面向6G的通信感知一体化架构与关键技术 .pdfVIP

面向6G的通信感知一体化架构与关键技

术

摘要：5G实现了通信能力从仅提供简单的语音/短信服务、数据服务到万物

互联的质的飞跃。面向2030+，6G将推动社会走向“数字孪生”和“智慧泛在”，

真正实现虚拟世界和物理世界的融合交互。同时，6G也将建立更加多维的能力体

系，除提升传统的通信能力之外，还将提供计算、感知、人工智能和安全等全新

能力，以更好地支持未来虚实结合的数字孪生世界所催生的各种全新应用场景需

求。特别是人工智能业务、沉浸式业务和数字孪生业务正广泛渗透到垂直应用领

域，对6G网络提出了更高的诉求。其中，感知能力将会成为未来移动通信网络

的重要能力和特性。未来网络和终端将具备通信和感知能力，不仅催生业务耦合

与信息处理等6G基础新理论，构建内生感知新能力，使能基于位置、测距和成

像等新业务，同时还将孕育无人驾驶、无人制造等新业态，加速通信技术应用深

度的拓展。本文主要分析面向6G的通信感知一体化架构与关键技术。

关键词：6G；通信感知一体化；独立感知；协同感知

引言

通信感知一体化旨在通过一体化设计（频谱资源共享、一体化空口、一体化

硬件架构等）、多点协作和信息智能交互，实现感知与通信功能的协同，有效提

升系统频谱效率和硬件资源利用率，具有巨大的应用价值和实现意义。早期通信

和雷达系统由于业务需求不同，一直被独立研究。在各类新型应用需求与技术发

展的推动下，无线通信频谱向支持更大带宽的毫米波、太赫兹甚至可见光等更高

频段演进，两者之间的界限逐渐淡化，更多系统层面的相似性逐渐显现。在工作

频段方面，高频段和大带宽可支持更高分辨率、更高速度下的感知能力，通信和

雷达的工作频段均不断扩展，逐渐有所重合，在相同频谱实现通信与感知功能，

提升频谱利用率，是技术与产业发展的优选路径。在系统架构方面，通信和雷达

系统在基带信号设计和射频部分具有相似性，有望实现共用基带信号和共用射频

的一体化设计。

1、工作模式

在实际应用场景中，通信感知一体化技术根据感知主体和被感知目标信息交

互方式的不同，可以有两类工作模式。（1）独立感知感知主体为具有主动发送

感知信息能力的节点，感知目标通过其表面直接反射回波信息但并不需要主动反

馈信息。该工作模式由于不依赖于终端的参与，可以消除因为感知目标收发时间

引起的同步精度误差，从而提升感知精度。该工作模式由于收发处理均在同一个

感知主体，收发感知信息几乎同时进行，因此对感知主体的自干扰删除能力提出

了更高的要求。另一方面，在组网模式下，独立感知的节点同样受到其他通信节

点的干扰，节点间的互干扰抑制是提高独立感知性能的重要一环。此外，实际环

境中的多径信息将会是其面临的另一挑战，如何从复杂的环境信息提炼获取期望

的感知目标信息需要进一步研究。（2）协同感知与独立感知模式不同，协同感

知需要多个感知主体之间的信息交互以完成感知功能。根据协同感知主体工作方

式的不同，可进一步分为不需要终端参与的协同感知和基于终端参与的协同感知。

主体该工作模式理论上可以扩大探测范围，且相比于独立感知工作模式，可以降

低对感知主体自干扰删除能力的要求。

2、通感一体化及融合级别

在过去，大部分场景下无线通信系统和感知系统被独立研究。事实上，无线

通信和射频感知不论工作原理、系统架构还是频段，均存在着不少相似之处。首

先，通信系统与感知系统均基于电磁波理论，利用电磁波的发射和接收来完成信

息的传递和获取；其次，通信系统与感知系统均具备天线、发送端、接收端、信

号处理器等硬件，在硬件资源上有很大重叠；再次，随着技术的发展，两者在工

作频段上也有越来越多的重合；另外，二者在信号调制与接收检测、波形设计等

关键技术上存在相似性。面向通信感知两种功能的一体化设计已逐渐成为趋势。

通感一体化系统是指在同一系统中通过频谱共享、硬件共享、信号共享等方式，

在进行信息传递的同时，能够通过无线信号的发射和接收，感知目标物体的方位、

距离、速度等信息，或者对目标物体、事件或环境等进行检测、跟踪、识别、成

像等。通感一体化系统相比通信和感知分离的系统，能获得融合增益与协作增益。

从通信和感知的交互及相互影响的角度分析，通感一体化包括如下不同程度的融

合级别：（1）共存：通信系统和感知系统共享空时频资源，但不进行信息共享

与互干扰消除，不考虑物理集成设计和优化，在达不到完美隔离的情况下，两系

统相互之间会产生干扰，导致各自的性能下降。（2）合作：通信系统和感知系

统通过共享