6G通信感知一体化网络的感知算法研究与优化 .pdfVIP

6G通信感知一体化网络的感知算法研究

与优化

摘要：面向2030年，6G将推动社会走向“数字孪生”和“智慧泛在”，实

现虚拟世界和物理世界的融合交互。智慧工业、智能交通、智慧医疗、智能交互

等新兴业务场景的不断涌现，驱动着通信、计算、人工智能、大数据、安全等技

术的深度融合。除传统通信能力的提升之外，6G网络还将打造与通信融合为一体

的计算、感知、人工智能和安全等全新能力，以更好地支持未来全新的应用场景

需求。在工业互联网、无人机、车联网等应用场景中，信息交互的维度已经从传

统的信息传递扩展到信息采集、信息计算，位置和目标感知能力和通信能力已经

成为不可或缺的能力需求。所以，感知和通信的融合已经成为6G研究的重要方

向，而移动通信系统与雷达感知系统在信息处理流程、工作频段、大规模天线阵

列应用等方面呈现出的高度相似性也为二者的融合提供了基础。

关键词：6G通信感知一体化网络；感知算法；优化

1通感算融合的系统架构

为提供高服务质量保障的通感算多维融合服务，6G通感算融合的系统架构需

解决通信、感知和计算相关的服务信息、资源状态信息和性能信息等的实时高效

收集问题。考虑6G终端和网络功能的分布式特征，每个节点的通感算资源状态

变化具有更高的动态性，因此高效的动态信息数据收集是6G系统进行通感算融

合控制的基础。通感算融合系统架构还需解决6G内生感知服务和计算服务的数

据传输问题。考虑感知服务和计算服务所需的数据量有时较大，并且存在

UE(UserEquipment，用户设备）、RAN(RadioAccessNetwork，无线接入网）

和CN(CoreNetwork，核心网）之间点对多点或多点对多点的拓扑关系，因此通

感算系统架构需要支持灵活的拓扑与高效的处理和转发机制。从功能层角度，6G

通感算融合系统架构需引入感知功能、计算功能和数据功能等新网络功能，以实

现通感融合、通算融合、内生服务数据传输和跨域数据协作。从资源集角度，相

比5G,6G将进一步增加计算服务所需的计算资源和存储资源，并进一步扩展通感

算融合服务所需的频谱资源和有线传输网络资源，支持频谱、计算、存储等资源

的动态管理与调度以满足系统柔性的需求。从服务层角度，除了增强现有5G通

信服务外，6G提供的服务也将进一步丰富，支持感知服务和计算服务，从而满足

沉浸式XR、全息远程呈现、多维感官互联等通感算融合新业务的需求。与6G服

务相匹配，现有接入管理、移动性管理、会话管理、策略控制、用户面数据传输

等通信功能需随之增强。

2定向调制辅助通感融合网络

AN技术可以降低Eve的SINR，但需要更高的功率预算来确保服务质量。为

了避免由AN引起的冗余功耗，定向调制（DM,DirectionalModulation）作为一

种新兴的高效传输技术，可用于提高通感融合网络的安全性。定向调制技术利用

建设性干扰（CI,ConstructiveInterference）的原理，旨在调整合法用户处符

号的相位和幅度，同时在非合法用户的方向上扰乱符号。毫米波段作为通感融合

网络的主要候选波段，低成本和高功率硬件成为主要需求。由于不需要像传统波

束形成设计那样部署昂贵的射频链和数模转换器，基于DM的解决方案在成本方

面具有特别的优势。具体来说，DM技术利用已知的多用户干扰（MUI,Multi-User

Interference）作为CI，将接收信号推出信号星座的检测范围，使得判决正确的

概率增加。此外，MUI还充当破坏性干扰（DI,DestructiveInterfere

nce），将Eve处接收到的符号推入信号星座的破坏性区域，使解调器产生

错误判决。

3数据面

进一步地，从协议栈角度，通信服务包括控制面和用户面协议栈。以5G协

议栈为例，控制面在空口上用于传输UE和RAN之间，以及UE和CN之间的信令，

用户面用于传输网络外部的服务数据，5G用户面传输协议终结在UE基带功能和

UPF(UserPlaneFunction，用户面功能），用户面所传输的服务数据终结在UE

应用功能和远端服务器应用功能。与6G感知服务和计算服务相匹配，6G网络需

扩展支持感知控制、感知数据传输、计算控制和计算数据传输。感知控制是指任

意网络功能和UE之间的感知控制信息，例如UE-RAN之间、UE-CN之间、R