【IMT-2020（5G）推进组】2024年5G-Advanced通感融合空口技术方案研究报告_87页_11mb

5G-Advanced 通感融合空口技术方案研究报告总结

核心内容

本研究报告聚焦于5G-Advanced（5G-A）阶段通信与感知融合的无线空口技术方案。通信与感知融合是ITU确认的重要演进方向之一，旨在为智慧低空、智慧交通、智慧生活、智慧网络等典型场景提供新的基础能力。通过信号联合设计或硬件共享的方式，实现通信与感知功能的一体化设计，从而降低成本、优化资源利用。

主要观点

• 通信感知融合通过无线信号的联合设计和/或硬件共享，能够提升感知能力，同时增强通信系统的功能。
• 5G-A阶段的感知能力提升需要在不显著改动空口的前提下进行，以支持更多实际应用场景。
• 通感融合技术已进入标准化阶段，3GPP SA1立项研究课题并完成结项，推动R19相关研究。
• 感知能力的增强需要考虑多种感知模式，包括基站自发自收、基站A发B收、终端发基站收、基站发终端收、终端自发自收和终端A发B收。

关键信息

感知模式分类

研究报告梳理了6种基本感知模式，如下所示：

• 基站自发自收（gNB自发自收）
• 基站A发B收（gNBA发B收）
• 终端发基站收（UE发gNB收）
• 基站发终端收（gNB发UE收）
• 终端自发自收（UE自发自收）
• 终端A发B收（UEA发B收）

每种模式适用于不同的应用场景，例如：

• 智慧交通：高清地图构建、道路监管、高铁周界入侵检测
• 智慧低空：无人机监管和避障、飞行入侵检测、飞行路径管理
• 智慧生活：呼吸监测、入侵检测、手势/姿态识别、健身监测、天气监测
• 智慧网络：波束管理、信道估计增强、节能、资源调度与优化

感知流程设计

感知流程主要包括三个步骤：感知能力上报 → 感知测量配置 → 感知测量上报。

• 感知能力上报：上报设备支持的感知模式及能力，包括感知精度、时延等。
• 感知测量配置：根据感知需求配置感知信号的资源和参数，包括时频资源、上报模式等。
• 感知测量上报：将感知测量数据上报至SF或感知管理终端，数据层级包括原始数据、中间数据、结果等。

通感无线架构

研究报告提出两种感知架构：紧耦合架构和松耦合架构，其中紧耦合架构包括控制面和用户面不分离和分离两种形式。SF作为逻辑网元，可位于5GC/gNB或其他位置。

通感协议栈

协议栈分为控制面和用户面，分别对应于SF与gNB、UE之间的交互。感知能力上报、测量配置和测量上报流程均需考虑信令交互。

感知信号设计

研究分析了多种感知信号波形，包括OFDM、LFM和OTFS：

• OFDM：适用于现有系统，但需考虑波形复用和峰均比问题。
• LFM：具有低峰均比和良好的测距测速性能，但需额外硬件支持。
• OTFS：在时延多普勒域承载数据，具有良好的信道估计和感知性能，但需修改调制解调算法。

感知帧结构与CP设计

研究报告探讨了FDD和TDD感知帧结构，以及扩展CP（ECP）在解决多径干扰中的作用。ECP可显著提升感知距离，适用于远距离场景。

• FDD感知帧结构：通信和感知分别使用不同频段，通过子帧划分实现感知和通信共存。
• TDD感知帧结构：在时隙内划分感知和通信子帧，提高时隙利用率。
• 扩展CP（ECP）：通过增加CP长度，提升对多径时延的容忍能力，适用于基站自发自收等场景。

感知资源复用方式

研究分析了三种资源复用方式：时分复用、频分复用和空分复用，各有优缺点：

• 时分复用：感知与通信在不同时隙进行，避免互干扰，但需考虑时隙配置。
• 频分复用：感知与通信使用不同频谱，避免干扰，但感知带宽受限。
• 空分复用：感知与通信使用不同波束，可提升感知性能，但需考虑通信信号对感知的干扰。

感知信号配置方式

• 基于现有参考信号：增强PRS或CSI-RS，复用现有资源，节省开销。
• 基于新参考信号：设计新的参考信号，以满足更复杂的感知需求。
• 基于数据信道：利用数据信道进行感知，需考虑波束配置和资源调度。

感知测量配置与上报

• UE发gNB收：需配置上行感知资源，通过MAC CE或DCI触发感知信号发送。
• gNB发UE收：需配置下行感知资源，通过CSI-RS或PRS进行感知测量。
• UE自发自收：需配置UE级感知资源，可能使用系统信息或RRC配置。
• UEA发B收：需考虑UE间资源协调，由SF统一配置。

潜在解决方案

针对感知信号时延扩展问题，提出了以下解决方案：

• Option 1：感知信号与通信信号之间预留保护间隔。
• Option 2：ECP感知信号与NCP通信信号符号级融合。
• Option 3：ECP感知信号与NCP通信信号时隙级融合。
• Option 4：半时隙级融合，灵活配置感知与通信信号位置。

未来研究方向

研究报告展望了通感融合空口技术的后续研究方向，包括：

• 进一步提升感知精度和分辨率。
• 优化感知资源分配策略，以支持多种感知模式共存。
• 研究更高效的感知信号处理算法。
• 探索更适用于多目标感知和远距离覆盖的波形设计。
• 推动通感融合的标准化进程，以及在实际网络中的部署和测试。

结论

本研究报告为5G-A阶段通感融合技术的标准化、原型验证和产业推进提供了重要参考。通过研究感知模式、无线架构、协议栈、基本流程设计、物理层关键技术及资源复用方式，为实现通信与感知的一体化融合奠定了基础，并为6G通感一体化无线空口设计提供了方向。