6G作为下一代移动通信系统,将跨越人联和物联,迈向万物智联的新时代。通信感知一体化是6G的六大潜在场景之一,未来6G网络将利用全频段、大带宽、大规模天线阵列、多节点协作等能力,提供超高分辨的检测定位跟踪、环境目标重构与成像、目标动作识别等能力,在支撑极致通信体验的同时,实现智能家庭、智慧工厂、智慧医疗、终极自动驾驶等网络服务场景。
感知应用具有感知和通信一体并实现互助、多种感知应用需求、多种感知模式、更立体的覆盖等特征。6G网络对于基站的需求主要集中在信号设计、信号处理、干扰消除、多天线等技术。基站需要能够获得感知结果来辅助通信资源的优化。
6G终端需要具备满足特定需求的感知功能,具体体现在感知信号接收和发送、感知信息采集和处理、感知信息传输等方面。
潜在感知波形包括OFDM、FMCW、OTFS、OCDM等。OFDM具有承载数据的能力强、易与现有标准兼容、模糊函数呈现图钉状等优点,但存在峰值平均功率比高、自发自收时自干扰抑制困难等缺点。FMCW具有峰均比低、自干扰抑制简单、对多普勒扩展不敏感等优点,但承载数据的能力差。OTFS在高速移动场景下的距离估计具有优势,但实现方面还有一定困难。OCDM在扩展感知范围上具有正面效果,但无法像OFDM结合DFT-s-OFDM一样在一个符号的时长内生成脉冲式的信号。
感知信号设计需要考虑序列自相关特性、互相关特性、PAPR特性等方面。感知信号序列设计可以采用Gold序列和ZC序列。感知信号图样设计可以采用压缩感知方法、差分协同阵列方法等。感知信号复用方式可以采用通感空分复用。通感信号融合设计可以将多种类型的参考信号融合与一个目的相关联。
感知信号处理需要解决干扰消除、虚拟孔径、功率分配、目标特征识别等问题。干扰消除可以采用密度聚类算法、失配滤波、稀疏感知以及多脉冲累积等方法。虚拟孔径技术可以降低ISAC系统的硬件成本,并提升天线硬件的利用率。功率分配方法包括等功率分配技术和固定功率分配技术。目标特征识别可以利用无线定位技术和感知技术结合,或利用标签技术近似身份识别。
感知波束管理包括感知波束独立管理、通感波束融合管理、通信辅助感知波束管理。感知波束独立管理需要支持感知接收机利用多个阵列进行目标来波角度估计,同时扩大接收机的角度检测范围。通感波束融合管理需要考虑感知和通信的不同性能需求,并采用有效的窄波束管理策略。通信辅助感知波束管理可以使感知接收机在无先验信息的情况最大程度地复用通信回波信号对目标进行感知。
感知辅助通信包括感知辅助通信信道估计、感知辅助通信波束跟踪、感知辅助通信覆盖增强。感知辅助通信信道估计可以利用感知信息作为先验信息,重构基于线性状态转移的信道响应,提升CSI估计精度。感知辅助通信波束跟踪可以利用感知结果来辅助波束跟踪,结合定位技术缩小波束扫描范围、缩短波束训练时间,并优化波束发送。感知辅助通信覆盖增强可以通过感知技术获取环境信息和设备信息,帮助终端更快识别出合适的目标小区,提高通信质量和稳定性。
目前,我国产、学、研、用各单位已全面并深入的开展无线通信感知一体化技术的研究和布局,深化空口关键技术研究可行性,加强原型样机关键技术验证,牵引产业标准化,推动产业链全面发展,促使通信感知一体化技术领域取得全面突破。