11.0B-6G协作通感一体化体系架构与关键技术白皮书_58页_6mb

6G协作通感一体化关键技术白皮书总结

核心内容

6G协作通感一体化技术旨在实现通信与感知功能的深度融合，突破传统通信网络的局限，将网络能力从信息传递扩展至环境感知。该技术以用户/目标为中心，通过多节点分布式协作与智能融合，构建全域高精度感知体系，从而提升通信性能并赋予网络“内生感知”能力。通感一体化被认为是6G的重要发展方向，将在智慧物流、城市治理、应急救援、数字农业等领域展现出广泛的应用前景。

主要观点

• 协作通信与感知融合：6G网络将向多TRP协作架构演进，实现以用户为中心的网络覆盖和感知能力，提升系统在复杂场景下的适应性和性能。
• 网络架构创新：基于无蜂窝架构的无线接入网（CF-RAN）和协作通感架构（包括TRP、EDU、CSDU、CSCU）为通感一体化提供技术基础。
• 性能理论研究：提出容量-失真折中理论、感知信息理论等，为通信与感知性能联合优化提供理论支撑。
• 物理层关键技术：包括波形设计、帧结构设计、波束管理、信号处理等，是实现通感一体化的基石。
• 工程化挑战：涉及多点时频同步、空口误差校准、干扰管控等问题，需通过算法优化与系统设计加以解决。
• 原型验证：通过多人呼吸监测和微动感知实验验证了协作通感技术的高精度能力，为技术落地提供实践依据。

关键信息

1. 协作通感一体关键技术研究驱动力

• 背景与需求：随着5G商用，6G将实现通信与感知融合，支撑“万物智联、数字孪生”愿景。
• 应用场景：
  • 智能交通全域协同管理
  • 低空飞行管理与服务
  • 城市环境智能监测
  • 工业互联网智能运维
  • 高精度空间交互增强
  • 智慧医疗远程监护
• 技术挑战：
  • 通感一体化理论：缺乏统一的性能指标体系，通信与感知性能边界难以统一。
  • 空口技术设计：波形设计、帧结构设计、波束管理等面临多维协同与干扰控制的难题。
  • 复杂场景下的高精度感知：需应对多径效应、噪声干扰、环境变化等挑战。
  • 感知信息融合策略：需在参数融合与信号融合间进行权衡，以平衡计算复杂度与感知精度。
  • 协作通感干扰管控：需识别并抑制通信与感知间的互干扰，以及多用户、多目标场景下的干扰问题。

2. 协作通感一体网络架构

• 无蜂窝协作无线接入网：由RRU、EDU、UCDU、CSCU构成，支持分布式基带池与云化集中式基带池，实现通信与感知功能的统一调度。
• 协作通感架构：引入CSCU和CSDU，实现通信与感知功能的协同处理，支持灵活部署与多点联合感知。

3. 协作通感一体性能理论

• 容量-失真折中理论：通过互信息与均方误差等指标研究通信与感知性能的折中关系，为系统优化提供理论依据。
• 感知信息理论：
  • 引入感知互信息，统一通信与感知的性能评价体系。
  • 提出感知定理，明确感知系统的理论边界与性能极限，为系统设计提供指导。

4. 协作通感一体物理层关键技术

• 协作通感序列与帧结构设计：
  • 设计可拓展广距高分辨率信号，支持远距离目标感知。
  • 引入扩展CP方案，提升速度分辨率与感知精度。
• 协作通感波束管理方案：
  • 波束扫描与跟踪技术，提升感知与通信质量。
  • 引入分层波束搜索策略、压缩感知、机器学习等方法，降低波束训练开销。
• 协作通感联合信号处理算法：
  • 包括杂波抑制、目标检测、参数估计等，提升感知精度与系统鲁棒性。
  • 采用MTI和ECA算法，有效抑制静态杂波与噪声。
  • 通过联合信号处理与参数融合，实现高精度目标检测与定位。

5. 协作通感资源管理技术

• 感知通信干扰管控：设计低复杂度的联合干扰控制方案，提升系统整体性能。
• 空地干扰管控：解决通信与感知信号在空地场景中的干扰问题，提升系统稳定性。

6. 协作通感一体非理想因素消除

• 多点时频同步方案：解决多TRP间的时频同步误差，提升系统协同效率。
• 空口误差校准算法：包括时钟异步系统信道模型、线性拟合、空间天线处理、互易性校准等，确保信号处理的准确性。

7. 协作通感一体原型试验系统

• 多人呼吸感知验证：验证协作通感在生命体征监测中的高精度能力。
• 微动感知验证：通过实验验证协作通感在微动检测中的有效性，为智慧医疗等应用提供支持。

8. 总结与展望

• 发展趋势：6G将推动通信与感知一体化，实现“一网两用”。
• 未来方向：进一步研究通感融合的理论模型、物理层技术、资源管理、算法优化，推动技术标准化与应用落地。

结论

6G协作通感一体化技术是新一代移动通信的重要发展方向，其融合通信与感知能力，构建全域高精度感知体系，具有广阔的应用前景。然而，该技术仍面临诸多挑战，包括理论性能指标统一、物理层信号设计、干扰管控、非理想因素消除等。通过深入研究与工程实践，有望实现通感一体化的高效、稳定、可扩展应用。