【IMT】2023年6G通感融合系统设计研究报告--2030_6G_推进组_60页_2mb

6G 通感融合系统设计总结

核心内容

6G 通感融合系统设计旨在构建一个集通信、感知和计算于一体的多维服务网络，以实现更智能、更高效、更安全的网络架构。该系统通过引入感知能力，使得无线通信设备（如基站和终端）能够感知物理世界，提供高精度定位、环境成像、轨迹追踪、手势识别、环境监测等服务。同时，6G 系统引入计算能力，实现感知数据的高效处理，为终端提供算力辅助，从而提升整体网络性能和用户体验。

主要观点

• 6G 将实现从“以人为中心”向“以智能体为中心”的转变，拓展通信服务至物理世界与虚拟世界的融合。
• 通感融合是 6G 的关键趋势，通过无线信号的传播特性（如时延、多普勒、角度等）实现对目标的感知。
• 感知信息的获取方式分为射频感知和非射频感知，其中射频感知依赖通信设备的信号处理能力，而非射频感知依赖各类传感器。
• 感知与计算的协同是提升感知性能的关键，6G 系统需要支持计算节点与感知节点之间的灵活协作。
• 感知服务需考虑安全与隐私问题，如数据加密、最小化信息收集、用户授权等。

关键信息

通感融合系统设计的范围与目标

• 研究目标是通过端到端的通感融合系统功能设计，实现通信与感知的多维业务创新。
• 通感融合将涵盖多种场景，包括室内与室外、有源与无源感知、面向区域与面向目标的感知等。
• 系统需支持感知任务的灵活调度、感知数据的高效传输与处理，以及感知服务的开放与安全。

通感融合系统设计相关标准组织进展

• 3GPP：研究通感融合的可行性，涵盖目标检测、环境监测、运动检测等场景，定义了感知 KPI（如定位精度、速度精度、感知分辨率、刷新率等）。
• ITU：提出6G六大场景，包括感知与通信的融合、人工智能与通信的融合、泛在连接等，并将通感融合分为共存、合作与集成设计三种交互级别。
• IEEE：成立802.11bf任务组，推动WLAN感知技术，定义了感知用例和相关性能参数。
• IMT-2020与IMT-2030推进组：研究通感融合的网络架构、业务需求、仿真评估方法等，提出通信感知一体化的硬件和软件设计。
• Next G Alliance：提出JCAS（通信与感知一体化）研究领域，涵盖波形设计、资源分配、硬件要求、AI/ML融合、全双工无线电等。
• Hexa-X：强调通信、定位、成像和感知的融合，提出6D环境地图和SaaS（感知服务）对6G架构的影响。
• IETF：推动算力网络（如CFN、CAN）技术，支持算力与网络的深度融合。

通感融合应用场景

1. 高精度定位与追踪：用于AGV、自动驾驶、智慧工厂等场景，要求厘米级定位精度和低时延。
2. 同步成像、制图与定位：通过无线信号实现SLAM，提升环境感知能力，适用于室内和室外场景。
3. 人类感官增强：利用太赫兹、毫米波等技术实现“超越人眼”的感知能力，如缺陷检测、环境监测等。
4. 手势及动作识别：依赖AI模型和高精度测量，支持沉浸式XR、智能交互等。
5. 无人机飞行路径管理：利用感知数据进行无人机轨迹预测与管理，确保安全飞行。
6. 无人机监管：通过感知数据实现无人机入侵检测、路径预警，结合电子围栏技术。
7. 智能工厂：支持设备协同、质量检测、环境监控等，提升生产效率与安全性。
8. 环境降雨监测：利用无线信号衰减特性，实现广域降雨监测，支持农业、气象等应用。
9. 智慧电网安全监测和预警：用于输电、变电等场景，提升电网运行安全。
10. 发送端波束配置：利用感知数据优化波束训练和跟踪，提升通信性能。
11. UE 感知数据处理的算力辅助：支持终端进行复杂感知任务，如MUSIC算法和AI模型的处理，需要网络提供算力资源。

通感融合系统设计的关键技术问题

1. 感知信息的分级定义：需明确感知测量量与感知结果的分层定义，以支持不同业务需求。
2. 感知任务参与节点的选择：需综合考虑节点位置、能力、负载等因素，选择合适节点执行感知任务。
3. 感知功能逻辑归属问题：感知功能可在核心网或接入网中实现，需根据业务需求进行选择。
4. 感知服务质量参数的使用与映射：需定义感知服务质量参数，并将其映射为适合网络功能理解和执行的指标。
5. 通感安全隐私问题：需设计多维度的授权与鉴权机制，防止敏感信息泄露。
6. 更高性能的终端计算服务：需支持终端侧低时延、高性能计算，满足沉浸式业务需求。
7. 通感算节点的协作：需实现通信、感知与计算节点的跨域协作，以提升系统整体性能。

通感融合系统设计潜在的技术方案

1. 通感融合端到端功能设计：包括通感算融合编排管理、感知功能、计算控制功能、通信控制功能等。
2. 计算节点辅助的感知测量量处理：计算任务可在基站、终端、核心网用户面或控制面执行，需根据业务需求选择执行节点。
3. 感知信息的分级定义方案：感知信息分为基本测量量和进阶属性/状态，如距离、速度、角度、存在性、生命体征等。
4. 感知节点选择方案：感知节点可包括基站和终端，需根据感知任务类型、节点能力、位置等进行选择。
5. 感知服务质量参数定义方案：需定义感知服务的性能指标，并映射为网络可执行的参数。
6. 通感安全隐私方案：包括感知数据传输的加密、最小化信息收集、用户授权等。
7. 对传统非3GPP感知设备的控制：需对非通信设备（如雷达、摄像头）进行统一管理，实现感知与通信协同。
8. 基于5G演进的通感融合系统功能和接口分析：包括感知功能是否归属接入网或核心网，以及接口设计。
9. 感知结果开放：需支持感知数据的开放与共享，以支持多种应用场景。
10. 感知基本流程：包括感知请求、感知测量、感知结果生成、结果返回等步骤。
11. 通算融合方案：通过边缘计算和云计算的协同，实现高效计算资源调度。
12. 通感算节点协作方案：包括通感协作、通算协作和感算协作，支持跨节点、跨功能的协同。

总结与展望

6G 通感融合系统设计是未来移动通信技术的重要发展方向，它将通信、感知和计算三者深度融合，提升网络智能化水平和业务服务能力。随着技术的不断演进，通感融合将涉及更多应用场景和更复杂的网络架构设计，同时需解决感知与计算的协同、安全隐私保护、资源分配与调度等关键技术问题。未来，6G 网络将更加智能化、开放化，支持多样化的业务需求，为数字孪生、人工智能、沉浸式XR等新兴应用提供基础支撑。