普遍具备智能的对 象，其连接通信关系不仅是感知，还包括实时的 控制与响应，即所谓“触觉互联网”[11]。“触觉互 联网”一词由德国 Gerhard Fettweis 提出，其可以 被定义为一种低延迟、高可靠性、高安全性的互 联基础设施，借助于触觉互联网可提供远程触觉 感受，能对物体或对象进行远程控制、诊断和服 务，并实现毫秒级响应。触觉互联网融合了虚拟 现实 / 混合现实 / 增强现实、通信、触觉感知等新 技术。同时，触觉互联网提供了一种新的人机交 互方式，在视觉和听觉以外叠加了实时触觉体验， 使用户能以更自然的方式与虚拟环境进行交互操 作。此外，触觉互联网定义了一个低延迟、高可 靠性、高连接密度、高安全性的基础通信网络， 是 6G 移动通信的重要应用场景之一，可以被广泛 应用于工业自动化、自动驾驶、智能电网、游戏、 健康和教育等需要毫秒级响应的行业应用，并实 现网络功能由环境信息监控到环境控制的拓展 [12]。 全球首届 6G 峰会在芬兰举办，推出《6G 无 线智能无处不在的关键驱动与研究挑战》白皮书， 给出 6G 系统的需求 [4]。 网速实现超高的分辨率、帧速率，并能提供虚拟现 实、增强现实、混合现实服务，与我们感官和运动 实现无缝连接 [4] ； （2）高分辨率的成像技术、可穿戴显示设备、 超高速的无线网络将使实时捕捉、传输和渲染 3D 图像的远程全息成为现实。这将会在远程办公、远 程教育、协作设计、远程医疗、高级三维模拟和训 练中广泛应用 [4] ； （3）2030 年以后，全球将有百万级以上自动 驾驶车辆、无人船和无人机将接入通信网络，这些 自动驾驶车辆、无人船和无人机装备大量传感器， 包括激光、红外、雷达、摄像机、GPS 等，感知 环境参数，选择最优路径，完成指定任务 [4]。 2018 年 10 月 2 日，国际电信联盟在美国纽约 召开“网络 2030”研讨会，会议针对 6G 三大场景 达成了共识 [13] ： （1）甚大容量与极小距离通信。包括超越 AR/ VR、 全 息 通 信、 高 吞 吐 量（>Tbps）、 全 息 传 送 （<5ms）、数字感官、定性沟通协调流等 ； （2）超越“尽力而为”与高精度通信。包括无 损网路、吞吐量保证、时延保证（及时保证 / 准时 保证 / 协调保证）、用户—网络接口 ； （3）融合多类网络。包括卫星网络、因特网规 模的专用网络、移动边缘计算、专用网络 / 特殊用 途网络、密集网络、网络—网络接口、运营商—运 营商。 三、6G 移动通信系统的愿景 6G 系 统 目 标 是 满 足 10 年 后 的 信 息 社 会 需 求，6G 系统愿景可表征为 ：“智慧通信”“深度认 知”“全息体验”和“泛在连接”（见图 2），实现 无缝融合的人与万物智慧互联 [1]。 智慧通信。未来 6G 系统将会面临诸多挑战 ： 更复杂、更庞大的网络，更多类型的终端和设备， 更加复杂多样的业务类型。移动通信系统与 AI 结 合，让 AI 更好地赋能网络成为必然趋势 [14-16]，充 分利用 AI 先进理论和技术来解决这种复杂需求几 乎是必然的选择。智慧通信就是利用 AI 先进理论 和技术来解决通信系统中一系列问题，实现赋能智 能通信，包括网元与网络架构的智能化、连接对象 的智能化、承载的信息支撑智能化等业务 [1]。 （1）随着新型传感器技术、图像处理技术、视 频处理技术、显示和成像技术的发展，通过超高的 深度认知。6G 系统接入需求将从深度覆盖演 变为“深度认知”，其特征可以概括为——深度感
    张小飞等 ：6G 移动通信系统 ：需求、挑战和关键技术 ·103· 深度认知 ● 深度学习 ● 深度感知 ● 深度思维 智慧通信 全息体验 ● 全息通信 ● 高保真AR/VR ● 无缝覆盖的AR/VR 图2　6G 愿景 泛在连接 ● 随时连接 ● 随地连接 知 ：触觉网络 ；深度学习 ：深度数据挖掘 ；深度思 维 ：心灵感应等 [1]。 全息体验。6G 系统提供高保真 AR/VR、全息 通信等需求，保证人们享受完全沉浸式的全息交 互体验，此即 6G 系统一个愿景 ：“全息体验”[1]。 “全息体验”特征可以概括为 ：全息通信、高保真 AR/VR、随时随地无缝覆盖的 AR/VR[1]。 泛在连接。“泛在连接”即广泛存在的通信， 它以无所不在、无所不包、无所不能为基本特征， 以实现在任何时间、任何地点、任何人、任何物都 能顺畅地通信为目标。“泛在连接”就是实现全地 形、全空间立体覆盖连接，即“空—天—地—海” 随时随地连接。对比“深度认知”，“泛在连接”强 调地理区域的广度 [1]。 四、6G 移动通信系统的挑战 5G 移动网络面临的挑战 ：大流量、大连接和 多场景。国际电信联盟定义了未来 5G 的 3 大类应 用场景 ：增强型移动互联网业务、海量连接的物联 网业务和超高可靠性与超低时延业务应对移动通信 场景所面临的主要挑战 [12]。6G 系统技术指标，以 及 5G 和 6G 指标对比见图 3。为实现 6G 系统的愿 景，满足未来通信需求，需要考虑如下几项技术 挑战。 超高峰值速率。6G 系统将采用新频谱，进一 步提升峰值速率，峰值速率将高达到 Tb/s 级别。面 向未来，人们对移动互联网大流量应用（AR、VR、 触觉互联网、全息体验等）的需求及万物互联的速 率需求将十分巨大 [1-5]。因此，6G 系统要求能够随 时随地享受高速率、低时延的连接需求，这些将是 6G 系统需要面对的巨大挑战。 超海量接入。6G 移动网络面临的挑战 ：超海 量连接的物联网业务。万物互联的场景下，机器类 通信、大规模通信大量存在。到 2030 年，将有上 千亿部移动设备实现互联 ；物联网应用领域将扩 展至各行各业， M2M 终端数量将大幅激增，应用 也将无所不在 [2-3]。故而，超海量连接需求，是 6G 系统需要面对的巨大挑战。 超高能耗。目前 5G 系统推广面临一个问题 ： 能耗问题。从运营商角度来看基站端 5G 能耗是 4G 系统的十几倍。基站端能耗高的问题同样存在 于手机端，而目前锂电池的电量容量无法维持较高 续航。未来 6G 系统拥有超海量、无处不在的无线 节点和传感器，将带来超高能耗问题，这也是未来 6G 系统需要面临的技术挑战。 超广泛在通信网络，即空天地海泛在通信网 络。6G 系统将向空天地海空间不断延伸，为人们 提供无处不在、无时不在的信息基础设施 [1]，真 正实现随时随地的连接及通信需求。未来 6G 通 信网络的通信目标应为 ：任何人在任何时间、地 点可与任何人进行任何业务通信 [1]。由此可知， 超广泛在通信网络，是 6G 系统需要面对的巨大 挑战。
    ·104· 第四次工业革命·6G 专题研究（三） IMT-2020（“5G”） Network 2030 5G便能“改变生活” 低时延（1ms） 网络速率（10Gbps） 关键技术：网络切片、 SDN/NFV、SON 万物互联 增强隐私和安全性 试听双感的3D媒体 便能“新互联网” 超低时延（<1ms） 高保障时延（及时） 高精度时延（准时） 网络速率（1TGbps） 新IP，铁路轨道式交换 CPS和数学/物理孪生 地面/卫星网络融合 全感3D全息 图3　5G 和6G 指标对比 五、6G 移动通信系统支撑理论和关键技术 本节介绍 6G 系统支撑理论和关键技术（见图 4），并对相应的理论和技术进行详细介绍和分析。 图4　6G系统支撑理论和关键技术 （一）基础理论 支撑 6G 系统的理论较多，本节将对其中最具 可能性的基础理论展开讨论，包括空间信息论、压 缩感知理论和人工智能理论等。 1. 空间信息论 空间信息论是由香农理论发展而来的信息论的 基本理论，它主要是应用概率论、随机过程和现代 数理统计方法研究信息提取、传输和处理的一般规 律，以提高信息系统的有效性和可靠性。研究者将 所能获取到的距离、方向和幅度信息统称为空间信 息，从而开展研究空间信息论。现将联合互信息统 一描述如下 ：采样信号含有目标的距离、方向和幅 度信息，因此目标获取的空间信息可以定义为接收 信号与距离、方向和幅度矢量的联合互信息。 文献 [17] 给出空间信息论的基本框架和基础 理论。首先介绍了空间信息论中目标探测系统的基 本功能、基本组成以及主要性能指标。在此基础 上，对空间信息进行了定义，讨论并分析了目标探 测系统的基本模型、发射信号的模型、目标的散射 模型等。最后，给出了熵误差性能指标的定义，并
    张小飞等 ：6G 移动通信系统 ：需求、挑战和关键技术 ·105· 讨论了熵误差与均方误差之间的关系。 6G 系统中采用空天地海泛在通信网络，使用 新频谱、超大规模天线技术、非正交多址接入、定 位技术等，包含大量理论基础问题，其中最核心的 基础问题就是空间信息论。 2. 压缩感知 压缩感知（Compressive Sensing，CS）理论是 近年来诞生的一种新的信号处理理论，该理论是由 Candes、Romberg、Tao 和 Donoho 等人在 2006 年提 出，主要包括了稀疏信号的采集与恢复技术 [18-21]。 和传统的奈奎斯特采样理论相比，压缩感知理论通 过分析信息在信号中的结构，充分利用压缩感知的 稀疏性或可压缩性，对信号进行采集的同时进行适 当压缩，以达到降低数据处理、数据存储以及数据 传输成本的目的。该理论由于其先天的优势，诞生 之初就迅速成为信息论、信道估计、无线通信、图 像处理、信号检测、参数估计等众多领域的研究热 点 [22-31]。 信号的稀疏性是压缩感知的重要前提和理论基 础，信号的稀疏性定义为 ： 定义 1 ：信号的稀疏性为信号中非零元素数目 较少。 定义 2 ：理论上讲任何信号都可以找到相应的 稀疏表示空间，即具有可压缩性，可以对信号进行 有效压缩。 定义 3 ：矩阵奇异值的稀疏性，指矩阵奇异值 中非零元素的个数（即矩阵的秩）相对较少 ；也称 为矩阵的低秩性，即矩阵的秩相对于矩阵的行数或 列数而言很小。 压缩感知理论主要可以分为三个部分 ：首先是 稀疏信号的表示 ；其次是测量矩阵的设计 ；最后是 恢复信号的重构算法设计。在未来 6G 移动通信系 统中，压缩感知理论可广泛应用于超大规模天线设 计、无线触觉网络、超宽带频谱感知等。 3. 人工智能 移动系统的复杂性、连接设备的数量“剧增”， 将导致系统从经验中自我学习、自我优化、自我进 化并灵活地提供各类新服务。 未来 6G 移动通信系统将与人工智能结合，移 动通信与人工智能将以相互交叉、相互协同、相互 赋能的关系共同发展、共同研究，并非是完全独立 的技术领域，其将分别从网络业务运营智能化、客 户管理智能化、业务提供智能化来逐步实现移动通 信网络智能化。这将使得移动通信网络进入一个新 阶段。但这也将是一个漫长的过程，还需要人工智 能的不断发展，需要硬件计算能力的进一步提升， 需要神经形态计算和跨媒体智能计算等强大的信息 处理能力来为用户数量大、业务范围广、全新业务 不断涌现的 6G 移动通信网络提供超级智能大脑。 移动通信与人工智能的发展可以分为三个阶 段 ：第一阶段，移动通信网络为人工智能提供业务 支撑 [15] ；第二阶段，人工智能为移动通信网络提 供优化服务 [16] ；第三阶段，将上升到移动通信网 络与人工智能相互协调、相互服务、相互提升的智 能移动通信阶段。在智能移动通信阶段，智能体互 联通信、智能体互联数据传输、智能体互联自助服 务将诞生，这将推动人类社会从“万物互联”时代 迈向“万智互联”时代，将实现全自动驾驶、无人 快递、精准医疗和自动欺诈检测等新业务 [1-2， 32-33]。 6G 时代的移动通信系统面向“万智互联”，将 形成具备智慧的移动网络。面对高速率、低时延的 6G 移动通信网络，可以预见在未来通信中存在大数 据传输、大数据处理以及大数据存储等，将大量使 用强化学习、深度学习等人工智能方法，以智能高 效的方式处理大数据和管理无线移动通信资源 [34-35]。 （二）关键技术 1. 太赫兹通信 太赫兹频谱是随着当前频谱资源枯竭而发展起 来的全新频谱资源，指频率在 0.1-10 THz 范围内 的电磁波 [1-4]。太赫兹频谱通信具有频谱资源带宽 宽、传输时延低、传输速率高等优势，是未来 6G 移动通信系统极具吸引力的宽带通信技术 [2-3]。太 赫兹频谱既有微波的特性，又有光波的特性，主要 表现为穿透性强、带宽宽、低量子能量等，对于未 来 6G 移动通信系统中的大数据实时传输是一种不 可多得的有效技术手段。 与微波通信相比，太赫兹通信具有载波频率更 高，穿透能力更强 ；传输带宽更宽，能获得更大的 信息传输容量 ；波长更短，更容易将设备小型化、 便携化。与激光通信相比，太赫兹通信具有大气吸 收能力强的特点，对于短距离空间保密通信更有 效 ；波束宽度适中，太赫兹通信对于平台的稳定性 要求更低。 太赫兹频谱通信技术在未来大数据实时传输的 6G 移动通信系统中具有先天的技术优势 ： （1）宽频谱资源 ：太赫兹由于频率高，具有丰 富的可利用频率资源 ； （2）高传输速率 ：太赫兹频谱的数据传输能力
    ·106· 第四次工业革命·6G 专题研究（三） 能达到 100Gbit/s 以上 ； （3）强捕获能力 ：太赫兹频谱具有灵活可控的 多波束，在空间组网中，能够获得提供很强的通信 跟踪捕获能力 ； （4）强抗干扰 / 截获能力 ：太赫兹具有波束 窄、方向性好等特点，使得太赫兹通信信号难以被 侦查和接收，即太赫兹通信具有更好的保密性和抗 干扰能力 ； （5）强穿透性 ：太赫兹穿透物质时，其衰减较 小，能满足某些特殊场景的应用需求。 太赫兹频谱用于未来 6G 移动通信系统除拥有 显著优点的同时，也避免不了存在很多技术上的难 点与挑战 ：大尺度衰落特性、太赫兹直接调制技 术、太赫兹混频调制技术以及低功耗、低复杂度的 高速基带信号处理技术等 [1-4]。 2. 可见光通信 可见光通信技术是将高速互联网架设在照明设 备上，利用肉眼无法区分的光照闪烁来传递信号信 息，这种短距离无线通信方式能够覆盖室内灯光达 到的范围，对于任意家用的物联网设备，不再需要 进行有线连接。可见光通信技术能有效解决当前射 频通信频带紧张的问题，因此可见光通信技术具有 广阔的实际应用需求和研究价值。 可见光通信技术和当前的无线局域网相比，具 有很多优势 [2] ： （1）可见光通信设备简单 ：可以利用家用照明 设备替代无线局域网基站来收发信号 ； （2）传输速率高 ：可见光通信技术能够获得几 十兆甚至上百兆的传输速率，随着对可见光技术的 研究和发展，未来传输速率可能达到甚至超过光纤 传输速率 ； （3）保密性更好 ：对于可见光通信而言，仅仅 需要一块帘布将可见光挡住，信息就不会泄露，因 此具有很强的保密性 ； （4）便携式的终端设备 ：对于移动终端，只要 在室内可见光范围内，就可以实现数据通信传输 ； （5）满足特殊应用场景 ：如医院等特殊部门， 对电磁信号比较敏感，可见光通信系统能够被自由 的使用。 可见光通信技术具有广泛的应用场景 ：室内无线 局域网、水下可见光通信以及卫星之间的可见光通信 等，可见光通信在未来移动通信中具有无可替代的作 用，值得研究者们进行深入的可见光通信技术研究， 并针对不同的应用场景给予特殊的优化处理，为未来 可见光通信系统的应用提供理论支撑 [43-48]。 3. 非正交多址接入 预计在 6G 时代，每平方米范围内平均会有 10 个以上无线终端设备，第一代到第五代移动通信技 术的多址技术（主要有频分多址、时分多址、码分 多址以及空分多址技术）将无法满足快速增多的用 户需求，因此需要新的接入机制来以高效及可扩展 的方式处理大量非正交用户数据，非正交多址接入 （Non-Orthogonal Multiple Access， NOMA）技术将 在 6G 时代蓬勃发展。 非正交多址接入技术的核心思想是在发射端为 每一个用户分配非正交的通信资源。其发射端变 现为不同的用户在时域、频域或者码域上叠加传 输，非正交多址接入技术的核心在于为接收端提供 先进的接收算法以分离用户信息。该技术能够满足 快速增长的用户需求，其优势主要体现在以下三个 方面 ：（1）更高频谱效率、更大容量、更高速率 ； （2）实现简单、易于多输入多输出 （Multiple-Input Multiple-Output， MIMO）技术结合、可有效提升 系统容量 ；（3）在减低功耗、延迟、实现复杂度等 方面具有先天优势。 现有的 NOMA 技术中大致上可以分为两类， 即功率域 NOMA 和码域 NOMA[50-55]。现今功率域 NOMA 研究较少，日本 DoCoMo 公司在这方面取 得了较大进展，技术也相对成熟。码域 NOMA 与 传统正交多址有相似之处，在发送端将各用户的 信息调制到不同的扩频序列上，然后进行叠加传 输，复用的传输层或用户数可以大于可用的正交资 源数，即可以实现过载，满足未来 6G 海量连接的 需求。 当前的非正交多址技术还存在接收机复杂度过 高、接收端处理难度随着用户数的增加而快速增 长、多用户检测的特征图样较难、多用户检测消息 传递算法计算复杂度较高等问题，但是非正交多址 接入具有的高频谱效率、高连接密度和大系统容量 等优点，使学术界和工业界都认为其将是未来 6G 移动通信系统中解决多用户问题不可或缺的关键技 术之一。非正交多址接入技术主要的吸引力在于解 决了传统正交多址接入技术中效率低的问题，同时 还能进一步提升通信系统容量 [56]，它必将会在未 来移动通信中得到更广泛的研究与应用。 4. 超大规模天线技术 当把 THz、Sub-THz、可见光的新增频谱用于 6G 时代的移动通信系统之后，将需要运营商们能
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