通感一體化系統(tǒng)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

通感一體化系統(tǒng)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)2通感一體化業(yè)務(wù)與性能指標(biāo)022.1通感一體化業(yè)務(wù)分類 2.2通感一體化業(yè)務(wù)的性能指標(biāo) 2.3通感一體化典型業(yè)務(wù) 3通感一體化主要標(biāo)準(zhǔn)組織的進(jìn)展124通感一體化系統(tǒng)架構(gòu)184.1通感融合發(fā)展層級(jí) 4.2感知服務(wù)參考模型 4.3感知功能 4.4感知方式 5通感一體化空口關(guān)鍵技術(shù)245.1通感一體化波形與信號(hào)設(shè)計(jì) 5.1.1通感一體化波形簡(jiǎn)介 5.1.2基于通信波形的一體化波形 5.1.3基于感知波形的一體化波形 5.1.4基于通感融合的一體化波形 5.1.5波形與信號(hào)設(shè)計(jì)性能評(píng)估準(zhǔn)則 5.2多天線感知技術(shù) 5.2.1基于虛擬陣列的多天線感知技術(shù) 5.2.2基于波束賦形的多天線感知技術(shù) 5.3網(wǎng)絡(luò)協(xié)作通感一體化 5.3.1系統(tǒng)模型 5.3.2關(guān)鍵技術(shù) 5.4感知非理想因素的消除技術(shù) 5.4.1感知非理想因素及其影響 5.4.2非理想因素的消除方法 5.5多頻點(diǎn)協(xié)作感知技術(shù) 5.5.1多頻點(diǎn)協(xié)作感知技術(shù)的研究意義 5.5.2多頻點(diǎn)協(xié)作感知技術(shù)的架構(gòu)分析 5.5.3多頻點(diǎn)協(xié)作感知技術(shù)的難點(diǎn)分析 5.6通感一體化的移動(dòng)性管理 5.6.1感知輔助通信的移動(dòng)性管理 5.6.2感知業(yè)務(wù)的連續(xù)性管理 5.7通感一體化的鏈路自適應(yīng)技術(shù) 5.7.1基本流程 5.7.2測(cè)量量和調(diào)節(jié)參數(shù) 5.8基于RIS的通感一體化技術(shù) 5.8.1RIS輔助的定位技術(shù) 5.8.2RIS輔助的感知技術(shù) 5.8.3感知輔助的RIS通信系統(tǒng) 5.9基于反向散射的感知與定位技術(shù) 5.9.1反向散射通信技術(shù)原理 5.9.2基于反向散射的感知技術(shù) 5.9.3基于反向散射的定位技術(shù) 參考文獻(xiàn)79縮略語(yǔ)85白皮書貢獻(xiàn)人員89多感官互聯(lián)、甚至元宇宙在內(nèi)的未來(lái)新業(yè)務(wù)對(duì)通信、感知和計(jì)算都提出了很高的要求。面向6G，移動(dòng)通信系統(tǒng)扮演的角色將發(fā)生變化，除了信息傳遞者之外，6G還將扮演信息生產(chǎn)者和信息加工者的角色。信息生產(chǎn)者主要通過提供感知服務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而信息加工者是通過提供計(jì)算服務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如圖1-1所示，6G將原生地?zé)o線通信和無(wú)線感知均基于電磁波理論，電磁波信號(hào)在人類活動(dòng)的高價(jià)值場(chǎng)景幾乎實(shí)現(xiàn)了無(wú)縫覆蓋。在發(fā)送端對(duì)電磁波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，使得電磁波承載信源信息，而電磁波信號(hào)在傳播過程中會(huì)受到無(wú)線環(huán)境的影響，即電磁波信號(hào)受到環(huán)境調(diào)制因此也承載了環(huán)境信息。接收端通過對(duì)電磁波信號(hào)的分析，不僅能夠得到所承載的信源信息，還能夠提取出反映傳播環(huán)境特征的感知信息，也就是說(shuō)，電磁波信號(hào)具有與生俱來(lái)的通信與感降低功耗、提升頻譜效率、減小通信和感知之隨著6G系統(tǒng)的頻段向毫米波甚至太赫茲擴(kuò)展，其頻段具有大帶寬和高穿透能力的特點(diǎn)，同時(shí)將來(lái)更大規(guī)模天的標(biāo)志特征之一。本白皮書的第二章介紹了通感一體化的業(yè)務(wù)與性能指標(biāo)，第三章介紹了全球主要6G組織關(guān)于通感一體化的進(jìn)展，第四章給出了通感一體化的系統(tǒng)架構(gòu)。第五章介紹了通感一體化的九個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。第六感一體化被認(rèn)為是6G時(shí)代具有廣泛應(yīng)用前景的技術(shù)，其業(yè)務(wù)服務(wù)范圍將突破傳統(tǒng)通信維度，可利用相同設(shè)備同時(shí)提供感知和通信服務(wù)。在業(yè)務(wù)分類方面，可以按照通信與感知的賦能關(guān)系，業(yè)務(wù)應(yīng)用范圍，對(duì)感知測(cè)量數(shù)據(jù)的處理方式，以及感知目標(biāo)屬性等多個(gè)維度對(duì)感知業(yè)務(wù)進(jìn)行分類。在業(yè)務(wù)性能指標(biāo)方面，需要對(duì)通信和感知能力同時(shí)進(jìn)行衡量。以智慧交通，無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)，呼吸監(jiān)測(cè)，手勢(shì)識(shí)別等為代表的典型業(yè)務(wù)將會(huì)對(duì)人們的生產(chǎn)生通感一體化業(yè)務(wù)中通信和感知能力不是孤立的，二者相互賦能從而實(shí)現(xiàn)更好的用戶體驗(yàn)?？梢愿鶕?jù)通信與感知間的相互關(guān)系分為通信輔助感知類業(yè)務(wù)和感知輔助通信類業(yè)務(wù)。通信輔助感知方面，通信的參考信號(hào)作為感知信號(hào)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)定位、測(cè)速、手勢(shì)識(shí)別等業(yè)務(wù)；高速可靠的通信能力也為感知數(shù)據(jù)的匯聚提供保障，能夠進(jìn)一步提高感知精度和感知分辨率。感知輔助通信方面，通過無(wú)線感知技術(shù)對(duì)無(wú)線通信環(huán)境及通信節(jié)點(diǎn)進(jìn)行探測(cè)感知，可獲得環(huán)境地圖、通信節(jié)點(diǎn)位置、移動(dòng)速度等多種先驗(yàn)信息，運(yùn)用感知信息及感知結(jié)果，輔助通信系統(tǒng)對(duì)根據(jù)業(yè)務(wù)的應(yīng)用范圍，可以將通感一體化業(yè)務(wù)分為廣域和局開放式的空間范圍內(nèi)的業(yè)務(wù)。該場(chǎng)景的業(yè)務(wù)通常關(guān)注遠(yuǎn)距離宏觀感知參數(shù)，其典型應(yīng)用場(chǎng)景包括環(huán)境監(jiān)測(cè)，空天地一體化感知，無(wú)人機(jī)網(wǎng)絡(luò)和智慧交通等。局域通感業(yè)務(wù)主要面向封閉式的空間范圍內(nèi)的業(yè)務(wù)。該場(chǎng)景業(yè)務(wù)根據(jù)對(duì)感知測(cè)量數(shù)據(jù)的處理方式，可以分為檢測(cè)類、估計(jì)類和識(shí)別類三類感知[2]。檢測(cè)類是指基于感知測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)被感知物體的狀態(tài)做出二元/多元的判斷，狀態(tài)通常包括目標(biāo)存在與否或事件是否發(fā)生等，例如入侵可包括目標(biāo)識(shí)別，以及人類活動(dòng)/事件識(shí)從感知目標(biāo)屬性的角度，根據(jù)感知目標(biāo)上是否安裝有信號(hào)收/發(fā)設(shè)備，無(wú)線感知的感知目標(biāo)可以分為無(wú)源目標(biāo)或有源目標(biāo)。對(duì)應(yīng)著，無(wú)線感知可以分為對(duì)無(wú)源目標(biāo)的感知和對(duì)有源目標(biāo)的感知。實(shí)際上，為了增強(qiáng)對(duì)無(wú)源目標(biāo)的感知性能，無(wú)源目標(biāo)上可以安裝低成本低功耗微小體積的標(biāo)簽設(shè)備，例如RFID（RadioFrequencyIdentification，射頻識(shí)別）無(wú)源標(biāo)簽或者backscatter（通感一體化業(yè)務(wù)將極大地拓寬未來(lái)網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)的能力，為用戶提供方便快捷，智能高效的定制化服務(wù)。與傳統(tǒng)通信業(yè)務(wù)不同，通感一體化業(yè)務(wù)除了對(duì)通信性能指標(biāo)進(jìn)行衡量外，還需要對(duì)感知性能指標(biāo)進(jìn)行衡量。能量效率、可靠性等。如表2-1所示，感知性能指標(biāo)既包括感知業(yè)務(wù)時(shí)延和刷新頻率等這一類大部分感知用例涉及的公共指標(biāo)，也包括前述檢測(cè)類、估計(jì)類和識(shí)別類各自涉及的指標(biāo)，具體指標(biāo)定義如下[1]。需要指出的是，精度性能指標(biāo)的量化定義通常需與置信度關(guān)聯(lián)定義，通過置信度（confidencelevel）描述了所有可能測(cè)量的感知結(jié)果中期望包含真實(shí)感知結(jié)果的百分比。例如，在置信度95%情況下，定位精度為0.2米。■檢測(cè)準(zhǔn)確率（或檢測(cè)概率）：檢測(cè)準(zhǔn)確率為正確檢測(cè)目標(biāo)狀態(tài)的概率。■漏檢概率：感知系統(tǒng)在獲取表示目標(biāo)物體或環(huán)境特征的感知結(jié)果時(shí)，漏檢該感知結(jié)果的概率?！鎏摼怕剩焊兄到y(tǒng)在獲取感知結(jié)果時(shí)，檢測(cè)到表示非目標(biāo)物體或環(huán)境特征的虛假感知結(jié)果的概率。），■距離精度：描述了目標(biāo)物體的距離測(cè)量結(jié)果與其真實(shí)距離的接近程度。■速度精度：描述了目標(biāo)物體的速度測(cè)量結(jié)果與其真實(shí)速度的接近程度?！鼍嚯x分辨率：表示能夠測(cè)量的目標(biāo)對(duì)象之間的距離的最小差異。■速度分辨率：表示能夠測(cè)量的目標(biāo)對(duì)象之間的速度的最小差異。■識(shí)別準(zhǔn)確率：表示能夠正確識(shí)別出感知目■感知業(yè)務(wù)時(shí)延：從觸發(fā)獲取感知結(jié)果到感知系統(tǒng)接口處獲得可用的感知結(jié)果的時(shí)間間隔。智能工廠，無(wú)人機(jī)監(jiān)管，呼吸檢測(cè)，手勢(shì)識(shí)別和天氣監(jiān)測(cè)作為典型的通感一體化業(yè)務(wù)，將會(huì)深刻改變?nèi)藗兊纳腔劢煌ㄊ羌绍嚶?lián)網(wǎng)、自動(dòng)駕駛、高精度地圖構(gòu)建等技術(shù)為一體的典型通感一體化業(yè)務(wù)。該業(yè)務(wù)對(duì)通信和感知能力都具有極高要求。通信方面，需要超低時(shí)延、高數(shù)據(jù)速率；感知方面，要求對(duì)道路環(huán)境本身以及實(shí)時(shí)動(dòng)通過對(duì)多車環(huán)境感知數(shù)據(jù)的共享，道路上的駕駛員可以獲得其當(dāng)前位置以及自身視野之外的空間信息，克服惡劣環(huán)境下的視線盲區(qū)，并在此基礎(chǔ)上執(zhí)行導(dǎo)航和路徑規(guī)劃。傳統(tǒng)即時(shí)定位與地圖構(gòu)建（SimultaneousLocalizationandMapping,SLAM）依賴相機(jī)或激光雷達(dá)，6G通感一體化設(shè)備將利用通感一體化信號(hào)實(shí)現(xiàn)Gbps量級(jí)的大帶寬數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行探測(cè)和構(gòu)建。在車路協(xié)同方面，利用通感一體化路側(cè)單元隨著無(wú)人機(jī)產(chǎn)品的發(fā)展與普及，無(wú)人機(jī)將會(huì)成為人們生產(chǎn)生活中不可或缺的一部無(wú)人機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)景將會(huì)越來(lái)越多樣化。其具體業(yè)務(wù)場(chǎng)景可進(jìn)一步細(xì)分為無(wú)人機(jī)監(jiān)管（包括無(wú)人機(jī)入侵檢測(cè)）和無(wú)人機(jī)監(jiān)管：該場(chǎng)景主要利用通信與感知融合技術(shù)實(shí)現(xiàn)規(guī)定區(qū)域內(nèi)無(wú)人機(jī)設(shè)備的感知，識(shí)別與監(jiān)管。全天候地探測(cè)、跟蹤規(guī)定區(qū)域內(nèi)的無(wú)人機(jī)設(shè)備，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有未許可無(wú)人機(jī)接近或進(jìn)入規(guī)定區(qū)域時(shí)，發(fā)出警告在針對(duì)未許可無(wú)人機(jī)的入侵檢測(cè)中，由于無(wú)需對(duì)入侵無(wú)人機(jī)的數(shù)量進(jìn)行精準(zhǔn)估計(jì)，同時(shí)規(guī)定區(qū)域往往存在著安無(wú)人機(jī)路徑管理：該場(chǎng)景主要利用無(wú)人機(jī)與基站實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)工作環(huán)境的感知，并將工作環(huán)境的感知結(jié)果（如障及時(shí)發(fā)現(xiàn)飛行路徑上的障礙物，及時(shí)統(tǒng)籌規(guī)劃更新無(wú)人機(jī)或無(wú)人機(jī)集群的飛行路徑，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的避障與路徑智能工廠業(yè)務(wù)涉及對(duì)智能機(jī)器人和海量終端的調(diào)度和管控，以及環(huán)境信息生成和高精度定位等任務(wù)。為了保證大規(guī)模機(jī)器的工作效率和穩(wěn)定性，引入通感一體化技術(shù)可以有效實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信與環(huán)境感知的互惠增強(qiáng)，進(jìn)提高無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)效率。具體的，將無(wú)線感知功能部署在基站側(cè)，通過基站發(fā)送通感信號(hào)對(duì)目標(biāo)貨物/機(jī)器人進(jìn)行位置、形態(tài)、速度等進(jìn)行感知，可以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)廠區(qū)環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)目標(biāo)器件/貨物/機(jī)器人的持續(xù)追蹤等任務(wù)。將無(wú)線感知功能部署在終端側(cè)，通過機(jī)器人/智能終端發(fā)送通感信號(hào)對(duì)相鄰貨物以及周圍環(huán)境等呼吸和心跳等生命體征與人體身體健康狀況息息相關(guān)，這些信號(hào)提供了醫(yī)學(xué)問題的重要線索，例如睡眠障礙或異常，呼吸急促或呼吸不暢等癥狀都反映了身體的非健康狀況。心率變化往往由活動(dòng)引起，節(jié)奏較慢，但心率往往會(huì)隨著身體活動(dòng)、情緒反應(yīng)、壓力或焦慮等因素而加快，對(duì)呼吸和心跳等生命體征進(jìn)行監(jiān)測(cè)對(duì)于醫(yī)療保健以及日常生活等領(lǐng)域具有重要意義。采用接觸式設(shè)備進(jìn)行生命體征監(jiān)測(cè)一方面影響被測(cè)試者的舒適度，不便于人體自由活動(dòng)，另一方面佩戴的檢測(cè)設(shè)備對(duì)于部分患者可能產(chǎn)生皮膚刺激，例如嬰兒或有皮膚燒傷的病人等。常見的非接觸式檢測(cè)技術(shù)例如諧振電路調(diào)頻法、紅外檢測(cè)、機(jī)器視覺檢測(cè)等存在檢測(cè)準(zhǔn)確度低、使用場(chǎng)景受限等問題。相比較之下，利用無(wú)線信號(hào)檢測(cè)能夠克服以上不足，通過對(duì)接收到的無(wú)線信號(hào)的分析獲取信道狀態(tài)信息，進(jìn)而能夠得到呼吸以及心跳的特征信息，且由于無(wú)線信號(hào)在絕大部分場(chǎng)景中廣泛存在，利用無(wú)線感知技術(shù)進(jìn)行生命體征監(jiān)測(cè)主要是對(duì)呼吸或心跳引起的微多普勒特征進(jìn)行檢測(cè)，考慮到人體典型呼吸無(wú)接觸手勢(shì)/動(dòng)作識(shí)別是人機(jī)交互的重要組成部分，智能家居、智能穿戴設(shè)備、智能汽車以及VR/AR等領(lǐng)域都增加了手勢(shì)/動(dòng)作識(shí)別控制功能。在早期的穿戴式手勢(shì)/動(dòng)作識(shí)別技術(shù)中，手勢(shì)/動(dòng)作識(shí)別需佩戴專用的傳感器設(shè)備，通過傳感器采集信息進(jìn)行識(shí)別、這種方式成本高，而且用戶體驗(yàn)收到較大影響。通過視頻設(shè)備采集手勢(shì)/動(dòng)作的視頻數(shù)據(jù)，也能實(shí)現(xiàn)手勢(shì)/動(dòng)作識(shí)別。然而，這種方式容易受光照條件的影響，當(dāng)光照不穩(wěn)定，識(shí)別準(zhǔn)確率就會(huì)降低，另外也存在個(gè)人隱私容易泄露的問題。典型的利用無(wú)線信號(hào)進(jìn)行手勢(shì)/動(dòng)作識(shí)別的方式之一是采用雷達(dá)技術(shù)，如今無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)已逐漸成為現(xiàn)實(shí)生活的重要補(bǔ)充和延展，基于無(wú)線通信信號(hào)的手勢(shì)/動(dòng)作識(shí)別技術(shù)具有天然應(yīng)用基礎(chǔ)。基于無(wú)線信號(hào)的手勢(shì)/動(dòng)作識(shí)別彌補(bǔ)了傳統(tǒng)手勢(shì)/動(dòng)作識(shí)別技術(shù)的缺陷，比如部署成本高，用戶隱私得不到保護(hù)，以及受環(huán)境條件制約較大?；跓o(wú)線信號(hào)的行為感知方法，具有實(shí)現(xiàn)成本低、部署過程便捷和無(wú)需攜帶設(shè)備等優(yōu)勢(shì)，并且能夠在各種應(yīng)用環(huán)境中進(jìn)行部署，不受光照條的影響，相較于傳統(tǒng)方法感知范圍大幅提升，用戶無(wú)需擔(dān)心隱私受到侵犯，甚至在有部分遮擋的情況下也可以進(jìn)行有效識(shí)別。利用無(wú)線感知技術(shù)進(jìn)行手勢(shì)/動(dòng)作識(shí)別主要依靠對(duì)手勢(shì)或動(dòng)作帶來(lái)的微多普勒特征進(jìn)行識(shí)別[3]，對(duì)于實(shí)時(shí)人機(jī)交互應(yīng)用，保證小于0.5s的時(shí)延，從而不降低使用者的體驗(yàn)，手勢(shì)/動(dòng)作識(shí)別的準(zhǔn)確率不低于95%。在關(guān)鍵建筑物或特定區(qū)域中檢測(cè)入侵者，對(duì)于個(gè)人家庭安全以及公共區(qū)域安全具有重要意義。傳統(tǒng)的入侵檢測(cè)及專用傳感器技術(shù)，例如光感應(yīng)傳感器、聲感應(yīng)傳感器、溫度傳感器、氣體傳感器等等。其中，基于視頻的檢測(cè)技術(shù)是應(yīng)用最廣泛的入侵檢測(cè)技術(shù)，但容易受到光照條件和煙霧的影響，在光線不佳或者煙霧環(huán)境中，攝像頭無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別，容易產(chǎn)生監(jiān)測(cè)盲區(qū)，常常會(huì)出現(xiàn)誤判、漏判等，且存在明顯的隱私問題。近年來(lái)，激光雷達(dá)入侵監(jiān)控系統(tǒng)基于激光雷達(dá)3D點(diǎn)云，有望在一些場(chǎng)合下替代傳統(tǒng)視頻入侵檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控區(qū)域?qū)嵱捎诓恍枰獙ｉT安裝監(jiān)視器，或者專用傳感器，也降低了使用成本。利用無(wú)線通信信號(hào)進(jìn)行入侵檢測(cè)，相比于利用無(wú)線感知技術(shù)進(jìn)行入侵檢測(cè)主要是檢測(cè)信道信息的變化[4]，為能夠及時(shí)更新居家環(huán)境狀態(tài)，入侵檢測(cè)的天氣監(jiān)測(cè)例如降雨監(jiān)測(cè)對(duì)天氣預(yù)報(bào)、氣候模型、農(nóng)業(yè)、水利工程設(shè)計(jì)等有重要意義，傳統(tǒng)降雨監(jiān)測(cè)主要有雨量計(jì)、氣象雷達(dá)和衛(wèi)星等。雨量計(jì)通過對(duì)接收到的雨水進(jìn)行計(jì)量來(lái)檢測(cè)局部區(qū)域降雨量，具有空間分辨率高的優(yōu)點(diǎn)，然而雨量計(jì)的空間覆蓋范圍小，廣域覆蓋時(shí)需要部署大量雨量計(jì)及配套設(shè)備。氣象雷達(dá)通過測(cè)量雨滴的反射回波信號(hào)提取降雨信息，具有時(shí)間分辨率高、可定位降雨位置、可檢測(cè)降雨分布、檢測(cè)范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，然而氣象雷達(dá)誤差因素來(lái)源較多，設(shè)備昂貴、且具有較大的電磁污染、不適合大量部署。氣象衛(wèi)星通過各種氣象遙感載荷接收包括紅外光、可見光、微波等信號(hào)來(lái)分析云層及風(fēng)速風(fēng)向等氣象信息，從而提取包括降雨在內(nèi)的各種氣象信息，具有時(shí)間分辨率和空間分辨率高的優(yōu)點(diǎn)，然而氣象衛(wèi)星獲取的降雨強(qiáng)度等信息不精確，通常用作輔助覆蓋。相比之下，利用已有的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行天氣監(jiān)測(cè)無(wú)需額外部署硬件、具有較大的成本優(yōu)勢(shì)，此外還具有傳感器數(shù)量大、空間分布廣泛、降雨監(jiān)測(cè)的時(shí)間和空間分辨率高、可檢測(cè)降雨分布利用無(wú)線感知技術(shù)進(jìn)行天氣監(jiān)測(cè)主要是通過測(cè)量通信鏈路中的信號(hào)鏈路衰減，進(jìn)而利用信號(hào)鏈路衰減與天氣指已經(jīng)受到上述各個(gè)組織的廣泛關(guān)注，各個(gè)組織在通感一體化的用例分析、技術(shù)趨勢(shì)、發(fā)展側(cè)重或技術(shù)挑戰(zhàn)等方■ITUITU-R在IMT-2030愿景---架構(gòu)和總體目標(biāo)的報(bào)告[6]中，把感知作為未來(lái)用戶和應(yīng)用趨勢(shì)之一。未來(lái)無(wú)線系統(tǒng)中的感知與通信融合，將提供成像、mapping、定位等超出通信的能力，提供高分辨率和準(zhǔn)確度的目標(biāo)檢測(cè)，識(shí)別和范圍/角度/速度估計(jì)。該報(bào)告指出可以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)里融合定位、感知、和成像功能。感知是通感融合的功能使移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商能夠提供許多新服務(wù)，包括極高精度的定位、跟蹤、成像（例如用于生物醫(yī)學(xué)和安全應(yīng)用）、即時(shí)定位和地圖構(gòu)建、污染或自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)、手勢(shì)和活動(dòng)識(shí)別、缺陷和材料檢測(cè)等。這些功能使未來(lái)消費(fèi)者和垂直應(yīng)用的應(yīng)用場(chǎng)景成為可能，適用于各種形式的業(yè)務(wù)，例如沉浸式以人為本的通信、工業(yè)自動(dòng)ITU-R在IMT-2030技術(shù)趨勢(shì)報(bào)告[7]中，把通感融合作為幾個(gè)新興技術(shù)趨勢(shì)和使能技術(shù)之一。其他技），并行開發(fā)的獨(dú)立技術(shù)。與僅出于通信目的設(shè)計(jì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的傳統(tǒng)方法不同，IMT-2030將從一開始就考慮集成感更寬的帶寬、更密集的部署、更大的天線陣列，以及人工智能和通信節(jié)點(diǎn)/設(shè)備之間的協(xié)作，感知將成為與通在通感融合系統(tǒng)中，感知和通信功能將在集成系統(tǒng)中互惠互利。一方面，網(wǎng)絡(luò)作為傳感器，通信系統(tǒng)可以輔助感知服務(wù)，可以探索無(wú)線電波傳輸、反射和散射，以感知和更好地理解物理世界。另一方面，感知輔助通信，傳感結(jié)果可用于輔助接入或控制，例如更精確的波束成形、更好的干擾管理、更快的波束故障恢復(fù)和更少的開銷來(lái)跟蹤C(jī)SI（ChannelStateInformation，信道狀態(tài)信息提供通信系統(tǒng)Service，服務(wù)質(zhì)量）。此外，感知可以被視為連接物理世界和數(shù)字世界的新通道。因此，實(shí)時(shí)感知與人工智ITU技術(shù)趨勢(shì)報(bào)告將通信和感知系統(tǒng)之間的交互級(jí)別分為a）共存，其中感知和通信在物理上分離的硬件上運(yùn)行，使用相同或不同的頻譜資源并且不共享任何信息，彼此視為干擾b）合作，其中兩個(gè)系統(tǒng)在物理上分離的硬件上運(yùn)行，而信息可以相互共享（例如，感知/通信的先驗(yàn)知識(shí)可以共享，減少系統(tǒng)間干擾或在某些情況下增強(qiáng)另一個(gè)系統(tǒng)c）集成設(shè)計(jì)，其中兩個(gè)系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為一個(gè)單一系統(tǒng)，在頻譜使用、硬件、無(wú)在集成設(shè)計(jì)中，ISAC的技術(shù)開發(fā)可以分為不同的階段，從松散耦合到完全集成。作為起點(diǎn)，通信和感知系統(tǒng)共享頻譜和硬件等資源。通信和感知可以作為一個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)服務(wù)于兩種業(yè)務(wù)形式。在感知和通信模塊之間開發(fā)高效的調(diào)度和協(xié)調(diào)算法，以盡量減少彼此之間的干擾，是一個(gè)關(guān)鍵的研究問題。更進(jìn)一步，通信和感知將協(xié)同工作，以提高單個(gè)系統(tǒng)的性能。信號(hào)處理的集成，如時(shí)域、頻域和空間域處理技術(shù)，可以聯(lián)合設(shè)計(jì)為感知和通信服務(wù)。這一階段的潛在方向包括基于聯(lián)合波形的空中接口設(shè)計(jì)、統(tǒng)一波束成形方案等，這對(duì)于提高能的維度進(jìn)行協(xié)調(diào)和協(xié)作，實(shí)現(xiàn)互利共贏。ISAC系統(tǒng)進(jìn)一步結(jié)合AI、網(wǎng)絡(luò)協(xié)作和多節(jié)點(diǎn)協(xié)同感知等技術(shù)，將通信和感知服務(wù)需要共享可用的硬件和波形，同時(shí)融合來(lái)自網(wǎng)絡(luò)部署區(qū)域中不同測(cè)量源的信息。在系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)和評(píng)估方法等領(lǐng)域仍然存在研究挑戰(zhàn)，例如對(duì)集成系統(tǒng)中兩種功能trade-off的設(shè)計(jì)和評(píng)估，對(duì)硬件缺陷的敏速率極限。并在通信波形約束下的通信感知一體化理論性能邊界研究、通信感知一體化性能評(píng)估準(zhǔn)則、通系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化基礎(chǔ)理論等幾個(gè)方面，綜述了當(dāng)前通信感知一體化基礎(chǔ)理論方面的研究進(jìn)展和可能的發(fā)展方向。關(guān)鍵技術(shù)研究包括空口技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與組網(wǎng)設(shè)計(jì)、硬件架構(gòu)與設(shè)計(jì)、協(xié)同感能評(píng)估；信號(hào)處理技術(shù)方面分別從干擾消除、定位與環(huán)境重構(gòu)、信號(hào)融合、參數(shù)估計(jì)電路架構(gòu)、高隔離度的系統(tǒng)、高性能高精確度的器件與電路模型建模、小型化集成化的收發(fā)信機(jī)方案上解決相應(yīng)挑戰(zhàn)；在協(xié)同感知技術(shù)中通過實(shí)例提出協(xié)同感知的關(guān)鍵技術(shù)研究方向。推進(jìn)組6G技術(shù)試驗(yàn)的關(guān)鍵技術(shù)試驗(yàn)之一，進(jìn)行了定位、成像、模式識(shí)別三類感知場(chǎng)景的測(cè)試。測(cè)試所用概念樣機(jī)通信和感知接收均為相互獨(dú)立的兩套系統(tǒng)，仍），使用全球定位系統(tǒng)（GPS）、光探測(cè)和測(cè)距（LiDAR）、聲納、雷達(dá)和測(cè)程法等傳感器感知周圍環(huán)境。2）多SensingandCommunications包括與通信緊密集成以支持自主系統(tǒng)的傳感器。4）個(gè)性化用戶體驗(yàn)，基于用戶個(gè)人資料和上下文信息（例如，用戶的偏好、趨勢(shì)和生物識(shí)別）對(duì)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、產(chǎn)品和服務(wù)進(jìn)行實(shí)時(shí)、報(bào)告分析了JointCommunicationsandS束成形設(shè)計(jì)，感知與通信功能之間的共存、協(xié)作與協(xié)同設(shè)計(jì)，資源分配，協(xié)同感知，JCAS產(chǎn)生的硬件要求，雜波抑制，UE定向，多雷達(dá)聯(lián)合處理，基于AI/ML的感知融合，全JCAS操作可基于BS，基于UE，或者同時(shí)基于BS和UE。基于BS干擾管理也是JCAS操作的核心，除了要考慮通信系統(tǒng)間的干擾和感知系統(tǒng)間的干擾外，還要考慮跨功能干擾■ETSIETSITechnologyRadar（ETR）提出信息通信技術(shù)ICT的技術(shù)趨勢(shì)，旨在促進(jìn)ETSI成員對(duì)這些技術(shù)趨勢(shì)的人工智能、自治網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)安全、DistributedLedgers、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)、擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)、物聯(lián)網(wǎng)、量子、自治系統(tǒng)。2022年ETR針對(duì)該白皮書進(jìn)行了更新，新增的技術(shù)趨勢(shì)加入了通感一體化，另外還涵蓋了光子學(xué)、（亞）太智能分布式EDGE、高性能計(jì)算機(jī)、可持續(xù)性（Su■Hexa-XHexa-X和后續(xù)階段Hexa-X-II是由歐盟贊助的旗艦項(xiàng)目，旨在開發(fā)B5G/6G愿景以及連接人類、物理和數(shù)sensing）作為未來(lái)連接技術(shù)趨勢(shì)之一[11]。隨著更大帶寬信號(hào)與更高頻段頻譜（>100GHz）的使用，以及SLAM技術(shù)與較低頻譜通信的結(jié)合，未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)將集成高精度定位（具有厘米級(jí)精度感知（類似雷達(dá)和非類似雷達(dá)）和成像（毫米級(jí)）功能。因此需要開發(fā)新算法以共同優(yōu)化通信、感知和/或定位的共同優(yōu)化。這不僅可以改變應(yīng)用層方面，還可以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能，例如通過主動(dòng)無(wú)線電資源分配和管理，并確定波形設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)具有超高數(shù)據(jù)速率的連接性能和完整的6D環(huán)境地圖。6D環(huán)境地圖具備所有三個(gè)空間（緯度，經(jīng)度，高度）和方向（俯仰、橫滾、偏航）的信息。將此類連接性和6D地圖，與式XR體驗(yàn)的新應(yīng)用和用例將變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。這提供了一種直觀的交互方式，以及從醫(yī)療到工業(yè)環(huán)境的各種用例。響6G架構(gòu)，包括服務(wù)化架構(gòu)，為感知能力定義新服務(wù)和新接口，以及現(xiàn)有定位的增強(qiáng)和修訂等。感知和定位定位和感知應(yīng)該被設(shè)計(jì)為基本功能或微服務(wù)，需要考慮開放框架、安已啟動(dòng)的Hexa-X-II項(xiàng)目將以Hexa-X成果為基礎(chǔ)，并將提供6G平臺(tái)藍(lán)圖，實(shí)現(xiàn)■IEEEsensing主要指的是具備WLAN（Environment）包括房間，房屋，車輛，公司等；目標(biāo)包括物品，人體，動(dòng)物等；特征（feature）包括性。描述了參考天線模型，提出定向和全向天線模型與信道模型一起使用。在2023年1月更新的評(píng)估方法和■研究項(xiàng)目所提用例側(cè)重于基于NR的感知，某些用例可能會(huì)利用EPC和E-UTRA中已有的信息（例如UE測(cè)量、位置更新一些用例還可能包括非3GPP類型的傳感器（例如雷達(dá)，攝像頭）。目前ISAC研究報(bào)告主要描述了多個(gè)ISAC用例，例如住宅入侵檢測(cè)，高速公路和鐵路入侵檢測(cè)，無(wú)人機(jī)入侵檢測(cè)，無(wú)人機(jī)軌眠監(jiān)測(cè)，健康監(jiān)測(cè)，無(wú)縫XR流等。并分別給出了支持各個(gè)用例的潛在要求，包括感知結(jié)果的性能要求，同時(shí)SA1正在研究統(tǒng)一的潛在要求和KPI。報(bào)告還考慮了感知的機(jī)密性、完整性和可用性，在部署中要考慮感知的隱私問題。另外，5GS中的感知操作應(yīng)支持商業(yè)服務(wù)（例如駕駛輔助關(guān)鍵任務(wù)服務(wù)（例如公共安全，公目前3GPP無(wú)線通感融合技術(shù)處于研究階段，尚需進(jìn)一步分析無(wú)線通感融合標(biāo)準(zhǔn)化需求，以及后續(xù)可能的標(biāo)4.1通感融合發(fā)展層級(jí)4.1通感融合發(fā)展層級(jí)知服務(wù)是指無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)之外的其他系統(tǒng)提供的感知服務(wù)，包括基于雷達(dá)、攝像頭等提供的服務(wù)?，F(xiàn)有無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)可以支持這一層次的融合。服務(wù)層融合是指未來(lái)無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)將基于第三方感知單元、通信單元以及未來(lái)通感一體化單元獲得的感知數(shù)據(jù)和通信數(shù)據(jù)形成面向應(yīng)用的內(nèi)生感知服務(wù)。第三方感知單元包括雷達(dá)、攝像頭等。這一層次的融合涉及6G系統(tǒng)架構(gòu)中服務(wù)層和功能層的改動(dòng)，未來(lái)研究需考慮感知服務(wù)接口的定義、感知控制和感知數(shù)據(jù)處理流程等?？湛谌诤鲜侵肝磥?lái)無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)將基于空口層面的通信感知一體化單元獲得的感知數(shù)據(jù)形成內(nèi)生感知服務(wù)。通信感知一體化單元基于感知信號(hào)和通感一體化信號(hào)的發(fā)送和接收獲得感知數(shù)據(jù)。通感一體化信號(hào)是同時(shí)用于感知和通信的無(wú)線信號(hào)。這一層次的融合涉及6G系統(tǒng)架構(gòu)中功能層和資源層的改動(dòng)，未來(lái)研究需考慮空口信號(hào)設(shè)計(jì)、頻譜資源共享和一相比業(yè)務(wù)層融合，服務(wù)層融合可以提升6G系統(tǒng)的服務(wù)能力，為未來(lái)6G系統(tǒng)商用提供創(chuàng)造更多新型應(yīng)用的可能性。服務(wù)層融合也可以提供用于輔助通信性能提升的感知服務(wù)?？湛趯尤诤峡梢赃M(jìn)一步帶來(lái)頻化系統(tǒng)。對(duì)通感一體化系統(tǒng)架構(gòu)的研究需要首先根據(jù)通感一體化業(yè)務(wù)抽象出感知服務(wù)的參考模型和感知服務(wù)的4.2感知服務(wù)參考模型4.2感知服務(wù)參考模型根據(jù)通感一體化業(yè)務(wù)可以提煉出通感一體化系統(tǒng)提供的感知服務(wù)的參考模型，如圖4-2感知服務(wù)客戶端可以是通感一體化系統(tǒng)外的實(shí)體，也可以是通感一體化系統(tǒng)內(nèi)部的實(shí)體（例如，終端、核心物體、人等，感知信息可以是環(huán)境地圖、物體的成像、人的速感知服務(wù)器可以根據(jù)通感一體化單元和第三方感知單元獲得的感知數(shù)據(jù)確定感知對(duì)象的感知信息。通感一體化信的信號(hào)。第三方感知單元獲得感知數(shù)據(jù)所使用的技術(shù)不在通感一體化系統(tǒng)的研究范圍內(nèi)。感知服務(wù)除了需要感知服務(wù)器能夠向感知服務(wù)客戶端提供感知對(duì)象的感知信息以外，還有以下需求?！龈兄?wù)質(zhì)量保障感知范圍、檢測(cè)虛警率等。對(duì)于不同的感知服務(wù)，相應(yīng)的感知服務(wù)質(zhì)量會(huì)■安全隱私檢查■計(jì)費(fèi)對(duì)象既需要包括對(duì)感知服務(wù)客戶端的收費(fèi)，也需要考慮對(duì)參與感知的終端基于上述感知服務(wù)的需求確定通感一體化系統(tǒng)需要包含哪些功能是架構(gòu)研究的重點(diǎn)之一。圖4-3給出了通體化系統(tǒng)（也就是感知服務(wù)器）的功能框圖。下面對(duì)各功能層根據(jù)服務(wù)層的感知請(qǐng)求，控制資源層執(zhí)行物理感知過程，并基于資源層獲得的感知底層數(shù)據(jù)得到最終感知節(jié)點(diǎn)選擇等。感知資源調(diào)度功能調(diào)度感知信號(hào)的資源。服務(wù)質(zhì)量處理功能根據(jù)感知請(qǐng)求的需求影響感知任行處理，從而獲得最終感知信息。感知數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可基于通感一體化系統(tǒng)的主要功能，圖4-4給出送感知請(qǐng)求。通感一體化系統(tǒng)中安全隱私保障功能實(shí)體進(jìn)行安全隱私檢查。在檢查通過的情況下，感知任務(wù)管理功能實(shí)體確定感知方法、感知節(jié)點(diǎn)等。如果通過通感一體化單元獲得感知數(shù)據(jù)，則需要進(jìn)行感通感一體化單元進(jìn)行感知信號(hào)發(fā)送、接收和測(cè)量。感知數(shù)據(jù)處理功能實(shí)體基于通感一體化單元和第三方感知單感知功能分配上述支持感知服務(wù)的各個(gè)功能在通感一體化系統(tǒng)中的分配、組織和接口是架構(gòu)研究的另一個(gè)重點(diǎn)?；诂F(xiàn)有無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)架構(gòu)，對(duì)于各個(gè)功能到網(wǎng)元的分配目前有如下幾點(diǎn)考慮。一是資源層功能的分配考慮與傳統(tǒng)通信資源層的網(wǎng)元共享設(shè)備和器件，從而節(jié)約成本。資源層的感知信號(hào)發(fā)送、感知信號(hào)接收和測(cè)量以及第三方感知技術(shù)可以分配在傳統(tǒng)進(jìn)行無(wú)線信號(hào)收發(fā)的無(wú)線接入網(wǎng)節(jié)點(diǎn)和終端中。二是功能層功能的分配考慮分布式地分配在通感一體化系統(tǒng)的多個(gè)網(wǎng)元中。例如，集中的感知數(shù)據(jù)處理功能分配要求網(wǎng)元具有較高的算力支撐和傳輸帶寬支持，而感知數(shù)據(jù)處理功能分層地分配到核心網(wǎng)、接入網(wǎng)和終端可以有效緩解對(duì)每個(gè)網(wǎng)元的算力和傳輸帶寬的要求。又如，感知任務(wù)管理功能既可以分配到核心網(wǎng)以支持感知范圍較大的感知服務(wù)，也可以分配到接入網(wǎng)以更高效地支持輔助接入網(wǎng)通信的感知服務(wù)。三是各個(gè)功能獨(dú)立分配到不同的網(wǎng)元還是分配到同一個(gè)網(wǎng)元需要綜合考慮接口交互時(shí)延、靈活彈性組織等因素的權(quán)衡。例如，感知任務(wù)管理等控制功能和感知數(shù)據(jù)處理功能分別分配在不同的網(wǎng)元中，實(shí)現(xiàn)控制和數(shù)據(jù)從而適用于帶寬大、隱私安全要求高的感知服務(wù)。而感知任務(wù)管理功能等控制功能和感知數(shù)據(jù)處理功能分配在同一個(gè)網(wǎng)元中，可以避免兩個(gè)功能之間的接口交互，減少與其他功能之間的接口，降低整體流程復(fù)雜度。功能可以分配在傳統(tǒng)進(jìn)行無(wú)線信號(hào)收發(fā)的無(wú)線接入網(wǎng)節(jié)點(diǎn)和終端中。根據(jù)感知信號(hào)收發(fā)節(jié)點(diǎn)不同會(huì)形成不同的感知方式，感知方式也將影響通感一體化空口關(guān)鍵技術(shù)的設(shè)計(jì)。具體的感知實(shí)其中，方式(1)和方式(5)是單基感知方式，感知由一個(gè)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行，與傳統(tǒng)的單基雷達(dá)類似。由于發(fā)射機(jī)和接全雙工能力。方式(2)對(duì)應(yīng)由一個(gè)基站發(fā)射感知信號(hào)，另一個(gè)基站接收感知信號(hào)進(jìn)行感知的情況。這種方式類置誤差、同步誤差也會(huì)影響感知結(jié)果。方式(3)和方式(4)是另一種形式的雙基工作模式，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)其中一方為基站，另一方為終端。方式(3)和方式(4)也可以采用攜帶數(shù)據(jù)的通信信號(hào)進(jìn)行感知，但是需對(duì)通信和方式(6)由于終端發(fā)射功率的限制，感知范圍較其它方式要小，另外終端的移動(dòng)性引起的位置誤差會(huì)影響感5.1通感一體化波形與信號(hào)設(shè)計(jì)5.1通感一體化波形與信號(hào)設(shè)計(jì)形的改造或新波形設(shè)計(jì)將通信和感知功能集成到一種波形，實(shí)現(xiàn)一體化設(shè)計(jì)。按照當(dāng)下學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的討論，主要包括三大技術(shù)路線[2][16]：基于通信波形的一體化波形、基于感知波形的一體化波形以及基于全新基于通信波形的設(shè)計(jì)思路是保證通信信息傳輸效率的前提下實(shí)現(xiàn)感知功能，典型的通信波形主要有OFDM波這主要是考慮到它與以5G為代表的移動(dòng)通信系統(tǒng)具有良好的兼容性。但若要保證感知所需的特性，則需要對(duì)換為并行的低速數(shù)據(jù)流，并調(diào)制到每個(gè)正交信道的子載波上進(jìn)行傳輸，疊加傳輸?shù)娜舾烧恍盘?hào)在接收端通過序進(jìn)行處理，根據(jù)接收到的調(diào)制符號(hào)與發(fā)射端調(diào)制符號(hào)可以解算得到目標(biāo)基于感知波形的設(shè)計(jì)思路是保證感知參數(shù)估計(jì)性能的前提下傳輸通信信息，也就是在不影響感知性能的前提下將通信數(shù)據(jù)嵌入到感知波形中，例如利用雷達(dá)旁瓣波束發(fā)送通信信息、在感知波形的時(shí)域或者頻域表示中嵌入通信符號(hào)等。典型的感知波形主要有線性調(diào)頻LFM脈沖信號(hào)、調(diào)頻連續(xù)波（FrequencyModulated在設(shè)計(jì)一體化波形時(shí)，應(yīng)該重點(diǎn)考慮其對(duì)通信與感知性能的影響。若將LFM信號(hào)用于通感一體化，存在頻譜利用率低、通信效率低的問題，需要進(jìn)一步結(jié)合通信的性能指標(biāo)，對(duì)其進(jìn)行特殊的設(shè)計(jì)。OFDM信號(hào)具有頻譜利用率高、通信速率高等優(yōu)點(diǎn)，在一體化波形設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用。然而，OFDM一體化信號(hào)對(duì)多普勒頻偏敏感，在強(qiáng)多普勒效應(yīng)場(chǎng)景下OFDM信號(hào)子載波的正交性會(huì)被破壞，從而導(dǎo)致通信性能在OTFS一體化系統(tǒng)中，信號(hào)將在時(shí)延-多普勒域進(jìn)行處理勒域中的點(diǎn)，每個(gè)時(shí)延-多普勒域的數(shù)據(jù)信息經(jīng)過逆辛有限傅里葉變換（InverseSymplecticFiniteFourierTransform，ISFFT）被分布到時(shí)間-頻率域，然后利用海森堡（Heisenberg）變換進(jìn)行多載波調(diào)制。數(shù)據(jù)信息經(jīng)過無(wú)線傳輸后，在接收端利用維格納（Wigner）變換對(duì)其進(jìn)行多載波解調(diào)，接著再進(jìn)行辛有限傅里葉變與SFFT都可以通過兩次一維的傅里葉變換或逆傅里葉變換得到，這使得信號(hào)處理的復(fù)雜度大大降低，并且可時(shí)延-多普勒域數(shù)據(jù)塊里的每個(gè)數(shù)據(jù)都經(jīng)歷了相同的時(shí)延和多普勒頻偏，因此也具有一定的分集增益。然而，需要綜合考慮通信與感知的性能，根據(jù)一體化性能指標(biāo)進(jìn)行波形參數(shù)設(shè)計(jì)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的通感性能[22]。從對(duì)波形參數(shù)的需求出發(fā)進(jìn)行權(quán)衡，實(shí)現(xiàn)高度一體化的波形設(shè)計(jì)。目前的波形研究主要是基于已有通信或波形進(jìn)行改造，從而同時(shí)具備通信和感知的功能。全新的通感一體化波形設(shè)計(jì)還處于研究初期，有研究將等效均方誤差、估計(jì)-信息速率等作為通信感知統(tǒng)一的性能衡量指標(biāo)，或者將基于速率失真理論的容量失真函數(shù)的模糊函數(shù)（AmbiguityFunction，AF模糊函數(shù)作為雷達(dá)信號(hào)分析的基本工具，定義為信號(hào)時(shí)間頻率復(fù)合自相關(guān)函數(shù)模的平方[23]，可表示發(fā)射波形采用最優(yōu)信號(hào)處理?xiàng)l件下的分辨力、測(cè)速測(cè)距精度以及雜波抑制克拉美羅下界（Cramér-Raolowerbound，CRLB）：克拉美羅下界是無(wú)偏估計(jì)量的方差的下限，反映了無(wú)偏估計(jì)中能夠獲得的最佳估計(jì)精度，即如果是的無(wú)估計(jì)信息速率：通過將感知信息量化為時(shí)間的函數(shù)，可以得到與通信信息速率相對(duì)應(yīng)的感知性能指標(biāo)[25]，不同序列的個(gè)數(shù)。信號(hào)自相關(guān)函數(shù)峰值隨著序列長(zhǎng)度L增加而線性增加，而自相關(guān)函數(shù)旁瓣近似隨著L的平5.2多天線感知技術(shù)5.2多天線感知技術(shù)感知的一個(gè)典型用例是對(duì)感知目標(biāo)進(jìn)行方位角測(cè)量和定位，這自然與雷達(dá)聯(lián)系緊密。1950年代后期美國(guó)麻省理工林肯實(shí)驗(yàn)室針對(duì)相控陣?yán)走_(dá)（Phased-ArrayRadar）進(jìn)行了一系列研究，包括理論分析、應(yīng)用研究、硬件設(shè)計(jì)、器件制造和系統(tǒng)測(cè)試[27]。早期的具備多個(gè)雷達(dá)陣元的雷達(dá)主要為相控陣?yán)走_(dá)，通過調(diào)整雷達(dá)陣列各個(gè)天線陣元的發(fā)射信號(hào)相位，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)波束賦形，以及波束靈活、快速轉(zhuǎn)向。到了200陣列各天線發(fā)射相互正交的信號(hào)（可通過時(shí)分復(fù)用、頻分復(fù)用、多普勒頻分復(fù)用、碼分復(fù)用，以及上述組合能夠獲得相對(duì)于PhaseArray更高的檢測(cè)準(zhǔn)確度與估計(jì)分辨率，更高的最大可識(shí)別目標(biāo)數(shù)，以及更好的雜波而分布式MIMO一般直接估計(jì)目標(biāo)的方位坐提供了更加靈活的雷達(dá)信號(hào)、天線配置方案，使得雷達(dá)能夠同時(shí)兼顧相控陣?yán)走_(dá)和MIMO雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)，具備系統(tǒng)。MIMO-ISAC系統(tǒng)感知精度的提升利用了MIMO雷達(dá)中的虛擬陣列的概念，下面進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。考慮此時(shí)接收機(jī)每個(gè)接收天線使用M個(gè)匹配濾波器分離發(fā)射信號(hào)，因此接收機(jī)總共得到NM個(gè)接收信號(hào)?？紤]1個(gè)遠(yuǎn)場(chǎng)點(diǎn)目標(biāo)，則第n個(gè)接收天線的第m個(gè)匹配濾其中為個(gè)遠(yuǎn)場(chǎng)點(diǎn)目標(biāo)，則第n個(gè)接收天線的第m個(gè)匹配濾其中為1個(gè)從雷達(dá)發(fā)射機(jī)指向點(diǎn)目標(biāo)的單位向量，為點(diǎn)目標(biāo)的反射系數(shù)。可以看到反射信號(hào)的相位由發(fā)射天線和接收天線共同確定。等效地，等式(2)的目標(biāo)響應(yīng)與1個(gè)天線數(shù)為NM的陣列得到的目標(biāo)響應(yīng)完全相同，該等效陣列天線位置坐標(biāo)為更一般地，若存在L個(gè)目標(biāo)，假設(shè)各發(fā)射天線發(fā)送信號(hào)存在一濾波之后的（這里只分析角度估計(jì)，假設(shè)時(shí)延和多普勒參數(shù)在接收機(jī)側(cè)已進(jìn)行過補(bǔ)償）接收信號(hào)為為的MIMO-ISAC系統(tǒng)導(dǎo)向矢量矩陣，等式(6)(7)分別為接收和發(fā)射陣列導(dǎo)向矢量，…=0和分別為發(fā)射和接收陣列相對(duì)參考點(diǎn)的信號(hào)傳播時(shí)延。各發(fā)射天線發(fā)送得到。一般為了接收機(jī)算法復(fù)雜度的簡(jiǎn)化，希望為統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的充分統(tǒng)計(jì)量[32]。對(duì)發(fā)送信號(hào)相關(guān)矩陣做特征值分解，有，相應(yīng)地，實(shí)際發(fā)送信號(hào)可以看作是一組正交信號(hào)的線代入等式(4)且由于得到有效虛擬陣列孔徑大?。M(jìn)而影響接收機(jī)側(cè)信號(hào)處理的靈活性和角度分辨率。達(dá)的能力優(yōu)勢(shì)在于能夠充分挖掘感知目標(biāo)的RCSdiversity。對(duì)于一般的形狀和表面不規(guī)則的物體，其RCS會(huì)根據(jù)不同的信號(hào)入射角或出射角表現(xiàn)出明顯波動(dòng)，這個(gè)波動(dòng)范圍可以達(dá)到5-20dB[28]。另外一方面，無(wú)線信道的大尺度和小尺度衰落，也會(huì)導(dǎo)致不同發(fā)射機(jī)位置到達(dá)目標(biāo)，或目標(biāo)到達(dá)不同接收機(jī)位置的信號(hào)呈現(xiàn)明顯的差異。在目標(biāo)的RCS波動(dòng)以及信道衰落共同影響下，不同接收機(jī)位置接收到的目標(biāo)反射信號(hào)呈現(xiàn)不同特通過對(duì)多個(gè)接收機(jī)或接收機(jī)多個(gè)接收通道的接收信號(hào)進(jìn)行聯(lián)合處理，能夠有效提升感知SNR，提高目標(biāo)檢測(cè)概率。文獻(xiàn)[27]指出，上述分集增益的獲取與感知目標(biāo)在天線陣列的空間投影尺寸，以及發(fā)射天線或接收天此外，基于MIMO雷達(dá)的感知技術(shù)具有較強(qiáng)的雜波抑制能力，但由于各發(fā)射天線波形正交，導(dǎo)致波束較寬、基于相控陣?yán)走_(dá)的多天線感知技術(shù)，目前具有成熟的硬件實(shí)現(xiàn)方案和信號(hào)處理方法。通信感知一體化系統(tǒng)可以利用波束賦形集中發(fā)射能量，通過定向波束實(shí)現(xiàn)通信與感知。在該模式下，回波信號(hào)能量高、雜波少、回波信噪比較高，可以達(dá)到感知精度的提升。另一方面，基于波束賦形的感知，波束寬度決定了角度分辨率，感知區(qū)域較大時(shí)需要進(jìn)行波束掃描，多目標(biāo)彼此距離小于波束寬度則無(wú)法區(qū)分。由于感知和通信有不同的性能要求，通信感知一體化波束賦形的設(shè)計(jì)將面臨獨(dú)特的挑戰(zhàn)。首先，通信系統(tǒng)要求準(zhǔn)確指向通信方向的波束，以保障穩(wěn)定的高質(zhì)量通信，到那時(shí)感知系統(tǒng)通常需要掃描波束以實(shí)現(xiàn)對(duì)更大范圍內(nèi)目標(biāo)的估計(jì)和檢測(cè)。其次，感知系統(tǒng)波束寬度需要精心設(shè)計(jì)。例如，當(dāng)波束較寬時(shí)，系統(tǒng)單個(gè)波束的覆在該方式下發(fā)射波束覆蓋距離小，不適用于遠(yuǎn)距離通信與感知。此外，在諸如密集城區(qū)等復(fù)雜環(huán)境中，全向波束形成的回波雜波干擾較多，系統(tǒng)的感知精度較低。此外，在毫米波波束賦形系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)波束賦形的硬件條件會(huì)影響算法性能，例如移相器的量化誤差、天線陣列耦合等非理想因素將造成波形失配、增益下降等針對(duì)通信與感知波束賦形設(shè)計(jì)準(zhǔn)則不同的問題可以有以下解決方案。在定向波束傳輸模式下，通信感知一體實(shí)現(xiàn)通信與感知系統(tǒng)的獨(dú)立設(shè)計(jì)，易于實(shí)現(xiàn)。文獻(xiàn)[33]提出了一種多波束方案，在進(jìn)行有效的波束賦形進(jìn)而通信的同時(shí)，附加波束感知了基站周圍的環(huán)境。在文獻(xiàn)[34]中，提出了多波束框架和具有兩個(gè)模擬陣列的波束賦形設(shè)計(jì)，以同時(shí)支持通信和感知。在車聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景下，文獻(xiàn)[35]基于硬件測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)了一種的快速波束對(duì)準(zhǔn)和波束跟蹤算法，在保證低延遲和高數(shù)據(jù)速率的毫米波通信的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了車輛的追蹤。但是上述方案也存在如下問題：首先，多波束使發(fā)射能量分散，造成感知范圍的減少。其次，鏈路預(yù)算或感知功能在非波束直射的方向上將產(chǎn)生損失。第三，當(dāng)接收機(jī)同時(shí)接收到來(lái)自多個(gè)感知波束的回波信號(hào)時(shí)，如何區(qū)分這些回波信號(hào)也是較為困難的。綜上，設(shè)計(jì)自適應(yīng)的波束選擇與波束賦形策略，合理地調(diào)整通信波束與感知波束的傳輸方式以得到系統(tǒng)覆蓋距離與系統(tǒng)性能的最優(yōu)折中是十分必要的。值得一提的是，隨著毫米波（millimeterWave，mmWave）以及大規(guī)模MIMO技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，數(shù)字模擬混合架構(gòu)的大規(guī)模MIMO正成為發(fā)展趨勢(shì)[36]。這種數(shù)?；旌霞軜?gòu)包括全連接結(jié)構(gòu)(Fully-Connected，F(xiàn)C)、部分連接結(jié)構(gòu)(Partially-Connected，PC)，以及上述兩者的折中連接結(jié)構(gòu)。一個(gè)或多個(gè)天線陣元與一個(gè)模擬移相器連接，模擬相位調(diào)控；一組與多個(gè)模擬移相器連接的天線構(gòu)成一個(gè)子陣列（Subarray）。Converter，DAC）連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)字幅相調(diào)控。這種混合架構(gòu)大幅度減少了降低了射頻鏈路數(shù)目的需求，節(jié)約了實(shí)現(xiàn)成本。目前，學(xué)界針對(duì)這種結(jié)構(gòu)的混合波束賦形進(jìn)行了廣泛研究[37]，但針對(duì)這種架構(gòu)下的通感一體化研究處在探索階段[38]。未來(lái)通感一體化場(chǎng)景中，基于雷達(dá)技術(shù)的感知，諸如行人、機(jī)動(dòng)車、無(wú)人機(jī)等的設(shè)備解耦（Device-free）的定位和軌跡追蹤等，往往需要對(duì)某個(gè)區(qū)域一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)或事件進(jìn)行感知，在此之前也可能需要對(duì)角度覆蓋范圍較大的區(qū)域先進(jìn)行檢測(cè)，識(shí)別目標(biāo)所在大致區(qū)域。不同于傳統(tǒng)雷達(dá)場(chǎng)景，通感一體化場(chǎng)景下，業(yè)務(wù)覆蓋信號(hào)多徑傳播對(duì)于通信來(lái)說(shuō)能夠提升容量，但對(duì)于感知來(lái)說(shuō)情況更復(fù)雜，一部分會(huì)成為雜波，另一部分也可能有助于提升感知性能[39]。可以預(yù)見，混合架構(gòu)的大規(guī)模MIMO仍然是未來(lái)大容量高可靠通信的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，這種結(jié)構(gòu)有望實(shí)現(xiàn)可動(dòng)態(tài)調(diào)控的天線/天線子陣列拓?fù)?，以及發(fā)送信號(hào)的靈活配置，這為實(shí)現(xiàn)通感一體化提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。利用數(shù)量可觀的天線陣元，能夠?qū)崿F(xiàn)感知波束的精細(xì)調(diào)控，提升感知性能。未來(lái)，6G網(wǎng)絡(luò)將具有無(wú)時(shí)不刻、無(wú)處不在地感知物理世界的基礎(chǔ)能力。網(wǎng)絡(luò)協(xié)作通信感知一體化技術(shù)旨在充分利用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中大量部署的節(jié)點(diǎn)，通過節(jié)點(diǎn)間的信息交互，實(shí)現(xiàn)通信、感知信息的深度融合，賦予6G網(wǎng)絡(luò)更強(qiáng)的感知能力，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生。與傳統(tǒng)的單節(jié)點(diǎn)通感一體化系統(tǒng)相比，協(xié)作通感一體化通過在分布式收發(fā)節(jié)點(diǎn)間引入?yún)f(xié)作，有效避免單節(jié)點(diǎn)通感的自干擾刪除問題，擴(kuò)大感知范圍，實(shí)現(xiàn)連續(xù)覆蓋，并可利用聯(lián)合處理提升感知精度（尤其是對(duì)于小區(qū)邊緣目標(biāo)）。網(wǎng)絡(luò)協(xié)作感知系統(tǒng)模型如圖5-6所示。在該系統(tǒng)模型中，節(jié)點(diǎn)A作為通感一體化發(fā)送端，其發(fā)出的下行通信信號(hào)由該小區(qū)內(nèi)的用戶A接收，用于數(shù)據(jù)通信。節(jié)點(diǎn)A也可以發(fā)送感知信號(hào)，經(jīng)目標(biāo)反射后，感知回波信號(hào)由節(jié)點(diǎn)B和節(jié)點(diǎn)C接收，用于聯(lián)合感知。通過這一協(xié)作感知過程，可以將感知的收發(fā)端在空間上分離開，節(jié)此外，當(dāng)節(jié)點(diǎn)B和節(jié)點(diǎn)C工作在上行模式時(shí)，還可以與各自小區(qū)內(nèi)的用戶進(jìn)行上行通信。協(xié)作通信感知一體化的實(shí)現(xiàn)面臨多項(xiàng)挑戰(zhàn)，包括節(jié)點(diǎn)間同步、發(fā)送序列設(shè)計(jì)、波束賦形與管理、上下行干擾以及參數(shù)聯(lián)合處理等。節(jié)點(diǎn)間同步是感知信息高效融合的前提，由于各節(jié)點(diǎn)在地理位置上的差異，導(dǎo)致時(shí)間上的同步誤差，進(jìn)而削弱感知性能。因此需要設(shè)計(jì)同步方案，消除同步誤差的不利影響。多節(jié)點(diǎn)協(xié)作感知的此外，節(jié)點(diǎn)數(shù)目、節(jié)點(diǎn)位置以及節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)融合方式等也會(huì)直接影響感知精度，需要進(jìn)行靈活的部署和調(diào)度。在網(wǎng)絡(luò)協(xié)作通感一體化系統(tǒng)中，多節(jié)點(diǎn)間同步誤差將會(huì)引入額外的相位偏差，導(dǎo)致感知時(shí)延的模糊，進(jìn)而造成感知精度的下降。因此，在基于多節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)作通感一體化系統(tǒng)中，收發(fā)端同步誤差對(duì)定位精度的損失關(guān)于同步問題的解決方案包括共同時(shí)鐘校準(zhǔn)（有線連接、GPS等）、利用參考徑（詳見5.4節(jié)）等，但現(xiàn)有方法實(shí)現(xiàn)同步仍有諸多弊端，例如有線連接限制了網(wǎng)絡(luò)協(xié)作感知系統(tǒng)的靈活擴(kuò)展、依賴GPS信號(hào)限制了網(wǎng)絡(luò)協(xié)作通感覆蓋區(qū)域（在GPS信號(hào)覆蓋較弱的地方，無(wú)法完成收發(fā)端同步）、完成同步時(shí)間周期較長(zhǎng)、部分用于同步的關(guān)鍵器件導(dǎo)致系統(tǒng)成本增加等。因此，降低或避免同步誤差需要從系統(tǒng)性能、復(fù)雜度、成本等角度發(fā)送序列設(shè)計(jì)不同于單基站獨(dú)立感知的某些場(chǎng)景可復(fù)用數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行感知，對(duì)于多節(jié)點(diǎn)協(xié)作感知的模式，節(jié)點(diǎn)間協(xié)同的基礎(chǔ)是互相已知發(fā)送序列，因此需要考慮利用參考信號(hào)來(lái)完成感知。一種方式為利用現(xiàn)有的通信參考信號(hào)，例如解調(diào)參考信號(hào)（DMRS，DemodulationReferenceSign但是由于時(shí)頻域資源、通信目標(biāo)與感知目標(biāo)的方位差異、可探測(cè)的感知目標(biāo)數(shù)量等方面限制，感知精度和感知范圍將會(huì)受到影響。因此，針對(duì)多節(jié)點(diǎn)協(xié)作感知的模式，需要設(shè)計(jì)新的感知專用參考信號(hào)，并選擇自相關(guān)另一方面，協(xié)作節(jié)點(diǎn)間發(fā)送序列的設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮到接收信號(hào)的正確檢測(cè)。根據(jù)雷達(dá)方程可以得知，經(jīng)物體反射后，感知信號(hào)接收功率與距離的四次方成反比。當(dāng)感知目標(biāo)較遠(yuǎn)時(shí)，接收信號(hào)強(qiáng)度較弱，可能會(huì)出現(xiàn)無(wú)法正確進(jìn)行信號(hào)接收和感知探測(cè)的情況。此外，由于目標(biāo)物體材質(zhì)、信號(hào)散射等，也會(huì)導(dǎo)致反射信號(hào)強(qiáng)度弱，可能會(huì)出現(xiàn)無(wú)法正確進(jìn)行信號(hào)接收和感知探測(cè)的情況。此外，由于目標(biāo)物體材質(zhì)、信號(hào)散射等，也會(huì)導(dǎo)致反射信號(hào)強(qiáng)度弱，感知范圍變小。由于OFDM波形存在峰均比（PAPR）較高的問題，因此現(xiàn)有移動(dòng)通信系統(tǒng)需要對(duì)功率放大器進(jìn)行功率回退，從而使功率放大器在線性區(qū)域運(yùn)行。然而，功率回退導(dǎo)致了發(fā)送功率的降低，使得感知回波信號(hào)更不易被檢測(cè)。因此，若基于OFDM波形進(jìn)行通信感知一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，需要選擇滿足感知范圍要求的參考信號(hào)序列，可采取低峰均比的序列（例如Zadoff–Chu序列等）作為感知序列，避免高PAPR的缺點(diǎn)，減少功率回退，增對(duì)于參考信號(hào)序列的映射方式，也需要進(jìn)行靈活的設(shè)計(jì)，來(lái)滿足不同的感知需求。例如，當(dāng)利用經(jīng)典的OFDM感知算法，通過信道信息矩陣來(lái)求解目標(biāo)物體的距離和速度時(shí)，需要對(duì)時(shí)延和多普勒分別引入的相位尤其當(dāng)感知資源受限的情況下，可考慮利用梳狀排布的方式，來(lái)滿足不同的感知精度和感知范圍需求。波束管理為獲得更遠(yuǎn)的感知覆蓋距離及更強(qiáng)的感知接收信號(hào)強(qiáng)度，掃描波束寬度通常較窄，掃描相同角度范圍，協(xié)作通信感知需要更多的感知波束數(shù)，將造成較大的資源開銷。此外，當(dāng)系統(tǒng)中同時(shí)存在多個(gè)感知目標(biāo)時(shí)，系統(tǒng)將測(cè)量出多組離開角與到達(dá)角，由于收發(fā)節(jié)點(diǎn)異置，若不進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，多組離開角、到達(dá)角與感知目標(biāo)將無(wú)法關(guān)聯(lián)，造成感知失敗?？梢?，設(shè)計(jì)合理的低開銷波束管理方案是非常必要的。降低波束掃描開銷的方案有兩種思路，第一種為設(shè)計(jì)增強(qiáng)型測(cè)角方案，使得系統(tǒng)采用較大的掃描間隔、較少的掃描波束數(shù)下依然可以得到較高的測(cè)角精度。第二種為首先縮小感知目標(biāo)所在空間范圍，然后在縮小的范圍內(nèi)掃描窄波束實(shí)現(xiàn)目標(biāo)感知。下面給出一種可行的兩階段波束掃描方法。如圖5-7所示，在第一階段，節(jié)點(diǎn)A與節(jié)點(diǎn)B通過寬波束掃描快速、粗略感知目標(biāo)所在區(qū)域。然后在第二階段利用窄波束精細(xì)掃描感知目標(biāo)所在區(qū)域，得到較強(qiáng)的回波信號(hào)，從而得到較高的感知角度分辨率與感知精度。值得注意的是，為保證寬波束具有與窄波束相同的覆蓋距離及窄波束的感知高精度，可以采用高、低頻協(xié)同的方式發(fā)射波束。即：使用低頻信號(hào)發(fā)送寬波束、高頻信號(hào)發(fā)送窄波束。大規(guī)模部署的分布式網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)為實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)作通信感知提供基礎(chǔ)支撐，協(xié)作感知需要引入動(dòng)態(tài)上下行配置方式（如動(dòng)態(tài)TDD這將額外引入上下行交叉鏈路干擾、小區(qū)內(nèi)上行通信用戶干擾等。如圖5-8所示，對(duì)于協(xié)作感知模式，節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn)2的時(shí)隙配置類型與感知信號(hào)的收發(fā)過程、感知區(qū)域及感知精度要求有關(guān)，涉及協(xié)作節(jié)點(diǎn)上下行時(shí)隙配置的改變。例如，節(jié)點(diǎn)1配置為下行時(shí)隙時(shí)，節(jié)點(diǎn)2如采用相同的上下行配置，將無(wú)法有效接收感知信號(hào)，其在協(xié)作感知模式中可被重新配置為上行時(shí)隙，即協(xié)作通感占用的相關(guān)時(shí)隙需重新進(jìn)行上下行配置。然而，當(dāng)節(jié)點(diǎn)1處于下行信號(hào)發(fā)射，節(jié)點(diǎn)2同時(shí)接收本小區(qū)上行通信信號(hào)時(shí)，則可能引發(fā)因此，在采取協(xié)作感知模式時(shí)，網(wǎng)絡(luò)需要盡可能避免上下行干擾等對(duì)一體化性能的影響，以同時(shí)滿足網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)，為評(píng)估干擾強(qiáng)度對(duì)通信、感知功能性能的影響，可建立干擾隨機(jī)幾何模型，并基于該干擾模型進(jìn)一步研究降低干擾的自動(dòng)化干擾檢測(cè)和規(guī)避技術(shù)，具體包括：1)干擾檢測(cè)：設(shè)計(jì)專用干擾測(cè)量參考信號(hào)，用于獲取基站及用戶的受干擾情況等信息，并上報(bào)上下行鏈路交叉干擾、小區(qū)內(nèi)上下行干擾、及小區(qū)間同頻干擾等。為了提高干擾測(cè)量準(zhǔn)確度與及時(shí)性，除選擇和設(shè)計(jì)與協(xié)作感知干擾模型分析相匹配的測(cè)量參考信號(hào)外，進(jìn)一步研究與之匹配的測(cè)量及上報(bào)機(jī)制。2)干擾抑制：干擾抑制可從空域、數(shù)字及功率域進(jìn)行，例如利用多天線空間自由度設(shè)計(jì)預(yù)編碼和/或接收向量實(shí)現(xiàn)空域干擾抑制，基于先進(jìn)的數(shù)字處理算法刪除強(qiáng)干擾信號(hào)，或者通過靈活調(diào)整發(fā)射功率的方式實(shí)3)干擾規(guī)避：基于干擾測(cè)量結(jié)果，從時(shí)域、頻域、空域、碼域及功率域等維度的調(diào)度資源入手，通過設(shè)計(jì)協(xié)作節(jié)點(diǎn)的選擇與調(diào)度方案、收發(fā)時(shí)隙配置方案等，使通信與通信、通信與感知、感知與感知等行為間盡干擾的協(xié)作調(diào)度會(huì)一定程度上造成系統(tǒng)資源利用率降低。連續(xù)性和高定位精度等的關(guān)鍵技術(shù)保障。在后續(xù)研究中，要注意區(qū)分協(xié)作通信感知系統(tǒng)干擾與傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)干擾存在與處理的差異性，上述干擾信息間可能存在有特定目標(biāo)相關(guān)的有效信息，可通過多節(jié)點(diǎn)信息聯(lián)合處理的方式，不僅可以聯(lián)合消除干擾，還能充分利用各徑信號(hào)攜帶的信息，幫助提升通信及感知信息的全面性及準(zhǔn)確性。另外，干擾管理要注意蜂窩網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，與節(jié)點(diǎn)部署及組網(wǎng)研究相結(jié)合，解決協(xié)作節(jié)點(diǎn)調(diào)度時(shí)的競(jìng)爭(zhēng)和合作關(guān)系。在協(xié)作通信感知的實(shí)際應(yīng)用中，還需充分考慮感知與通信間的干擾以及不同感知任務(wù)間的干擾，以滿足系統(tǒng)對(duì)通信與感知的實(shí)際需求。參數(shù)聯(lián)合處理多節(jié)點(diǎn)協(xié)同感知需要多節(jié)點(diǎn)建立感知協(xié)同接口，協(xié)調(diào)感知相關(guān)信息及相關(guān)資源，并執(zhí)行感知相關(guān)操作。在選擇感知節(jié)點(diǎn)時(shí)，需要考慮感知信號(hào)的頻段、帶寬和發(fā)送功率對(duì)知精度和感知范圍的影響，還要兼顧感知節(jié)點(diǎn)的通信業(yè)務(wù)量，避免對(duì)通信無(wú)線資源的擠兌，降低通信速率。另外，選取合適數(shù)量的感知節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作感知也需要統(tǒng)籌設(shè)計(jì)。數(shù)量過多的感知節(jié)點(diǎn)會(huì)造成資源浪費(fèi)，增加感知節(jié)點(diǎn)間的相互干擾，而感知節(jié)點(diǎn)數(shù)量不足會(huì)影響感知精度與可靠性，在干擾信號(hào)較強(qiáng)或者感知目標(biāo)回波功率空間分布不均的情況下，需要額外增加調(diào)度感知節(jié)點(diǎn)輔助感知。如圖5-9所示，三個(gè)感知節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)解決獨(dú)立感知存在的多普勒盲問題（即無(wú)法測(cè)量切向速度），并獲得后向路徑的散射分集增益[28]，較為精確地估計(jì)出感知目標(biāo)位置、速度等信息。在估計(jì)感知目標(biāo)信息的過程中，需要融合多節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)以提高感知的準(zhǔn)確性，其中感知空間統(tǒng)一性是感知信息高效融合的前提條件。在數(shù)據(jù)級(jí)融合的協(xié)作感知中，不同節(jié)點(diǎn)通過共享各自的感知結(jié)果信息來(lái)獲得協(xié)同感知的性能增益[45]，此時(shí)，不同節(jié)點(diǎn)需要使用統(tǒng)一的空間坐標(biāo)系來(lái)表達(dá)感知結(jié)果，彌補(bǔ)感知信息的系統(tǒng)誤差。在信號(hào)級(jí)融合的協(xié)作感知中，不同節(jié)點(diǎn)通過共享各自的原始感知信號(hào)來(lái)獲得協(xié)同感知的性能增益，此時(shí)，不同節(jié)點(diǎn)間需要明確統(tǒng)一探測(cè)的區(qū)域，提升感知結(jié)果的可靠性。5.4感知非理想因素的消除技術(shù)5.4感知非理想因素的消除技術(shù)在通感一體化應(yīng)用中，獲取精確的測(cè)量信息尤為重要，而器件和硬件電路的非理想因素會(huì)顯著影響測(cè)量精度[44,48]。在基站和終端之間發(fā)送和接收的感知方式中，提取信道狀態(tài)信息（ChannelStateInformation，CSI）進(jìn)行感知，是通感一體化的主要實(shí)現(xiàn)方式。因此獲取質(zhì)量較好的信道估計(jì)尤其重要，而一些非理想因素感知信號(hào)的接收端和發(fā)射端使用各自的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行定時(shí)，收發(fā)端之間的定時(shí)差異會(huì)造成定時(shí)偏移，給感知信號(hào)在頻域上帶來(lái)除了由信號(hào)傳播時(shí)延產(chǎn)生的、額外的相位偏差。因此，定時(shí)偏移會(huì)造成感知信號(hào)時(shí)延的模糊，從而帶來(lái)距離測(cè)量的模糊，即計(jì)算得到的距離值是在真實(shí)距離值上疊加了一個(gè)未知的偏移值，導(dǎo)致感知精度的下降。假設(shè)感知信號(hào)的發(fā)射時(shí)間被設(shè)定為，受到感知信號(hào)收發(fā)端設(shè)備中時(shí)鐘的非理想因素的影響，實(shí)際發(fā)送信號(hào)時(shí)刻為、接收信號(hào)時(shí)刻為，另外，設(shè)感知信號(hào)的傳播時(shí)延為，則接收信號(hào)經(jīng)過求為65ns[54]，不能滿足網(wǎng)絡(luò)協(xié)作通感對(duì)感知精度載波頻率偏移來(lái)自兩個(gè)方面：一是收發(fā)端設(shè)備本振頻率偏差（LocalFrequencyOffset,LFO收發(fā)端設(shè)備使用各自的本振頻率源進(jìn)行信號(hào)生成，收發(fā)端設(shè)備之間的本振頻率差異會(huì)引起載波頻率偏移；二是多普勒頻移，由收發(fā)端設(shè)備之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)以及信號(hào)傳播環(huán)境中物體的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的多普勒頻移也會(huì)給OFDM系統(tǒng)帶來(lái)影響感知信號(hào)正確解調(diào)，對(duì)高精度感知帶來(lái)了挑戰(zhàn)。圖5-10展示了小數(shù)倍載波頻率偏移對(duì)于測(cè)距均方根誤差的影響。仿真假設(shè)子載波間隔60kHz、中心頻點(diǎn)26GHz、帶寬100MHz。從圖中可以看到，當(dāng)載波頻率偏移較小時(shí)（CFO=0.3SCS達(dá)到相同的感知精度對(duì)SNR的要求提升約6dB；當(dāng)載波頻率偏移增加時(shí)（CFO=0.7SCS需要將SNR提升8dB才能達(dá)到相同的感知精度。當(dāng)載波頻率偏移進(jìn)一步增加時(shí)（CFO=1SCS），接收機(jī)將無(wú)法進(jìn)行正確的感知在通感一體化系統(tǒng)中，需要通過感知信號(hào)處理獲得由感知目標(biāo)運(yùn)動(dòng)引起的多普勒頻移。從感知信號(hào)的接收端來(lái)看，本振頻率偏移和多普勒頻移疊加在一起，從而本振頻率偏移會(huì)造成多普勒頻移測(cè)量的模糊，從而帶來(lái)速度測(cè)量的模糊，即計(jì)算得到的速度值是在真實(shí)速度值上疊加了由本振頻率偏移引起的偏移值。假設(shè)感知信號(hào)載頻被設(shè)定為，受到感知信號(hào)收發(fā)端設(shè)備中本振頻率源的非理想因素的影響，實(shí)際發(fā)送信號(hào)頻率為f+f、接收端本振信號(hào)頻率為，另外，設(shè)感知目標(biāo)與收發(fā)端設(shè)備之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的多普勒頻移為，則接收信號(hào)經(jīng)下變頻后基帶信號(hào)頻率為；從中提取出多普勒頻移需波束賦形的幅度和相位的誤差，將導(dǎo)致形成的波束形狀（波束增益、波束寬度、旁瓣水平）與期望不符，進(jìn)而隨機(jī)相位來(lái)自于發(fā)射機(jī)天線、射頻模塊（包括連接射頻通道上的各種器件）、數(shù)字處理模塊、時(shí)鐘模塊的其若設(shè)備具有不止1套發(fā)射機(jī)，則每個(gè)發(fā)射機(jī)可能會(huì)產(chǎn)生獨(dú)立的隨機(jī)相位。該隨機(jī)相位一般在發(fā)射信號(hào)帶寬內(nèi)是一致的，但不同時(shí)刻上產(chǎn)生的隨機(jī)相位值是不同的，呈現(xiàn)在某個(gè)弧度范圍內(nèi)隨機(jī)分布。時(shí)域隨機(jī)相位會(huì)嚴(yán)重影響多普勒或速度的測(cè)量，甚至通常導(dǎo)致多普勒或速度無(wú)法測(cè)量。利用OFDM波形進(jìn)行感知時(shí)，相位噪聲是影響感知精度的重要因素之一。相噪是接收機(jī)的射頻硬件在各種噪聲的影響下，對(duì)輸出信號(hào)產(chǎn)生相位的隨機(jī)變化。不同于熱噪聲，相位噪聲是乘性噪聲而不是加性噪聲，這對(duì)高精度感知帶來(lái)了挑戰(zhàn)。當(dāng)采用經(jīng)典的OFDM感知算法時(shí)，即通過分析信道信息矩陣得到時(shí)延和多普勒所引入的相位差來(lái)估計(jì)目標(biāo)物體的距離和速度，相噪會(huì)對(duì)上述相位估計(jì)產(chǎn)生影響，進(jìn)而降低感知精度。圖5-11展示了相位噪聲對(duì)于測(cè)距均方根誤差的影響。仿真假設(shè)子載波間隔60kHz、中心頻點(diǎn)26GHz、帶寬100MHz。從圖中可以看到，當(dāng)相噪較小時(shí)σ_pn^2=π),達(dá)到相同的感知精度對(duì)SNR的要求提升約2dB，當(dāng)相噪增加時(shí)(σ_pn^2=π,需要將SNR提升9dB才能達(dá)到相同的感知精度。當(dāng)相噪較大時(shí)，接收機(jī)將無(wú)法進(jìn)行正確的感知信息提取。因此，當(dāng)系統(tǒng)中的相位噪聲較大時(shí)，需要進(jìn)行相噪消除，來(lái)滿足高精對(duì)于通信功能，上述的感知非理想因素的影響較小或者能夠通過同步或信道估計(jì)過程被很好地抑制。除上述的感知非理想因素以外，功放不確定性（PowerAmplifierUncertainty,PAU）、IQ路不平衡（In-phaseQuadratureImbalance）等因素也會(huì)造成感知信號(hào)的惡化、降低感知性能，這些問題是感知與通信的共性問在文獻(xiàn)中，關(guān)于定時(shí)偏移、載波頻率偏移和相位噪聲的研究和解決方案較多，通道不一致性可通過硬件的校下面介紹關(guān)于定時(shí)偏移和載波頻率偏移的幾種解決方法。感知信號(hào)的收發(fā)端之間共用時(shí)鐘是解決定時(shí)偏移和本振頻率偏移問題的最直接的方法[46]，主要包括以下兩■感知信號(hào)的收發(fā)端之間通過有線連接（例如，光纖鏈路）共用同一時(shí)鐘源，此種方法在定時(shí)偏移和本此種方法要求感知信號(hào)的收發(fā)端設(shè)備均為固定位置設(shè)備，限制了系統(tǒng)靈活性，在通感一體化的四種收發(fā)不同設(shè)備的感知模式中，只有基站間收發(fā)的感知模式能夠采用此種方法，而基站和UE之間、以及UE和UE之間GNSS）進(jìn)行同步。如需進(jìn)一步降低同步誤差，系統(tǒng)需要配置銣原子鐘鎖定GPS/北斗信號(hào)[55]或同步高度穩(wěn)定的石英晶體振蕩器[56]實(shí)現(xiàn)同步。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)GPS天線接入系統(tǒng)，經(jīng)過大約15分鐘，雷達(dá)收發(fā)端同步漂移速率降低至每分鐘5ns[57]。但是該方案在GPS或北斗信號(hào)覆蓋較弱的地方無(wú)法完成收發(fā)端同步；其對(duì)多個(gè)共用時(shí)鐘源的接收天線的接收信號(hào)進(jìn)行除法運(yùn)算或者共軛乘運(yùn)算，能夠抑制收發(fā)端之間本振頻率偏移的影響，提取出感知目標(biāo)的多普勒頻移，該方法在生命體征（呼吸、心跳）檢測(cè)的感知應(yīng)用場(chǎng)景中得到很好的應(yīng)用，具有較好的性能[47]。文獻(xiàn)中感知信號(hào)復(fù)用Wi-Fi的信道狀態(tài)信息（ChannelStateInformation,CSI）參考信號(hào)，因此不同天線接收信號(hào)之間的除法運(yùn)算方法又被稱為CSI商方法。H(f)和表示感知信號(hào)接收端設(shè)備中共用時(shí)鐘源的兩個(gè)天線的接收信號(hào)，表示由本振頻率偏從公式中可以看出，兩個(gè)天線接收信號(hào)所承受的本振頻率偏移是相同的，經(jīng)過除法運(yùn)算或者共軛乘運(yùn)算后很容易被去除。進(jìn)一步地，在靜態(tài)徑的功率占主導(dǎo)地位的情況下，CSI商的方法能夠提取出感知目標(biāo)的多普勒第一項(xiàng)和第四項(xiàng)分別是靜態(tài)分量和功率較小、可以忽略的動(dòng)態(tài)分量。可以看出，共軛乘運(yùn)算后的第二項(xiàng)和第三項(xiàng)在頻域上互為鏡像分量，因此，提取出的多普勒頻移值是模糊的。CSI商或共軛乘的方法的局限性在于，首先，只能提取感知目標(biāo)的多普勒頻移、而無(wú)法解決定時(shí)偏差帶來(lái)的時(shí)延模糊問題；其次，此種方法要求感知環(huán)境中只有感知目標(biāo)主導(dǎo)的動(dòng)態(tài)徑（有多普勒頻移其他徑均為靜態(tài)徑，這要求環(huán)境中不能存在其他運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。如圖5-12(a)所示，典型的可用作為參考徑的是LOS（LineofSight）徑[49]。發(fā)射端發(fā)射的通感信號(hào)分別通過LOS徑及經(jīng)過感知目標(biāo)的反射徑到達(dá)接收端。根據(jù)感知信號(hào)的收發(fā)端之間的相對(duì)位置和相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，計(jì)算得到LOS徑的真實(shí)時(shí)延和真實(shí)多普勒；以感知信號(hào)的接收端設(shè)備（或者感知信號(hào)處理設(shè)備）計(jì)算得到的LOS徑的測(cè)量時(shí)延和測(cè)量頻率與真實(shí)時(shí)延和真實(shí)多普勒進(jìn)行對(duì)照，即可得到時(shí)延偏移和本振頻率偏移，用來(lái)估計(jì)出感知目標(biāo)反射徑的信號(hào)傳播時(shí)延和多普勒頻移。例如，假設(shè)LOS徑和經(jīng)感知目標(biāo)反射徑的信號(hào)傳播時(shí)延分別為和、多普勒頻移分別為和，接收端相對(duì)發(fā)送端的定時(shí)偏移和本振頻率偏移分別為和，其中和能夠通過收發(fā)端之間相對(duì)位置和相對(duì)運(yùn)動(dòng)得到真實(shí)值；則LOS徑和經(jīng)感知目標(biāo)反射徑的信號(hào)在接收端經(jīng)信號(hào)處理后得到的測(cè)量時(shí)延分別為和和；因此，可以得到定時(shí)偏移和多普勒頻移分別為和fus，或者，直接估計(jì)出目標(biāo)反射徑的時(shí)延和多普勒為和。在利用參考徑進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是感知信號(hào)的接收端設(shè)備（或者感知信號(hào)處理設(shè)備）需要從多徑信號(hào)中識(shí)別出參考徑。在有LOS徑的場(chǎng)景下，由于LOS徑通常占據(jù)了接收信號(hào)中的大部分能量，根據(jù)這一特征LOS徑較為容易被識(shí)別出來(lái)。一種簡(jiǎn)化的情況是，感知信號(hào)的收發(fā)端設(shè)備均處于靜止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)LOS的真實(shí)當(dāng)感知信號(hào)的收發(fā)端設(shè)備之間因?yàn)檎趽醯仍蚨鴽]有LOS徑時(shí)，可以利用RIS進(jìn)行中繼來(lái)獲得參考徑[50]，時(shí)延和真實(shí)多普勒。同樣地，以感知信號(hào)的接收端設(shè)備（或者感知信號(hào)處理設(shè)備）計(jì)算得到的經(jīng)過RIS反射的參考徑的測(cè)量時(shí)延和測(cè)量頻率與真實(shí)時(shí)延和真實(shí)多普勒相對(duì)照，即可得到時(shí)延偏移和多普勒偏移。感知信接收端根據(jù)調(diào)制信息提取出經(jīng)RIS反射的參考徑[51]。類似于NR定位中的往返時(shí)間（Round-TripTime,RTT）方法[52]，在通感一體化系統(tǒng)中可以通過往返測(cè)量來(lái)估計(jì)出感知信號(hào)的收發(fā)端設(shè)備之間的定時(shí)頻移和本振頻率偏移。其基本思想是，在較短的時(shí)間內(nèi)（例如，幾毫秒到幾十毫秒感知目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（位置和速度）沒有發(fā)生變化；對(duì)于同一感知目標(biāo)，基于感知信號(hào)的收發(fā)端設(shè)備之間相互收發(fā)感知信號(hào)，進(jìn)行往返測(cè)量得到的信號(hào)傳播時(shí)延和多普勒頻移是相同的，而定時(shí)偏移和本振頻率偏移的絕對(duì)值相同、正負(fù)號(hào)相反，因此可以提取出定時(shí)偏移和本振頻率偏移。如下圖所示，設(shè)圖中節(jié)點(diǎn)B設(shè)備相對(duì)于節(jié)點(diǎn)A的定時(shí)偏移和本振頻率偏移分別為和。在由節(jié)點(diǎn)A發(fā)送感知信號(hào)、節(jié)點(diǎn)B接收感知信號(hào)的測(cè)量中，節(jié)點(diǎn)B通過接收感知信號(hào)并進(jìn)行信號(hào)處理得到的時(shí)號(hào)傳播時(shí)延和多普勒頻移；那么，在由節(jié)點(diǎn)B發(fā)送感知信號(hào)、節(jié)點(diǎn)A接收感知信號(hào)的測(cè)量中，節(jié)點(diǎn)A通過接收感知信號(hào)并進(jìn)行信號(hào)處理得到的時(shí)延和頻率信息分別為和；因此，可以通過對(duì)節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B分別測(cè)量得到的時(shí)延和頻率信息進(jìn)行聯(lián)合處理，提取出定時(shí)偏移和載波頻率偏移，或者，通過將兩次測(cè)量得到的時(shí)延和頻率信息相加取平均，可以消除定時(shí)偏移和本振頻率偏移的影響，直接得出信號(hào)傳播時(shí)延和多普勒頻偏。聯(lián)合處理的方案可以是節(jié)點(diǎn)B將測(cè)量結(jié)果發(fā)送給節(jié)點(diǎn)A、由節(jié)點(diǎn)A提取定時(shí)偏移和載波頻率偏移，也可以是節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B分別將測(cè)量結(jié)果發(fā)送給第三方節(jié)點(diǎn)（例如，核心網(wǎng)設(shè)備）、由第三方節(jié)點(diǎn)處理。此種方法的難點(diǎn)在于，需要在存在定時(shí)偏移和本振頻率偏移的情況下，將節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B分別檢測(cè)出的對(duì)應(yīng)同一感知目標(biāo)的時(shí)延和多普勒信息關(guān)聯(lián)起來(lái)；例如，將節(jié)點(diǎn)A檢測(cè)出的感知目標(biāo)和節(jié)點(diǎn)B檢測(cè)出的感知目標(biāo)確定為同一感知目標(biāo)。為確保感知信息的有效提取，需要有效補(bǔ)償頻偏，其前提是載波頻率偏移的估計(jì)。這里的載波頻率偏移是本振頻率偏移和多普勒頻移疊加的結(jié)果。載波頻率偏移估計(jì)可以在時(shí)域或者頻域進(jìn)行：■時(shí)域估計(jì)：可利用CP或者導(dǎo)頻信號(hào)進(jìn)行CFO估計(jì)。在基于CP的CFO估計(jì)方法中，其核心是利用CP及相應(yīng)的OFDM符號(hào)相乘之后的相角確定頻偏，該方案CFO的估計(jì)范圍局限于±0.5個(gè)子載波間隔；在利用導(dǎo)頻信號(hào)進(jìn)行CFO估計(jì)方法中，其核心是將導(dǎo)頻信號(hào)在時(shí)域重復(fù)若干次后發(fā)送，該方案可有效增加CFO估計(jì)范圍，但系統(tǒng)均方誤差性能略有下降，兩者之間存在一定折中關(guān)系；■頻域估計(jì)：可利用P.H.Moose提出的最