通信行业：2030（6G）推进组6G通信感知一体化评估方法研究报告

北京稻壳科技有限公司 BeijingRiceHullTechnologyCo.,Ltd.地址：北京市朝阳区九住路188号 IMT-2030(6G)推进组 IMT-2030(6G)PromotionGroup 2023年10月 版权声明CopyrightNotification 未经书面许可禁止打印、复制及通过任何媒体传播 ©2023IMT-2030（6G）推进组版权所有 IMT-2030(6G)推进组 IMT-2030(6G)PromotionGroup 目录 第一章引言5 第二章评估场景6 2.1室外场景7 2.1.1检测定位跟踪7 2.1.2环境重构8 2.2室内场景9 2.2.1检测定位跟踪9 2.2.2环境重构10 2.2.3模式识别10 第三章评估指标12 第四章评估方法13 4.1信道模型13 4.1.1模型框架14 4.1.2路损模型15 4.1.3小尺度多径模型16 4.1.4目标散射特性建模17 4.1.5通信信道与感知信道相关性19 4.2场景评估方法19 4.2.1系统级仿真评估流程20 4.2.2链路级仿真评估流程21 4.2.3评估场景和仿真方法映射22 第五章总结与展望25 2 IMT-2030(6G)推进组 IMT-2030(6G)PromotionGroup 图目录 图1ITU-RIMT-2030应用场景5 图2室外智能交通场景目标检测示例8 图3室外环境重构9 图4智能工业场景的网络及目标部署示例10 图5通感一体化混合信道模型框架（左：自发他收，右：自发自收）15 图6通感一体化信道的建模流程16 图7系统级评估流程图（以Full-SLS为例）20 图8链路级感知的流程图21 3 IMT-2030(6G)推进组 IMT-2030(6G)PromotionGroup 表目录 表1用于6GISAC评估场景（测试环境）建议11 表2不同评估场景建议考虑的评估指标13 表3感知目标建模方法对比17 表4不同评估场景下的多散射中心模型18 表5各测试环境对应的评估方法及关键要素24 4 IMT-2030(6G)推进组 IMT-2030(6G)PromotionGroup 第一章引言 6G作为更先进的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。2023年，通信感知一体化已被ITU-R确认为IMT-2030的六大应用场景之一，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。通信感知一体化，还将进一步与AI结合，为构建智能数字世界提供数据入口，使能未来物理世界与数字世界的融合。 图1ITU-RIMT-2030应用场景 在6G阶段，通信和感知融合的程度将进一步提升，将明显的区分与5G阶段，主要可以体现在频率的多样化、空间技术的成熟化和设备的高度协同化。频率的多样化将提供多层次化的通信能力和感知能力的交融，最终达到两种功能的一体化。空间技术的成熟化将从空间细微差异化满足感知和通信功能的分离，同时实现感知物体的容量极大的提升。设备的高度协同化将突破单个基站、单个终端感知的局限，实现全域、3D化的感知能力，也可以实现6G分布式组网与通感技术的高度协同。 6G通感的研究已经开展了2年余，作为一个新的技术方向，处于方兴未艾的阶段，是可以预见的未来发展蓝海，是第一次多行业间的全浸入式的融合，可以说是从骨血互溶的创新性突破，需要巨大的勇气去推进，需要极其深厚的技术研究的推动， 5 需要行业间的深度认同的包容。 IMT-2030(6G)推进组 IMT-2030(6G)PromotionGroup 在6G阶段，我们需要对通信和感知技术的前景进行较为全面的分析和研究，尤其是对场景进行多次深刻的分析和梳理，只有明确具备较好的发展前景的场景才能推进技术的发展，才能避免人员和经费的浪费。其次，由于通信的感知融合是新的方向，其评价标准需要彼此融合，在ITU也开展了相关的技术指标的研究。最后，在技术研究初期，通常需要对其传播特性进行分析，研究出典型的信道模型和评估方法，才可以匹配仿真和仪表仿真设备，完成通信感知融合技术可行性的仿真。因此针对这些研究需求，本报告作为6G通感融合深入研究的首个研究报告，将对场景、指标和评估方法进行全面的分析，为后续的研究提供依据，并推动业界针对通感一体化技术性能开展规模化评估、促进通感一体化的标准讨论与制定。 第二章评估场景 在《通信感知一体化研究报告》第二版中，从服务类场景与应用类场景两方面对通感一体化海量丰富场景进行了广泛的研究。通感一体化网络在所能获得的感知信息和服务基础之上，更好地服务于未来智慧生活、产业升级、社会治理等方方面面。在 《6G感知的需求和应用场景研究》报告中，从业务需求的角度对交通、工业、农业、仓储物流、医疗健康、娱乐和社会服务等不同通感一体化应用场景下的感知业务需求进行了研究。 在本报告中，针对以上报告中海量的通感一体化应用场景进行了进一步的细分研究，归纳总结出了面向6G网络性能评估的典型应用场景，并研究讨论该场景下的指标及评估方法。这些应用场景，是在满足通信功能性能的需求基础上，实现感知服务，因此所述评估场景中均需要同时评估通信和感知性能，并且给出通信与感知功能之间的资源复用、部署方式、天线形态等方面的关系。应用场景通常描述业务特征、业务需求，而评估场景在此基础上，还关注网络（例如基站/UE）部署方式、感知目标部署模型等、感知目标运动模型等评估要素。在ITU的技术文档中，通常用“测试环境 （Testenvironments）”概念来定义评估场景，本报告中，采用“评估场景（测试环境）” 兼顾广泛理解和对齐标准概念。 作为参考，IMT-2020技术评估中的通信评估场景（测试环境）是由地理环境 （geographicenvironment）和使用场景（UsageScenario）组合而成[1]，例如Indoor 6 IMT-2030(6G)推进组 IMT-2030(6G)PromotionGroup Hotspot-eMBB、UrbanMacro-URLLC等。而面向“超越通信”的通感一体化，IMT-2030中感知相关的评估场景（测试环境）还需要根据感知的业务特征和业务需求，再进一步具体到感知用例（UseCase）。因此，针对通感一体化评估，建议采用一种新的评估场景（测试环境）定义方法，即由“地理环境+使用场景（即ISAC）+感知用例”的组合定义一个评估场景（测试环境）。由此，区分各类ISAC评估场景的要素主要包括： 地理环境：大致可分为室内或室外场景，室内和室外还可进一步细分，例如室外密集城区、室内工厂、室内家居等。一般来说，不同的地理环境下，网络部署的方式也不同，包括网络节点（基站、UE等）、感知目标的部署模型。例如室外通常以蜂窝形式部署网络设备，参考示例为OutdoorUMi部署；室内通常以网格形式部署网络设备，参考示例为IndoorFactory部署。 感知用例：由于业界提出的ISAC用例较多，为系统性研究6GISAC的评估方法，需对6G典型通感用例进行梳理归纳，收敛出具备推广性的少数几套核心方法进行讨论。本章中，通过归纳出业界关注度较高的目标检测定位跟踪、环境重构、模式识别（包括手势/姿态识别、呼吸检测等）三个用例，结合上述地理环境，探讨基于这三个用例的评估场景。 2.1室外场景 室外典型评估场景大致可分为“对天、对地”的检测、定位和重构等场景。对天主要指低空异常物体检测、定位与追踪，对地主要指对地面交通、行人的检测、定位，以及建筑、车辆的重构等。室外场景涉及的感知用例主要包括“目标检测定位跟踪”和“环境重构”。 2.1.1检测定位跟踪 在室外“对天”或“对地”的检测定位感知场景中，以智能交通场景为例，需实时检测行人、非机动车、UAV、动物等潜在入侵者是否在道路、铁路中间或四周的危险区域，需要通过目标位置和速度估计、轨迹追踪等方式判断其闯入危险区域的可能性，也需要实时监测路面的汽车是否处于正常或异常行驶状态（例如是否逆行、超速）。这一过程中，可能包括对被检测物的识别，例如识别路中间运动物是汽车还是非机动 车，以检测特定目标并判断其危险程度。这一用例涉及的感知行为包括：对目标的检 7 IMT-2030(6G)推进组 IMT-2030(6G)PromotionGroup 测、定位、跟踪、重构、识别等。涉及的感知对象包括：人、动物、车辆、无人机等。 图2室外智能交通场景目标检测示例 对于室外智能交通场景，在网络部署方面，可参考现有UMi场景部署六边形蜂窝状小区。感知目标以车辆、行人、UAV三种常见目标为例。可设定如图2所示的若干“道路”区域，路两旁还可设置一定宽度的“路肩”区域，然后设定这三种目标在不同区域的部署比例。 2.1.2环境重构 在室外主要“对地”的环境重构场景中，与目标检测、定位与跟踪不同，基站需要利用电磁波对周围环境进行探测，通过反射、散射等信道特征提取感知目标的外形、朝向等特征，例如获得环境目标的电磁点云图像。此时，感知目标可能不再是单一的目标，而是包含楼宇，树木，车辆等环境中的物体。通过对周围环境的重建，能够精确的掌握环境中的信道变化，从而更好的支撑数字孪生、辅助通信效率和速率提升。 在网络部署方面，与2.1.1节类似，可参考现有UMi场景部署六边形蜂窝状小区。感知目标主要包车辆、建筑、道路等，可根据特定的目标部署模型（包括目标数量、密度、形状、散射特征等）部署目标，必要时也可导入特定的数字地图来部署目标。 8 IMT-2030(6G)推进组 IMT-2030(6G)PromotionGroup 图3室外环境重构 2.2室内场景 室内典型评估场景大致可以分为面向“专网化需求、公众化需求、家庭化需求”的三类场景。“专网化需求”主要针对工厂等对感知和通信都是局限化且高安全隐私需求的场景，如智慧工厂内工作人员、机器人、设备产品的定位、重构、成像、手势/姿态识别等业务。“公众化需求”主要指对商场等公众场景进行室内的环境重构。“家庭化需求”主要指对家庭、医疗场景中人的动作、呼吸等身体状态进行监测的场景，如室内智慧健康的呼吸检测应用。室内场景涉及的感知用例主要包括“目标检测定位跟踪”、“环境重构”以及模式识别（包括手势/姿态识别、呼吸检测）等。 2.2.1检测定位跟踪 在室内检测定位跟踪的感知场景中，以“专网化需求”的室内智能工业场景为例，感知业务包括对AGV、工业机器人、设备、待搬运物料等目标进行检测、定位、跟踪。由于室内大部分目标处于静止或慢速移动状态，目标的检测与定位可能是通过对目标的重构、识别来实现的。此外，该场景还会涉及人机交互，例如工作人员通过手势操作机器的移动和生产运行。检测和定位的结果可用于AGV导航、路径规划 （避障）、机器人协作（例如协作搬运物料、协作生产）等业务需求。涉及的感知对 9 userid:497168,docid:144237,date:2023-10-31,sgpjbg.com IMT-2030(6G)推进组 IMT-2030(6G)PromotionGroup 象包括：人（包括人的手臂、手指）、机器人、AGV、设备等。涉及的感知行为包括：对目标的检测、定位、跟踪、重构、成像、手势/姿态识别等。 图4智能工业场景的网络及目标部署示例 对于室内智能工业场景，可参考现有的InF网络部署，设置类似厂房的方形仿真区域，在室内顶部部署如图4所示的多个基站。部署的目标可包括具有移动性的 AGV、物料、行人，也可以包括不具有移动性的机器设备（例如图4中的柱体）等。部署不同类型目标的位置时应注意避免目标位置重复。 2.2.2环境重构 室内环境重构一个典型的应用场景即“专网化需求”的室内工厂网络部署。相比室外环境重构，室内工厂场景散射体更加丰富，材质表面更加