通感一体网络架构设计及关键技术研究报告

2024年11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 ©2024IMT-2030（6G）推进组版权所有 目录 前言6 一、通感一体网络架构的技术背景及驱动力7 （一）业务驱动7 （二）技术驱动9 二、通感一体网络架构设计10 （一）架构设计原则10 1.逻辑设计原则10 2.功能设计原则11 （二）总体架构设计12 1.通感一体架构逻辑功能设计12 2.通感一体网络架构和功能设计14 3.接口设计15 三、通感一体关键技术研究17 （一）感知数据上报17 1.终端数据上报17 2.基站数据上报17 3.非3GPP数据上报18 （二）感知数据的传输19 1.感知控制信令的传递19 2.感知数据的传递19 （三）感知数据的处理20 （四）感知数据的复用21 （五）感知数据的开放22 （六）感知任务的相关流程22 1.感知节点选择22 2.感知业务连续性24 3.感知任务的鉴权授权26 4.对终端提供感知数据的激励机制27 2 （七）对第三方获取感知数据的计费28 （八）感知和AI的融合29 四、总结和展望30 缩略语简表32 参考资料34 贡献单位35 3 图目录 图1通感一体化架构逻辑视图12 图26G通感一体网络架构图14 图36G通感一体化架构接口16 图4双基地感知模式下的感知节点切换场景示例24 图5感知模式切换的示例25 图6混合感知模式26 4 表目录 表1感知用户信息表28 5 前言 通感融合是6G技术的核心特征，是移动通信向信息服务转变的关键力量。6G所提供的移动信息服务，不再仅仅提供信息的传输服务，而是要融入到信息的全生命周期过程，6G网络在立体化全域覆盖的基础上，通过新增通、感、算、AI等多维度要素能力，提供从感知、传输、存储、处理到利用的信息流的全过程服务。6G新场景如低空经济、智慧交通与智慧工厂的兴起，对网络的泛在性与高精度感知能力提出了前所未有的挑战与需求。在此背景下，需要构建一个灵活、智能、可扩展的通感一体网络架构，以支撑6G时代复杂多变的业务需求与场景应用。基于通感一体架构，可以实现通信与感知能力的深度融合，进一步提升网络的感知精度与广度，赋能更多创新业务与商业模式。 本白皮书对通感一体架构的技术背景、架构设计原则、架构详细设计、关键技术和典型感知流程进行了系统性的阐释，希望与业界伙伴一道，以架构为牵引，逐步确立通感一体架构的发展形态、技术走向和产业基础，锻造信息通信网络长板。 6 一、通感一体网络架构的技术背景及驱动力 （一）业务驱动 作为6G研究热点之一，通信感知一体化（即通感一体化）已经被国际电联无线电通信部门（InternationalTelecommunicationUnion--RadiocommunicationSector，ITU-R），中国IMT-2030（6G）推进组，北美NextGAlliance，欧洲电信标准协会（EuropeanTelecommunicationsStandardsInstitute，ETSI），Hexa-X，电气电子工程师学会（InstituteofElectricalandElectronicsEngineers，IEEE），第三代合作伙伴计划（3rdGenerationPartnershipProject，3GPP）等组织广泛关注。2023年，ITU-R在《IMT面向2030及未来发展的框架和总体目标建议书》将通感一体化作为6G的典型应用场景之一[1]，具有广泛的应用前景，包括智能交通、家庭生活、降雨监测、智慧城市、高速检测、工业自动化、仓储物流等众多场景[3]。 针对6G通感一体，其与5G现阶段通感相比，更加关键的特征是通过多维感知多节点协作，对多种感知数据进行高效处理，以获取对物理环境、探测目标的高效识别和分析，并根据网络策略和授权对感知结果进行开放。 在智能交通场景，通感一体化系统可以从“上帝视角”对车辆位置、速度和行人状态进行检测，进而对突发事件进行识别。车辆除了作为被感知的目标，还可以作为通信节点与感知收发节点，与路边部署的通感一体化基站协同工作，感知环境的同时进行通信任务，达到实时避开障碍物、选择路线、检测突发状况和遵守交通法规的目的。利用无线通信网络对交通路况进行实时感知，在不增加额外的部署成本的情况下，具有全天候、广覆盖等优点，能够有效降低道路交通场景中的安全隐患。 健康监测，即通过基站发UE收的方式实现人体呼吸频率监测，还可通过多种非3GPP接入探测方式，对人体状态进行监测。人体的胸腔运动会导致接收机侧获取的下行信道状态信息（ChannelStateInformation，CSI）的相位随着呼吸运动周期性变化。通过提取该相位变化，可以实现呼吸频率监测。实际环境中由 7 于收发时钟的差异，通常存在频偏和相位噪声等非理想因素，其对呼吸监测性能产生影响。因此，采用不同接收天线CSI商或共轭乘的方法消除上述非理想因素[4]。 环境重构，即利用无线感知穿透性强和非电离的特点，实现环境重构。基于感知提供的环境知识，可以应用于物流检测、自动驾驶、智慧工厂、城市管理、智能交通等不同的场景。通过散射和反射的无线信号时延、多普勒和角度谱信息，6G网络可基于多个基站或终端的协作，提取出三维空间中物体坐标、方向、速度和其他地理信息，创建出一个虚拟网络世界，并以此不断探索通信能力，增强用户体验。移动通信网络为协作感知提供了巨大的机会和优势。多个网络节点（基站、UE等）可以作为一个完整的感知系统发挥作用，该协作通过感知数据融合，降低了测量不确定性，提供更大的覆盖范围以及更高的感知精度和分辨率。 整体来说，6G通感一体化技术为移动通信网络提供新的获取数据和信息的手段，其将为6G通信网络带来新的商业机会。丰富的业务场景也催生了针对6G通感一体化网络的设计的需求，包括： 1.多样化的数据采集及处理要求：随着物联网、智能城市、智能交通等领域的快速发展，对环境感知和数据处理的需求不断增长。同时，这些应用涉及的感知数据类型也日益多样化，包括图像、视频等。需要设计新的通感一体架构，以有效地处理和分析这些数据。 2.实时性和低延迟需求：许多应用场景对数据的实时性和低延迟有着极高的要求，比如智能交通、工业自动化、医疗保健等。在这些场景下，感知数据需要及时采集、传输和处理，以支持实时决策和控制。6G通感一体架构通过将感知、通信和计算功能集成在一起，可以降低数据传输和处理的延迟，满足实时性的需求。 3.网络灵活按需部署需求：6G通感一体架构支持分场景灵活部署，例如可通过在网络边缘部署感知和计算功能，实现边缘通感功能对实时数据的局部处理和分析，减少数据传输的量，降低网络负载，优化网络资源的利用效率。 4.智能分析与决策需求：随着人工智能和机器学习技术的发展，对感知数据的智能分析和决策支持的需求不断增加。通感一体架构可以将感知数据直接送入 8 计算节点进行实时处理和分析，以实现目标检测、行为识别、异常检测等智能功能，为用户提供更加智能化的服务和决策支持。 5.数据隐私和安全需求：随着感知数据的增多和应用范围的扩大，数据隐私和安全性成为了一个日益重要的问题。通感一体架构可以通过在网络边缘进行数据处理和分析，减少敏感数据的传输和存储，从而提高数据的安全性和隐私保护水平。 （二）技术驱动 元宇宙和数字孪生需求：通感技术作为获取终端、外界物体、环境的有效手段，可以高效收集相关信息，为元宇宙和数字孪生的发展提供了强大的助力。对于元宇宙而言，通感一体技术将通信与感知功能集成，使元宇宙中的虚拟环境能更真实地模拟现实世界。例如，用户在元宇宙中不仅可以看到虚拟场景，还能通过感知功能获得到场景中的温度、湿度、气流等，这种多感官的融合极大地增强了用户的沉浸感，让用户仿佛真正置身于另一个世界。对于数字孪生而言，通感一体技术可以利用通信设备的感知功能，对物理对象进行多维度的数据采集，包括物体的形状、尺寸、位置、速度、温度等信息，并且能够实时监测物理对象的状态变化。例如，在工业制造中，通过通感一体技术可以对生产线上的设备进行实时监测，及时发现设备的故障和异常，为设备的维护和管理提供准确的数据支持。 AI驱动：AI的出现为通感一体技术带来了蓬勃发展的新契机。通感一体旨在实现通信与感知功能的融合，而AI凭借其强大的数据分析与处理能力发挥着关键作用。AI可对通感一体所获取的海量复杂数据进行高效挖掘与分析，尤其针对多节点感知情况，多维度感知数据融合可基于AI技术对数据的筛选与合并、融合误差补偿等进行处理，可有效提升感知分辨率、感知精度等，减少单一感知节点的感知视角范围受限带来的影响。在智能交通场景中，通过AI算法能精准解析毫米波雷达等感知设备结合通信传输的数据，准确判断车辆位置、速度等信息，提升交通管理效率。再者，AI的机器学习能力可不断优化通感一体系统的性能。它能根据不同环境下的感知与通信表现，自适应调整参数，使其适应多变的工况。像在复杂的城市环境或恶劣天气下，AI帮助通感一体技术更稳定地实 9 现通信保障与精准感知。AI如同催化剂，让通感一体技术在更多领域得以更好地落地应用并持续升级。 二、通感一体网络架构设计 （一）架构设计原则 1.逻辑设计原则 跨场景设计：面向不同业务场景，感知触发方、执行方和感知粒度各不相同，通感一体网络架构需支持多种场景的感知业务。 感知测量数据的处理需考虑多种场景，包括单基站感知、多基站感知、单UE感知、多UE感知，以及所述感知UE识别和跨基站移动的场景。多基站感知时，不同基站的感知区域可能存在重叠，需进行数据分割与提取；当UE参与感知时，需明确UE识别方案；当UE跨基站移动时，需关联处理同一目标的数据。感知网元需支持独立或与其他网元共同处理感知测量数据生成感知结果。 分布式设计：在通感一体网络架构设计中，感知、通信和计算功能应支持分散部署到网络中的多个节点上，这些节点可以是独立的专用感知网元，也可以是与其他功能（如通信和计算）合设的多功能网元。 分布式设计的部署方式灵活多样，既可以是集中式部署，也可以是分布式部署。集中式部署通常用于简化网络管理和控制，而分布式部署则有助于提高网络的可靠性、效率和可扩展性。通过分布式设计，通感一体化网络能够更好地适应复杂的网络环境和多样化的应用需求，同时提高网络的性能和用户体验。 兼容性设计：通感一体化网络架构需兼顾功能性、通用性和兼容性，全新场景和需求下需要考虑现有核心网和接入网的功能、接口和协议的设计。 通信感知一体化网络架构是支持无线通信与无线感知功能、服务和应用的系统架构，以实现通感资源的高效分配与调度，功能、服务和数据之间的组织联动。考虑网络架构需支持的感知业务场景和需求，通信感知一体化网络架构应尽可能依托现有服务化架构设计、接口和协议，实现通感新能力架构设计。 安全性设计：通感一体网络架构应满足感知目标、感知区域和移动网络中 10 感知相关功能的安全隐私及管控要求，应支持感知测量数据的机密性保护和完整性保护，实现感知测量数据的安全流转。 通感一体架构应支持面向通感业务的授权机制，确保感知全流程可管可控，支持面向感知业务的用户同意机制，保护感知目标、感知相关用户终端区域的隐私。应在符合用户同意、监管和运营商政策的前提下，支持融合3GPP感知数据和非3GPP感知数据以获得组合的感知结果。应支持安全地提供安全机制以使受信任的第三方能够请求发现正在向其请求服务的UE附近的感知群组，其中，感知群组为一组位置已知且感知测量数据可以被同步收集的感知接收方和发射方。 2.功能设计原则 通信系统是一个覆盖范围广、深入多场景、有多种类型终端连接的广域系统，感知数据的采集、传输、处理和存储可以直接使用通信系统设施，不需要投资额外设备。因此，可以利用通信体系实现集感知数据收集、传输、处理和存储于一体的通感一体架构设计。 6G网络通感一体化关键功能。应涉及感知控制功能、感知数据处理功能、感知数据存储功