通感一体化系统架构与关键技术_93页_11mb

通感一体化系统架构与关键技术总结

1. 引言

• 5G到6G的范式转变：5G主要提供通信服务（eMBB、URLLC、mMTC），6G将同时具备通信、感知和计算能力，成为信息底座。
• 通感一体化的定义：利用电磁波信号实现通信和感知双重功能，节省成本、提升频谱效率。
• 核心目标：原生支持通信与感知一体化，赋能未来新业务（如XR、自动驾驶、元宇宙等）。

2. 通感一体化业务与性能指标

• 业务分类：
  • 按通信/感知关系：通信辅助感知（定位、手势识别）、感知辅助通信（环境感知、波束管理）。
  • 按覆盖范围：广域业务（智慧交通、无人机监测）、局域业务（智能家居、生命体征监测）。
  • 按处理方式：检测类、估计类、识别类。
  • 按目标特性：有源目标（如UE）与无源目标（如无人机）。
• 性能指标：
  • 通信指标：误比特率、时延、数据速率等。
  • 感知指标：定位精度、检测概率、刷新频率、速度精度等。

3. 通感一体化主要标准组织的进展

• ITU：将通感融合列为6G关键技术，支持成像、定位、环境感知等能力。
• IMT-2020推进组：分三阶段推进（业务共存→能力互助→网络互惠），支持原型测试。
• Next G Alliance：关注通感融合与AI结合，研究全双工无线电。
• ETRI(Hexa-X)：开发集成感知的6G架构，提出“感知即服务”。
• IEEE：推动WLAN感知标准化，支持设备解耦场景。
• 3GPP：研究项目ISAC，定义感知用例需求，强调安全与隐私。

4. 通感一体化系统架构

• 融合发展层级：
  • 业务层融合：依赖第三方感知设备。
  • 服务层融合：在通感一体化系统内提供感知服务。
  • 空口融合：在同一单元内实现通信感知一体化。
• 感知服务参考模型：
  • 功能层：感知任务管理、资源调度、数据处理等。
  • 服务层：开放接口、安全隐私、计费。
  • 资源层：信号收发、天线部署、第三方感知。

5. 通感一体化空口关键技术

• 波形设计：
  • 三大技术路线：OFDM、线性调频波形、OTFS。
  • 性能评估：模糊函数、克拉美罗下界、估计信息速率。
• 多天线技术：
  • 虚拟阵列：提升角度分辨率。
  • 波束赋形：增强信号能量，应对复杂环境。
• 网络协作：
  • 多节点协作感知，优化定位与轨迹追踪。
• 非理想因素消除：
  • 定时偏移、载波频偏、相位噪声等硬件问题的解决方案。
• 多频协作：
  • 低频提供广域感知，高频提供高精度探測。
• 移动性管理：
  • 感知辅助通信波束切换、感知业务连续性管理。
• 链路自适应：
  • 功率、时间、频率、空域资源动态调整。
• RIS辅助技术：
  • RIS扩展感知视角，辅助定位与通信。

6. 总结

• 核心价值：通感一体化是6G标志，将通信系统拓展为信息与感知的集成系统。
• 系统演进：推动网络向服务层与空口层融合演进。
• 关键技术挑战：波形设计、联合信号处理、非理想因素消除、移动性管理。
• 应用前景：涵盖生命体征监测、智能制造、智慧城市等多样场景。