【白皮书市场研报】6G近场白皮书2024.docx

ttMW*-M1.MIHItIRBI>PT型诧fcj<vx2*(chiguni1.tXu1.q)中国张亚WHU2ii(Schirm11X.UI6G近场技术白皮书MiIHtt(Ua1.i(cu.edu,cn>,东两大学张平(PZhanybUP1.CdVsn),北京邮电大学尤肖虎(.yh>u：).东南大学主,赵亚军(Zhaa河Un1.Cnk中兴JSiR救凌龙(dai1.1.©Sj岫Ui1.cduxnh清华大学味建华(IhZhanX(up).北京肥电大学章节委，付崇文CbQgMaIhuaIHuuXdUM>>浙江大学刘兀跖Hg1.»eiiuqmu1.ac.H).伦敦玛图女王大学StXIM3,uanfeiMu>ObI1.e.0>m).中IM移动主要贡*作者，(拉的名首字母排序)艾州Mai触iw1.uxn).北京交通大学白宇明。虫W).北京理工大学,VHYK911Rg.cai(aCi1.khy>.RfIS大学tt勇GQnUzcnp0scu.cdu,cn,东南大学陈商沽(自叫jimheni2.iIfX).中山大学程U涛(ChCngriQQcmdiChinamobiIcvom).中H1.移动通佑象山设it茨有取公司¾1K桥(CbengAIfiichimikrtocomm).中国电伯研亢疏IU格尧(Cui-my1.6¾ghuxcrg,n).清华大学AS凌陀(daiH位<>.iff华人学孙博林1diboya*ucdurn).北京大学电f学院iHGKdOng1.ij1.1.an2012163Com1.山西大同大学tifu(doujinu¾ztc.on¾.cn>.中兴通讯HV(Iund1.(hiMhUh清华大学mtt4ii(duanhim8220qqum人北京信1.2科技大学冯他QfcDuidiangUJm.西安电T科技大学E&feiMwatieee.org),清华大学高松涛1>ungt*>(c11kchtnm()bkIUn冲Ii1.移动地K：集国设计院为1«公司V<bj1.c11),北京理工大学维成电路与电子学院高堂qingpa。刎jkhcdu.E1.上施交通大学高你MMKa1.6i1.cdun>.北京理I：大学富铁瑞(Uei.>n(n1.u.cdu.),南汴理1：大学M双俞(khan(xidinvdacn)西安电广科技大学ft<hnvu(gucdu6111.东南大学gJj明<沁mhao<g>zz1.cducn.XWU大学何东轩(dQ3aJ1.cdiWD).北京理工大学何解<jiguang.hc.ckTechno1.ogyInnovation1.ns(i(u(c.侯大为(IE也与MyEUE9>.北京文i®大学侯晓林(huQkHX1.mU1.Jb>ben.cu<nrn).1XXX)M<)Bvijmg5胡杰(hujicwc#.Cd1.ken),电子科技大学AIJft东(boo*nd(hiIcducn).北京理X学推崇文(ChonUWCnhMnf/juZuc).济H大学黄堆土4kaiki1.wuns(acucik1.伦敦大学学沅黄AA(377145470x001).电广科技大学李然(ranj位小>.淅江大学fi纱jin.mgnan(j中共13讯J1.浩(iknyhM<nuiu.Z入南京怡息：程大学N大油QianpdajicQviv。com).雉次(ViVo期件技术W口松司伴k界1.iianPyh20nUIikI3njtUi1.Cdi1.C).清华大学金石Ui1.Hhici1.CdU«n).东南大学Wi亚碟<yAhengjin0cn,cdu,cn>.东南大学石浩,19211425).北京交通大学CiWWI1.1.iapgng2O23(nn1.'SkvHcMcn).南方科技大学今隹出fikxeIig，tcdu5),巧州大学伞比UiIOngmai1.xidian.CdI1.Cn).西安电f科技大学aC南心(IinanXnchiaic1.cx>m.s1.中IH电信M先度李翻IixftMooomotabvbtfUim1.CUinQihIX)COMOBC1.JInFIuifM争1.<"nrui1.isC1.1.edUE).东网大学个得K1.QneUi。Udook.en郑州大学刘凡(IiU1.b().南方科技大学刘海霞(h.x1.iux>1.,西安电子科技大学刘俊(CnhUiun9侬Hntti1.ArU1.n)电jF1.技大学：刘秋快1Iiu5g2krhnam¼>m.c汁中口或透刘W"Urchk1.m(8,Z1.CCQm.e>中兴通iH刘开忸(NJi1.I5EedUCn).东南大学刘恩*Ib应®UnUq皿Cn).厦门大学刘里wiu®Mru«du£n).东南大学刘Bft近“910670立，。攸诃).同济大学刘元由)3»日mQmy1.昵.uM.伦敦玛图女王大学卢”洋(h1ixn2(11Mi,ginEh11.Gh.cn),清华大学陆海全(hii<wnggCdME.东附大学陶宇(1.u1.90tmnik.(qinghua.cdu,cfi).潴华大学罗宏光UUah1.2(n3k,1.MnB)g.cdu.cD)沛华大学马文t(Wgnyi1.n便Unu、CdM卜Ji加城国立大学E天奇(2XQ(i3uE1.北京理工大学缗j*HhmiaWbUP1.CdUCn).北京邮电大学翳Jft东(XidQ可,11mnu1.Mk1.伦敦网囹女王大学欧阳崇岐(dKxgunau、a1.也ucd.ic)都柏林大学潘存华(c.pan(ei4yd1.rn).东南大学fip;InduaCEdiChinamObiIdu;).中国移动iff1.<S集团设产超(du.,xn(nh,c<h>62).南洋理工大学向仿(6咋加£示MinRhg曲5卜清鹏大学杨刚(、nn阳”(uEccduCn1.电子科技大学，杨坤(IMn4¾m¾¾f1.n)维沃(VhIO>ft件技术在双公司物线fkunyangnju.cduxn)南京大学杨现伶(孰ianiun®CiC1.mobikqan).中伶升格动通小技术股份有限公司计院存限公司任红(hrcnwKu<dusn).氽曲大学沙城(dk¾0加CdaCn>.浙江大学沈JS字<*enjj7ju.cdun).浙江大学史地(如xI9(gi1."3ngg<yhj.5X清华大学史琰3i(mi1.xidianxdu.m.西安电干科技大学柬讦(hukn>IO1.).海南大学宋健(i3>11H佝kinRhg,c<h*cn).清华大学苏昕(*uxn但CieInIQbiIemnih中(«'；科移动通管技术股份ft限公司照辉<yan2haohui)淅(I大学信息与电子工程学院j*i<H>uCuU)南方科技大学TftuhbKb1.cducnk北京理工大学兴成电路。电子学沅d匕京理工大学东庆微电r研究院I叫(uiimi叫呦口虱1.3InanM中此即I1.J).中国移动地倡出团设计院行限公司山'庆1(YUJRinaktmRtSy1.e.axnin).,1兴却讯支CI1.Hywm,诋i(chi11aI1.XU<gm).中国移动苏asuxm).中国移动林落龙GUnnyuMcn).东南大学他2J新unyiu,ciyiv(hin1.h1.Xi1.1.1SQ!D).中国待动袁志强IyiIanZhiqiangbup(,cducnk北京部电大学岳53攸”ZuOmKi(pku<>.北京大学电予学院ffiSWt(XinWei.，UtfbiMX北京伯息科技人今J1.RI(zvhCducnh浙江大学信电F工程学能他的洪(MIf1.yUnqiQzkcomcn1.中兴通讯唐盼(angpn22磔UPCZUM).北京邮电大学田佳辰U1.iU"iaden便WuCdIten).东南大学王勃皓(boXM%nU(7iscducn),浙tt大学王延陋1JanghUiZhiQvEcdmcnI.东南大学王劲诂(3angjinQsinh>aeduCn).清华大学王IBEJangxrngfei1.I2I，nd.CUm),维沃(ViVo)软件技术行限公司Ik咋、2n4nt4c<Qn,cn1.中兴通讯王魁ihaNn.warnCInW1.X.uk)伦敦玛丽女F大学Eff<zhgwanu力颔市”cdcn),北京交通大学德明,5dim1.CA1.症).南祥虔工大学WWm«憾6加.eh华曲理工大学吴泳澎迎以凶兄凶呦qU1.f1.1.1.1.CD).上海交通大学电尸r程系吴梓临(KUZd1.90maihtMnshgcdihcn>.清华大学庆庆(innwu%).上浙交j大学谢Jft宇(inwddrI1.edi1.enk上海交通大学Ih工和系侬乐曲<xu1.29hinaunom-n).中BI联通研究院t4(BgnjMMstfduxrn),浙江大学t京(x23(maihM3nehg.1.u.Cn1.洁华大学Ttf!tS(20251197(bitucdcnh北京交通大学许忠琪iai捷峥qmu1.&.uk1.伦敦玛图女F.大学薛蛤<xuchao(xidan.cduxn>.西安电于科技大学张追(drdi/hanuicE。T),北州大学张帆</1220muihi乂即>.消华大学张海洋(giv;InRJhanCiIjUPt6.cn),南京，H电大学张建华(ihzhangbuPtcdu.nO.北京邮电大学C(hanp.nan1.520zwcom,m1.,找通讯张JX(ZhanS.qi330ZtCeOI.中兴通讯张琳(MMSm3k.eduM).鲁港中文大学深炳/Jf加坡国立大学张姝培(dMnmhunc府DkUahJCnh北京大学电广学院张行(KinWNhangnWP(OdUCn1.南京邺电大学张扬(yzhan(),东南大学张南有(Uo睥ZhMg(Dk1.Nucn),北京大学电F学疏张JJ的2hangyuc*inb1.北京俏£1科技大学巾潞镀UiQidiao越皿皿皿.北京交通大学,?乐怡(1.ev，Zham(ziex11M).中战通讯t1.(小amd1.Mzw1.大it理I：大学赵亚军(zb«”硒n1.Z(CgmCnk中兴通讯赵般W(yzao0ue¾ceducn)电子科技大学斑倍雄bxzhc(ig5ctH.cdu.E).华南理工大学4SJS1.(mi1.i;In1.iamnaemi1.1华南理工大学冯杰(CeiiCkn翠mui1.gM1.ucn),华南理I：大学Iffi,?(fbuck>n晔f11ai1.mcdu<nX华南理匚大学知爽(hcnsNuansCco1.n.Ei.中兴通讯支原达(k.zhita<u-hcr1in.<ic),柏林:亚大学朱别a"huic<a*chin;ItdCC1.中国电信研究限朱'jJB(ZhUIpmjs.CdU.sr>.新加坡国立大学朱惬升(XUihCWu0UJS1.UJaJ).上海通大学朱¾宇(KvyZhU/).郑州大学第正岳(ZnUdeVWe(SU1.Utv),大连理I：大学引用格式：赵亚军.戴凌龙.张建华等.«；近场技术门皮氏南京,2024.doiJ0.1.2142TURE.2024(Mi.Ci1.atKm:Y.J.Zhao.1.1.1.u.J.H.Z1.iang.eta1."66New-fie1.dTechno1.ogiesWhi1.ePaper."FUTIJREEorum.Nanjing.China.Apr2024.doi:10.121.42.'FuTtiRE.2O24O4<»2.S(tt(ckm>M1.e<e11wnt)本白皮"作为FUTURE论坛精心策划的6G系列白皮廿之一,将战于国内外无线通怡翅线众多杰出专家学者的共同努力与史越贡Ah在编攫过程中，各位专家学并以其深限的学术底融和丰富的实尻经股,为白皮衿提供了宝悦的学术支持和专业指导,我们深感荣幸能绣与这样一群用趣的学赤共事,并史心感谢他的辛勤工作和无私奉献,正是有了他们的杂力相助.白皮书才得以顺利诞生,并8现U1.高水平的学术价值和实践总义.我们期待在未来继续与各位专家学者保持紧密的合作关系,共同推动近场技术的发展.摘要（EXeCUtiVeSUmn1.ary）随着5G无线网络商业化的加速推进，Xr6G无戏网络的前眼性研究亦随之加强“在此背景下，6G忖络被设定了比徜代无线网络更宏伟的目标和更俞的性能标准。现行的无畿通信网络（IG至5G）主要利用6GHz以下的颇谱,受波长限制，这些网络通常配备较小规模的天戏阵列。Ei1.干低维天战阵列和较低频率的结合，无战近场通信莅阳通常受限产数米抽至数厘米.然而,为满足未来6G网络的需求及技术本身的演进.将会采用更大的天线孔径和更高领段（如新中频'名米波、太赫兹等，这使得近场特性尤为显著.新兴技术如智能超表面（RIS、超大规模MIMO、可移动天跷、无拄阴网络（Cd1.fg等技术的引入，使得近场场景在未来无战网络中更加普遍。从空间资源利用的角度来看，传统无战通信系统虽己充分利用运场空间资源，但对近场汽间资源的进一步探索预计将为无规通信系统带来新的物理空间维度.近场遹信技术因其在实现6G网络更高数据速率、高精度感知及物联网无线传能等方面的潜在作用而受到关注。近场技术领域的研究显示,由于电磁波传播特性的变化，不再能简通地视为平面波，而需被视为球面波.这引入了诸如空间非平稳性、波束分裂、三极化、倏通波等新电磁效应.因此，许多传统通信算法在6G近场场景下性能下降，或无法充分利用新特性，本文从电磁理论的近场定义出发,深入分析了近场电磁效应的根源及其对现有通信系统的影响,并总结了近场效应对通信系统设计和性傀的影响，特别是通信自由度和通信容里两大核心指标.信道特性和模型的深入了蚱对通信系统设计至关曳耍，因此，本文从信道刈限和建模的角度介绍了近场信遒的研究，并探讨了信道估由、波束形成、码本设计等近场传输技术。同时，本文还涉及近场技术与其他领域技术的融合，如定位、无线传能、物理层安全等.本文旨在全面系统地梳理近场技术.期里对其研究的发展起到促进作用.目录I.概述2 .近场应用场景142.1 高中低频传输（不同频段的近场场IA）142.1.1 高频段传输152.1.2 中频段传输162.1.3 低频段传粕162.2 超大孔径使能近场172.2.1 智能超表面使能近场172.2.2 由大规模天线阵列使能近场182.2.3 无蜂窝近场通信192.2.4 可移动天线使能近场通信与感知202.3 通感一体化212.4 无线定位212.5 信能同传222.6 物理层安全232.7 使能海量接入242.8 片上无线通信243 .近场基础理论263.1 近场范用划分263.2 近场的电检物理效应293.2.1 近场电磁信号模型293.2.2 近场电磁效应313.2.3 近场波束特性3233近场自由度理论分析M3.4 近场性能分析与测量363.4.1 近场性能分析363.4.2 近场测量与近远场变换434 .近场信道测量与建模454.1 近场伯道测盘454.2 近场信道仿出464.3 近场信道建模525 .近场传输技术605.1 近场信道估计605.2 近场波束赋形645.3 近场码本设计685.4 近场波未训练725.5 近场多址技术745.5.1 位分名址（1.DMA）745.5.2 非正交多址（NOMA）755.5.3 无用户标识随机接入（UR>5.6 近场系统架构与部狎5.7 标准影响6 .近场与其他技术融合6.1 近场与定位6.1.1 近场与定位6.1.2 基于RIS的近场定位技术6.1.3 于可控波束偏移的近场定位技术6.2 近场与通感一体化6.2.1 从远场好知到近场感知6.2.2 近场通信感知一体化6.3 近场与无线传能6.3.1 电磁辐射式WPT6.3.2 近远场SWIPT6.3.3 全息SWIPT6.4 近场物理层安全6.4.1 近场物理层安全传输设计6.4.2 R1.S辅助近场物理层安全传输设计.6.5 基于近场的OAM6.5.1 轨道角动量与JR旋波6.5.2 涡旋波的近场调控6.5.3 涡旋波的接收与OAM检浏6.6 基于A1.的近场通信6.6.1 基于近场通信的谱义通信架构.6.6.2 基于近场通信的联邦学习架构.6.6.3 法于AI的近场宽带波束腻形6.7 近场与片上无线片信6.7.1 旗于片上天线的片上无找通信6.7.2 基于三维堆登芯片的片上无妓通信6.8 近场以物体材质感知7 .总结与展望参考文献76刀798i8i8i82s486m90939396979898(x)(x>3302030303(w050507()9z1230“IIH1.IHIH111HIH术语和缩略语列表图目录图1.1近场应用场景12图1.2近场传播技术体系13图2.1IMT-2O3O应用场块和关键能力指标14图2.2未来6G的高、中、低全频段频讲15图2.3多用户近场通信,朝向每个用户指向波束(a三维空间;(b)远场设计下的波束利向，导致相同角度上的用户间干扰；(C)近场设计卜的波束聚焦，干扰较I7)16图2.4RIS辅助近场应用场景18图25近场定位场景模型2318图2.6不同超大规模阵列柒构类别2419图2.7可移动天畿辅助近场通信与感知20图2.8近场ISAC系统3921图2.9近场定位求意图，可以通过超大规模大战阵列E1.AAS.智能超表面R1.S和分布式MIMO等多种形式提供近场的高精度定位服务。22图20近场无线传能示遨图23图2.11左图：使用波束转向的远场安全通信：右图：使用波束聚焦的近场安全通信23图2.12近场多址接入示意图24图2.13利用天线的片内和片间通信25图2.14不同半号体材料的芯片间的无线互联25图2.15使用片上无线通信技术的弗片多核处理器25图3.1远场平时波面与近场球面波面及对应物理空间归一化接收能fit27图3.2典型通信场兔近场范国28图33近场电磁幅射系统图29图3.4近场多极化球面波建模31图35近场三极化信道容址31图3.6近场波束分裂效应示意图32图3.7波束墙i½随距离的变化均势33图3.8信道相关性随天线变化曲线33图3.9UCA和U1.A的波束形成增益比较34图3.10近场额外自由度34H3.11各向同性微射条件下奈奎斯特采样35图3.12离敢孔径AUMo近场信道的奇异值35图3.13集中式天线与稀疏天然通信速率累计误率由数关系88J37图3.14不同模型下接收信噪比随天线数目变化关系8938图3.15不同阵列给构和近场模型下的波束聚焦图919238图3.16模块化和集中式超大规模天线阵列可实现和速率随用户分布半径变化关系9239图3.17尺寸无限大的智能超表面辅助通信系统39图3.18智能出表面辅助通信系统中信号传播距离对不同St路路径损耗的影响40图3.19HR1.S辅助定位性能41图3.20傅立叶平面波展开信道建模42卿立叶平面波展开信道容量仿真42近场电磁信遒容量极限43RIS通信应用场景43时域和频域的信道测量平台O9)122)46（八）基于虚拟阵列的VNA的近场伯道测瓜,(b)阵元上的信道冲激响124.46（八）水平极化阵子近场电偎场分布。(b)垂II极化阵子近场电底场分布47大规模大城阵列排布(6GHz,1024单元)48(a天线各阵子-第1径-绝对时延(b)天线各阵子-第2径-绝对时祗484.6天线各阵子-第I径-AOAyAODJZoA/ZOD(b)火线各阵子-第2径-AOAAOD%)A,ZOD4X图4.7（八）天线各阵子-第1径-相对功率(b)天线各阵子-第2径-相对功率49图4.8（八）天线各阵子-第1径-相位(b)天线各阵子-第2径-相位49图4.9PEC球与阵列天线的相对便SX.及入射波矢方向50图4.10在基站阵列天线各单元阵子处，H极化及V极化馈入波对应的信号强度增益分布50图4.11在基站阵列天线各单元阵子处，H极化及V极化馈入波对应的信号强度增益图4.12近场散射体与阵列天线的相对位置，及入射波矢方向51图4.13在基站阵列天线各单元阵子处，V极化馁入波对应的信号强度增益分布.51图414在地站阵列天战各单元阵子处，V极化馈入波对应的信号超度增益分布52图4.15具有空间非平检特性的近场球面传播53图4.16（八）实测结果，(b)信道模型生成53图47阵列用户可视区域示意图54图48肉散阵元信道模型示意图56图4.19连续阵元信道模型示意图56图420近场多极化球面波建模57图4.21多极化信道容量：58图4.22超大规模MIMO混合远近场传播环境58图S.1近场信道角度域能量扩散效应60图5.2字典相干性对比图（八）.距离参数化向城字典，(b).极坐标域字典(同一角度下不同距离变化图61联合角域极坐标域采样62于MRDN的信道估计方案62域于P-MRDN的信道估计方案62RDN、CMAM和ASPP-RDN系统模型63阵列用户可视区域示意图63远场波束赋形和近场波束赋形65全连接时延-相移波束赋形65部分连接时延-相移波束赋形65申行连接时延相移波束赋形66CPU和1.PU协同处理的超大规模多天线系统67相控阵-R1.S两级波束贼形方案示意图68图S.14FRFT码字量化性能示意图69图5.15角度错位的近场玛本设计方式69图56远、近场码本原理和相位分布示意图70图5.17远近场码字/羡区域划分71图5.18用于近场波束训练的神经网络结构74图5.19远场空分多址与近场位分多址技术75图5.20近场NOMA通信设计示意图76图S.21超大规模阵列部署场般（以智能超表面部署为例）78图5.22基于近场中维的混合通信架构79图6近场信号模型和远场信号模型81图6.2近场定位与姿态盛知系统图82图6.3舰于R1.S与非均匀时间调制的：维DoA估计示意图”9783图6.4R1.S辅助太赫兹多用户近场定位系统模型84图65定位均方误差陵R1.S反射元数目变化关系84图6.6近场波束偏移轨迹示意图85图6.7近场可控波束偏格轨迹示意图8587xx8*9(919394图6.8超大规模MIMO双站近场感知系统图6.9地站近场感知的角度克拉美罗界图6.10双站近场感知的距离克拉美岁界图6.11远场速度礴知图6.12近场速度感知图6.13通信辅助近场塔知和感与辅助近场通信示意图图6.14近场感知物证环境.感知精度与信号带宽的变化趋势（213图6.15基于可编程超表面的自适应的智能近场充电系统22OJ图6.16琏于准贝塞尔波束实现多目标WpT系统的示意图22494图6.17无战能I*收集系统框图95图6J8整流曲表面结构示意图95图6.19基干（八）频率分集、（b极化分集的携能通信系统96图6.20近场SwIPT97图6.21近场物埋层安全99图6.22近场波束饶射I（K）图6.23（八）'常规OAM波束马b）无衍射Besse1.涡旋波束电场时比图248）.102图6.24（八）完整口径采样接收方法马（b）部分口径采样接收方法示退图249.103图6.25茶于近场通于的语义通的架构103图6.26翦于近场通信的联邦学习架构104图627近场宽带智能波束赋形的场景图左与性能对比图（右）105图6.28常用的片上通估系统框图252105图6.29片内天税排布253106图6.50垂出单极子大戏横板面257106图631菸于GaN工艺的片上天心258J107图6.32用于无线片对片通信的传统电塔战圈鞠合阵列（b）插入屏蔽结构（C）之字形结构108图6.33三维封装系统（SiP）中利用玻璃通孔（TGV）集成天然的面内/面外，片内/片间无线通信示意图109图634蜷知场景示意图1091 .概述随着5G无线网络的商业化进程不断加速,针对下一代6G无线网络的探索性研究也随之日益增强.在这样的技术进步背景下，6G网络被赋予了相较于前代无段网络更加I宏大的愿景和史高的性能目标.传统无线通信网络(1G至5G主要依梭于6GHz以下.甚至是3GHz以下的频谱，受限于波长，这些网络通常采用较小规模的天战阵列,他维段天规阵列与较低短率的结合.通常使得无线近场通信的范围局限于数米,甚至数厘米.因此,传统无观通信系统的设计通常法于远场假设。面向未来6G网络，更大的天践孔径以及更高频段的将被采用(例如.厘米波、堂米波及太柿兹等)，这使得近场特性变得更为显著.此外,如智能超衣面R1S)',2jk超大规模M1.Mo叫可移动天线、无蜂窝网络(Ce1.1.-free)网等新兴技术的引入，也使得近场场景在未来的无线网络中变也更为普遍，传统的远场平面波收设将不再适用m.从空间资源利用的角度来看.尽管传统无线通信系统已经在远场空间资源的挖想和利用上取得了显著成就，但时近场空间资源的进步探索与应用预计将为无线通信系统带来新的物理空间维衣.因此.在6G网络中,近场区域相不可忽略,这激发了对近场技术新范式的研究.衰格IJ典SHfe聚的近场KB1./D7GHz(Midband)28GHz(mmVavebnr×11220GHz(TH/bm1.>KEH在近场技术领域，由于电磁波传播特性的改变，不再可以而争地近似为平面波，而需被视作班面波.这种新的物理特性带来了诸如空间非平稳性、波束分裂、三极化、倏逝波等多种新电磁效应.因此,许多传统通信笄法在6G近场场景卜的性能会严重卜降，或无法充分利用这些新的物理特性。近场基础理论部分主要包括电磁近场的定义、近场电极特性及其物理效应、近场通信自由度的理论分析，以及近场性能的全面分析。木文从电毡理论的近场定义出发，对近场电毡效应的来源及其对现有通信系统的影响进行了深入分析,此外,基于现有文献.本文总结了近场效应时通信系统设汁和性能的影响，特别强调通信自由度和通信容房这两大关键指标。对信道特性和模型的深入/解对于通信系统的设计和技术评估至关重要.因此全面的信道i«砧和精确的信道特性表征显得尤为必鬟，本文从信道测量和建模的视加出发，介绍了近场信道的研究，涵流信道测垃方法、统计性模型、倘定性模型、近场伯道的空间非平稳特性，以及连续阵元和离陵阵元信道模型等方面.由于近场传播模型与现有远场通信技术之间的不匹汉,现。远场技术在近场区域的性能可能遭遇显著下降.本文从信道估计、波束形成、码本设计、波束训练、多加技术以及近场系统架构与部署和标准化影响等方面，详细探讨了近场传输技术。同时，本文还探讨了近场技术与其他领域技术的融合，包括近场与定位、近场与无线传能、近场物理层安全、基于近场的轨道向动呈（OAM）以及基于人工智能的近场通信等方面。近年来,近场传播特性的研究受到了广泛关注，并取得了显著的进展.但目前尚无一份全面的文献对近场技术进行系统性的梅理。因此，本文存在擦合概述近场应用场景、第础理论、信道测IS马建模、传输技术以及与其他技术的融合等方面，全面而系统地梳理近场技术，以期对近场技术研咒的发展起到推动作用.Sss:鲁Bi.i近若应用珞最无线近场传播技术体系ifiH±fiH1.2近场传播技术体系2 .近场应用场景2023年6月国际电信联盟无战电通信部门5D工作坦(ITU-RWP5D)发布了IMT面1.,'1.2030及未来发展的框架和总体目标建议书.提出了6G典型场景和能力指标体系(8),如图2.1所示.6G场景包括沉浸式通信、超大规模连接、板将可靠低时延、人工智能与通信的融合、感知与通信的融合、泛在连接等.6G关短能力指标包括9项5G能力增强以及6底新增能力斑度，包括峰值速率、用户体蛤速率、叛谐效率、区域流最、连接密度、岱动性、时延、可推性、安全隐私弹性、覆盖、感知相关指标'AI相关指标、可持续性和定位男。6G也会在5G-A的基础上继续演进.继续增强终端用户的上网体验,并为垂直行业提供支持【10】.图2JIMT2030块用场建和关键能力指标为满足IMT-2030对频诣效率的要求,产业界需要进一步探索更1.频段利更大规模阵尸的应用潜力,与此同时，更高期段所使用的超大规模阵列将带来近场效应。近场效应是指在一定距禹条件下电磁波在远场的平面波假设不再成立.而需要建模为球曲波模型,球面波前不仅携带角度信息，还携带距离信息，电租波束在角度域和距离域上同时聚焦，形成近场波束聚焦Ui利用近场效应,可以史好地实现IMT-2030更多的成用场景和关城性能指标.例如感知与通信的融合、定位、安全性、移动性等.本节将基于上述分析对近场的应用场景进行闸释2.1 高中低频传输(不同频段的近场场景)帝宽的犷展和天线的增多将为无线通信系统带来更大的容量和更高的领谐效率.典型的2G、3G、4G、5G通信系统采用的带宽分别为0.2MHz、5MHz.20MHz、100MHz,未来6G需要更大的带宽2023年S月，我国工业和信息化部发缶新版中华人民共和国无战电频率划分规定(工业和信息化那令第62号),在全球率先将6425-7125MHZ版段共700MHZ的带宽全部或部分用于5GW6G系统网.I可年12月,国际电信联盟(ITU)在阿联酋迪拜"开的世界无线电通信大会，完成了对E无线电规则为新一轮的修订，为全球大部分国家新划分了M25-7125MHz共700MH/带宽的中频段6G频谱资源网.2023年12月,国际标准化组织3GPP在英国爱J'堡召开会议，确立了SG-AdvanCCd第二个标准版本Rd-19的首批项目，包括7-24GHz新粉谱的伯道模型研究等8个领域“5.相比于5G广泛采用的SUb6GHz低嫉段,以及未来Mi可能会采用的老米波、太翻兹等高炖段.中频段赛具海装和容求的优势.对6G的广域高容盘凝虚具有非常羽要的价值.有望成为6G的基础性频段之-S如图2.2所示.16«；新舞津图2.2未-6G的.中、低全，段频谱未来6G商、中、低全频段都很可能涉及近场通信场景。2022年6月，美国6G岷盟发布的研究报告"6GTechno1.ogies"也明确指出在6G高、中、低频段研究近场的必要性（叫2.1.1 高频段传输高领名米波mmWave）和太燕兹（THZ）无城通信可以利用我大的可用带宽,提高数据传输速率,是下一代通信系统的关犍技术之一1阳.为了弥补高频传钻的路径损耗,在这些频段运行的基站（BascStation.BS配备大现模天线阵列.使用大规模大税阵列会导致高频通信下的用户大概率落在近场区域，而传统无规系统通常在远场范用内的。在皂米波和太赫兹条件卜,相对较小的天线/表面的近场距离也可达几卜米，这意味著在实际距离上对电磁场的远场平面波假设不再适用,应该使用球面波的近场模型来分析充米波/太他兹无线通信系统.对信号球向波前的管理可转化为灵活的波束赋形能力,近场会产生将波束聚焦在特定位置的辐射模式波束聚焦），而不是像在远场条件下通过传统的波束转向只聚焦在特定的方向，波束聚焦可支持在相网角度上多个同时同频的铳跖相互正交。天线阵列的信号处理能力很大程度上决定了在大规模多箱入多输出（M1.MO）系统中实现会触波束的可行性，不同天线架构的处理能力各不相同.时于给定的辅射元件阵列,最灵活的解抉方案是全数字架构,其中每个天线元件都与专用射城（RF）技相连.在这种结构中，收发机能防同时控制无限多个方向的波束，从而大大提高了空间灵活性，然而，在5G及更先进的通信系统中部署大规模阵列时，由于成本和功耗的增加，实施全数字架构极具挑战性.为了缓解这响题,大规模多输入多输出（MIMO）通信通常采用模拟/数字混合架构.这种混合架构结合J低维数字处理和高雄模拟按编码，通常使用移和器互联来实现.因此使用的射频链比天线元件少.另种有效实现大规模阵列的新兴技术是动态超表面天规,该天统可以对发射，接收波束模式进行可编程控制，同时提供先进的模拟信号处理能力，并在不使用(?用模拟电路的情况卜自然实现射频链缩诚,井I1.有助于大戏元件的密集化，从而提高聚焦性能.文航7探讨了如何利用各种天线架构，包括全数字阵列、基于移相器的混合架构和动态M衣面天视,通过近场佶号促进多用户通信，以及形成聚焦波束时对下行能路多用户系统的影响,图2.3多用户近场通用.朝向用个M户指向波束<a):推空间I<b)，场设计下的波束近向,导致相同为度上