通感一體化系統(tǒng)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

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2023.03

通感一體化系統(tǒng)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

通感一體化系統(tǒng)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

1.引言

5G是為支持通信服務(wù)而設(shè)計(jì)的。具體的，5G支持eMBB（EnhancedMobileBroadband，增強(qiáng)移動(dòng)寬帶），

URLLC（Ultra-ReliableLow-LatencyCommunications，超高可靠和超低時(shí)延通信）和mMTC（Massive

MachineTypeCommunication，大規(guī)模機(jī)器類通信）三大類通信應(yīng)用場(chǎng)景。5G新空口的第一個(gè)版本（Release

15）沒(méi)有考慮感知服務(wù)。5G新空口的增強(qiáng)版本（Release16）開始支持基于LMF（LocationManagement

Function，定位管理功能）的UE定位服務(wù)。但是5G感知的范疇比較有限，5G只支持對(duì)有源設(shè)備如UE的位

置的感知，不提供對(duì)無(wú)源物體的速度、方向、材質(zhì)、成像等的感知。因此，5G主要扮演著信息傳遞者的角色。

包括沉浸式XR（ExtendedReality，擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)）、全息遠(yuǎn)程呈現(xiàn)、交互型3D虛擬數(shù)字人、協(xié)作機(jī)器人、無(wú)人駕駛、

多感官互聯(lián)、甚至元宇宙在內(nèi)的未來(lái)新業(yè)務(wù)對(duì)通信、感知和計(jì)算都提出了很高的要求。面向6G，移動(dòng)通信系

統(tǒng)扮演的角色將發(fā)生變化，除了信息傳遞者之外，6G還將扮演信息生產(chǎn)者和信息加工者的角色。信息生產(chǎn)者

主要通過(guò)提供感知服務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而信息加工者是通過(guò)提供計(jì)算服務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如圖1-1所示，6G將原生地

支持通信、感知和計(jì)算服務(wù)，成為支撐未來(lái)社會(huì)高效可持續(xù)發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)信息底座，賦能繽紛多彩的未來(lái)新業(yè)務(wù)。

圖1-1.5G到6G服務(wù)范式的轉(zhuǎn)變

無(wú)線通信和無(wú)線感知均基于電磁波理論，電磁波信號(hào)在人類活動(dòng)的高價(jià)值場(chǎng)景幾乎實(shí)現(xiàn)了無(wú)縫覆蓋。在發(fā)送

端對(duì)電磁波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，使得電磁波承載信源信息，而電磁波信號(hào)在傳播過(guò)程中會(huì)受到無(wú)線環(huán)境的影響，

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通感一體化系統(tǒng)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

即電磁波信號(hào)受到環(huán)境調(diào)制因此也承載了環(huán)境信息。接收端通過(guò)對(duì)電磁波信號(hào)的分析，不僅能夠得到所承載

的信源信息，還能夠提取出反映傳播環(huán)境特征的感知信息，也就是說(shuō)，電磁波信號(hào)具有與生俱來(lái)的通信與感

知雙重功能，這就使得通信感知一體化（IntegratedSensingAndCommunication，ISAC，簡(jiǎn)稱通感一體化）

成為可能。相比感知與通信分離的系統(tǒng)，通感一體化系統(tǒng)能夠帶來(lái)許多優(yōu)勢(shì)，例如節(jié)約成本、減小設(shè)備尺寸、

降低功耗、提升頻譜效率、減小通信和感知之間的互干擾等。

隨著6G系統(tǒng)的頻段向毫米波甚至太赫茲擴(kuò)展，其頻段具有大帶寬和高穿透能力的特點(diǎn)，同時(shí)將來(lái)更大規(guī)模天

線和更密集網(wǎng)絡(luò)的部署，將共同推動(dòng)6G提供更高感知精度與更高感知分辨率的感知服務(wù)。通感一體化將是6G

的標(biāo)志特征之一。本白皮書的第二章介紹了通感一體化的業(yè)務(wù)與性能指標(biāo)，第三章介紹了全球主要6G組織關(guān)

于通感一體化的進(jìn)展，第四章給出了通感一體化的系統(tǒng)架構(gòu)。第五章介紹了通感一體化的九個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。第六

章給出了結(jié)論。

2.通感一體化業(yè)務(wù)與性能指標(biāo)

感一體化被認(rèn)為是6G時(shí)代具有廣泛應(yīng)用前景的技術(shù)，其業(yè)務(wù)服務(wù)范圍將突破傳統(tǒng)通信維度，可利用相同設(shè)備

同時(shí)提供感知和通信服務(wù)。在業(yè)務(wù)分類方面，可以按照通信與感知的賦能關(guān)系，業(yè)務(wù)應(yīng)用范圍，對(duì)感知測(cè)量數(shù)

據(jù)的處理方式，以及感知目標(biāo)屬性等多個(gè)維度對(duì)感知業(yè)務(wù)進(jìn)行分類。在業(yè)務(wù)性能指標(biāo)方面，需要對(duì)通信和感知

能力同時(shí)進(jìn)行衡量。以智慧交通，無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)，呼吸監(jiān)測(cè)，手勢(shì)識(shí)別等為代表的典型業(yè)務(wù)將會(huì)對(duì)人們的生產(chǎn)生

活帶來(lái)極大改變。

2.1通感一體化業(yè)務(wù)分類

通感一體化業(yè)務(wù)中通信和感知能力不是孤立的，二者相互賦能從而實(shí)現(xiàn)更好的用戶體驗(yàn)?？梢愿鶕?jù)通信與感知

間的相互關(guān)系分為通信輔助感知類業(yè)務(wù)和感知輔助通信類業(yè)務(wù)。通信輔助感知方面，通信的參考信號(hào)作為感知

信號(hào)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)定位、測(cè)速、手勢(shì)識(shí)別等業(yè)務(wù)；高速可靠的通信能力也為感知數(shù)據(jù)的匯聚提供保障，能夠進(jìn)一

步提高感知精度和感知分辨率。感知輔助通信方面，通過(guò)無(wú)線感知技術(shù)對(duì)無(wú)線通信環(huán)境及通信節(jié)點(diǎn)進(jìn)行探測(cè)感

知，可獲得環(huán)境地圖、通信節(jié)點(diǎn)位置、移動(dòng)速度等多種先驗(yàn)信息，運(yùn)用感知信息及感知結(jié)果，輔助通信系統(tǒng)對(duì)

信道估計(jì)、均衡、波束管理等模塊進(jìn)行算法選擇、算法參數(shù)設(shè)置及算法優(yōu)化。

根據(jù)業(yè)務(wù)的應(yīng)用范圍，可以將通感一體化業(yè)務(wù)分為廣域和局域兩大類，如圖2-1所示。廣域通感業(yè)務(wù)主要面向

開放式的空間范圍內(nèi)的業(yè)務(wù)。該場(chǎng)景的業(yè)務(wù)通常關(guān)注遠(yuǎn)距離宏觀感知參數(shù)，其典型應(yīng)用場(chǎng)景包括環(huán)境監(jiān)測(cè)，空

天地一體化感知，無(wú)人機(jī)網(wǎng)絡(luò)和智慧交通等。局域通感業(yè)務(wù)主要面向封閉式的空間范圍內(nèi)的業(yè)務(wù)。該場(chǎng)景業(yè)務(wù)

通常關(guān)注近距離微觀感知，其典型應(yīng)用場(chǎng)景包括智慧醫(yī)療，智慧辦公，智能工廠和智能家居等。

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圖2-1.廣域和局域通感業(yè)務(wù)示意圖

根據(jù)對(duì)感知測(cè)量數(shù)據(jù)的處理方式，可以分為檢測(cè)類、估計(jì)類和識(shí)別類三類感知[2]。檢測(cè)類是指基于感知測(cè)量

數(shù)據(jù)對(duì)被感知物體的狀態(tài)做出二元/多元的判斷，狀態(tài)通常包括目標(biāo)存在與否或事件是否發(fā)生等，例如入侵

檢測(cè)、車輛/行人/無(wú)人機(jī)檢測(cè)等。估計(jì)類是指基于感知測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)被感知物體的參數(shù)（包括距離、速度、角度、

位置等）進(jìn)行估計(jì)，估計(jì)性能可以通過(guò)均方誤差來(lái)衡量。識(shí)別類是指基于感知測(cè)量數(shù)據(jù)識(shí)別被感知目標(biāo)是什么，

可包括目標(biāo)識(shí)別，以及人類活動(dòng)/事件識(shí)別等，其性能由識(shí)別準(zhǔn)確率來(lái)評(píng)估。

從感知目標(biāo)屬性的角度，根據(jù)感知目標(biāo)上是否安裝有信號(hào)收/發(fā)設(shè)備，無(wú)線感知的感知目標(biāo)可以分為無(wú)源目

標(biāo)或有源目標(biāo)。對(duì)應(yīng)著，無(wú)線感知可以分為對(duì)無(wú)源目標(biāo)的感知和對(duì)有源目標(biāo)的感知。實(shí)際上，為了增強(qiáng)對(duì)無(wú)

源目標(biāo)的感知性能，無(wú)源目標(biāo)上可以安裝低成本低功耗微小體積的標(biāo)簽設(shè)備，例如RFID（RadioFrequency

Identification，射頻識(shí)別）無(wú)源標(biāo)簽或者backscatter（反向散射）標(biāo)簽。

2.2通感一體化業(yè)務(wù)的性能指標(biāo)

通感一體化業(yè)務(wù)將極大地拓寬未來(lái)網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)的能力，為用戶提供方便快捷，智能高效的定制化服務(wù)。與

傳統(tǒng)通信業(yè)務(wù)不同，通感一體化業(yè)務(wù)除了對(duì)通信性能指標(biāo)進(jìn)行衡量外，還需要對(duì)感知性能指標(biāo)進(jìn)行衡量。

通感一體化業(yè)務(wù)的通信性能指標(biāo)主要包含誤比特率/誤碼率、網(wǎng)絡(luò)覆蓋率、時(shí)延、數(shù)據(jù)速率、連接密度、頻譜效率、

能量效率、可靠性等。如表2-1所示，感知性能指標(biāo)既包括感知業(yè)務(wù)時(shí)延和刷新頻率等這一類大部分感知用

例涉及的公共指標(biāo)，也包括前述檢測(cè)類、估計(jì)類和識(shí)別類各自涉及的指標(biāo)，具體指標(biāo)定義如下[1]。需要指出

的是，精度性能指標(biāo)的量化定義通常需與置信度關(guān)聯(lián)定義，通過(guò)置信度（confidencelevel）描述了所有可能

測(cè)量的感知結(jié)果中期望包含真實(shí)感知結(jié)果的百分比。例如，在置信度95%情況下，定位精度為0.2米。

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■檢測(cè)準(zhǔn)確率（或檢測(cè)概率）：檢測(cè)準(zhǔn)確率為正確檢測(cè)目標(biāo)狀態(tài)的概率。

■漏檢概率：感知系統(tǒng)在獲取表示目標(biāo)物體或環(huán)境特征的感知結(jié)果時(shí)，漏檢該感知結(jié)果的概率。

■虛警概率：感知系統(tǒng)在獲取感知結(jié)果時(shí)，檢測(cè)到表示非目標(biāo)物體或環(huán)境特征的虛假感知結(jié)果的概率。

■定位精度：描述了目標(biāo)物體的位置測(cè)量結(jié)果與其真實(shí)位置的接近程度，可以進(jìn)一步分為水平定位精度（二

維參考平面或水平面上的感知結(jié)果誤差），以及垂直定位精度（垂直軸或高度上的感知結(jié)果誤差）。

■距離精度：描述了目標(biāo)物體的距離測(cè)量結(jié)果與其真實(shí)距離的接近程度。

■速度精度：描述了目標(biāo)物體的速度測(cè)量結(jié)果與其真實(shí)速度的接近程度。

■距離分辨率：表示能夠測(cè)量的目標(biāo)對(duì)象之間的距離的最小差異。

■速度分辨率：表示能夠測(cè)量的目標(biāo)對(duì)象之間的速度的最小差異。

■識(shí)別準(zhǔn)確率：表示能夠正確識(shí)別出感知目標(biāo)類別/含義的概率。

■刷新頻率：感知系統(tǒng)產(chǎn)生感知結(jié)果的頻率，它是兩次連續(xù)感知結(jié)果報(bào)告給應(yīng)用服務(wù)器的時(shí)間間隔的倒數(shù)。

■感知業(yè)務(wù)時(shí)延：從觸發(fā)獲取感知結(jié)果到感知系統(tǒng)接口處獲得可用的感知結(jié)果的時(shí)間間隔。

表2-1感知性能指標(biāo)

2.3通感一體化典型業(yè)務(wù)

隨著科技的發(fā)展和行業(yè)領(lǐng)域的細(xì)分，通感一體化業(yè)務(wù)在數(shù)量和質(zhì)量上將會(huì)穩(wěn)步提升。在眾多業(yè)務(wù)中，智慧交通，

智能工廠，無(wú)人機(jī)監(jiān)管，呼吸檢測(cè)，手勢(shì)識(shí)別和天氣監(jiān)測(cè)作為典型的通感一體化業(yè)務(wù)，將會(huì)深刻改變?nèi)藗兊纳?/p>

產(chǎn)生活方式。

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通感一體化系統(tǒng)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

智慧交通：

智慧交通是集成車聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)駕駛、高精度地圖構(gòu)建等技術(shù)為一體的典型通感一體化業(yè)務(wù)。該業(yè)務(wù)對(duì)通信和感

知能力都具有極高要求。通信方面，需要超低時(shí)延、高數(shù)據(jù)速率；感知方面，要求對(duì)道路環(huán)境本身以及實(shí)時(shí)動(dòng)

態(tài)的車輛行人信息進(jìn)行感知探測(cè)。

通過(guò)對(duì)多車環(huán)境感知數(shù)據(jù)的共享，道路上的駕駛員可以獲得其當(dāng)前位置以及自身視野之外的空間信息，克

服惡劣環(huán)境下的視線盲區(qū)，并在此基礎(chǔ)上執(zhí)行導(dǎo)航和路徑規(guī)劃。傳統(tǒng)即時(shí)定位與地圖構(gòu)建（Simultaneous

LocalizationandMapping,SLAM）依賴相機(jī)或激光雷達(dá)，6G通感一體化設(shè)備將利用通感一體化信號(hào)實(shí)現(xiàn)

Gbps量級(jí)的大帶寬數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行探測(cè)和構(gòu)建。在車路協(xié)同方面，利用通感一體化路側(cè)單元

（RoadSideUnit,RSU）所具備的部署位置優(yōu)勢(shì)和設(shè)施通感能力優(yōu)勢(shì)，能夠支持海量終端數(shù)據(jù)通信，高效感知路、

車、人的實(shí)時(shí)狀態(tài)，快速獲取多車的行駛狀態(tài)并下發(fā)控制信息，為車輛編隊(duì)、自動(dòng)駕駛等提供更可靠的服務(wù)保障。

車輛與RSU的端到端通信時(shí)延將有望降至10ms以下，V2V時(shí)延有望降至1ms以下，同時(shí)通信的可靠性將能

夠達(dá)到99.999%。車輛和路設(shè)單元對(duì)環(huán)境的定位精度在0.5m以下，速度精度在0.5m/s以下，感知角度為2度，

感知刷新頻率為20Hz-30Hz。

圖2-2.智慧交通示意圖

無(wú)人機(jī)監(jiān)管/路徑管理：

隨著無(wú)人機(jī)產(chǎn)品的發(fā)展與普及，無(wú)人機(jī)將會(huì)成為人們生產(chǎn)生活中不可或缺的一部分。由于無(wú)人機(jī)具有體積小，

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通感一體化系統(tǒng)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

全天候和全空域等特點(diǎn)，大量的無(wú)人機(jī)被應(yīng)用于農(nóng)業(yè)灌溉，應(yīng)急通信和搶險(xiǎn)救災(zāi)等垂直行業(yè)中。可以預(yù)見(jiàn)的是，

無(wú)人機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)景將會(huì)越來(lái)越多樣化。其具體業(yè)務(wù)場(chǎng)景可進(jìn)一步細(xì)分為無(wú)人機(jī)監(jiān)管（包括無(wú)人機(jī)入侵檢測(cè)）和

無(wú)人機(jī)路徑管理，如圖2-3所示。

圖2-3.無(wú)人機(jī)場(chǎng)景示意圖

無(wú)人機(jī)監(jiān)管：該場(chǎng)景主要利用通信與感知融合技術(shù)實(shí)現(xiàn)規(guī)定區(qū)域內(nèi)無(wú)人機(jī)設(shè)備的感知，識(shí)別與監(jiān)管。全天候地

探測(cè)、跟蹤規(guī)定區(qū)域內(nèi)的無(wú)人機(jī)設(shè)備，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有未許可無(wú)人機(jī)接近或進(jìn)入規(guī)定區(qū)域時(shí)，發(fā)出警告或進(jìn)行驅(qū)趕。

在針對(duì)未許可無(wú)人機(jī)的入侵檢測(cè)中，由于無(wú)需對(duì)入侵無(wú)人機(jī)的數(shù)量進(jìn)行精準(zhǔn)估計(jì)，同時(shí)規(guī)定區(qū)域往往存在著安

全緩沖區(qū)，因此并不需要過(guò)高的感知精度要求。

無(wú)人機(jī)路徑管理：該場(chǎng)景主要利用無(wú)人機(jī)與基站實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)工作環(huán)境的感知，并將工作環(huán)境的感知結(jié)果（如障

礙物的位置和形狀，無(wú)人機(jī)的位置和飛行速度等）上報(bào)給數(shù)據(jù)處理中心，并利用數(shù)據(jù)處理中心強(qiáng)大的計(jì)算能力，

及時(shí)發(fā)現(xiàn)飛行路徑上的障礙物，及時(shí)統(tǒng)籌規(guī)劃更新無(wú)人機(jī)或無(wú)人機(jī)集群的飛行路徑，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的避障與路徑

管理。該場(chǎng)景中，感知數(shù)據(jù)量大，在實(shí)時(shí)性要求高的情況下，感知數(shù)據(jù)的傳輸速率要求較高。

智能工廠：

智能工廠業(yè)務(wù)涉及對(duì)智能機(jī)器人和海量終端的調(diào)度和管控，以及環(huán)境信息生成和高精度定位等任務(wù)。為了保

證大規(guī)模機(jī)器的工作效率和穩(wěn)定性，引入通感一體化技術(shù)可以有效實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信與環(huán)境感知的互惠增強(qiáng)，進(jìn)

而滿足智能工廠內(nèi)環(huán)境識(shí)別、路線規(guī)劃、集群導(dǎo)航、手勢(shì)識(shí)別、缺陷檢測(cè)、產(chǎn)品技術(shù)等典型用例的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)需求，

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通感一體化系統(tǒng)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

提高無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)效率。具體的，將無(wú)線感知功能部署在基站側(cè)，通過(guò)基站發(fā)送通感信號(hào)對(duì)目標(biāo)貨物/機(jī)器人

進(jìn)行位置、形態(tài)、速度等進(jìn)行感知，可以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)廠區(qū)環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)目標(biāo)器件/貨物/機(jī)器人的持續(xù)

追蹤等任務(wù)。將無(wú)線感知功能部署在終端側(cè)，通過(guò)機(jī)器人/智能終端發(fā)送通感信號(hào)對(duì)相鄰貨物以及周圍環(huán)境等

進(jìn)行感知，可以實(shí)現(xiàn)廠區(qū)內(nèi)物品接近檢測(cè)，有效避免碰撞發(fā)生，此外，還可實(shí)現(xiàn)路徑規(guī)劃、手勢(shì)識(shí)別等業(yè)務(wù)。

圖2-4.通感融合技術(shù)應(yīng)用在智能工廠示意圖

生命體征監(jiān)測(cè)：

呼吸和心跳等生命體征與人體身體健康狀況息息相關(guān)，這些信號(hào)提供了醫(yī)學(xué)問(wèn)題的重要線索，例如睡眠障礙或

異常，呼吸急促或呼吸不暢等癥狀都反映了身體的非健康狀況。心率變化往往由活動(dòng)引起，在睡眠或休息時(shí)，

節(jié)奏較慢，但心率往往會(huì)隨著身體活動(dòng)、情緒反應(yīng)、壓力或焦慮等因素而加快，對(duì)呼吸和心跳等生命體征進(jìn)行

監(jiān)測(cè)對(duì)于醫(yī)療保健以及日常生活等領(lǐng)域具有重要意義。采用接觸式設(shè)備進(jìn)行生命體征監(jiān)測(cè)一方面影響被測(cè)試者

的舒適度，不便于人體自由活動(dòng)，另一方面佩戴的檢測(cè)設(shè)備對(duì)于部分患者可能產(chǎn)生皮膚刺激，例如嬰兒或有皮

膚燒傷的病人等。常見(jiàn)的非接觸式檢測(cè)技術(shù)例如諧振電路調(diào)頻法、紅外檢測(cè)、機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)等存在檢測(cè)準(zhǔn)確度

低、使用場(chǎng)景受限等問(wèn)題。相比較之下，利用無(wú)線信號(hào)檢測(cè)能夠克服以上不足，通過(guò)對(duì)接收到的無(wú)線信號(hào)的分

析獲取信道狀態(tài)信息，進(jìn)而能夠得到呼吸以及心跳的特征信息，且由于無(wú)線信號(hào)在絕大部分場(chǎng)景中廣泛存在，

該方式具有無(wú)接觸、低成本的優(yōu)點(diǎn)。

利用無(wú)線感知技術(shù)進(jìn)行生命體征監(jiān)測(cè)主要是對(duì)呼吸或心跳引起的微多普勒特征進(jìn)行檢測(cè)，考慮到人體典型呼吸

頻率范圍（0.1~0.5Hz）以及心率范圍（0.8~2Hz），保證不高于0.05Hz（即3次/分鐘）的檢測(cè)誤差以及0.1Hz

以上的刷新率可以滿足異常呼吸或心跳的檢測(cè)需求。

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通感一體化系統(tǒng)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

圖2-5.呼吸監(jiān)測(cè)示意圖

手勢(shì)/動(dòng)作識(shí)別：

無(wú)接觸手勢(shì)/動(dòng)作識(shí)別是人機(jī)交互的重要組成部分，智能家居、智能穿戴設(shè)備、智能汽車以及VR/AR等領(lǐng)

域都增加了手勢(shì)/動(dòng)作識(shí)別控制功能。在早期的穿戴式手勢(shì)/動(dòng)作識(shí)別技術(shù)中，手勢(shì)/動(dòng)作識(shí)別需佩戴專用

的傳感器設(shè)備，通過(guò)傳感器采集信息進(jìn)行識(shí)別、這種方式成本高，而且用戶體驗(yàn)收到較大影響。通過(guò)視頻設(shè)

備采集手勢(shì)/動(dòng)作的視頻數(shù)據(jù)，也能實(shí)現(xiàn)手勢(shì)/動(dòng)作識(shí)別。然而，這種方式容易受光照條件的影響，當(dāng)光照

不穩(wěn)定，識(shí)別準(zhǔn)確率就會(huì)降低，另外也存在個(gè)人隱私容易泄露的問(wèn)題。典型的利用無(wú)線信號(hào)進(jìn)行手勢(shì)/動(dòng)作

識(shí)別的方式之一是采用雷達(dá)技術(shù)，如今無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)已逐漸成為現(xiàn)實(shí)生活的重要補(bǔ)充和延展，基于無(wú)線通信

信號(hào)的手勢(shì)/動(dòng)作識(shí)別技術(shù)具有天然應(yīng)用基礎(chǔ)?；跓o(wú)線信號(hào)的手勢(shì)/動(dòng)作識(shí)別彌補(bǔ)了傳統(tǒng)手勢(shì)/動(dòng)作識(shí)別

技術(shù)的缺陷，比如部署成本高，用戶隱私得不到保護(hù)，以及受環(huán)境條件制約較大。基于無(wú)線信號(hào)的行為感知

方法，具有實(shí)現(xiàn)成本低、部署過(guò)程便捷和無(wú)需攜帶設(shè)備等優(yōu)勢(shì)，并且能夠在各種應(yīng)用環(huán)境中進(jìn)行部署，不受

光照條的影響，相較于傳統(tǒng)方法感知范圍大幅提升，用戶無(wú)需擔(dān)心隱私受到侵犯，甚至在有部分遮擋的情況

下也可以進(jìn)行有效識(shí)別。

利用無(wú)線感知技術(shù)進(jìn)行手勢(shì)/動(dòng)作識(shí)別主要依靠對(duì)手勢(shì)或動(dòng)作帶來(lái)的微多普勒特征進(jìn)行識(shí)別[3]，對(duì)于實(shí)時(shí)

人機(jī)交互應(yīng)用，保證小于0.5s的時(shí)延，從而不降低使用者的體驗(yàn)，手勢(shì)/動(dòng)作識(shí)別的準(zhǔn)確率不低于95%。

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通感一體化系統(tǒng)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

圖2-6.基于手勢(shì)的人機(jī)交互

入侵檢測(cè)：

在關(guān)鍵建筑物或特定區(qū)域中檢測(cè)入侵者，對(duì)于個(gè)人家庭安全以及公共區(qū)域安全具有重要意義。傳統(tǒng)的入侵檢測(cè)

方法包括基于視頻、超聲波、紅外、UWB（UltraWideBand，超寬帶）的技術(shù)，此外還有激光雷達(dá)技術(shù)，以

及專用傳感器技術(shù)，例如光感應(yīng)傳感器、聲感應(yīng)傳感器、溫度傳感器、氣體傳感器等等。其中，基于視頻的檢

測(cè)技術(shù)是應(yīng)用最廣泛的入侵檢測(cè)技術(shù)，但容易受到光照條件和煙霧的影響，在光線不佳或者煙霧環(huán)境中，攝像

頭無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別，容易產(chǎn)生監(jiān)測(cè)盲區(qū)，常常會(huì)出現(xiàn)誤判、漏判等，且存在明顯的隱私問(wèn)題。近年來(lái)，激光

雷達(dá)入侵監(jiān)控系統(tǒng)基于激光雷達(dá)3D點(diǎn)云，有望在一些場(chǎng)合下替代傳統(tǒng)視頻入侵檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控區(qū)域?qū)?/p>

現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，然而該方式需要發(fā)射激光信號(hào)，存在安全性隱患，且成本較高?；跓o(wú)線通信信號(hào)的入侵檢測(cè)技術(shù)，

利用了無(wú)線通信信號(hào)覆蓋廣，不受光照條件影響，且無(wú)線通信設(shè)備分布廣的特點(diǎn)，具有全天候、覆蓋廣的優(yōu)勢(shì)。

由于不需要專門安裝監(jiān)視器，或者專用傳感器，也降低了使用成本。利用無(wú)線通信信號(hào)進(jìn)行入侵檢測(cè)，相比于

基于視覺(jué)的檢測(cè)方式能夠保護(hù)用戶隱私不受侵犯，降低隱私泄露可能性。

利用無(wú)線感知技術(shù)進(jìn)行入侵檢測(cè)主要是檢測(cè)信道信息的變化[4]，為能夠及時(shí)更新居家環(huán)境狀態(tài)，入侵檢測(cè)的

感知數(shù)據(jù)刷新率大于1Hz，為保證業(yè)務(wù)的可靠性，減少漏報(bào)、誤報(bào)的情況發(fā)生，檢測(cè)概率需要達(dá)到95%以上，

虛警概率低于2%。

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通感一體化系統(tǒng)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

圖2-7.入侵檢測(cè)場(chǎng)景信道狀態(tài)信息變化特征

天氣監(jiān)測(cè)：

天氣監(jiān)測(cè)例如降雨監(jiān)測(cè)對(duì)天氣預(yù)報(bào)、氣候模型、農(nóng)業(yè)、水利工程設(shè)計(jì)等有重要意義，傳統(tǒng)降雨監(jiān)測(cè)主要有雨

量計(jì)、氣象雷達(dá)和衛(wèi)星等。雨量計(jì)通過(guò)對(duì)接收到的雨水進(jìn)行計(jì)量來(lái)檢測(cè)局部區(qū)域降雨量，具有空間分辨率高

的優(yōu)點(diǎn)，然而雨量計(jì)的空間覆蓋范圍小，廣域覆蓋時(shí)需要部署大量雨量計(jì)及配套設(shè)備。氣象雷達(dá)通過(guò)測(cè)量雨

滴的反射回波信號(hào)提取降雨信息，具有時(shí)間分辨率高、可定位降雨位置、可檢測(cè)降雨分布、檢測(cè)范圍廣等優(yōu)

點(diǎn)，然而氣象雷達(dá)誤差因素來(lái)源較多，設(shè)備昂貴、且具有較大的電磁污染、不適合大量部署。氣象衛(wèi)星通過(guò)

各種氣象遙感載荷接收包括紅外光、可見(jiàn)光、微波等信號(hào)來(lái)分析云層及風(fēng)速風(fēng)向等氣象信息，從而提取包括

降雨在內(nèi)的各種氣象信息，具有時(shí)間分辨率和空間分辨率高的優(yōu)點(diǎn)，然而氣象衛(wèi)星獲取的降雨強(qiáng)度等信息不

精確，通常用作輔助覆蓋。相比之下，利用已有的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行天氣監(jiān)測(cè)無(wú)需額外部署硬件、具有較大

的成本優(yōu)勢(shì)，此外還具有傳感器數(shù)量大、空間分布廣泛、降雨監(jiān)測(cè)的時(shí)間和空間分辨率高、可檢測(cè)降雨分布

等優(yōu)勢(shì)。

利用無(wú)線感知技術(shù)進(jìn)行天氣監(jiān)測(cè)主要是通過(guò)測(cè)量通信鏈路中的信號(hào)鏈路衰減，進(jìn)而利用信號(hào)鏈路衰減與天氣指

標(biāo)之間的關(guān)系得到對(duì)應(yīng)的天氣情況[5]。為了準(zhǔn)確的區(qū)分降雨大小的分類，降雨率的分辨率需要在1mm/h左右，

為保證天氣監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)性需求，降雨量的數(shù)據(jù)刷新時(shí)間間隔小于15分鐘。

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通感一體化系統(tǒng)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

圖2-8.不同雨量接收信號(hào)強(qiáng)度的概率密度分布

圖2-9.降雨監(jiān)測(cè)示意圖

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通感一體化系統(tǒng)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

3.通感一體化主要標(biāo)準(zhǔn)組織的進(jìn)展

本章介紹ITU（InternationalTelecommunicationUnion，國(guó)際電信聯(lián)盟），中國(guó)IMT-2020推進(jìn)組和

IMT-2030推進(jìn)組，北美NextGAlliance，ETSI（歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)，EuropeanTelecommunications

StandardsInstitute）和Hexa-X，IEEE（電氣與電子工程師協(xié)會(huì)，InstituteofElectricalandElectronics

Engineers），3GPP等全球多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化組織和6G研究機(jī)構(gòu)關(guān)于通感一體化研究的進(jìn)展。通信感知一體化技術(shù)

已經(jīng)受到上述各個(gè)組織的廣泛關(guān)注，各個(gè)組織在通感一體化的用例分析、技術(shù)趨勢(shì)、發(fā)展側(cè)重或技術(shù)挑戰(zhàn)等方

面給出了各自的理解和分析。

■ITU

ITU-R在IMT-2030愿景---架構(gòu)和總體目標(biāo)的報(bào)告[6]中，把感知作為未來(lái)用戶和應(yīng)用趨勢(shì)之一。未來(lái)無(wú)線

系統(tǒng)中的感知與通信融合，將提供成像、mapping、定位等超出通信的能力，提供高分辨率和準(zhǔn)確度的目標(biāo)

檢測(cè)，識(shí)別和范圍/角度/速度估計(jì)。該報(bào)告指出可以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)里融合定位、感知、和成像功能。感知是

physicalworld,biologicalworld和cyberworld融合的一個(gè)關(guān)鍵使能，實(shí)現(xiàn)從物聯(lián)到智聯(lián)。

通感融合的功能使移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商能夠提供許多新服務(wù)，包括極高精度的定位、跟蹤、成像（例如用于生物醫(yī)學(xué)和

安全應(yīng)用）、即時(shí)定位和地圖構(gòu)建、污染或自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)、手勢(shì)和活動(dòng)識(shí)別、缺陷和材料檢測(cè)等。這些功能使

未來(lái)消費(fèi)者和垂直應(yīng)用的應(yīng)用場(chǎng)景成為可能，適用于各種形式的業(yè)務(wù)，例如沉浸式以人為本的通信、工業(yè)自動(dòng)

化、互聯(lián)自動(dòng)化車輛和運(yùn)輸、能源、醫(yī)療保健/電子醫(yī)療等。

ITU-R在IMT-2030技術(shù)趨勢(shì)報(bào)告[7]中，把通感融合作為幾個(gè)新興技術(shù)趨勢(shì)和使能技術(shù)之一。其他技術(shù)趨勢(shì)

包括AI內(nèi)生通信，算網(wǎng)融合架構(gòu)，D2D通信，有效頻譜使用（頻譜共享，超寬頻譜），高能效低能耗，實(shí)時(shí)

業(yè)務(wù)和通信，可信通信等。無(wú)線感知包括物體檢測(cè)、測(cè)距、定位、跟蹤、成像等，長(zhǎng)期以來(lái)一直是與IMT系統(tǒng)

并行開發(fā)的獨(dú)立技術(shù)。與僅出于通信目的設(shè)計(jì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的傳統(tǒng)方法不同，IMT-2030將從一開始就考慮集成感

知和通信系統(tǒng)。在未來(lái)的通信系統(tǒng)中，通過(guò)新功能的支持，例如可能使用更高頻譜（例如從毫米波到太赫茲）、

更寬的帶寬、更密集的部署、更大的天線陣列，以及人工智能和通信節(jié)點(diǎn)/設(shè)備之間的協(xié)作，感知將成為與通

信系統(tǒng)集成的新功能，以實(shí)現(xiàn)具有更高精度的創(chuàng)新服務(wù)和解決方案。

在通感融合系統(tǒng)中，感知和通信功能將在集成系統(tǒng)中互惠互利。一方面，網(wǎng)絡(luò)作為傳感器，通信系統(tǒng)可以輔

助感知服務(wù)，可以探索無(wú)線電波傳輸、反射和散射，以感知和更好地理解物理世界。另一方面，感知輔助通

信，傳感結(jié)果可用于輔助接入或控制，例如更精確的波束成形、更好的干擾管理、更快的波束故障恢復(fù)和

更少的開銷來(lái)跟蹤C(jī)SI（ChannelStateInformation，信道狀態(tài)信息），提供通信系統(tǒng)的QoS（Qualityof

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通感一體化系統(tǒng)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

Service，服務(wù)質(zhì)量）。此外，感知可以被視為連接物理世界和數(shù)字世界的新通道。因此，實(shí)時(shí)感知與人工智

能技術(shù)相結(jié)合對(duì)于實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生也至關(guān)重要。

ITU技術(shù)趨勢(shì)報(bào)告將通信和感知系統(tǒng)之間的交互級(jí)別分為：（a）共存，其中感知和通信在物理上分離的硬件

上運(yùn)行，使用相同或不同的頻譜資源并且不共享任何信息，彼此視為干擾；（b）合作，其中兩個(gè)系統(tǒng)在物理

上分離的硬件上運(yùn)行，而信息可以相互共享（例如，感知/通信的先驗(yàn)知識(shí)可以共享，減少系統(tǒng)間干擾或在某

些情況下增強(qiáng)另一個(gè)系統(tǒng)）；（c）集成設(shè)計(jì)，其中兩個(gè)系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為一個(gè)單一系統(tǒng)，在頻譜使用、硬件、無(wú)

線資源管理、空中接口以及信號(hào)傳輸和處理等方面具有信息共享和聯(lián)合設(shè)計(jì)。ISAC在未來(lái)IMT的重點(diǎn)是（c）。

在集成設(shè)計(jì)中，ISAC的技術(shù)開發(fā)可以分為不同的階段，從松散耦合到完全集成。作為起點(diǎn)，通信和感知系統(tǒng)

共享頻譜和硬件等資源。通信和感知可以作為一個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)服務(wù)于兩種業(yè)務(wù)形式。在感知和通信模塊之

間開發(fā)高效的調(diào)度和協(xié)調(diào)算法，以盡量減少彼此之間的干擾，是一個(gè)關(guān)鍵的研究問(wèn)題。更進(jìn)一步，通信和感知

將協(xié)同工作，以提高單個(gè)系統(tǒng)的性能。信號(hào)處理的集成，如時(shí)域、頻域和空間域處理技術(shù)，可以聯(lián)合設(shè)計(jì)為感

知和通信服務(wù)。這一階段的潛在方向包括基于聯(lián)合波形的空中接口設(shè)計(jì)、統(tǒng)一波束成形方案等，這對(duì)于提高

ISAC系統(tǒng)的效率至關(guān)重要。邁向ISAC的成熟階段，通信和感知將在頻譜、硬件、信令、協(xié)議、組網(wǎng)等所有可

能的維度進(jìn)行協(xié)調(diào)和協(xié)作，實(shí)現(xiàn)互利共贏。ISAC系統(tǒng)進(jìn)一步結(jié)合AI、網(wǎng)絡(luò)協(xié)作和多節(jié)點(diǎn)協(xié)同感知等技術(shù)，將

有利于整個(gè)系統(tǒng)增強(qiáng)相互性能，控制總體成本、尺寸和功耗。

通信和感知服務(wù)需要共享可用的硬件和波形，同時(shí)融合來(lái)自網(wǎng)絡(luò)部署區(qū)域中不同測(cè)量源的信息。在系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)

和評(píng)估方法等領(lǐng)域仍然存在研究挑戰(zhàn)，例如對(duì)集成系統(tǒng)中兩種功能trade-off的設(shè)計(jì)和評(píng)估，對(duì)硬件缺陷的敏

感性增加所需的解決方案，聯(lián)合波形設(shè)計(jì)和優(yōu)化等。

■IMT-2020推進(jìn)組和IMT-2030推進(jìn)組

中國(guó)IMT-2020推進(jìn)組成立通信感知融合任務(wù)組，從場(chǎng)景，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，空口技術(shù)方案，仿真評(píng)估方法，試驗(yàn)等

多方面進(jìn)行研究推進(jìn)，并形成相應(yīng)的研究報(bào)告。IMT-2030推進(jìn)組將通信感知融合和AI共同作為5G到6G演

進(jìn)的關(guān)鍵因素，并發(fā)布了《通信感知一體化技術(shù)報(bào)告》第一版和第二版。該技術(shù)報(bào)告對(duì)通感一體化的應(yīng)用場(chǎng)景、

基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)、原型驗(yàn)證進(jìn)行了詳細(xì)分析。在基礎(chǔ)理論方面，介紹了無(wú)線感知的基礎(chǔ)理論與評(píng)價(jià)指標(biāo)，

結(jié)合通信和感知系統(tǒng)的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，介紹了通信感知一體化基礎(chǔ)理論框架，提出了通信與感知的互信息以及感知

速率極限。并在通信波形約束下的通信感知一體化理論性能邊界研究、通信感知一體化性能評(píng)估準(zhǔn)則、通系統(tǒng)

優(yōu)化設(shè)計(jì)理論和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化基礎(chǔ)理論等幾個(gè)方面，綜述了當(dāng)前通信感知一體化基礎(chǔ)理論方面的研究進(jìn)展和可能

的發(fā)展方向。關(guān)鍵技術(shù)研究包括空口技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與組網(wǎng)設(shè)計(jì)、硬件架構(gòu)與設(shè)計(jì)、協(xié)同感

知五個(gè)方面。其中，空口技術(shù)主要分析了OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，正交頻分

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通感一體化系統(tǒng)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

復(fù)用）和OTFS（OrthogonalTimeFrequencySpace，正交時(shí)頻空調(diào)制）兩種典型波形在感知場(chǎng)景下的性

能評(píng)估；信號(hào)處理技術(shù)方面分別從干擾消除、定位與環(huán)境重構(gòu)、信號(hào)融合、參數(shù)估計(jì)等方面進(jìn)行研究與探索；

在組網(wǎng)設(shè)計(jì)方面，基于業(yè)務(wù)連續(xù)性和QoS保障為目標(biāo)，提出感知節(jié)點(diǎn)應(yīng)用實(shí)例和切換流程；在硬件架構(gòu)方面，

提出通信感知一體化硬件設(shè)計(jì)，需要解決高性能全雙工等帶來(lái)的干擾和設(shè)備電路等設(shè)計(jì)問(wèn)題，從基礎(chǔ)的系統(tǒng)與

電路架構(gòu)、高隔離度的系統(tǒng)、高性能高精確度的器件與電路模型建模、小型化集成化的收發(fā)信機(jī)方案上解決相

應(yīng)挑戰(zhàn)；在協(xié)同感知技術(shù)中通過(guò)實(shí)例提出協(xié)同感知的關(guān)鍵技術(shù)研究方向。

IMT-2030推進(jìn)組將通感融合分為三個(gè)階段：業(yè)務(wù)共存，能力互助，網(wǎng)絡(luò)互惠。通信感知一體化作為IMT-2030

推進(jìn)組6G技術(shù)試驗(yàn)的關(guān)鍵技術(shù)試驗(yàn)之一，進(jìn)行了定位、成像、模式識(shí)別三類感知場(chǎng)景的測(cè)試。測(cè)試所用概念

樣機(jī)通信和感知接收均為相互獨(dú)立的兩套系統(tǒng)，仍處于業(yè)務(wù)共存階段。

圖3-1.IMT-2030推進(jìn)組提出的6G典型場(chǎng)景[8]

■NextGAlliance

NextGAlliance由美國(guó)ATIS（AllianceforTelecommunicationsIndustrySolutions，電信行業(yè)解決方案聯(lián)

盟）發(fā)起，致力于在未來(lái)10年內(nèi)提升北美6G移動(dòng)技術(shù)的領(lǐng)先地位，將高度重視技術(shù)商業(yè)化，涵蓋研發(fā)、制造、

標(biāo)準(zhǔn)化和市場(chǎng)準(zhǔn)備的整個(gè)生命周期。

2022年6月份NextGAlliance推出的6G技術(shù)報(bào)告[9]里，從應(yīng)用和要求角度，總結(jié)了4類發(fā)揮關(guān)鍵作用的

用例，包括：1）網(wǎng)絡(luò)支持的機(jī)器人和自主系統(tǒng)（NetworkEnabledRoboticsandAutonomousSystems），

使用全球定位系統(tǒng)（GPS）、光探測(cè)和測(cè)距（LiDAR）、聲納、雷達(dá)和測(cè)程法等傳感器感知周圍環(huán)境。2）多

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通感一體化系統(tǒng)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

感官擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)（Multi-sensoryXR），包括虛擬現(xiàn)實(shí)VR和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)AR等。3）分布式感知和通信（Distributed

SensingandCommunications），包括與通信緊密集成以支持自主系統(tǒng)的傳感器。4）個(gè)性化用戶體驗(yàn)，基

于用戶個(gè)人資料和上下文信息（例如，用戶的偏好、趨勢(shì)和生物識(shí)別）對(duì)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、產(chǎn)品和服務(wù)進(jìn)行實(shí)時(shí)、

全自動(dòng)和安全的個(gè)性化。NextGAlliance技術(shù)報(bào)告明確了其關(guān)注的技術(shù)領(lǐng)域，涵蓋組件技術(shù)，無(wú)線電技術(shù)，系

統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)、管理維護(hù)（OA&M）和服務(wù)支持，可信度（安全性、可靠性、隱私性和彈性）。在

無(wú)線技術(shù)領(lǐng)域，通感融合是主要方向之一。

報(bào)告分析了JointCommunicationsandSensing（JCAS）對(duì)通信和感知兩方面功能的益處：共存以改善頻

譜共享、硬件重用和干擾管理；通信輔助感知，有助于在許多感知節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)環(huán)境可視化；感知輔助通信，

以提高通信性能；此外，JCAS可以通過(guò)standalone蜂窩和非蜂窩技術(shù)增強(qiáng)定位性能。

NextGAlliance提出的JCAS研究領(lǐng)域包括感知與通信性能的trade-off研究與評(píng)估，感知信道建模，波形波

束成形設(shè)計(jì)，感知與通信功能之間的共存、協(xié)作與協(xié)同設(shè)計(jì)，資源分配，協(xié)同感知，JCAS產(chǎn)生的硬件要求，

雜波抑制，UE定向，多雷達(dá)聯(lián)合處理，基于AI/ML的感知融合，全雙工無(wú)線電等。其中全雙工無(wú)線電是單站

感知的關(guān)鍵推動(dòng)因素，也是高功率BS和低功耗UE的重要研究領(lǐng)域。在蜂窩系統(tǒng)中，取決于不同的感知能力，

JCAS操作可基于BS，基于UE，或者同時(shí)基于BS和UE?；贐S的JCAS可以作為起點(diǎn)，因?yàn)樗哂刑幚?/p>

能力、傳輸能力、覆蓋范圍、潛在的全雙工能力和MIMO/波束成形支持。BS的全雙工操作是單站感知的基礎(chǔ)。

雙站感知操作需要基站間的同步協(xié)調(diào)。

對(duì)于JCAS存在的挑戰(zhàn)，NextGAlliance提出以下方面：1）考慮到通信和感知共享頻譜，一個(gè)關(guān)鍵的挑戰(zhàn)是

可以在不同的通信和感知性能trade-off下運(yùn)行的靈活設(shè)計(jì)。波形、波束成形設(shè)計(jì)、資源復(fù)用是這一挑戰(zhàn)的核心。

2）感知操作的空間方向可能不同于通信鏈路傳輸?shù)目臻g方向，這就需要在感知和通信功能的QoS之間進(jìn)行權(quán)

衡。3）關(guān)于在網(wǎng)絡(luò)中許多感知節(jié)點(diǎn)之間潛在地協(xié)助協(xié)同感知的通信，感知節(jié)點(diǎn)之間的同步成為一個(gè)主要挑戰(zhàn)。4）

干擾管理也是JCAS操作的核心，除了要考慮通信系統(tǒng)間的干擾和感知系統(tǒng)間的干擾外，還要考慮跨功能干擾

管理，即通信系統(tǒng)和感知系統(tǒng)間的干擾。

■ETSI

ETSITechnologyRadar（ETR）提出信息通信技術(shù)ICT的技術(shù)趨勢(shì)，旨在促進(jìn)ETSI成員對(duì)這些技術(shù)趨勢(shì)的

認(rèn)識(shí)和討論，這些趨勢(shì)可能影響ICT標(biāo)準(zhǔn)化。2021年ETR白皮書提出了ICT中十個(gè)技術(shù)趨勢(shì)，包括5G演進(jìn)、

人工智能、自治網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)安全、DistributedLedgers、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)、擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)、物聯(lián)網(wǎng)、量子、自治系統(tǒng)。

2022年ETR針對(duì)該白皮書進(jìn)行了更新，新增的技術(shù)趨勢(shì)加入了通感一體化，另外還涵蓋了光子學(xué)、（亞）太

赫茲和太赫茲通信、ReconfigurableIntelligenceSurface(RIS，智能超表面)、光無(wú)線通信、非陸地網(wǎng)絡(luò)、

智能分布式EDGE、高性能計(jì)算機(jī)、可持續(xù)性（Sustainability）等技術(shù)。

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通感一體化系統(tǒng)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

ETR所提的ISAC技術(shù)具體包括支持ISAC的Waveform/sequence/coding/modulation/beamforming等信號(hào)

處理技術(shù)，支持ISAC的MIMO和RIS等天線技術(shù)，使用通信波形的被動(dòng)感知，毫米波/THz的通感一體化等方面。

■Hexa-X

Hexa-X和后續(xù)階段Hexa-X-II是由歐盟贊助的旗艦項(xiàng)目，旨在開發(fā)B5G/6G愿景以及連接人類、物理和數(shù)

字世界的智能架構(gòu)，為6G的行業(yè)共識(shí)奠定基礎(chǔ)并做出貢獻(xiàn)。Hexa-XWorkPackage1(WP1)“End-to-End

Vision,ArchitectureandSystemAspects”發(fā)布了6G愿景用例價(jià)值報(bào)告[10][11]和6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)報(bào)告[12]。

Hexa-X將通信/定位/成像/感知的融合（Convergenceofcommunications,localization,imagingand

sensing）作為未來(lái)連接技術(shù)趨勢(shì)之一[11]。隨著更大帶寬信號(hào)與更高頻段頻譜（>100GHz）的使用，以及

SLAM技術(shù)與較低頻譜通信的結(jié)合，未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)將集成高精度定位（具有厘米級(jí)精度），感知（類似雷達(dá)和非

類似雷達(dá)）和成像（毫米級(jí)）功能。因此需要開發(fā)新算法以共同優(yōu)化通信、感知和/或定位的共同優(yōu)化。這

不僅可以改變應(yīng)用層方面，還可以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能，例如通過(guò)主動(dòng)無(wú)線電資源分配和管理，并確定波形設(shè)計(jì)，

以實(shí)現(xiàn)具有超高數(shù)據(jù)速率的連接性能和完整的6D環(huán)境地圖。6D環(huán)境地圖具備所有三個(gè)空間（緯度，經(jīng)度，

高度）和方向（俯仰、橫滾、偏航）的信息。將此類連接性和6D地圖，與運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)、AI相結(jié)合，基于新沉浸

式XR體驗(yàn)的新應(yīng)用和用例將變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。這提供了一種直觀的交互方式，以及從醫(yī)療到工業(yè)環(huán)境的各種用例。

Hexa-X指出此類應(yīng)用和用例必須集成安全和隱私。

Hexa-X將計(jì)算，AI，安全，感知，定位都視為服務(wù)[12]。感知服務(wù)sensing-as-a-service(SaaS)被認(rèn)為將影

響6G架構(gòu)，包括服務(wù)化架構(gòu)，為感知能力定義新服務(wù)和新接口，以及現(xiàn)有定位的增強(qiáng)和修訂等。感知和定位

在Hexa-X大部分用例中都是重要角色，針對(duì)感知和定位，Hexa-X專門組織了WorkPackage3(WP3)-“6G

High-ResolutionLocalisationandSensing”。Hexa-X把二者聯(lián)合考慮，作為系統(tǒng)架構(gòu)必不可少的部分。在

下一代E2E網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要考慮僅通信、僅感知、通信感知定位聯(lián)合這三種能力的靈活切換和優(yōu)先級(jí)。

定位和感知應(yīng)該被設(shè)計(jì)為基本功能或微服務(wù)，需要考慮開放框架、安全、低時(shí)延、QoS等多個(gè)問(wèn)題。

已啟動(dòng)的Hexa-X-II項(xiàng)目將以Hexa-X成果為基礎(chǔ)，并將提供6G平臺(tái)藍(lán)圖，實(shí)現(xiàn)基于傳感和計(jì)算等新集成功

能的新服務(wù)。

■IEEE

IEEE針對(duì)WLAN感知（WLANsensing）在IEEE802.11內(nèi)成立了任務(wù)組802.11bftaskgroup。WLAN

sensing主要指的是具備WLAN感知能力的站點(diǎn)，接收WLAN信號(hào)以檢測(cè)環(huán)境中目標(biāo)對(duì)象的特征。其中環(huán)境

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通感一體化系統(tǒng)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

（Environment）包括房間，房屋，車輛，公司等；目標(biāo)包括物品，人體，動(dòng)物等；特征（feature）包括

范圍，速度，角度，動(dòng)作，存在或接近，姿態(tài)等。802.11bftaskgroup將定義對(duì)IEEE802.11MAC層以及

DirectionalMultiGigabit(DMG)和enhancedDMG(EDMG)PHY層的修改，以增強(qiáng)1GHz至7.125GHz以

及45GHz以上免許可頻段的WLANsensing，使能站點(diǎn)通知其他站點(diǎn)其WLANsensing能力，請(qǐng)求和設(shè)置傳

輸以便執(zhí)行WLANsensing測(cè)量，交換WLANsensing反饋和信息。

802.11bftaskgroup目前發(fā)布了一系列文檔并仍在繼續(xù)完善，包括用例,功能要求,信道模型,評(píng)估方法和仿

真場(chǎng)景等。802.11bf提出的WLANsensing用例[13]包括房屋內(nèi)感知，手勢(shì)識(shí)別，健康監(jiān)護(hù)，3D視角，汽

車內(nèi)感知等幾類，并對(duì)各個(gè)用例從Maxrange，RangeAccuracy，MaxVelocity/VelocityAccuracy，angular

Accuracy，TargetSeparation，Security/ProtectionRobustness，MaximumNetworkLoad等方面參數(shù)

進(jìn)行了具體定義和定量描述。802.11bf提出的WLANsensing信道模型[14]介紹了基于光線追蹤結(jié)果和其他可

能方法（例如measurementcampaigns）的WLANsensing系統(tǒng)信道模型，協(xié)助WLANsensing標(biāo)準(zhǔn)化過(guò)程。

提出了一種新的信道模型，該模型考慮了在sub7GHz和60GHz的無(wú)設(shè)備移動(dòng)目標(biāo)引起的傳播信道的非平穩(wěn)特

性。描述了參考天線模型，提出定向和全向天線模型與信道模型一起使用。在2023年1月更新的評(píng)估方法和

仿真場(chǎng)景文檔[15]中，提出了WLANsensing物理層性能評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)和鏈路級(jí)仿真場(chǎng)景。其中仿真場(chǎng)景定義為一

個(gè)TX-RX對(duì)與移動(dòng)目標(biāo)（如物體、單個(gè)人、動(dòng)物等）之間的鏈路級(jí)仿真。鏈路級(jí)仿真的目標(biāo)是評(píng)估目標(biāo)參數(shù)估

計(jì)的感知性能，包括距離、速度、角度或運(yùn)動(dòng)、存在或接近、手勢(shì)等活動(dòng)檢測(cè)。

■3GPP

3GPPSA1成立了研究項(xiàng)目Integratedsensingandcommunication(ISAC)[1]，計(jì)劃于2023年6月完成。

5G系統(tǒng)需要增強(qiáng)以提供針對(duì)不同垂直應(yīng)用的感知服務(wù)，例如自動(dòng)駕駛/輔助駕駛，V2X，無(wú)人機(jī)，3D地圖重建，

智能城市，智能家居，工廠，醫(yī)療保健，海事部門等。該項(xiàng)目研究討論ISAC的用例和潛在要求，同時(shí)關(guān)注安全、

隱私、監(jiān)管和收費(fèi)等話題。

研究項(xiàng)目所提用例側(cè)重于基于NR的感知，某些用例可能會(huì)利用EPC和E-UTRA中已有的信息（例如蜂窩/

UE測(cè)量、位置更新），一些用例還可能包括非3GPP類型的傳感器（例如雷達(dá)，攝像頭）。目前ISAC研究

報(bào)告主要描述了多個(gè)ISAC用例，例如住宅入侵檢測(cè)，高速公路和鐵路入侵檢測(cè)，無(wú)人機(jī)入侵檢測(cè)，無(wú)人機(jī)軌

跡跟蹤和沖突避免，自動(dòng)駕駛和導(dǎo)航感知輔助，沿途交通管理，工廠AGV檢測(cè)跟蹤，工廠AMR沖突避免，睡

眠監(jiān)測(cè)，健康監(jiān)測(cè)，無(wú)縫XR流等。并分別給出了支持各個(gè)用例的潛在要求，包括感知結(jié)果的性能要求，同時(shí)

SA1正在研究統(tǒng)一的潛在要求和KPI。報(bào)告還考慮了感知的機(jī)密性、完整性和可用性，在部署中要考慮感知的

隱私問(wèn)題。另外，5GS中的感知操作應(yīng)支持商業(yè)服務(wù)（例如駕駛輔助），關(guān)鍵任務(wù)服務(wù)（例如公共安全，公

用事業(yè)，鐵路）和其他具有優(yōu)先處理要求的優(yōu)先服務(wù)（例如MPS）。

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通感一體化系統(tǒng)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

目前3GPP無(wú)線通感融合技術(shù)處于研究階段，尚需進(jìn)一步分析無(wú)線通感融合標(biāo)準(zhǔn)化需求，以及后續(xù)可能的標(biāo)

準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和協(xié)議。

4.通感一體化系統(tǒng)架構(gòu)

4.1通感融合發(fā)展層級(jí)

從系統(tǒng)架構(gòu)角度來(lái)說(shuō)，通感和感知融合發(fā)展層級(jí)可分為：業(yè)務(wù)層融合、服務(wù)層融合、空口融合，如圖4-1所示。

業(yè)務(wù)層融合是指無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)僅作為第三方感知服務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸通道，其本身不提供感知服務(wù)。第三方感

知服務(wù)是指無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)之外的其他系統(tǒng)提供的感知服務(wù)，包括基于雷達(dá)、攝像頭等提供的服務(wù)?，F(xiàn)有

無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)可以支持這一層次的融合。服務(wù)層融合是指未來(lái)無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)將基于第三方感知單元、

通信單元以及未來(lái)通感一體化單元獲得的感知數(shù)據(jù)和通信數(shù)據(jù)形成面向應(yīng)用的內(nèi)生感知服務(wù)。第三方感知單元

包括雷達(dá)、攝像頭等。這一層次的融合涉及6G系統(tǒng)架構(gòu)中服務(wù)層和功能層的改動(dòng)，未來(lái)研究需考慮感知服務(wù)

接口的定義、感知控制和感知數(shù)據(jù)處理流程等?？湛谌诤鲜侵肝磥?lái)無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)將基于空口層面的通信感

知一體化單元獲得的感知數(shù)據(jù)形成內(nèi)生感知服務(wù)。通信感知一體化單元基于感知信號(hào)和通感一體化信號(hào)的發(fā)送

和接收獲得感知數(shù)據(jù)。通感一體化信號(hào)是同時(shí)用于感知和通信的無(wú)線信號(hào)。這一層次的融合涉及6G系統(tǒng)架構(gòu)

中功能層和資源層的改動(dòng)，未來(lái)研究需考慮空口信號(hào)設(shè)計(jì)、頻譜資源共享和一體化硬件設(shè)計(jì)等。

圖4-1.通信和感知融合發(fā)展層級(jí)

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通感一體化系統(tǒng)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

相比業(yè)務(wù)層融合，服務(wù)層融合可以提升6G系統(tǒng)的服務(wù)能力，為未來(lái)6G系統(tǒng)商用提供創(chuàng)造更多新型應(yīng)用的可

能性。服務(wù)層融合也可以提供用于輔助通信性能提升的感知服務(wù)?？湛趯尤诤峡梢赃M(jìn)一步帶來(lái)頻譜效率提升、

成本節(jié)約、功耗降低和信息處理效率提升等諸多優(yōu)勢(shì)。

未來(lái)無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)將主要向服務(wù)層通感融合和空口通感融合進(jìn)行演進(jìn)，形成支持內(nèi)生感知服務(wù)的通感一體

化系統(tǒng)。對(duì)通感一體化系統(tǒng)架構(gòu)的研究需要首先根據(jù)通感一體化業(yè)務(wù)抽象出感知服務(wù)的參考模型和感知服務(wù)的

需求，然后確定滿足感知服務(wù)需求的通感一體化系統(tǒng)需要包含的功能，再對(duì)支持感知服務(wù)的各個(gè)功能的構(gòu)建和

組織進(jìn)行設(shè)計(jì)。4

.

4.2感知服務(wù)參考模型

根據(jù)通感一體化業(yè)務(wù)可以提煉出通感一體化系統(tǒng)提供的感知服務(wù)的參考模型，如圖4-2所示。其中，感知服務(wù)

客戶端可以從感知服務(wù)器請(qǐng)求感知對(duì)象的感知信息，感知服務(wù)器響應(yīng)于感知請(qǐng)求，執(zhí)行感知功能，獲得感知對(duì)

象的感知信息，并將其提供給感知服務(wù)客戶端。

圖4-2.感知服務(wù)參考模型

感知服務(wù)客戶端可以是通感一體化系統(tǒng)外的實(shí)體，也可以是通感一體化系統(tǒng)內(nèi)部的實(shí)體（例如，終端、核心

網(wǎng)中的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)功能）。感知對(duì)象和感知信息根據(jù)不同的通感一體化業(yè)務(wù)而定。例如，感知對(duì)象可以為環(huán)境、

物體、人等，感知信息可以是環(huán)境地圖、物體的成像、人的速度和位置等。

感知服務(wù)器由通感一體化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，基于現(xiàn)有無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)的架構(gòu)，其包含核心網(wǎng)、無(wú)線接入網(wǎng)和終端。

感知服務(wù)器可以根據(jù)通感一體化單元和第三方感知單元獲得的感知數(shù)據(jù)確定感知對(duì)象的感知信息。通感一體化

單元通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)部配置的感知信號(hào)獲得感知數(shù)據(jù)，感知信號(hào)包括專用于感知的信號(hào)以及同時(shí)用于感知和通

信的信號(hào)。第三方感知單元獲得感知數(shù)據(jù)所使用的技術(shù)不在通感一體化系統(tǒng)的研究范圍內(nèi)。

感知服務(wù)除了需要感知服務(wù)器能夠向感知服務(wù)客戶端提供感知對(duì)象的感知信息以外，還有以下需求。

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通感一體化系統(tǒng)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

■感知服務(wù)質(zhì)量保障

感知服務(wù)器能夠向感知服務(wù)客戶端提供滿足其要求的感知服務(wù)質(zhì)量的感知信息。感知服務(wù)質(zhì)量包括時(shí)延、精度、

感知范圍、檢測(cè)虛警率等。對(duì)于不同的感知服務(wù)，相應(yīng)的感知服務(wù)質(zhì)量會(huì)有所不同。

■安全隱私檢查

感知服務(wù)器需要保證感知過(guò)程和感知信息的隱私和安全方面。一方面需要保證感知對(duì)象允許被感知，感知服務(wù)

客戶端有權(quán)要求提供感知對(duì)象的感知信息。另一方面需要保障感知服務(wù)端到端流程的安全和認(rèn)證，避免攻擊或

篡改等。

■計(jì)費(fèi)

感知計(jì)費(fèi)是通信感知一體化商業(yè)的重要組成部分，潛在的內(nèi)容包括計(jì)費(fèi)對(duì)象、計(jì)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)費(fèi)方案。其中計(jì)費(fèi)

對(duì)象既需要包括對(duì)感知服務(wù)客戶端的收費(fèi)，也需要考慮對(duì)參與感知的終端的付費(fèi)。

4.3感知功能

基于上述感知服務(wù)的需求確定通感一體化系統(tǒng)需要包含哪些功能是架構(gòu)研究的重點(diǎn)之一。圖4-3給出了通感一

體化系統(tǒng)（也就是感知服務(wù)器）的功能框圖。下面對(duì)各個(gè)功能進(jìn)行介紹。

圖4-3.通感一體化系統(tǒng)的功能框圖

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通感一體化系統(tǒng)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

總體上，通感一體化系統(tǒng)從下到上可以分為資源層、功能層和服務(wù)層?？湛趯用娴耐ǜ腥诤蠒?huì)涉及到資源層和

功能層的改動(dòng)，服務(wù)層通感融合會(huì)涉及服務(wù)層和功能層的改動(dòng)。

資源層在功能層的控制下執(zhí)行物理感知過(guò)程，并向功能層提供感知底層數(shù)據(jù)。資源層的功能包括感知信號(hào)發(fā)送、

感知信號(hào)接收和測(cè)量以及第三方感知技術(shù)。感知信號(hào)發(fā)送、感知信號(hào)接收和測(cè)量功能實(shí)現(xiàn)空口層面的通感融合。

第三方感知技術(shù)不在通感一體化系統(tǒng)的研究范圍內(nèi)，但通感一體化系統(tǒng)能夠獲取第三方感知技術(shù)獲得的感知數(shù)

據(jù)，可以支持服務(wù)層通感融合。

功能層根據(jù)服務(wù)層的感知請(qǐng)求，控制資源層執(zhí)行物理感知過(guò)程，并基于資源層獲得的感知底層數(shù)據(jù)得到最終

感知信息，并提供給服務(wù)層。結(jié)合前述感知服務(wù)的需求，功能層具體可以包括感知任務(wù)管理、服務(wù)質(zhì)量處理、

感知能力交互、感知資源調(diào)度、感知數(shù)據(jù)處理、感知數(shù)據(jù)存儲(chǔ)幾個(gè)功能。感知任務(wù)管理功能包括感知方法選擇、

感知節(jié)點(diǎn)選擇等。感知資源調(diào)度功能調(diào)度感知信號(hào)的資源。服務(wù)質(zhì)量處理功能根據(jù)感知請(qǐng)求的需求影響感知任

務(wù)管理、感知資源調(diào)度功能，從而滿足感知服務(wù)的要求。感知能力交互功能可以獲得可參與感知的節(jié)點(diǎn)的感知

能力信息，從而支撐感知任務(wù)管理功能的感知節(jié)點(diǎn)選擇等。感知數(shù)據(jù)處理功能對(duì)資源層提供的感知底層數(shù)據(jù)進(jìn)

行處理，從而獲得最終感知信息。感知數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可以存儲(chǔ)感知數(shù)據(jù)。

服務(wù)層接收感知客戶端的感知請(qǐng)求，進(jìn)行安全隱私檢查，通知功能層提供感知信息，并向感知客戶端響應(yīng)感知

信息，實(shí)現(xiàn)服務(wù)層通感融合。結(jié)合前述感知服務(wù)的需求，服務(wù)層具體可以包括服務(wù)接口開放、安全隱私保障、

計(jì)費(fèi)幾個(gè)功能。

感知服務(wù)流程

基于通感一體化系統(tǒng)的主要功能，圖4-4給出感知服務(wù)基本流程示意圖。感知服務(wù)客戶端向通感一體化系統(tǒng)發(fā)

送感知請(qǐng)求。通感一體化系統(tǒng)中安全隱私保障功能實(shí)體進(jìn)行安全隱私檢查。在檢查通過(guò)的情況下，感知任務(wù)管

理功能實(shí)體確定感知方法、感知節(jié)點(diǎn)等。如果通過(guò)通感一體化單元獲得感知數(shù)據(jù)，則需要進(jìn)行感知資源調(diào)度，

通感一體化單元進(jìn)行感知信號(hào)發(fā)送、接收和測(cè)量。感知數(shù)據(jù)處理功能實(shí)體基于通感一體化單元和第三方感知單

元獲得的感知數(shù)據(jù)，確定出最終感知信息。通感一體化系統(tǒng)向感知服務(wù)客戶端返回的感知響應(yīng)包含最終感知信息。

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通感一體化系統(tǒng)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

圖4-4.感知服務(wù)流程示意圖

感知功能分配

上述支持感知服務(wù)的各個(gè)功能在通感一體化系統(tǒng)中的分配、組織和接口是架構(gòu)研究的另一個(gè)重點(diǎn)?；诂F(xiàn)有

無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)架構(gòu)，對(duì)于各個(gè)功能到網(wǎng)元的分配目前有如下幾點(diǎn)考慮。

一是資源層功能的分配考慮與傳統(tǒng)通信資源層的網(wǎng)元共享設(shè)備和器件，從而節(jié)約成本。資源層的感知信號(hào)發(fā)

送、感知信號(hào)接收和測(cè)量以及第三方感知技術(shù)可以分配在傳統(tǒng)進(jìn)行無(wú)線信號(hào)收發(fā)的無(wú)線接入網(wǎng)節(jié)點(diǎn)和終端中。

二是功能層功能的分配考慮分布式地分配在通感一體化系統(tǒng)的多個(gè)網(wǎng)元中。例如，集中的感知數(shù)據(jù)處理功能

分配要求網(wǎng)元具有較高的算力支撐和傳輸帶寬支持，而感知數(shù)據(jù)處理功能分層地分配到核心網(wǎng)、接入網(wǎng)和終

端可以有效緩解對(duì)每個(gè)網(wǎng)元的算力和傳輸帶寬的要求。又如，感知任務(wù)管理功能既可以分配到核心網(wǎng)以支持

感知范圍較大的感知服務(wù)，也可以分配到接入網(wǎng)以更高效地支持輔助接入網(wǎng)通信的感知服務(wù)。

三是各個(gè)功能獨(dú)立分配到不同的網(wǎng)元還是分配到同一個(gè)網(wǎng)元需要綜合考慮接口交互時(shí)延、靈活彈性組織等因

素的權(quán)衡。例如，感知任務(wù)管理等控制功能和感知數(shù)據(jù)處理功能分別分配在不同的網(wǎng)元中，實(shí)現(xiàn)控制和數(shù)據(jù)

分離，能夠支持更加靈活地部署。例如，感知任務(wù)管理實(shí)體部署在核心層，感知數(shù)據(jù)處理實(shí)體部署在邊緣層，

從而適用于帶寬大、隱私安全要求高的感知服務(wù)。而感知任務(wù)管理功能等控制功能和感知數(shù)據(jù)處理功能分配

在同一個(gè)網(wǎng)元中，可以避免兩個(gè)功能之間的接口交互，減少與其他功能之間的接口，降低整體流程復(fù)雜度。

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通感一體化系統(tǒng)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

4.4感知方式

在通感一體化系統(tǒng)中，資源層的功能包括感知信號(hào)發(fā)送、感知信號(hào)接收和測(cè)量。感知信號(hào)發(fā)送、感知信號(hào)接收

功能可以分配在傳統(tǒng)進(jìn)行無(wú)線信號(hào)收發(fā)的無(wú)線接入網(wǎng)節(jié)點(diǎn)和終端中。根據(jù)感知信號(hào)收發(fā)節(jié)點(diǎn)不同會(huì)形成不同的

感知方式，感知方式也將影響通感一體化空口關(guān)鍵技術(shù)的設(shè)計(jì)。具體的感知實(shí)現(xiàn)方式包括：

（1）基站自發(fā)自收

（2）基站A發(fā)基站B收

（3）基站發(fā)終端收

（4）終端發(fā)基站收

（5）終端自發(fā)自收

（6）終端A發(fā)終端B收

其中，方式(1)和方式(5)是單基感知方式，感知由一個(gè)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行，與傳統(tǒng)的單基雷達(dá)類似。由于發(fā)射機(jī)和接

收機(jī)處于同一位置，單基感知方式的感知信號(hào)不必是專用的導(dǎo)頻信號(hào)，攜帶數(shù)據(jù)的通信信號(hào)也可以用于單基感

知。另外，由于發(fā)射機(jī)和接收機(jī)共用同一個(gè)硬件平臺(tái)，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)可以很容易地實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘同步。而且感知

結(jié)果可以由該節(jié)點(diǎn)直接解析，不需要額外的數(shù)據(jù)傳輸和外部設(shè)備的協(xié)助。然而，單基模式需要基站或終端具備

全雙工能力。方式(2)對(duì)應(yīng)由一個(gè)基站發(fā)射感知信號(hào)，另一個(gè)基站接收感知信號(hào)進(jìn)行感知的情況。這種方式類

似傳統(tǒng)雙基雷達(dá)的工作模式。由于發(fā)射機(jī)和接收機(jī)在空間上的分離，該模式不需要收發(fā)機(jī)具有全雙工能力，而

且發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的時(shí)鐘同步也較容易實(shí)現(xiàn)。但是，該模式需要涉及專用的感知信號(hào)，且發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的位

置誤差、同步誤差也會(huì)影響感知結(jié)果。方式(3)和方式(4)是另一種形式的雙基工作模式，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)其

中一方為基站，另一方為終端。方式(3)和方式(4)也可以采用攜帶數(shù)據(jù)的通信信號(hào)進(jìn)行感知，但是需對(duì)通信

數(shù)據(jù)解碼后再做感知處理。如果通信數(shù)據(jù)發(fā)生解碼錯(cuò)誤（例如在信噪比很低的工作環(huán)境），此時(shí)感知性能會(huì)惡化。

另外，方式(3)和方式(4)的收發(fā)機(jī)時(shí)鐘同步也是一個(gè)挑戰(zhàn)。方式(6)也具有方式(3)和方式(4)的特點(diǎn)。方式(5)

和方式(6)中感知功能實(shí)現(xiàn)與無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)相對(duì)獨(dú)立，甚至可以在無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋之外進(jìn)行感知。但是方式(5)

和方式(6)由于終端發(fā)射功率的限制，感知范圍較其它方式要小，另外終端的移動(dòng)性引起的位置誤差會(huì)影響感

知結(jié)果。六種感知方式的優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié)如下表：

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通感一體化系統(tǒng)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

表4-1.不同感知方式的優(yōu)缺點(diǎn)

上述各個(gè)感知方式下，其感知鏈路與通信鏈路存在較大差異。因此，需要考慮各個(gè)感知方式對(duì)業(yè)務(wù)連續(xù)性、覆蓋、

干擾協(xié)調(diào)、組網(wǎng)方式等的影響。

5.通感一體化空口關(guān)鍵技術(shù)

為支持各類通感一體化業(yè)務(wù)，并滿足通感一體化業(yè)務(wù)的指標(biāo)需求，圖5-1梳理了9個(gè)通感一體化的關(guān)鍵技術(shù)。

本章將對(duì)該9個(gè)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行介紹。

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通感一體化系統(tǒng)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

圖5-1.通感一體化關(guān)鍵技術(shù)示意圖

5.1通感一體化波形與信號(hào)設(shè)計(jì)

5.1.1通感一體化波形簡(jiǎn)介

波形設(shè)計(jì)是通感一體化的關(guān)鍵技術(shù)之一。通感一體化波形設(shè)計(jì)思路可以是重用已有通信波形或感知波形，采取

時(shí)分、頻分、空分的方式實(shí)現(xiàn)通信和感知波形的分集發(fā)送，這種方式資源利用效率較低；也可以通過(guò)對(duì)已有波

形的改造或新波形設(shè)計(jì)將通信和感知功能集成到一種波形，實(shí)現(xiàn)一體化設(shè)計(jì)。按照當(dāng)下學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的討

論，主要包括三大技術(shù)路線[2][16]：基于通信波形的一體化波形、基于感知波形的一體化波形以及基于全新

的通感融合的一體化波形。例如，通信波形中主要以O(shè)FDM波形為代表；感知波形中主要以線性調(diào)頻（Linear

FrequencyModulation,LFM）脈沖信號(hào)為代表；而通感融合的波形主要以O(shè)TFS調(diào)制信號(hào)為代表。國(guó)內(nèi)外專

家目前正圍繞上述三種研究思路展開相應(yīng)的研究工作，