【IMT-2030_6G_推进组】2024年6G通信感知一体化空口关键技术研究报告_62页_19mb

6G通信感知一体化空口关键技术研究报告总结

核心内容

6G通信感知一体化空口技术是下一代移动通信系统的重要组成部分，其核心目标是实现通信与感知功能的深度融合，以支持多种感知应用，如高精度定位、环境重构、目标识别等。该技术将从频谱、硬件和协议栈等多个层面进行优化，以实现更高效、更智能的网络服务。6G系统将利用全频段、大带宽、大规模天线阵列和多节点协作等能力，实现更广域、更立体的感知覆盖。

主要观点

1. 感知与通信的融合

• 感知和通信功能将实现底层信号设计和协议栈的融合，以降低硬件和部署成本。
• 感知辅助通信（如信道估计、波束跟踪、覆盖增强）与通信辅助感知（如波束管理、干扰消除）将共同提升系统性能。
• 感知应用的多样性和差异性要求空口设计具备灵活性，如灵活的帧结构和信号设计。

2. 感知对空口设计的新需求

• 感知应用特征：包括检测、定位、跟踪、环境重构等，不同应用对精度、时延、刷新率等有不同需求。
• 感知模式：包括基站单侧感知、基站与终端协作感知、终端单侧感知。
• 立体覆盖：未来6G网络需支持地面和低空（如无人机）的感知需求，提升感知范围。

3. 潜在感知波形分析

• OFDM：具有良好的距离和速度分辨能力，但存在高PAPR、自干扰抑制困难、高速场景性能受限等问题。通过改进接收机设计（如时延多普勒域处理）可提升性能。
• CE-OFDM：具有恒包络特性，PAPR为0dB，适合功耗受限场景，但感知性能仍需进一步挖掘。
• FMCW：具有低峰均比、抗多普勒能力强，适合远距离感知，但数据承载能力弱，需考虑正交性问题。
• OTFS：适用于高速场景，通过二维正交基函数消除多普勒影响，具有良好的鲁棒性，但实现复杂度高。
• OCDM：具有低PAPR和良好的自相关特性，适合近距离感知，但对高速场景的感知能力有限。

4. 感知信号设计和处理

• 感知信号序列设计：需优化自相关和互相关性能，降低干扰影响，如使用ZC序列和Gold序列。
• 感知信号图样设计：采用非均匀图样设计可以显著降低资源开销，提高感知灵活性。
• 感知信号复用方式：通感空分复用需设计干扰消除方案，如使用MU-MIMO预编码技术。
• 通感信号融合设计：通过多种参考信号（如PRS、PTRS、TRS）的融合设计，提高感知和通信的效率。

5. 感知信号处理技术

• 干扰消除：需处理来自外部（如杂波）和内部（如时域随机相位、载波频率偏移）的干扰，可通过密度聚类、失配滤波、稀疏感知和多脉冲积累等方法实现。
• 虚拟孔径：利用稀疏阵列和可重构天线技术，实现低成本、高角度分辨率的感知能力。
• 功率分配：需在通信和感知之间进行合理分配，包括等功率分配和固定功率分配两种方式，以实现资源的最优利用。

关键信息

• OFDM：具有良好的感知性能，但需通过改进接收机设计提升其在高速和远距离场景下的表现。
• CE-OFDM：适合功耗受限场景，具有恒包络特性，但需进一步研究其感知性能。
• FMCW：适合远距离感知，具有低峰均比和抗多普勒能力，但数据承载能力有限。
• OTFS：适用于高速场景，具有良好的鲁棒性，但实现复杂度高。
• OCDM：适合近距离感知，具有低PAPR和良好的自相关特性，但需考虑其在远距离场景的局限性。
• 信号序列优化：通过随机化和特定序列选择（如ZC序列）可显著提升感知性能。
• 虚拟孔径技术：通过统一天线架构和两步接收算法，实现高角度分辨率和低硬件成本。
• 功率分配：需根据应用需求和资源开销进行合理分配，以平衡通信和感知性能。

未来展望

6G通信感知一体化空口技术的研究仍处于发展阶段，未来需要在以下几个方面进行深入探索：

• 感知波形的进一步优化和改进，以提升其在不同场景下的性能。
• 多参考信号的融合设计，以实现感知和通信的高效协同。
• 高效的干扰消除和信号处理算法，以提升系统鲁棒性和精度。
• 虚拟孔径和可重构天线技术的进一步研究，以降低硬件成本并提高感知能力。
• 功率分配策略的优化，以实现通信和感知的资源最优利用。

结论

6G通信感知一体化空口技术是实现未来智能网络服务的关键。通过合理的波形设计、信号处理、干扰消除、虚拟孔径和功率分配等关键技术，6G系统可以实现高精度、低时延、大范围的感知能力，同时支持通信和感知的协同优化。未来研究应聚焦于技术的标准化和实际部署，以推动6G技术的广泛应用。