11.0C双基地感知关键技术研究与验证白皮书-（中文）_83页_11mb

双基地感知关键技术研究与验证白皮书总结

核心内容概述

双基地感知是通信与感知融合的重要模式，其通过分离的发射和接收节点进行目标探测与定位，具有比单基地感知更高的精度和覆盖能力。它能够有效减少感知盲区，提升信号的平均散射强度，支持多节点协作，增强系统的可靠性与环境还原能力。同时，双基地感知无需处理自干扰问题，具有更强的抗干扰能力，尤其在无网络覆盖场景中表现突出。

主要观点

• 双基地感知优势：

  • 提供更多可利用的感知路径，减少盲区；
  • 提升信号平均散射强度，增强探测能力；
  • 支持多节点协作，扩大空间覆盖范围；
  • 通过动态节点选择和小区切换实现对移动目标的连续感知；
  • 没有自干扰问题，减少硬件改动需求；
  • 提供更全面的目标散射特性，提升识别准确性；
  • 具有灵活的干扰协调能力，优化通信与感知性能。

• 双基地感知挑战：

  • 杂波抑制难度大，尤其在回波信号较弱时；
  • 需要高精度同步，同步误差直接影响定位精度；
  • 非视距（NLOS）路径识别与利用是关键难点；
  • 感知节点选择与切换需要高效机制；
  • 系统复杂度高，涉及多节点间同步、数据融合与通信协议设计；
  • 部署与维护成本较高。

关键信息

感知模式分类

双基地感知包括以下模式：

1. 基站A发基站B收
2. 基站发终端收
3. 终端发基站收
4. 终端A发终端B收

其中，模式（1）和（5）属于单基地感知，其余为双基地感知。

感知覆盖性能

• 单基地感知：覆盖范围为圆形；
• 双基地感知：覆盖范围为卡西尼椭圆；
• 双基地感知公式：
  $$
  \left(R _ {T} R _ {R}\right) _ {\max } = \sqrt {\frac {P _ {T} G _ {T} G _ {R} \lambda^ {2} \sigma_ {B} F _ {T} ^ {2} F _ {R} ^ {2}}{(4 \pi) ^ {3} k T _ {s} B _ {n} (S / N) _ {\min } L _ {T} L _ {R}}
  $$
  其中，$R_T$、$R_R$分别为目标到发射机和接收机的距离。

感知测量量定义

• 感知结果：目标距离、速度、位置、轨迹、生命体征等；
• 感知初步数据：时延、多普勒、角度、信号强度、谱信息等；
• 感知原始数据：接收信号或信道响应的复数结果、幅度、相位等。

感知信息传输协议栈

• 空口传输方式：

  • 控制面传输；
  • 用户面传输；
  • 数据面传输。

• 有线接口传输方式：

  • 控制面传输；
  • 用户面传输；
  • 数据面传输。

感知资源映射方案

• 非均匀信号设计：

  • 基于压缩感知；
  • 基于差分协同阵列（嵌套阵、互质阵）。

• 梳状映射：

  • 在固定带宽和帧长的情况下，可节省资源开销；
  • 但可能引入估计模糊问题。

• 两步非均匀信号设计：

  • 首先进行均匀信号设计；
  • 然后进行非均匀采样，实现资源节省与性能保持。

感知与通信信号资源复用

• 码分复用（CDM）：

  • 通过正交覆盖码（OCC）实现感知与通信信号在相同资源上的复用；
  • 频域CDM示例：使用相同Gold序列，不同OCC区分感知与通信信号。

• 参考信号集合设计：

  • RS集合1：用于时间/频率跟踪、波束管理、定位和感知，采用CSI-RS和PRS嵌套结构；
  • RS集合2：用于更精确的速度估计，结合PTRS；
  • RS集合3：用于大范围覆盖，如UAV检测，使用ZC序列或LFM序列。

关键技术分析

3.1 信号设计

• 序列选择：

  • ZC序列具有恒幅特性、低PAPR、良好自相关和互相关特性；
  • Gold序列具有较高的多普勒容忍能力，但PAPR相对较高。

• 序列优化：

  • 对序列进行时域随机化处理，改善互相关特性；
  • 增加DFT变换可恢复恒幅特性。

3.2 双基地感知参数估计

• 谱估计方法：用于提取时延、多普勒和角度信息；
• 位置信息计算：通过双基地三角形求解；
• NLOS感知方法：利用非视距路径信息进行目标识别。

3.3 非理想因素消除

• 硬件非理想因素：包括发射泄露、噪声、干扰等；
• 杂波消除方案：通过算法对杂波进行抑制，提升感知精度；
• 同步误差处理：10纳秒同步误差可能引起3米定位误差，需高精度同步机制。

3.4 波束管理与预编码

• 波束管理：根据双基地角调整波束方向，提升感知性能；
• 数字预编码方案：通过多节点协作，提升信噪比（SNR）和检测概率，降低随机误差。

仿真评估与样机验证

• 仿真评估：

  • 感知覆盖性能：双基地感知优于单基地感知；
  • 感知信噪比（SINR）：双基地感知更优，尤其在终端参与的感知场景；
  • 感知测量量上报机制：通过优先级排序和数据压缩，提高资源利用率；
  • 非均匀信号设计：在保持感知性能的前提下，显著降低资源开销。

• 样机验证：

  • 基站间协作目标定位；
  • 呼吸监测；
  • 多节点协作轨迹追踪；
  • 无源目标定位；
  • LOS与NLOS同步校准；
  • 动作检测。

总结与展望

双基地感知在6G通信系统中具有重要应用前景，其通过多节点协作和信号复用，能够显著提升感知性能。然而，其面临杂波抑制、同步误差、NLOS路径识别等挑战。未来研究应聚焦于优化信号设计、提升资源复用效率、增强算法鲁棒性，以实现更高效的通信-感知一体化系统。

参考文献与缩略语

• 参考文献：文档中引用了多个研究与标准（如3GPP TS 38.215）；
• 缩略语：如SINR、SAR、RRC、OCC等。

附录

• 图示说明：包括双基地感知几何关系、感知测量量优先级排序、非均匀信号设计等；
• 表单总结：如不同感知模式优缺点、感知性能公式、资源开销对比等。