中国通信协会：通感算一体化网络前沿报告（2021）_74页_7mb

通感算一体化网络前沿报告总结

核心内容

通感算一体化网络是一种融合通信、感知与计算能力的新型网络架构，具备物理-数字空间感知、泛在智能通信与计算能力。该网络通过软硬件资源的协同与共享，实现多维感知、协作通信和智能计算功能的深度融合，从而支持6G时代智慧城市、智慧交通、智能制造、智能家居等新型垂直应用场景的实现。

主要观点

• 6G网络愿景：6G网络将实现全域覆盖、普惠智能、通感一体化和感官互联，为物理世界与数字世界的深度融合提供技术支撑。
• 通感算一体化网络结构：由终端、边缘网络和核心云网三部分构成，支持分布式或集中式的自组织网络，实现智能感知、智能计算与通信的协同。
• 通感一体化技术：包括物理层设计、多址接入、无线资源管控和信号处理等，旨在实现通信与感知功能的协同优化。
• 通感算赋能的网络化感知：通过移动通信网络的扩展，实现对环境、设备和用户的多维感知，支持定制化、智能化的感知服务。
• 通感算赋能的算力网络技术：构建云-边-端协同的算力网络，实现算力资源的按需调度和高效共享，提升网络整体性能。
• 通感算网络的智能化演进：从独立感知到万物智能，实现从感知、计算到通信的协同增强，推动6G网络的智能化发展。

关键信息

1. 通感算一体化网络架构

• 终端：集成各类传感单元的大规模智能机器（IMs），实现通信与感知的融合。
• 边缘网络：由基站（BS）和移动边缘计算服务器（MECS）组成，实现局部感知与智能决策。
• 核心云网：由具备强大计算与存储能力的云服务器组成，实现全局感知与任务编排。

2. 通感一体化关键技术

• 物理层设计：包括频谱适配、关联信道模型、波形设计、帧结构设计、波束赋形、抗干扰处理等。
• 频谱适配特性：Sub-6GHz、毫米波、太赫兹、可见光等频段各有其优势，适用于不同的应用场景。
• 波形设计：通信与感知功能融合，支持以通信为中心、以感知为中心、通感联合的波形设计路线。
• 帧结构设计：支持感知与通信的灵活配比，提升频谱利用效率与系统性能。
• 波束赋形技术：实现通信与感知的协同，提升定位精度与通信稳定性。
• 抗干扰信号处理技术：包括干扰对齐（IA）、参考信号构建、深度学习辅助的信号处理等。

3. 多址接入技术

• 传统多址技术：包括时分（TDMA）、频分（FDMA）、正交频分（OFDMA）、码分（CDMA）和空分（SDMA）。
• 通感联动的多址接入：通过感知信息辅助通信资源分配，提高接入效率与系统稳定性。

4. 无线资源管控技术

• 资源分配：根据业务需求动态分配信道与功率资源，提升资源利用效率。
• 干扰管控：通过干扰对齐、信号处理优化等手段，降低干扰对通信与感知的影响。
• 资源调度：实现通信与感知资源的合理配置，满足多样化业务需求。

5. 通感算赋能的网络化感知

• 通感融合的移动网络：实现感知能力的内生化，支持分布式协同感知与定制化服务。
• 多点组网协同感知：通过宏基站与微基站协同，实现对大连接物联网的高效感知。
• 空天地一体化感知：结合地面蜂窝网、卫星和无人机网络，实现广域感知与快速响应。

6. 通感算赋能的算力网络技术

• 算力网络架构：以通感算一体化为支撑，实现云-边-端协同的算力调度。
• 关键支撑技术：包括算力度量、算力感知、算力路由、交易与算力编排等。

7. 通感算网络的智能化演进路径

• 独立感知，智能优化：通过通信与计算提升感知能力，实现感知信息的智能处理。
• 分布感知，智能管理：通过分布式感知与边缘计算实现网络智能管理。
• 协同感知，智慧互动：实现节点间协同感知，提升网络整体智能化水平。
• 万物智能，螺旋发展的超智能主体：实现通信-感知-计算-智能融合，构建超智能网络主体。

典型应用场景

局部空间应用场景

1. 智能家居：实现室内环境的全方位感知与智能控制，支持高精度定位与行为识别。
2. 智能工厂：支持超低时延、高精度定位与高可靠性通信，实现机器集群的高效协作。
3. 智慧办公：实现环境感知与设备智能调度，提升办公效率与数据安全性。
4. 医疗健康：实现无接触式健康监测，支持呼吸、心率等生理信号的实时感知。

开放空间应用场景

1. 智慧交通：支持V2V通信与环境感知，实现自动驾驶的高效与安全。
2. 无人机网络：实现无人机编队与碰撞规避，支持低空交通的智能管控。
3. 空天地一体化网络：实现三维空间的无缝连接与高效感知。
4. 环境监测：利用无线信号获取环境信息，如温度、湿度、空气颗粒浓度等。
5. 文化计算：实现文化数据的高效采集与处理，支持全息展呈与增强体验。
6. 元宇宙：支持虚实融合、沉浸式交互与多维体验，实现下一代互联网应用。

性能评价指标体系

• 通信性能指标：包括安全性、可靠性、有效性（时延、传输速率、连接密度、频谱效率、能量效率）。
• 感知性能指标：包括目标定位（检测性能、定位精度、目标分辨率）与环境探测（空间分辨率、旁瓣比、图像熵、感知范围）。
• 计算性能指标：包括计算机性能（CPU利用率、吞吐量、MIPS）、计算资源（总量、使用量、利用率）与计算服务（可靠性、有效率、响应时间）。

实验系统与技术验证

• 通感一体化实验系统：基于28GHz毫米波平台，实现通信与感知的协同处理与回传。
• 帧结构与信号处理：通过FPGA实现感知信号处理，提升系统性能与数据准确性。
• 实测结果：在保证通信吞吐量的前提下，实现厘米级定位精度与高效感知。

结论

通感算一体化网络是6G时代的重要技术方向，通过通信、感知与计算的深度融合，实现网络的智能化、泛在化与高效化。其关键技术包括物理层设计、多址接入、无线资源管控、信号处理等，应用场景涵盖智能家居、智能工厂、智慧交通、无人机网络、空天地一体化、环境监测和元宇宙等。性能评价指标体系从通信、感知和计算三个维度出发，涵盖多个关键性能指标。通过实验系统与技术验证，通感算一体化网络已具备初步实现条件，未来将在学术界与产业界共同努力下逐步走向成熟与商用。