通感一體化概述

6G對通感一體化的業(yè)務(wù)需求

5G 在技術(shù)和業(yè)務(wù)兩個層面向 6G 演進(jìn)，業(yè)務(wù)要素從人向智能體、物理空間和虛擬空間要素擴(kuò)展，信息處理功能需求從信息傳遞向信息采集、信息計算擴(kuò)展。AI 業(yè)務(wù)、沉浸式業(yè)務(wù)和數(shù)字孿生業(yè)務(wù)正廣泛滲透到垂直應(yīng)用領(lǐng)域，新興業(yè)務(wù)對6G 網(wǎng)絡(luò)提出了端到端信息處理能力的更高訴求，使得通信感知一體化成為6G 技術(shù)與業(yè)務(wù)的主導(dǎo)趨勢之一。

感知網(wǎng)絡(luò)

6G 網(wǎng)絡(luò)預(yù)期將是移動通信網(wǎng)絡(luò)、感知網(wǎng)絡(luò)和算力網(wǎng)絡(luò)的融合體。

• 狹義的感知網(wǎng)絡(luò)是指具有目標(biāo)定位（測距、測速、測角）、目標(biāo)成像、目標(biāo)檢測、目標(biāo)跟蹤和目標(biāo)識別等能力的系統(tǒng)；
• 廣義的感知網(wǎng)絡(luò)指具有感知一切業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)、用戶和終端，以及環(huán)境物體的屬性與狀態(tài)的系統(tǒng)。

通感耦合的三個特征

在復(fù)雜的應(yīng)用場景中，業(yè)務(wù)信息處理流程呈現(xiàn)出通信感知高度耦合的特征：

感知環(huán)節(jié)與通信環(huán)節(jié)在時空域交疊；

感知功能與通信功能相互影響；

通信能力與感知能力具有一致的大帶寬頻譜和大孔徑天線的需求。

6G新興業(yè)務(wù)需求與5G在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和能力上的區(qū)別

無線通信頻段向毫米波、太赫茲和可見光等更高頻段發(fā)展，與傳統(tǒng)感知頻段將產(chǎn)生越來越多的重疊。在相同頻譜實現(xiàn)通信與感知，避免干擾，提升頻譜利用率，是技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的優(yōu)選路徑。其次，無線通信與無線感知在系統(tǒng)設(shè)計、信號處理與數(shù)據(jù)處理等方面呈現(xiàn)越來越多的相似性。利用同一套設(shè)備或共享部分設(shè)備器件實現(xiàn)通信與感知，降低設(shè)備成本、體積和功耗，同樣是產(chǎn)品的優(yōu)選形態(tài)。此外，超大規(guī)模天線、大帶寬、智能超表面、人工智能等技術(shù)的發(fā)展將進(jìn)一步推動感知技術(shù)的發(fā)展。

同時具有通信和感知功能將是 6G 基站和終端的能力趨勢。

通感一體化定義

通信感知一體化是指基于軟硬件資源共享或信息共享同時實現(xiàn)感知與通信功能協(xié)同的新型信息處理技術(shù)，可以有效提升系統(tǒng)頻譜效率、硬件效率和信息處理效率。

通感一體化范疇

在通信感知一體化中，感知能力聚焦無線信號感知，即通過分析無線電波的直射、反射、散射信號，獲得對目標(biāo)對象或環(huán)境信息（如屬性和狀態(tài)等）的感知，完成定位、測距、測速、成像、檢測、識別、環(huán)境重構(gòu)等功能，實現(xiàn)對物理世界的感知探索。

從無線感知方式的角度來講，可以分為兩個維度：

• 主動式（反射）和 被動式（發(fā)射+接收回波）
• 交互式 和 非交互式

本報告 [2] 認(rèn)為：通信感知一體化是指通過空口及協(xié)議聯(lián)合設(shè)計、時頻空資源復(fù)用、硬件設(shè)備共享等手段，實現(xiàn)通信與感知功能統(tǒng)一設(shè)計，使無線網(wǎng)絡(luò)在進(jìn)行高質(zhì)量通信交互的同時，實現(xiàn)高精度、精細(xì)化的感知功能，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)整體性能和業(yè)務(wù)能力的提升。

通信感知一體化的核心設(shè)計理念是要讓無線通信和無線感知兩個獨立的功能在同一系統(tǒng)中實現(xiàn)且互惠互利。

• 一方面，通信系統(tǒng)可以利用相同的頻譜甚至復(fù)用硬件或信號處理模塊完成不同類型的感知服務(wù)。
• 另一方面，感知結(jié)果可用于輔助通信接入或管理，提高服務(wù)質(zhì)量和通信效率。

通感一體化對頻譜需求

移動通信領(lǐng)域從 2G 到 5G 經(jīng)歷三十多年的發(fā)展，一直致力于通信能力和通信性能的持續(xù)提升，而射頻電磁波具有的無線感知能力并沒有得到深度挖掘和應(yīng)用。

通信感知一體化的目標(biāo)就是在同一頻譜、同一設(shè)備上同時支持通信和感知功能，可提升頻譜利用率、降低設(shè)備成本，使能通信和感知兩個功能的高效協(xié)同和互惠互利。6G 的設(shè)計目標(biāo)就是內(nèi)生集成智能、通信和感知，因此通感一體化在 6G 網(wǎng)絡(luò)中對頻譜的需求整體上是全頻段的，但同時也要結(jié)合不同頻段的頻譜特性，來分析和評估不同頻段可達(dá)到的感知性能指標(biāo)和可滿足的感知業(yè)務(wù)能力。

已經(jīng)規(guī)模商用的4G/5G 移動通信網(wǎng)絡(luò)的射頻頻譜范圍是在 6GHz 以下，毫米波頻段也會在 5G網(wǎng)絡(luò)中逐漸得到更加廣泛的應(yīng)用。6G 會是全頻譜網(wǎng)絡(luò)，頻譜使用會擴(kuò)展到太赫茲頻段。考慮到不同頻段的無線電磁波的傳播特性的差異性、頻譜帶寬的可獲得性、以及設(shè)備實現(xiàn)的規(guī)格和設(shè)備形態(tài)的差異等，基于不同頻段進(jìn)行無線感知的能力也會存在差異，進(jìn)而可獲得的感知的性能以及可滿足業(yè)務(wù)能力也是不同的。

• 傳統(tǒng)低頻段（Sub-6GHz頻段目前是 4G/5G 商用網(wǎng)絡(luò)的主力頻段，典型帶寬是 20M-100MHz）
• 毫米波頻段
• 太赫茲頻段（0.1THz-10THz）
• 可見光頻段（主要指390~830THz頻段）

參考文獻(xiàn)

【1】https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI0MzA1NzUzNQ==&mid=2247484828&idx=2&sn=207b21a0f3a6218cd4a3ae2365a5446b&chksm=e973938cde041a9af4a78f78ef66c41a00c7533dabfd9b8ffd02c7f0290e4f36af6e11829265&mpshare=1&scene=1&srcid=1209AAh4zRLMQPkW7ejfL6zG&sharer_sharetime=1639055258334&sharer_shareid=b406653aa0694b67a9f5e3f58b113562#rd
【2】通信感知一體化技術(shù)研究報告（IMT-2030 6G）

總結(jié)

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