摘 要：通信感知一體化，具有廣闊的市場(chǎng)前景，是６Ｇ 熱門的研究技術(shù)之一。針對(duì)通感一體化的演進(jìn)路線，介紹了關(guān)鍵技術(shù)的３ 個(gè)方面，即通信輔助感知、感知輔助通信和通感聯(lián)合優(yōu)化，并針對(duì)特定問題給出了特定方案。結(jié)合感知服務(wù)的特征，提出系統(tǒng)提供感知服務(wù)所需的感知功能實(shí)體，并提出在面向６Ｇ 的通感一體化系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)上述感知功能實(shí)體的潛在方案，包括感知功能實(shí)體在核心網(wǎng)、基站和終端中的分配，以及通感一體化基站架構(gòu)。通過關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)架構(gòu)的聯(lián)合設(shè)計(jì)，全面而詳細(xì)地展示了通感一體化系統(tǒng)的優(yōu)越性和實(shí)際可實(shí)現(xiàn)性。

關(guān)鍵詞：通感一體化；關(guān)鍵技術(shù)；６Ｇ；感知服務(wù)；系統(tǒng)架構(gòu)

中圖分類號(hào)：ＴＮ９２９． ５ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（ＯＳＩＤ）：

文章編號(hào)：１００３－３１１４（２０２４）０３－０４６１－０８

０ 引言

通信感知一體化，即通感一體化，由于其潛在的廣闊市場(chǎng)和可行的技術(shù)背景［１－３］，在國內(nèi)外的研究熱度越來越高。國內(nèi)，ＩＭＴ２０３０（６Ｇ）推進(jìn)組持續(xù)３ 年發(fā)布白皮書和通感一體化相關(guān)研究報(bào)告［４－７］，最新的白皮書指出通信感知作為６Ｇ 的新興業(yè)務(wù)，通感設(shè)備有望在２０４０ 年達(dá)百億級(jí)，市場(chǎng)滲透率達(dá)１０％ ［４］，因此潛在市場(chǎng)廣大。國外，Ｏｎｅ６Ｇ 于２０２３ 年１０ 月發(fā)布了《６Ｇ Ｔｅｃｈｌｏｇｙ Ｏｖｅｒｖｉｅｗ》，其中通感一體化不僅被列為七大關(guān)鍵技術(shù)之一，同時(shí)也是另一關(guān)鍵技術(shù)“太赫茲頻段”的重要內(nèi)容之一［８］。此外，ＩＴＵ ２０２３ 年１１ 月通過的《ＩＭＴ 面向２０３０ 及未來發(fā)展的框架和總體目標(biāo)建議書》中也將通感一體化作為六大典型場(chǎng)景之一，感知能力作為６Ｇ 的一項(xiàng)基本能力［９］。２０２４ 年，３ＧＰＰ ＲＡＮ 也即將啟動(dòng)通感一體化研究項(xiàng)目。

通感一體化的核心在于利用通信和感知的一體化獲得分離的獨(dú)立系統(tǒng)不具備的增益。一方面，現(xiàn)有通感一體化的關(guān)鍵技術(shù)研究聚焦于理論與性能界、信號(hào)處理、物理層權(quán)衡和資源分配、多天線聯(lián)合預(yù)編碼、硬件設(shè)計(jì)等方面［１０－１２］。但從通感一體化的核心來看，關(guān)鍵技術(shù)仍需針對(duì)特定問題開展更具體的研究，以形成全面系統(tǒng)且實(shí)際可行的解決方案。另一方面，業(yè)界和學(xué)術(shù)界正在探討面向５ＧＡ 和６Ｇ的通感融合系統(tǒng)設(shè)計(jì)和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)［７，１３－２０］。其中，基于５ＧＡ 的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)研究較為收斂，ＩＭＴ２０２０（５Ｇ）推進(jìn)組２０２２ 年１１ 月發(fā)布的《５ＧＡｄｖａｎｃｅｄ 通感融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)研究報(bào)告》歸納了３ 種潛在基于５ＧＡ系統(tǒng)的通感融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)［１９］。ＩＭＴ２０３０（６Ｇ）推進(jìn)組２０２３ 年１０ 月發(fā)布的《６Ｇ 通感融合系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究報(bào)告》，圍繞６Ｇ 通感融合系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)６Ｇ 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和功能的影響及其他方面進(jìn)行了分析［７］。面向６Ｇ的通感融合系統(tǒng)設(shè)計(jì)仍處于探索階段。

１ 通感一體化關(guān)鍵技術(shù)探討

通感一體化關(guān)鍵技術(shù)研究的目標(biāo)是基于現(xiàn)有５Ｇ 及未來６Ｇ 通信系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)提供精準(zhǔn)感知服務(wù)、基于新增的感知功能輔助通信性能的提升以及基于二者的協(xié)同，從而提高系統(tǒng)的整體資源利用率。因此，從通信輔助感知、感知輔助通信和通感聯(lián)合優(yōu)化３ 個(gè)方面展開研究。

１． １ 通信輔助感知

通信輔助感知是指利用現(xiàn)有及未來通信系統(tǒng)中的一些節(jié)點(diǎn)和技術(shù)加以改進(jìn)，從而輔助該系統(tǒng)中感知功能的實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)有通信系統(tǒng)中最常見的通信節(jié)點(diǎn)包括基站和用戶，基于此演進(jìn)出通感一體化感知的６ 種模式，即基站單基、基站雙基、基站－用戶雙基、用戶－基站雙基、用戶單基以及用戶雙基。本質(zhì)上，這６ 種模式可歸為傳統(tǒng)雷達(dá)領(lǐng)域的單基雷達(dá)和雙基雷達(dá)，在通感一體化系統(tǒng)中，可定義為單基感知技術(shù)和雙基感知技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際場(chǎng)景需求，可獲得綜合這二者的多站感知協(xié)同技術(shù)。

單基感知技術(shù)是指感知系統(tǒng)中的發(fā)射機(jī)與接收機(jī)位于同一位置，發(fā)射機(jī)發(fā)射的感知信號(hào)被待感知目標(biāo)反射后，被與發(fā)射機(jī)處于同一位置的接收機(jī)接收并做感知處理。具體包括基站單基和用戶單基。用戶單基受用戶本身硬件限制，如天線數(shù)較少，比較適合近距離、目標(biāo)稀疏的場(chǎng)景。而基站單基模式由于其天線多、發(fā)射功率強(qiáng)，因此是當(dāng)前研究的重點(diǎn)。在基站作為通感一體化發(fā)射端時(shí)，通信和感知都采用傳統(tǒng)的正交頻分復(fù)用（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ，ＯＦＤＭ）波形。在通信方面，它攜帶數(shù)據(jù)和抗多徑的能力強(qiáng)，在感知方面，盡管目前缺乏相應(yīng)的大帶寬功放技術(shù)以適應(yīng)ＯＦＤＭ 的高峰值平均功率比，但可采用ＺａｄｏｆｆＣｈｕ（ＺＣ）序列來獲得較低的峰值旁瓣比，從而提升感知的性能。相應(yīng)地，通信接收端為傳統(tǒng)用戶，感知接收端為發(fā)射基站，感知接收算法可采用復(fù)雜度低的周期圖算法，也可采用高精度同時(shí)高復(fù)雜度的多重信號(hào)分類（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ＭＵＳＩＣ）算法、旋轉(zhuǎn)不變技術(shù)估計(jì)信號(hào)參數(shù)（Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ ＳｉｇｎａｌＰａｒａｍｅｔｅｒｓ ｕｓｉｎｇ Ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｖａｒｉａｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，ＥＳＰＲＩＴ）算法等。

實(shí)際室內(nèi)測(cè)試中，利用基站實(shí)現(xiàn)通感一體化，基站同時(shí)進(jìn)行單基感知和與用戶進(jìn)行下行通信，測(cè)試配置參數(shù)如表１ 所示。進(jìn)行以人為感知目標(biāo)的目標(biāo)檢測(cè)，測(cè)試軌跡如圖１ 所示，最終可實(shí)現(xiàn)小于０． １ ｍ的距離精度、小于１． ５°的角度精度以及１００％ 的檢測(cè)率，同時(shí)單通信用戶的峰值速率可達(dá)１ Ｇｂｉｔ／ ｓ。測(cè)試時(shí)采用收發(fā)天線物理隔離來降低自干擾，當(dāng)收發(fā)天線完全使用同一套天線時(shí)，自干擾會(huì)表現(xiàn)為零距離的準(zhǔn)靜態(tài)偽強(qiáng)目標(biāo)，會(huì)造成被測(cè)試的真實(shí)目標(biāo)被掩蓋，可采用文獻(xiàn)［３－４］中的射頻消除器和非線性數(shù)字消除器來消除自干擾。

雙基感知技術(shù)是指感知系統(tǒng)中，在空間上處于不同位置的天線進(jìn)行發(fā)射和接收感知信號(hào)。由于雙基系統(tǒng)發(fā)射機(jī)發(fā)射的感知信號(hào)被與其不同位置的接收機(jī)所接收，因此，與單基系統(tǒng)的最大不同是雙基系統(tǒng)需要保持時(shí)間、空間以及相位的同步。雙基模式具體包括基站雙基、基站－用戶雙基、用戶－基站雙基以及用戶雙基。其中，基站－用戶雙基、用戶－基站雙基以及用戶雙基這３ 種模式都涉及位置靈活多變且數(shù)目較多的用戶，發(fā)射機(jī)需要通過通信告知其位置和其他相關(guān)信息，如用戶ＩＤ 號(hào)。而基站雙基模式利用了通信的雙基站分別作為感知發(fā)射機(jī)和感知接收機(jī)，發(fā)送基站同時(shí)可與覆蓋范圍內(nèi)的用戶進(jìn)行傳統(tǒng)通信，這種模式做感知的好處在于基站是事先部署好的，即位置互相已知，便于后續(xù)感知信息的求解。

與單基感知不同的是，利用通信雙基輔助感知的距離和速度分辨率不是固定的，主要受發(fā)射機(jī)和接收機(jī)與感知目標(biāo)所成的夾角影響，對(duì)比如表２ 所示，其中，ｃ 為光速，Ｂ 為帶寬，β 為感知目標(biāo)與收發(fā)機(jī)之間的夾角，λ 為波長(zhǎng)，Ｔｃ 為發(fā)送所有ＯＦＤＭ 符號(hào)的總時(shí)長(zhǎng)。雙基模式所獲得距離為從發(fā)射機(jī)過感知目標(biāo)到接收機(jī)的整體距離，要獲得感知目標(biāo)到接收機(jī)的真實(shí)距離信息，可利用感知到的整體距離、到達(dá)角和已知的兩個(gè)基站的位置，構(gòu)建出橢球模型或橢圓模型，從而求解獲得。雙基模式所獲得的速度為感知目標(biāo)在收發(fā)機(jī)夾角平分線上的分量速度，要進(jìn)一步獲得感知目標(biāo)的真實(shí)速度，可利用復(fù)合雙基模式，即利用發(fā)射基站單基獲得的速度與基站雙基獲得的速度共同求解獲得。雙基模式下，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)間的視距徑對(duì)感知目標(biāo)的測(cè)量而言是一個(gè)強(qiáng)干擾，可通過串行干擾消除來降低該徑對(duì)感知測(cè)量的影響。

多站感知協(xié)同是指各站單獨(dú)利用觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行感知，也可以將感知數(shù)據(jù)傳給數(shù)據(jù)融合中心，讓數(shù)據(jù)融合中心完成目標(biāo)感知。它包含多個(gè)單基感知或雙基感知。目前常見的感知結(jié)構(gòu)包括集中式和分布式兩種。在集中式結(jié)構(gòu)中，各站直接將所有感知數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)融合中心進(jìn)行處理，它的感知性能最佳，但通信開銷和計(jì)算量較大；在分布式結(jié)構(gòu)中，各站對(duì)各自感知數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，再將處理后的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)融合中心，由數(shù)據(jù)融合中心最后處理。雖然感知性能有所下降，但其通信量小、可靠性高、成本相對(duì)低廉。多站數(shù)據(jù)的融合與處理方案可通過人工智能模型進(jìn)行學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，從而獲得高效可靠的模型。多站協(xié)作感知節(jié)點(diǎn)的選擇策略依賴于感知目標(biāo)的位置，如通過粗測(cè)就近選擇周圍節(jié)點(diǎn)進(jìn)行精測(cè)；也可進(jìn)一步依賴雙基的不同分辨率選擇更加合適的站點(diǎn)，如選擇距離分辨率高但發(fā)送基站離感知目標(biāo)較遠(yuǎn)的雙基節(jié)點(diǎn)，從而解決多站感知協(xié)同所具有的計(jì)算復(fù)雜度高、多站點(diǎn)間高通信量傳輸以及測(cè)量結(jié)果時(shí)延大等問題，進(jìn)一步提升一體化系統(tǒng)的性能。

１． ２ 感知輔助通信

感知功能可以獲取更豐富的用戶信息、環(huán)境數(shù)據(jù)等，這些將為通信提供先驗(yàn)信息，例如利用無線感知所獲得的環(huán)境信息，可以提升通信性能或降低通信開銷，并與人工智能／ 機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)結(jié)合，有效提高無線頻譜效率。感知輔助通信的關(guān)鍵技術(shù)包括通信與感知資源融合提升系統(tǒng)性能、感知輔助通信波束管理以及環(huán)境感知輔助通信信道狀態(tài)信息獲取。

通信與感知資源融合提升系統(tǒng)性能，是指通過帶寬資源的合理配置和通感互相輔助，在總帶寬不變和感知性能不下降的情況下，提升通信的傳輸速率性能。如文獻(xiàn)［２１］中，其優(yōu)化目標(biāo)為在滿足最小感知信號(hào)與干擾加噪聲比（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｐｌｕｓＮｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ，ＳＩＮＲ）和最大發(fā)射功率限制的約束下，最大化通信的頻譜效率。

感知輔助通信波束管理，是指利用感知獲得終端和環(huán)境信息，輔助通信選擇或獲取最優(yōu)波束，以達(dá)到降低高頻段通信波束管理中的反饋開銷和波束管理時(shí)延的目的。如文獻(xiàn)［２２］中，利用路側(cè)單元對(duì)道路上的行駛車輛的回波進(jìn)行角度估計(jì)，構(gòu)建基于深度學(xué)習(xí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來預(yù)測(cè)下一時(shí)刻的車輛波束方向，輔助下一時(shí)刻路側(cè)單元與車輛間的下行波束賦形，該方案實(shí)現(xiàn)了高精度和低延遲的波束配對(duì)與波束追蹤，并保證了極高的波束預(yù)測(cè)性能和可靠性。

環(huán)境感知輔助通信信道狀態(tài)信息獲取，是指從感知的如距離、速度、角度等信息中提取除通信直接可用的信息，如信道狀態(tài)信息（多普勒擴(kuò)展、時(shí)延擴(kuò)展、角度擴(kuò)展等），從而輔助通信的決策、調(diào)度等。例如，在通感一體化系統(tǒng)中，利用感知回波獲得環(huán)境中散射體角度信息，并進(jìn)一步通過最小二乘法提取出散射體角度譜信息，將該信息融合入傳統(tǒng)的歸一化均方誤差（Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ，ＮＭＳＥ）估計(jì)器，從而輔助通信ＮＭＳＥ 信道估計(jì)如圖２ 所示，相比傳統(tǒng)純通信ＮＭＳＥ 信道估計(jì)，通過感知散射體角度譜信息輔助的通信ＮＭＳＥ 信道估計(jì)增益能提升２ ～５ ｄＢ。

１． ３ 通感聯(lián)合優(yōu)化

通感聯(lián)合優(yōu)化是通信輔助感知和感知輔助通信的最終階段。與它們相比，通感聯(lián)合優(yōu)化不再是保證通信和感知中某一個(gè)需求不下降的前提下，去優(yōu)化另一需求性能，而是期望在資源共享的情況下，如基本的共享相同的國際移動(dòng)通信頻段，通過優(yōu)化算法或其他方式能同時(shí)提升二者的性能，從本質(zhì)上展示通感一體化系統(tǒng)的優(yōu)越性，促進(jìn)６Ｇ 系統(tǒng)的資源復(fù)用增益與性能提升，展示其綠色環(huán)保與高效可靠性。通感聯(lián)合優(yōu)化的關(guān)鍵技術(shù)可包括大時(shí)空尺度聯(lián)合調(diào)度和通感空分復(fù)用。

大時(shí)空尺度聯(lián)合調(diào)度是指在大時(shí)空尺度下不同場(chǎng)景中通信和感知對(duì)時(shí)頻空資源的需求差異較大的情況下，通過時(shí)間、頻域、空間資源的合理配置和通感互相輔助，在總時(shí)頻空資源不變情況下，提升通信傳輸速率和感知性能。大時(shí)空尺度是指遠(yuǎn)超傳統(tǒng)通信建立和傳輸?shù)臅r(shí)間和空間維度，如時(shí)間維度上，寫字樓內(nèi)白天通信功能占主體，而對(duì)感知的需求不太突出，晚上人員下班，可能更需要通過感知檢測(cè)樓內(nèi)的環(huán)境，因此如果白天晚上的通信感知資源分配始終一致的話，整體的系統(tǒng)性能會(huì)比較低；同樣，不同空間也會(huì)存在該問題，通過建立優(yōu)化函數(shù)，配置不同時(shí)空下的通感一體化資源分配方案，能有效提升系統(tǒng)的效率。

空分復(fù)用是指針對(duì)通感一體化系統(tǒng)中的感知和通信雙需求，利用多用戶多輸入多輸出和混合預(yù)編碼等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)通信和感知在空域上的高效復(fù)用以及二者間的干擾抑制，從而滿足未來６Ｇ 高頻帶多天線的需求。由于通信和感知對(duì)波形的要求不同，通信和感知使用不同的數(shù)據(jù)流，即通信使用傳統(tǒng)調(diào)制，感知使用ＺＣ 序列；并利用混合預(yù)編碼和多用戶干擾消除技術(shù)，生成具有雙波束方向且性能良好的一體化信號(hào)，整體流程如圖３ 所示。

仿真時(shí)，基于３８． ９０１ 的ＣＤＬＤ 信道加入感知目標(biāo)，發(fā)射端載頻為３． ５ ＧＨｚ，子載波間隔為３０ ｋＨｚ，共６２４ 個(gè)子載波，帶寬為１８． ７２ ＭＨｚ，通信目標(biāo)和感知目標(biāo)分別在２９°和７５°的方向上。在通信接收端進(jìn)行傳統(tǒng)解調(diào)、感知接收端利用一維周期圖算法進(jìn)行測(cè)距后，可得到通感一體化系統(tǒng)的通信性能和感知性能，如圖４ 所示，通信塊誤碼率隨著信噪比的升高會(huì)變得非常低，感知利用累積分布函數(shù)曲線可獲得３． ６４ ｍ＠ ９０％ 的距離準(zhǔn)確度，證明了該空分復(fù)用方案能很好地實(shí)現(xiàn)同時(shí)通信和感知的一體化需求。

２ 通感一體化系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)探討

５Ｇ 及之前的移動(dòng)通信系統(tǒng)的功能和架構(gòu)設(shè)計(jì)主要是面向通信連接的，６Ｇ 移動(dòng)通信系統(tǒng)提供新的感知服務(wù)，因此，系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)首先需要識(shí)別面向感知服務(wù)的系統(tǒng)需要支持的功能。通感一體化系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮如何實(shí)現(xiàn)一體化系統(tǒng)相比于通信和感知獨(dú)立的系統(tǒng)獲得降低成本、提高資源利用率等增益。

２． １ 感知服務(wù)功能識(shí)別

通感一體化系統(tǒng)新增與通信不同的感知服務(wù)，在感知服務(wù)的參考模型中，感知服務(wù)客戶端可以從感知服務(wù)器請(qǐng)求感知對(duì)象的感知信息，感知服務(wù)器由通感一體化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，根據(jù)感知服務(wù)器中的內(nèi)生感知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，并將其提供給感知服務(wù)客戶端［２０］。其中，內(nèi)生感知單元通過接收系統(tǒng)內(nèi)配置的感知信號(hào)獲得感知數(shù)據(jù)，感知信號(hào)包括專用于感知的信號(hào)以及同時(shí)用于感知和通信的信號(hào)。

感知服務(wù)器，即面向感知服務(wù)的系統(tǒng)，需要包含的主要功能實(shí)體如圖５ 所示，圖中以總線形式來概括感知功能實(shí)體之間的交互。感知功能實(shí)體是邏輯上的功能實(shí)體，可能存在多個(gè)功能實(shí)體由一個(gè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)。

２． １． １ 感知服務(wù)開放功能實(shí)體負(fù)責(zé)與感知客戶端交互，以使其獲取感知服務(wù)

感知任務(wù)管理功能實(shí)體控制感知任務(wù)的執(zhí)行以實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)感知功能。感知任務(wù)管理功能實(shí)體可根據(jù)感知任務(wù)確定感知方法、感知所需的資源、感知單元以及感知數(shù)據(jù)處理功能實(shí)體。感知任務(wù)管理功能實(shí)體控制無線感知資源調(diào)度、感知信號(hào)發(fā)送、感知信號(hào)接收、第三方感知以及感知數(shù)據(jù)處理功能的執(zhí)行。

感知數(shù)據(jù)處理功能實(shí)體對(duì)感知數(shù)據(jù)的處理包括對(duì)原始感知數(shù)據(jù)（包括感知信號(hào)的接收數(shù)據(jù)和第三方感知獲得的感知數(shù)據(jù)）處理得到中間結(jié)果感知數(shù)據(jù)，以及對(duì)中間結(jié)果感知數(shù)據(jù)處理得到最終結(jié)果感知數(shù)據(jù)。

感知信號(hào)發(fā)送需要使用無線感知資源。無線感知資源調(diào)度功能實(shí)體根據(jù)對(duì)無線感知資源的需求確定感知信號(hào)發(fā)送使用的無線感知資源。

２． １． ２ 感知單元包括感知信號(hào)發(fā)送功能實(shí)體、感知信號(hào)接收功能實(shí)體以及第三方感知功能實(shí)體

業(yè)界對(duì)６Ｇ 感知的需求和應(yīng)用場(chǎng)景已經(jīng)開展研究［２３］。根據(jù)感知的應(yīng)用場(chǎng)景可以看出，６Ｇ 感知服務(wù)多種多樣，其多樣性體現(xiàn)在以下幾方面：① 感知對(duì)象可能分布在各個(gè)區(qū)域，例如入侵檢測(cè)場(chǎng)景中，感知對(duì)象在各個(gè)需要檢測(cè)的區(qū)域附近，又如車聯(lián)網(wǎng)感知場(chǎng)景中，感知對(duì)象在各個(gè)公路；② 感知服務(wù)包括在不同范圍內(nèi)感知，有廣域的感知服務(wù)，也有局域的感知服務(wù)，例如在無人機(jī)檢測(cè)場(chǎng)景中，檢測(cè)范圍為較大區(qū)域的低空，又如十字路口障礙輔助感知場(chǎng)景中，檢測(cè)范圍為較小的路口區(qū)域；③ 感知服務(wù)包含多種感知業(yè)務(wù)類型，例如檢測(cè)定位跟蹤類、環(huán)境重構(gòu)類、模式識(shí)別類、感知輔助通信。

為了滿足感知服務(wù)多樣性的需求，對(duì)感知任務(wù)管理功能實(shí)體有如下考慮：分布的感知對(duì)象需要分布的感知單元進(jìn)行感知，分布的感知單元需要系統(tǒng)中存在分布的支持感知任務(wù)管理和感知數(shù)據(jù)處理的功能實(shí)體。相比于集中的部署，分布部署可以降低對(duì)集中的功能實(shí)體的計(jì)算、存儲(chǔ)、連接資源的要求。由于感知服務(wù)包括在不同范圍的感知，可將一個(gè)較復(fù)雜或范圍較大的感知任務(wù)分解成若干個(gè)較小的感知子任務(wù)，每個(gè)感知子任務(wù)由獨(dú)立的感知任務(wù)管理功能實(shí)體完成，再將各感知子任務(wù)獲得的感知信息整合可以得到最終的感知信息。感知子任務(wù)還可以組合復(fù)用以完成不同的感知任務(wù)。感知服務(wù)包含多種感知業(yè)務(wù)類型，不同類型的感知業(yè)務(wù)可由不同的感知任務(wù)管理功能實(shí)體負(fù)責(zé)。

基于以上感知功能實(shí)體的感知服務(wù)基本流程如圖６ 所示。

２． ２ 通感一體化系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

６Ｇ 網(wǎng)絡(luò)“三層五面”智簡(jiǎn)賦能體系架構(gòu)將６Ｇ網(wǎng)絡(luò)分成服務(wù)與能力開放層、網(wǎng)絡(luò)功能層和基礎(chǔ)設(shè)施層［２４］。沿用該體系架構(gòu)，通感一體化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)功能層需要增加上述感知功能實(shí)體?；A(chǔ)設(shè)施層的無線信號(hào)處理單元和無線資源，向上述感知信號(hào)發(fā)送功能實(shí)體和向感知信號(hào)接收功能實(shí)體提供資源。通信功能也由基礎(chǔ)設(shè)施層的無線信號(hào)處理單元和無線資源提供。因此，可以考慮通過如下設(shè)計(jì)路線實(shí)現(xiàn)通感一體化系統(tǒng)相比于通信和感知獨(dú)立的系統(tǒng)獲得增益：① 將用于感知功能和通信功能的資源共享部署，可以降低部署和維護(hù)成本，復(fù)用連接資源，例如用于感知和通信的無線信號(hào)處理單元共同部署在基站和終端中，感知功能可復(fù)用基站與終端之間的連接；② 用于感知功能和通信功能的資源進(jìn)行共享并聯(lián)合優(yōu)化，可以降低資源成本、提高資源利用率，例如無線信號(hào)處理單元和無線資源在通信和感知之間可不同程度地復(fù)用。

結(jié)合上述識(shí)別的感知功能實(shí)體和系統(tǒng)設(shè)計(jì)路線，對(duì)通感一體化系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)有如下考慮：根據(jù)用于感知功能和通信功能的資源共享部署的設(shè)計(jì)路線，感知信號(hào)發(fā)送／ 接收功能實(shí)體、第三方感知功能實(shí)體由基站或終端來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)用于感知功能和通信功能的資源進(jìn)行共享并聯(lián)合優(yōu)化的設(shè)計(jì)路線，無線感知資源調(diào)度功能實(shí)體由基站或終端實(shí)現(xiàn)，可與無線通信資源調(diào)度聯(lián)合考慮。分布的感知任務(wù)管理功能實(shí)體可由分布的基站、終端以及下沉的核心網(wǎng)網(wǎng)元實(shí)現(xiàn)。核心網(wǎng)中的感知任務(wù)管理功能實(shí)體可將感知任務(wù)分解成若干個(gè)較小的感知子任務(wù)，感知子任務(wù)由分布的基站、終端以及下沉的核心網(wǎng)網(wǎng)元中的感知任務(wù)管理功能實(shí)體實(shí)現(xiàn)。不同類型的感知業(yè)務(wù)可由不同網(wǎng)元中的感知任務(wù)管理功能實(shí)體負(fù)責(zé)，例如檢測(cè)定位跟蹤類的感知業(yè)務(wù)可由核心網(wǎng)、基站、終端的感知任務(wù)管理功能實(shí)體負(fù)責(zé)；環(huán)境重構(gòu)類的感知業(yè)務(wù)可由核心網(wǎng)、基站的感知任務(wù)管理功能實(shí)體負(fù)責(zé)；模式識(shí)別類的感知業(yè)務(wù)可由基站、終端的感知任務(wù)管理功能實(shí)體負(fù)責(zé)；感知輔助通信的感知業(yè)務(wù)可由基站的感知任務(wù)管理功能實(shí)體負(fù)責(zé)。感知數(shù)據(jù)處理功能實(shí)體可通過核心網(wǎng)中的感知數(shù)據(jù)處理網(wǎng)元或分布的基站、終端來實(shí)現(xiàn)。

表３ 為一種感知服務(wù)功能實(shí)體到網(wǎng)元映射的示例，表中“空白”代表感知功能實(shí)體未映射到網(wǎng)元，即該感知功能實(shí)體的功能對(duì)該網(wǎng)元不適用；“√”代表感知功能實(shí)體有映射到網(wǎng)元，即該網(wǎng)元需要實(shí)現(xiàn)該感知功能實(shí)體的功能。其中，感知服務(wù)開放網(wǎng)絡(luò)功能、感知任務(wù)管理網(wǎng)絡(luò)功能和感知數(shù)據(jù)處理網(wǎng)絡(luò)功能為核心網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)功能。多個(gè)網(wǎng)絡(luò)功能也可能合并為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)功能，即多個(gè)感知功能實(shí)體映射到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)功能。

由表３ 可以看到，一方面，移動(dòng)通信系統(tǒng)中的基站和終端在感知服務(wù)中可能承載多種感知功能實(shí)體；另一方面，同一種感知功能實(shí)體可能承載在不同的網(wǎng)元中，在面向６Ｇ 的通感一體化系統(tǒng)的接口設(shè)計(jì)和協(xié)議設(shè)計(jì)等方面需要考慮以上特征。

基站可能承載多種感知功能實(shí)體，包括感知任務(wù)管理功能實(shí)體、感知數(shù)據(jù)處理功能實(shí)體、無線感知資源調(diào)度功能實(shí)體、感知信號(hào)發(fā)送／ 接收和第三方感知功能實(shí)體。圖７ 給出了一種實(shí)現(xiàn)上述感知功能實(shí)體的通感一體化基站架構(gòu)。由于本文聚焦于支持感知服務(wù)的設(shè)計(jì)，因此，基站集中式單元（ＣｅｎｔｒａｌｉｚｅｄＵｎｉｔ，ＣＵ）、基站分布式單元（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｕｎｉｔ，ＤＵ）－通信（同５Ｇ 基站ＤＵ）的現(xiàn)有功能及其之間的接口沿用５Ｇ ＣＵＤＵ 分離的ｇＮＢ 架構(gòu)。

該基站架構(gòu)中新增基站感知集中單元用于實(shí)現(xiàn)感知任務(wù)管理功能、感知數(shù)據(jù)處理功能。該基站架構(gòu)中還新增既支持通信功能也支持無線感知功能的基站ＤＵ－通感，以及只支持無線感知功能而不支持通信功能的基站感知分布單元。其中，無線感知功能包括無線感知資源調(diào)度功能、感知信號(hào)發(fā)送／ 接收功能、第三方感知功能、一定的感知數(shù)據(jù)處理功能。根據(jù)基站ＤＵ－通感和基站感知分布單元支持的功能，表４ 給出二者分別適用的情形。

該基站架構(gòu)中的基站分布單元是可能存在的幾種基站分布單元，根據(jù)場(chǎng)景用例、需求、成本等因素，標(biāo)準(zhǔn)化和實(shí)際應(yīng)用中并不一定全部存在。

表５ 給出了該基站架構(gòu)中新增的接口的說明，該表主要考慮基站邏輯節(jié)點(diǎn)之間的端到端信息。

３ 結(jié)束語

針對(duì)通感一體化的演進(jìn)路線，從３ 個(gè)方面介紹了通感一體化關(guān)鍵技術(shù)，即通信輔助感知、感知輔助通信和通感聯(lián)合優(yōu)化，并詳細(xì)闡述了每種技術(shù)的一些方案設(shè)計(jì)，體現(xiàn)出通信感知一體化給６Ｇ 帶來的增益。結(jié)合感知服務(wù)的特征，對(duì)系統(tǒng)提供感知服務(wù)所需的感知功能實(shí)體進(jìn)行了詳細(xì)地分析。探討了感知功能與通信功能資源共享部署和資源共享與聯(lián)合優(yōu)化的設(shè)計(jì)路線與感知功能實(shí)體的潛在分配方案與基站架構(gòu)。指出基站和終端在感知服務(wù)中可能承載多種感知功能實(shí)體，以及同一種感知功能實(shí)體可能承載在不同的網(wǎng)元中的架構(gòu)特征。通過關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)架構(gòu)的聯(lián)合設(shè)計(jì)，全面而詳細(xì)地展示了通感一體化系統(tǒng)的優(yōu)越性和實(shí)際可實(shí)現(xiàn)性，為通感一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供參考。

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