通感一体化系统架构与关键技术
WHITE PAPER V9.0B
2023.03目录
1引言 01
2通感一体化业务与性能指标 02
2.1 通感一体化业务分类 ·· 02
2.2 通感一体化业务的性能指标 ··· 03
2.3 通感一体化典型业务 ··04
3通感一体化主要标准组织的进展 12
4通感一体化系统架构 18
4.1 通感融合发展层级·· 18
4.2 感知服务参考模型·· 19
4.3 感知功能··· 20
4.4 感知方式··· 23
5通感一体化空口关键技术 24
5.1 通感一体化波形与信号设计··25
5.1.1 通感一体化波形简介··· 25
5.1.2 基于通信波形的一体化波形·· 25
5.1.3 基于感知波形的一体化波形·· 26
5.1.4 基于通感融合的一体化波形·· 27
5.1.5 波形与信号设计性能评估准则·· 28
5.2 多天线感知技术··30
5.2.1 基于虚拟阵列的多天线感知技术··· 30
5.2.2 基于波束赋形的多天线感知技术··· 33
5.3 网络协作通感一体化··· 35
5.3.1 系统模型·· 35
5.3.2 关键技术·· 36
5.4 感知非理想因素的消除技术··40
5.4.1 感知非理想因素及其影响··40
5.4.2 非理想因素的消除方法···44
5.5 多频点协作感知技术··· 49
5.5.1 多频点协作感知技术的研究意义··49
5.5.2 多频点协作感知技术的架构分析··52
5.5.3 多频点协作感知技术的难点分析··545.6 通感一体化的移动性管理···54
5.6.1 感知辅助通信的移动性管理·· 54
5.6.2 感知业务的连续性管理···60
5.7 通 感 一 体 化 的 链 路 自 适 应 技 术 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·6 1
5.7.1 基本流程·· 61
5.7.2 测量量和调节参数··· 61
5.8 基于RIS 的通感一体化技术·· 6 7
5.8.1 RIS 辅助的定位技术·· 67
5.8.2 RIS 辅助的感知技术·· 68
5.8.3感知辅助的RIS通信系统··69
5.9 基于反向散射的感知与定位技术··· ··· 70
5.9.1 反向散射通信技术原理···70
5.9.2 基于反向散射的感知技术··71
5.9.3 基于反向散射的定位技术··74
6总结 78
参考文献 79
缩略语 85
白皮书贡献人员 89通感一体化系统架构与关键技术
通感一体化系统架构与关键技术
1. 引言
5G 是为支持通信服务而设计的。具体的，5G 支持eMBB（Enhanced Mobile Broadband，增强移动宽带），
URLLC（Ultra-Reliable Low-Latency Communications，超高可靠和超低时延通信）和mMTC（Massive
Machine Type Communication，大规模机器类通信）三大类通信应用场景。5G 新空口的第一个版本（Release
15）没有考虑感知服务。5G 新空口的增强版本（Release 16）开始支持基于 LMF（Location Management
Function，定位管理功能）的 UE 定位服务。但是5G 感知的范畴比较有限，5G 只支持对有源设备如UE 的位
置的感知，不提供对无源物体的速度、方向、材质、成像等的感知。因此， 5G 主要扮演着信息传递者的角色。
包括沉浸式 XR（Extended Reality，扩展现实）、全息远程呈现、交互型 3D 虚拟数字人、协作机器人、无人驾驶、
多感官互联、甚至元宇宙在内的未来新业务对通信、感知和计算都提出了很高的要求。面向6G，移动通信系
统扮演的角色将发生变化，除了信息传递者之外，6G 还将扮演信息生产者和信息加工者的角色。信息生产者
主要通过提供感知服务来实现的，而信息加工者是通过提供计算服务来实现的。如图1-1 所示，6G 将原生地
支持通信、感知和计算服务，成为支撑未来社会高效可持续发展的网络信息底座，赋能缤纷多彩的未来新业务。
图 1-1. 5G 到 6G 服务范式的转变
无线通信和无线感知均基于电磁波理论，电磁波信号在人类活动的高价值场景几乎实现了无缝覆盖。在发送
端对电磁波信号进行调制，使得电磁波承载信源信息，而电磁波信号在传播过程中会受到无线环境的影响，
- 01 -通感一体化系统架构与关键技术
即电磁波信号受到环境调制因此也承载了环境信息。接收端通过对电磁波信号的分析，不仅能够得到所承载
的信源信息，还能够提取出反映传播环境特征的感知信息，也就是说，电磁波信号具有与生俱来的通信与感
知双重功能，这就使得通信感知一体化（Integrated Sensing And Communication，ISAC，简称通感一体化）
成为可能。相比感知与通信分离的系统，通感一体化系统能够带来许多优势，例如节约成本、减小设备尺寸、
降低功耗、提升频谱效率、减小通信和感知之间的互干扰等。
随着6G 系统的频段向毫米波甚至太赫兹扩展，其频段具有大带宽和高穿透能力的特点，同时将来更大规模天
线和更密集网络的部署，将共同推动6G 提供更高感知精度与更高感知分辨率的感知服务。通感一体化将是 6G
的标志特征之一。本白皮书的第二章介绍了通感一体化的业务与性能指标，第三章介绍了全球主要6G 组织关
于通感一体化的进展，第四章给出了通感一体化的系统架构。第五章介绍了通感一体化的九个关键技术。第六
章给出了结论。
2. 通感一体化业务与性能指标
感一体化被认为是 6G 时代具有广泛应用前景的技术，其业务服务范围将突破传统通信维度，可利用相同设备
同时提供感知和通信服务。在业务分类方面，可以按照通信与感知的赋能关系，业务应用范围，对感知测量数
据的处理方式，以及感知目标属性等多个维度对感知业务进行分类。在业务性能指标方面，需要对通信和感知
能力同时进行衡量。以智慧交通，无人机监测，呼吸监测，手势识别等为代表的典型业务将会对人们的生产生
活带来极大改变。
2.1 通感一体化业务分类
通感一体化业务中通信和感知能力不是孤立的，二者相互赋能从而实现更好的用户体验。可以根据通信与感知
间的相互关系分为通信辅助感知类业务和感知辅助通信类业务。通信辅助感知方面，通信的参考信号作为感知
信号，实现目标定位、测速、手势识别等业务；高速可靠的通信能力也为感知数据的汇聚提供保障，能够进一
步提高感知精度和感知分辨率。感知辅助通信方面，通过无线感知技术对无线通信环境及通信节点进行探测感
知，可获得环境地图、通信节点位置、移动速度等多种先验信息，运用感知信息及感知结果，辅助通信系统对
信道估计、均衡、波束管理等模块进行算法选择、算法参数设置及算法优化。
根据业务的应用范围，可以将通感一体化业务分为广域和局域两大类，如图 2-1 所示。广域通感业务主要面向
开放式的空间范围内的业务。该场景的业务通常关注远距离宏观感知参数，其典型应用场景包括环境监测，空
天地一体化感知，无人机网络和智慧交通等。局域通感业务主要面向封闭式的空间范围内的业务。该场景业务
通常关注近距离微观感知，其典型应用场景包括智慧医疗，智慧办公，智能工厂和智能家居等。
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