金婧：面向6G的网络协作通感关键技术探讨

中国移动第四届科技周暨战略性新兴产业共创发展大会 中国·北京 中国移动第四届科技周暨战略性新兴产业共创发展大会 目录 contents 1技术驱动力 2关键问题&研究进展 3原型验证 中国移动第四届科技周暨战略性新兴产业共创发展大会 1技术驱动力 通感一体化技术驱动力 中国移动第四届科技周暨战略性新兴产业共创发展大会 未来的6G网络将是通信、感知、计算、AI、安全、大数据一体融合的新一代移动信息网络 通感一体化赋能网络从传递信息到感知世界，助力“万物互联”走向虚拟与现实相结合的“数字孪生”世界 智慧泛在感知泛在 算力泛在信息泛在 数字世界物理世界 数字孪生，智慧泛在 网络协作通感一体技术目标 中国移动第四届科技周暨战略性新兴产业共创发展大会 以“网”为根基，构建全域全天候高性能通感算智融合网络，提供多维感知与连接能力以网强感，助力万物智联，支撑数字孪生、环境重构等新场景与新业务，推动垂直应用升级 类型1：全域高精度环境重构 •数字孪生 •感知辅助通信 •通信网规网优 •遮挡环境3D电子地图：商场、停车场、桥梁 •车辆视野遮挡 •网络流量控制 类型3：入侵检测 •黑飞无人机监测 •高铁灾害及运行威胁探测 •路口车辆运行安全探测 •家居安防 •电子围栏 类型2：监测与识别 •人类健康/呼吸监测、行为检测 •智能交互、工厂智能体动作识别 •材料识别、物体检测 通信信号 类型4：高精度定位--测距/测速/测角 •实时性导航 •无人机3D导航 •车辆自动驾驶 通信感知信号•超速检测 回波信号 网络协作通感一体可性性&技术优势 中国移动第四届科技周暨战略性新兴产业共创发展大会 可行性：未来网络频段更高、带宽更大、通道数更多，为通感一体奠定坚基础 技术优势：复用规模部署的通信网络，无需硬件改造，实现低成本提供泛在感知服务 独立感知 （节点A发，经探测目标反射，节点A收） 感知信号回波信号 目标1 目标2 节点A 目标3 网络协作感知 （节点A发，经探测目标反射，其他节点协作接收） 感知信号回波信号 目标1节点D 节点A 目标2 节点B 节点C 中国移动第四届科技周暨战略性新兴产业共创发展大会 2关键问题&研究进展 体系化关键问题 中国移动第四届科技周暨战略性新兴产业共创发展大会 上下行交叉链路干扰上行用户干扰 远端基站干扰 ... 干扰问题 非理想因素 时间异步频率偏移相位噪声 ... 波束管理复杂 协作节点选择与更新多节点融合处理及增益多目标检测模糊 ... 多节点协作问题 通感信道建型 分段式与融合式建模感知分量与通信分量需建 立相关性 ... 回波信号较弱 （中远距、RCS较小） 强杂波对弱目标遮蔽效应 ... 弱目标检测 现网问题 下倾角（低空覆盖）LOS概率低 ... 关键问题：干扰管理 中国移动第四届科技周暨战略性新兴产业共创发展大会 A发B收，打破传统上下行配置方式，造成交叉链路干扰 D D SD SD F U U D D SU SU F U U 感知下行反射的感知信号 感知信号 互干扰水平上限vs探测距离 交叉链路干扰 交叉链路干扰 2.6GHz BSABSB 26GHz 实际网络中，B会受到多个基站的干扰，要求总干扰水平不得超过干扰上限 •干扰上限=回波能量+ADC动态范围（10bit约60dB） •远距离感知需满足更苛刻的干扰上限 关键问题：干扰管理 中国移动第四届科技周暨战略性新兴产业共创发展大会 近距离感知时，干扰上限较宽松，可按需干扰管理 中远距感知时，干扰上限严苛，可结合组网环境实施同站邻区或跨站干扰管理 @2.6GHz，100MHz，Pt=52dBm，192天线 @26GHz，400MHz，Pt=44dBm，512天线 小区半径57.74m 小区半径173.21m 小区半径288.67m 小区半径57.74m 小区半径115.47m 小区半径173.21m 低频段感知： •发射功率高，且低频路径损耗小，回波强度较大。 高频段感知： •发射功率低，且高频路径损耗大，回波强度较小。 •来自其他扇区干扰较大，中远距离感知需实施同站邻区或跨站干扰管理。 •来自其他扇区干扰较小，远距离感知需实施同站邻区或跨站干扰管理。 CDF=90%，不同站间距对应的互干扰水平，以及不同探测距离对应的最低干扰协调要求 2.6GHz 小区半径57.74m 小区半径173.21m 小区半径288.67m 探测距离 干扰上限/干扰RSRP(dBm) 同站2邻扇区开启 同站2邻扇区关闭 同站2邻扇区开启 同站2邻扇区关闭 同站2邻扇区开启 同站2邻扇区关闭 8.88 -12.93 9.53 -25.21 11.98 -29.49 57.74m 25.69 按需干扰管理 按需干扰管理 按需干扰管理 173.21m 6.41 - 至少同站邻扇区干扰管理 至少同站邻扇区干扰管理 288.67m -2.44 - - 至少同站邻扇区干扰管理 26GHz 小区半径57.74m 小区半径115.47m 小区半径173.21m 探测距离 干扰上限/干扰RSRP(dBm) 同站2邻扇区开启 同站2邻扇区关闭 同站2邻扇区开启 同站2邻扇区关闭 同站2邻扇区开启 同站2邻扇区关闭 -10.70 -52.49 -10.72 -60.00 -7.58 -64.50 57.74m 6.22 按需干扰管理 按需干扰管理 按需干扰管理 115.47m -5.98 - 按需干扰管理 按需干扰管理 173.21m -13.17 - - 至少同站邻扇区干扰管理 关键问题：干扰管理 中国移动第四届科技周暨战略性新兴产业共创发展大会 为提升感知性能，从时域、频域、空间域、功率域设计干扰测量和干扰协调方案 时域 •帧结构调整，设置感知专属符号 •优化时隙调度方案 •利用保护间隔感知 •...... .. U U U . U F D D 空域 •波束赋形 •波束管理 •...... D D D D F U U D D D D F U U 交叉链路干扰 感知接收扇区 感知发送扇区 频域 BS1BS2 交叉链路干扰 感知信号 功率域 •调整感知信号与通信信号的发射功率 •配置不同子带分别进行感知与通信 •...... band1 . . band2 Power 交叉链路干扰 •利用串行干扰消除（SIC）等技术 •..... 关键问题：同步误差 中国移动第四届科技周暨战略性新兴产业共创发展大会 A发B收进行协作感知时，存在同步误差，可通过下面方案降低对感知精度的影响 解决方案1：往返测量 基于互相收发通感信号消除同步误差。 解决方案2：参考径 基于反射径与参考径时延差值消除同步误差影响。 目标1 目标1 目标1 反射径 节点A 同步 节点B 节点A 同步 节点B 节点A 参考径 节点B Step1：节点A发，节点B收 Step2：节点B发，节点A收 传播时延𝐿1=𝑇1+∆� 传播时延𝐿2=𝑇2−∆� Step1：测量参考径与回波径时延 Step2：消除同步误差的影响 参考经时延：𝐿1=𝑇1+∆� 反射径时延：𝐿2=𝑇2+∆� 参考经与反射径到达时间差： Step3：消除同步误差影响 传播时延�=𝐿1+𝐿2=𝑇1+𝑇2 ∆�=� −� 2212 注：𝑇1和𝑇2为真实时延，∆�为同步误差 •优点：方案简单，且无需依赖其他设备 •优点：无需往返发送信号等要求 同步误差消除算法： ƒ(∆𝐿) •缺点：往返两次测量，资源开销较大•缺点：无直达参考径时，同步消除算法较复杂 关键问题：波束管理 中国移动第四届科技周暨战略性新兴产业共创发展大会 “宽窄波束协同降低开销”-低频数字波束高精度扫描，计算能力要求高；高频遍历收发模拟波束，扫描开销大 低频段（全数字波束赋形） •Tx：数字波束扫描（宽波束） •Rx：利用接收信号与波束赋形矢量相关性，峰值搜索，优化接收波束 解决方案：宽窄波束协同 步骤1：宽波束扫描实现大范围、粗感知 谱峰搜索需要高计算复杂度 目标1 目标2 高频段（混合波束赋形） •Tx：模拟波束扫描（窄波束） •Rx：模拟波束扫描，利用接收信号强度，遍历扫描，优化接收波束遍历扫描需要高扫描复杂度O(NT*NR) N NT .. . .. . R 节点A节点B 步骤2：窄波束扫描实现小范围、细感知 目标1 目标2 节点A节点B 关键问题：信号联合处理 中国移动第四届科技周暨战略性新兴产业共创发展大会 利用多节点接收反射的信号，联合处理可获得协作处理增益，提升感知精度 定0.12 节点A节点B 位0.1 “软”融合： 节点C 误 差0.08 0.06 0.04 0.02 0 1 2节点数(N)34 •联合处理原始感知信号后，获取目标感知信息 •传输数据量大，需判断各节点信号关联性 “硬”融合： •各节点计算获得各自感知结果后，再进行联合处理 •传输数据量较小，需判断各节点结果可靠性 •多节点协作感知可以降低定位误差，两接收节点可降低约40% •感知精度提升梯度随着接收节点数提升而减小 中国移动第四届科技周暨战略性新兴产业共创发展大会 3原型验证 高性能毫米波通感原型样机，支持超过500米小型无人机亚米级感知精度能力验证 毫米波通感原型样机-测距验证 中国移动第四届科技周暨战略性新兴产业共创发展大会 原型样机 高速率、大带宽、通用化基带 外场试验完成多场景、高精度的通感一体试验 •高性能毫米波通感原型样机 •无人机探测场景：超过500米小型无人机亚米级感知精度 频率:26GHz天线数:512 EIRP:58dBm 带宽:400MHz •融合感知通信的通用基带及相控阵毫米波前端 •智慧交通场景：超过200米的车辆和行人检测 毫米波通感原型样机-测角验证 中国移动第四届科技周暨战略性新兴产业共创发展大会 空中无人机角度探测：基于码本控制相控阵波束，测量回波多值拟合后测角结果误差约1.2° 测角场景示意图 测角验证固定位置无人机角度（-45°，0°），多值拟合结果，误差约1.2° 水平角度：(-60°,+60°) 俯仰角度：(-20°,+20°) 测角方案示意图 有效测量值结果绘图 拟合结果（-43.8°，0°），误差1.2° 中国移动第四届科技周暨战略性新兴产业共创发展大会 谢谢