【IMT】2024年6G通感一体化空口关键技术研究报告--2030（6G）推进组_62页_19mb

报告摘要

6G通信感知一体化空口关键技术研究报告总结

核心内容

6G通信感知一体化是下一代移动通信系统的重要方向，旨在通过融合通信与感知功能，实现更高效的资源利用和更精确的感知能力。本报告重点分析了6G空口设计对感知的新需求、潜在的感知波形、感知信号设计与处理、波束管理以及感知辅助通信等关键技术。

主要观点

6G系统将支持多种感知应用，如检测、定位、跟踪、环境重构、成像等，这些应用对感知精度、时延、刷新率等有不同要求。
感知和通信功能将在底层信号设计、帧结构、协议栈等方面进行深度融合，以提升系统性能。
6G系统将引入多种感知模式，包括仅基站参与、基站与终端协作、仅终端参与等，以满足不同应用场景需求。
通感一体化将实现更立体的覆盖，不仅支持地面通信，还支持低空通信和感知，如无人机相关场景。

关键信息

感知对空口设计的新需求

感知应用特征：感知与通信功能需融合，以支持多种应用并降低系统开销。
基站需求：
- 感知波形与通信波形需兼容，以降低硬件成本和系统复杂度。
- 需要支持超宽带宽和大规模天线阵列，以实现高精度感知。
- 波束管理需结合感知结果，实现灵活的波束扫描和发送优化。
- 感知辅助通信技术，如信道估计、波束跟踪、覆盖增强，将成为重要研究方向。
终端需求：
- 终端需具备感知信号的接收与发送能力。
- 需要处理感知信息，减少信息上报开销。
- 需要考虑感知信息传输的时延、开销和隐私安全。

潜在感知波形

OFDM：
- 优点：良好的距离和速度分辨能力，与现有通信系统兼容。
- 缺点：PAPR高，高速场景性能受影响。
- 改进方法：扩展CP、交替CP，可提升感知覆盖范围。
CE-OFDM：
- 优点：恒包络特性，降低PAPR，适用于功耗受限场景。
- 缺点：感知性能较OFDM有一定损失。
- 改进方法：通过调整调制指数和偏移比例优化感知性能。
OTFS：
- 优点：适用于高速场景，能有效抑制多普勒频移。
- 缺点：算法复杂度较高，实现难度较大。
- 改进方法：结合MIMO技术，设计时频信道估计和空域信道估计。
OCDM：
- 优点：在感知上具有较高的性能，可生成多个恒包络信号。
- 缺点：通信性能与OFDM相当，无法有效取代OFDM。
- 改进方法：结合索引调制技术（IM-OCDM），实现频谱整形和PAPR降低。

感知信号设计与处理

信号序列设计：
- 需考虑自相关、互相关、PAPR等特性。
- ZC序列在时频域均具有恒模特性，适用于感知信号。
- 随机化设计可改善序列性能，提高感知精度。
信号图样设计：
- 非均匀图样设计可降低资源开销，提高系统灵活性。
- 采用压缩感知和差分协同阵列方法，可有效降低时频资源占用。
- 两步非均匀感知信号设计方法，提高资源利用效率。
信号复用方式：
- 通感空分复用，需设计合适的干扰检测和抑制方案。
- 预编码技术可用于提升系统传输效率和降低干扰。
- 参考信号设计需兼顾通信和感知需求，如PRS、PTRS、TRS等。
信号处理：
- 干扰消除：采用失配滤波、稀疏感知、多脉冲积累等方法，提升感知精度。
- 虚拟孔径：通过统一天线架构和信号处理算法，实现高角度分辨率和低硬件成本。
- 功率分配：需在通信和感知之间进行合理权衡，采用等功率或固定功率分配方式。

感知波束管理

感知波束独立管理：支持多种波束方向和扫描方式，提高感知覆盖范围。
通感波束融合管理：结合通信和感知信号，优化波束训练和扫描流程。
通信辅助感知波束管理：利用通信信号优化感知波束管理，降低系统开销。

感知辅助通信

信道估计：利用感知信号提高通信信道估计精度。
波束跟踪：结合感知信息，提升波束跟踪性能。
覆盖增强：通过感知信号优化通信覆盖，支持更远距离通信。

小结

本报告全面分析了6G通信感知一体化空口设计的关键技术，包括感知波形、信号设计、信号处理、波束管理及感知辅助通信等方面。各波形在性能、复杂度和可行性上各有优劣，需根据具体应用场景进行选择和优化。感知信号设计和处理是提升系统性能的关键环节，需考虑干扰消除、虚拟孔径、功率分配等技术。未来的研究方向将聚焦于提升感知精度、降低系统开销、实现灵活的波束管理以及更高效的通感信号融合。

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