2024年6G网络协作通感技术白皮书（2.0）

6G网络协作通感技术白皮书2.0 编制单位：中国移动通信集团有限公司、中国联合网络通信有限公司、中国电信股份有限公司、上海诺基亚贝尔股份有限公司、中信科移动通信技术股份有限公司、中兴通讯股份有限公司、维沃移动通信有限公司、OPPO广东移动通信有限公司 前言 随着“数字孪生、智慧泛在”6G愿景的提出，大量新型业务需求不断涌现，驱动6G网络从传统通信服务向通信、感知、计算、人工智能等多维融合服务转变。通信感知一体化作为6G关键技术之一，为通信系统赋能感知，成为推动6G通感融合业务蓬勃发展的重要环节。依托现有规模部署的移动通信网络构建高性能通感网络，网络协作通感一体化可实现“一网两能”，利用通信网络广覆盖、大连接的优势，同时实现全域低成本高精度的感知，在低空经济、智慧交通等领域有广泛应用前景。在未来，网络协作通感可助力孕育6G新业态，带来巨大的经济效益和社会效益。 本白皮书深入剖析网络协作通感一体化关键技术，包含技术背景与驱动力、评估方法与系统建模、高精度同步、多节点协作、组网干扰管理及原型验证。相比《网络协作通感一体化技术白皮书1.0》，引入了技术指标体系，用于感知网络性能评估；新增了目标散射特性分析及信道模型，为技术可行性及性能评估提供理论方法；丰富了关键技术及空口方案，推动业界研究及标准化发展。后续，将继续开展非理想因素研究及测试验证，助力网络协作通感产业落地。 感谢爱立信（中国）通信有限公司及合作单位对本白皮书内容的丰富与完善。 本白皮书版权受法律保护，任何单位和个人转载、摘编、引用或其它方式使用本白皮书文字或者观点的，应注明来源。 目录 1.研究背景与驱动力1 1.1应用场景1 1.2业界进展2 1.3技术优势3 1.4技术挑战5 2.评估方法与系统建模6 2.1技术指标体系6 2.2散射特性8 2.3信道模型9 2.4干扰模型11 2.5仿真方法11 3.高精度同步14 3.1同步误差分析14 3.2时间同步16 3.3频率同步17 4.多节点协作18 4.1协作节点选择19 4.2协作帧结构21 4.3协作波束管理23 4.4协作信息融合24 5.组网干扰管理25 5.1干扰特性分析25 5.2干扰管理策略26 5.3环状感知组网27 6.原型验证28 6.1基站-基站协作28 6.2基站-终端协作28 7.总结与展望29 缩略语列表31 参考文献33 1.研究背景与驱动力 随着数字孪生、智慧交通、智慧工业、环境监测、健康监测、沉浸式扩展现实（XR）等6G新场景、新业务的涌现，通信感知一体化（ISAC），作为6G重要关键技术，为传统移动通信网络赋能“一网多能”，驱动传统通信网络向新一代移动信息网络加速转型。 从业务需求来看，新场景、新业务如低空经济、智慧交通、智慧工厂等要求网络提供泛在的高精度感知能力。从技术驱动来看，超大规模天线技术使通信与感知可用频带重合、天线结构相似、数字信号处理模块相似，依托移动通信网络，构建通感融合网络具有技术可行性。4G、5G时代已有感知的初步尝试，例如面向在网终端的定位功能。5G-A通感一体化通过时分或者频分的实现方式，在基站侧扩展支持了独立感知能力，初步实现了通信和感知能力的一体。由于感知信号自发自收，且通感功能分立设计，5G-A通感一体仍面临效率、成本、感知精度和自干扰等方面的挑战。 面向6G，通感融合将从空口、网络架构的系统设计与标准化等各方面实现通信与感知的深度融合。作为通感深度融合实现技术之一，网络协作通感一体化通过A发B收的协作感知放松对自干扰的抑制要求，通过多点协作提升感知精度，最终实现从“分立”到“内生”，从高复杂度、高成本到低复杂度、低成本，从米级感知精度到亚米级感知精度的跃迁。 1.1应用场景 6G网络协作通感一体化充分利用移动通信网络得规模部署优势，低成本构建泛在通感网，可保障远距离感知覆盖连续性及有效性，有效提升小区边缘感知性能，赋能一网多能新业态[1]-[5]。 网络协作通感一体化应用场景包括智慧低空、智慧交通、智慧工厂、智慧家居、智慧医疗、环境重构等，典型场景如下： （1）智慧低空：作为国家战略性新兴产业，智慧低空包括轻中型无人机物流配送、应急救灾、农业灌溉以及中大型飞机通航等场景。无人机监管、无人机 轨迹追踪、辅助无人机避障等是实现智慧低空的重要基础，需要满足置信率、距离分辨率/精度、速度分辨率/精度、时延等感知指标需求。网络协作通感一体化系统可实现低成本实现泛在通感，可有效助力低空经济的规模发展。 （2）智慧交通：智慧交通场景可分为道路监管、车辆轨迹追踪、工厂设备监测三类。在道路监管方面，通感网络可以实时监测路口的车流量，进而动态调整交通指挥、车辆调度，促进交通安全，提升管理效率。在车辆轨迹追踪方面，由于其他车辆遮挡导致车载雷达存在盲区，通过协作通感节点获得“上帝视角”，可为车辆提供更大的感知范围，为自动驾驶或辅助驾驶提供保障。 （3）智慧工厂：包括设备检测及园区管理。在检测方面，通感网络可以有效地获取设备状态信息，并通过协作获取较强的目标分辨能力，实现全流程自动化生产操作。在园区管理方面，协作通感网络可保障园区内的感知连续覆盖，为智能机器人、自动导引小车等设备提供持续高精度感知能力，可用于路径规划与避障，实现智能化生产和控制。 图1网络协作通感典型应用场景 1.2业界进展 国际电信联盟（ITU）2023年发布了《IMT面向2030及未来发展的框架和总体目标建议书》[7]，引入感知与通信融合作为6G典型应用场景，并在6G性能指标中增加了定位精度新能力。第三代合作伙伴计划（3GPP）在RAN1正在进行Release19通感一体化信道建模研究[11]，预计2025年6月完成研究并发布技术报告。中国通信标准化协会（CCSA）在2023年已通过多基站协作通感关键技术研究立项，研究面向多基站协作的通感算融合理论、系统架构、空口、资源管理[12]。自2021年以来，IMT-2020/IMT-2030通感任务组征集提案100余篇， 并发布了感知需求、网络架构、信道和评估、空口技术等方向研究报告[8][9][10]，并初步形成业界共识。 (a)6G六大典型用例(b)6G十五大性能指标图2ITU-R发布IMT-20306G框架 在工业界，国内外多家企业积极开展标准化前瞻及场景和技术可行性验证。 依托5G-A商用网络的部署，自发自收协作通感一体化关键技术验证及规模试点正在国内开展。更进一步，面向6G协作感知，业界正在进行场景和用例分析、组网、空口技术方案及测试验证。截至2023年已推出多种频段下用于环境重构、呼吸检测、目标检测和定位、轨迹追踪等各类通感原型样机[13]-[17]，推动协作通感一体化技术、产业和应用成熟。 在学术界，电气与电子工程师协会（IEEE）通信学会已于2021年5月成立ISAC-ETI，各大高校及科研院所积极举办协作通感一体化国际会议、学术研讨会及专刊，从信息理论极限、资源分配、高效率通感算法设计等方面，深入开展通感一体化理论研究[18]-[22]。依托国家重点实验室建立软硬件验证平台，助力通感融合技术从点对点协作向大规模网络级协作演进。 目前，国内外多家企业、研究机构、高校、标准化组织在通感一体化领域开展了广泛而深入的研究，产、学、研三方共同推动协作通信感知一体化从理论走向实践及标准化。 1.3技术优势 通感一体化系统包括独立通感与协作通感两种工作模式[6]，如图3所示。在独立通感工作模式下，感知信号由单个感知节点收发；在协作通感工作模式下，一种重要的协作方式是感知信号由不同感知节点收发。 (a)独立通感(b)协作通感 图3通感一体化工作模式 相比独立通感，协作通感优势如下： （1）低成本全域覆盖 协作通感无需感知节点具备全双工能力，可避免对有源天线单元（AAU）硬件的复杂改动，可在与通信同等硬件成本的基础上实现通感。其次，利用现有通信网络中大量密集分布的节点构建协作感知网络，可实现感知功能全域覆盖。 （2）更强接收能量 由于感知目标形态具有随机性，感知信号经过目标散射后，在不同方向上的散射强度不同且不固定。在特定情况下，单一路径返回的回波强度可能较弱，导致目标的漏检。网络协作感知可通过接收多个方向上的回波信号，提高感知目标检测概率。 （3）更优测速能力 当感知目标运动方向与感知信号到达目标的入射角及反射角的角平分线垂直时，目标的多普勒速度为零，因此存在多普勒盲区，通常出现在双方站连线的附近区域。通过多个不同方向的接收节点协作感知，可消除多普勒盲区。 （4）协作融合提升感知性能 对来自多个不同方向接收信号进行数据融合处理，可以获得空间分集增益、融合误差补偿、目标去重等，实现通感一体化系统虚警率、漏检率、感知分辨率、感知精度等感知性能提升。 通信网络具备多站址、广覆盖、低成本、强运维支持等优势，有助于加快通感融合技术的部署和实施。网络协作通感一体化可为用户提供更加可靠、高效的服务体验，在全域低成本高效率感知方面具有较高的应用价值。 1.4技术挑战 通感一体化技术涉及通信、感知、物联网、人工智能、算力等多领域，各技术领域需相互协调，并配备高精度、高稳定性、易操作的测试设备及标准测试规范，以实现各项技术指标的精确测量和评估，为技术落地带来了诸多挑战。 聚焦通感融合网络，通信与感知存在硬件资源、空口资源的竞争且组网干扰复杂，导致网络效率、通感能力、网络质量之间存在三角冲突。网络协作通感一体化系统设计的关键在于如何优化通感资源与技术方案，在合适的资源共享度下，使得通感能力、网络效率、网络质量达到平衡。为推动网络协作通感从理论走向应用，列出如下关键技术挑战。 图4通感能力、网络效率、网络质量三角冲突示意图 （1）挑战1：评估方法缺失 通信与感知的实现目标、评价准则、性能边界均不相同，融合难度较大。在评价指标方面，通信主要考虑数据传输有效性与可靠性；感知追求精度与准确率。如何兼顾通信与感知准则，设计涵盖多种应用场景与条件的统一通感评价指标有待进一步研究。在系统性能评估方面，协作网络传播特性更加复杂，感知信道建模非精准，将导致仿真性能的偏差。如何建模非视距（NLOS）信道、如何精准建模不同特性的不规则目标下的回波信道、如何统一通信和感知的信道模型等核心关键问题有待研究。 （2）挑战2：协作节点非同步导致感知恶化 受环境、硬件非理想性等因素影响，协作收发节点间难以做到理想同步，从而在测量过程中引入时间偏差、频率偏差，影响感知性能。协作感知其相较于通信具有更严苛的节点同步精度需求。例如，当协作节点间存在1ns的时间同步误差时，将额外引入约3m的感知测距误差。因此，如何设计高精度的同步方案， 对于保障感知准确性、提高网络协作通感能力十分关键。 （3）挑战3：高性能协作通感实现困难 由于收发节点异置，协作通感收发节点需要联合设计。为获取较高通感性能，需要根据目标位置选择合适的协作节点、设计帧结构、协作波束、协作信息融合方案。此外，受到通感资源、算力等限制，高精度感知实现困难，如何设计并优化上述关键技术方案，实现感知及性能增强值得深入研究。 （4）挑战4：组网干扰强 协作通感融合网络干扰类型复杂且广泛存在于整个网络。特别地，基站间协作感知打破了统一的上下行帧结构配置，使网络干扰更加复杂，造成通信与感知性能进一步恶化。如何从网络层面分析、设计并优化干扰管理值得研究。 面对上述网络协作通感的挑战，本白皮书将从评估方法与系统建模、高精度同步、多节点协作、组网干扰管理、原型验证方面，试图回答网络协作感知能协作、如何协作、如何更好协作等问题。相比《网络协作通感一体化技术白皮书1.0》，新增了技术指标体系与模型，提炼了关键技术解决方案及结论、丰富了测试及原型验证，可保障网络协作感知性能需求并实现高性能、轻量化感知。 2.评估方法与系统建模 设计通感技术性能指标、评估方法与准则，并构建系统模型及仿真方案，不仅可以用于评估网络协作通感一体化可行性及系统性能，也是