数字低空网络对通感一体化的需求
数字低空网络的发展对通信感知一体化技术提出了迫切需求。低空经济的发展受到政策、市场、技术和监管等多方面因素的推动，预计将成为全球经济新的重要增长点。低空经济涉及快递物流、农业植保、应急救援、低空安防等多个领域，而通感一体化技术能够为这些领域提供更加精准、智能、高效、广泛的感知服务，从而推动低空经济的快速发展。
低空发展趋势
- 政策支持: 国内外政府均出台了一系列政策法规，鼓励低空经济的发展，并通过立法、基础设施建设和金融投资等多方面支持低空经济的发展。
- 市场规模: 全球低空经济市场规模在过去几年中显著增长，预计未来几年内预计将继续保持高速发展，到2035年有望达到3.5万亿元。
- 技术方向: 低空经济的发展需要依托通信、导航、感知、管理四大技术方向的支持，其中通感一体化技术将极大拓展移动通信网络的服务边界。
不同场景对通感一体化的需求
- 快递物流: 通感一体化技术可以对无人机进行路径规划、环境感知和实时状态监控，提高运输效率并实现对无人机的灵活调度。
- 农业植保: 通感一体化无人机网络可以实时收集精确的遥感数据，为农业生产提供指导。
- 应急救援: 通感一体化技术可以提升灾害响应速度、数据采集准确性以及资源配置效率，帮助快速搜索和救援。
- 低空安防: 通感一体化技术可以实时监控无人机，确保空域安全，并有效监控非法无人机设备。
- 无人机导航避让: 通感一体化技术可以利用大规模天线的高精度感知能力协助合法无人机行进中的导航和避让。
- 巡查巡检: 通感技术可用于检测桥梁、路面、建筑等城市基础设施的状态，并支持更加科学的城市规划设计。
通感一体化技术发展现状与挑战
发展现状
- 标准化进展: 国际电信联盟（ITU）、第三代合作伙伴计划（3GPP）、电气与电子工程师协会（IEEE）等国内外标准组织在通感一体化的标准化和相关研究工作取得了很大进展。
- 研究应用: 通感一体化的研究应用涵盖了感知技术体系架构、典型应用场景、关键性能指标及核心技术突破等内容。
面临的挑战
- 通感融合理论缺失: 缺乏统一的性能指标体系、感知信道建模方法和多模态融合理论。
- 低空立体覆盖不足: 传统通信基站难以满足低空场景超300m高度的低空覆盖需求，远距离覆盖也成为难题。
- 感知精度受限: 受限于发射功率、迎风面以及低空环境传播损耗等，通感一体系统的感知精度相比于传统雷达系统存在较大差距。
- 感知可信性不足: 杂波和非视距（NLoS）传输场景会影响感知的准确性，导致虚警率、漏检率较高。
- 全局干扰复杂: 感知功能的引入将带来感知与感知、感知与通信之间的干扰问题，尤其是对空发送的通感信号将不可避免地导致超远距离干扰。
通感融合理论
通感评价指标
- 通信性能: 主要包括有效性（如信道容量、传输速率）和可靠性（如误码率、误比特率）。
- 感知性能: 主要包括测量精度（如均方误差）、分辨率、目标检测概率与虚警概率、感知容量等。
- 通感一体性能: 提出以等效均方误差（MSE）为代表的综合评价指标，旨在实现通信与感知性能的统一量化评估。
感知信道建模
- 采用分段卷积的方式建模目标信道，将目标信道分为入射信道和后向散射信道，并分别进行建模。
多模态融合理论
- 低空传感器与环境建模技术: 利用视觉类传感器和激光雷达等技术对关注目标和静态背景环境进行建模。
- 环境表征算法: 采用卡尔曼滤波、图优化和深度学习等技术对环境信息进行表征。
低空通感一体架构及关键技术
网络架构
- 数字低空整体架构: 由支撑基础设施、网络基础设施和应用及终端组成。
- 通感架构: 包括对外感知服务（NETforSensing）和感知辅助网络（SensingforNET）。
覆盖增强技术
- 双波形优化: 采用两种脉冲波形设计来提升感知覆盖能力，一种用于远距离覆盖，另一种用于近距离覆盖。
- 连续覆盖技术: 通过波束管理和感知节点切换等技术实现感知业务的连续性。
感知精度提升技术
- 波形设计: 针对数字低空网络中目标小、移动慢的复杂应用场景，进行高感知精度的波形设计优化。
- 感知接收算法: 采用DOA估计技术（如Capon算法、MUSIC算法、ESPRIT算法）进行目标定位和测速。
- 融合感知: 利用多节点数据融合和多模态数据融合等技术提升感知精度。
感知可信度提升技术
- NLoS感知方法: 利用智能超表面和近场NLoS感知等技术实现NLoS场景下的目标感知。
- 杂波抑制方法: 采用MTI算法、MTD算法和杂波图等技术进行杂波抑制。
- 非理想因素及消除方法: 利用CSI商/共轭乘方法、参考径方法和往返测量方法等方法消除定时偏差、载波频率偏差和随机相位等非理想因素的影响。
干扰抑制
- 干扰分析: 分析通感一体化系统中的干扰特性，包括上下行交叉链路干扰、小区内和小区间的通信-感知/感知-感知等多种干扰。
- 干扰协调和功控: 采用FDM、TDM、SDM、CDM等复用机制进行干扰协调，并采用自适应功率控制技术进行功率控制。
- 协作感知中的自适应波束零陷方案: 采用干扰零陷预编码设计，使干扰信号方向的能量最小化。
- 参考信号静默算法: 将感知信号所处的RE位置或者附近RE预留一部分资源作为静默RE，用来估计感知参考信号所受的实时干扰情况。
通感一体标准化影响
- 参考信号设计: 采用非均匀的参考信号频域配置方法，来更好的处理测距精度和最大测距范围的权衡。
- TDD帧结构配置: 设计感知和通信融合的帧结构，以规避远端干扰的效果。
- 资源抢占与回避: 设计资源抢占指示信令和速率匹配方案，解决感知资源和通信资源的冲突问题。
- 信令交互: 优化基站间信令交互和终端-基站信令交互，实现感知节点选择、移动性管理和感知结果资源映射等功能。
低空通感试验验证
- 室内验证: 诺基亚贝尔和中国移动等公司搭建了通感一体化系统实验室验证平台，进行了波形测试、通感性能测试、干扰抑制和同步验证等测试。
- 外场验证: 中兴通讯和中国移动等公司进行了低频外场验证和高频外场验证，验证了通感一体化技术在复杂环境下的稳定性和可靠性，并发掘了其在大规模网络部署方面的优势。
总结与展望
低空通感一体化技术仍需要加强跨域技术的协调与融合创新，进一步研究和突破通感系统基础理论、非理想因素解决方案、标准化开展和落地、系统平台构建与试验验证等，同时希望加强国际合作，进一步汇聚国内外产学研等各方力量，有效协同和推动通感融合技术的国际化、标准化、产业及应用培育等工作，助力低空经济、智慧交通、智慧工厂等行业快速发展。
