通信感知一体化(ISAC),简称通感一体,作为5G-A重要创新技术之一,为移动通信网络发展带来蓬勃驱动力。通感一体技术通过复用一套设备构建两张网络,实现通信与感知两种业务深度融合,拓展通信网络的功能边界,亦为感知业务的普遍化应用奠定基础。本白皮书回顾了通感一体技术的发展历程,阐述了通感融合业务指标定义、技术方案与组网方案,并重点呈现了通感一体典型场景和解决方案,为推动通信感知一体技术方案创新、落地网络建设和未来产业发展提供有效参考。

发展背景概述通感一体技术借鉴雷达探测理论,实现通信与感知功能的深度融合,赋予通信网络对环境和目标对象的全方位感知能力,能够输出距离、速度、位置、角度等关键信息。随着我国低空经济政策的相继出台,通感一体技术迅速成为市场关注的焦点。广东、浙江、安徽、湖北、云南等省份展现出在无人机配送、巡检、海域监控、机场安全管理等方面的应用需求。国内IMT-2020(5G)和IMT-2030(6G)推进组积极布局,深入探索通感一体技术的应用场景和空口技术方案。国内外多家主设备商布局通感一体化技术研究与产品研发,在中国移动提出的中低频通感一体技术路线的引领下,逐步开展实验室测试与外场性能验证工作,初步满足低空经济、低空安防等典型场景的通信与感知需求。

典型应用场景

低空经济

低空经济重点聚焦300m以下非管制类空域业务场景,其中120-300m空域场景以行业级无人机为主,主要应用于干线物流和城市管理等领域,120m以下空域场景以消费级无人机为主,主要满足航拍和外卖等消费需求。 低空安防

低空安防指利用通感一体基站的广域泛探能力,对特定空域内未获批的“黑飞”无人机、空飘物等进行感知,实现入侵物体的实时监测。通过建立电子围栏,有效识别和反制“黑飞”,助力监管部门迅速解除安全威胁。 航道管理

航道管理场景中,通感一体作为VTS等水上交管系统的融合补充手段,具备基站感知无需船只上报、信号覆盖连续等优势,可进一步提升定位精准度、提升航道运行整体效率和安全性,实现船舶航行状态实时监管。 海面监测

海面监测主要指利用通感一体基站的广域泛探能力,对超远距离船只识别、实时跟踪船舶航迹。通过在关键海域设置电子围栏等,检测和警告非法入侵船只,可有效提升海洋监管效率。 地空一体

地空一体兼顾地面与低空的覆盖,可满足机场航运等场景管理需求。对于地面场景,主要识别活动作业的车辆和行人,防止其误入飞机跑道;对于低空场景,主要是在机场及周边禁飞区设置电子围栏,并对无人机、鸟类、气球等空飘物进行识别和非法入侵告警。 其它场景

除五大典型场景,通感一体还可应用于桥梁微型变监测、辅助驾驶检测、行人密集检测、降雨检测等室外场景,以及入侵检测、生命体征监测、人员跌倒检测等室内场景。

网络与业务指标

通信指标

通信能力是通感一体的基础,通信网络关键指标包括覆盖强度、覆盖范围、上下行速率、时延及容量等。 感知指标

感知能力是通感一体的核心,指标主要分为三大类:一是成熟指标,主要为雷达领域已定义完善、基本无歧义的指标,包括感知目标RCS、感知范围、感知位置精度(水平/垂直)、感知分辨率、感知速度范围、置信度、刷新率等;二是细化指标,指雷达领域已存在,但结合通感网络特征,进行细化的指标,包括检测率(漏检率)、虚警率等;三是创新指标,面向通感一体网络性能首次提出的指标,包括轨迹完整度、感知信噪比、系统感知时延、空间覆盖率等。

典型场景技术解决方案

产品技术方案

收发模式:3GPP标准定义六种通感一体收发模式,当前主要采用基站自发自收和基站A发B收两种工作模式。 网络架构:根据感知功能(SF)网元与通信网络架构中现有网元的接口关系,网络架构分为本地化架构和紧耦合架构。 空口设计:为满足远距离感知覆盖需求,基于低干扰、低开销、高谱效、低影响思想,采用边界可扩展的通感深度融合混合波形帧结构。 设备形态:综合考虑性能和成本,创新提出64TR+64R收发非对称垂直大张角4.9GHz通感一体基站设备,同时满足地、空覆盖需求。 高精工参:在基站内引入高精工参模块,增强通感基站的感知能力,预计测角精度提升至±0.5°,经度、纬度和高度误差小于±10cm。 感知平台:设置感知平台作为AF网元功能的可视化呈现,为用户提供全面、直观、实时的监控信息可视化服务。 规划组网方案

规划方法:建立感知业务指标与感知SCR之间映射关系,明确通信网络指标与感知网络指标之间逻辑关系,并基于场景特征与设备配置制定组网方案。 站址结构:结合通感场景特征选择最佳站址结构,当前主要有单站三扇区蜂窝、单站两扇区背靠背、单站单扇区鱼鳞三种站址结构。

干扰控制:干扰类型主要包括感知间干扰、感知与通信间干扰、通信间干扰,需要针对性制定相关干扰控制方案。 移动性管理:可采用设置RFSP、5QI标识等方法,对用户进行差异化业务保障。 场景解决方案

低空经济 典型业务需求:无人机上行图片及视频回传、飞行态势监测、航路入侵检测、失控异常告警等。通信上行边缘速率要求达到5-25Mbps,感知位置精度要求约10m。 网络解决方案:基站工作模式采用自发自收或A发B收均可。初期无人机航线简单,可采用本地化网络架构,后期采用紧耦合架构。帧结构可采用4个脉冲波与3个连续波(4P3C)配置,单站覆盖1.3Km。组网可采用单站三扇区蜂窝结构实现连片覆盖,采用单站单扇区鱼鳞结构实现航路精准覆盖。 低空安防

典型业务需求:无人机视频巡检、电子围栏、轨迹跟踪等。通信上行边缘速率要求达到5-25Mbps,感知位置精度须达到20m。 网络解决方案:基站自发自收或A发B收模式均可。低空安防区域性覆盖特征明显,前期可通过本地化网络架构实现快速部署,后期采用紧耦合网络架构。帧结构可采用4P3C配置。组网可采用单站三扇区蜂窝结构。 航道管理

典型业务需求:在兼顾通信基础上,对船只进行实时监测、精准识别、轨迹跟踪,以及获取船舶交通量、违章停靠等。通信上行边缘速率要求为1Mbps。感知船只RCS最小约为4㎡,感知位置精度须达到30m。 网络解决方案:初期局部试验网建设阶段,可使用本地化网络架构,后期需采用紧耦合架构,提供全航段通感网络服务。帧结构采用4P1C配置,单站覆盖距离可达约3Km。考虑航道场景蜿蜒带状覆盖特征,建议采用单站两扇区背靠背结构,沿航道两岸进行之字形组网。 海面覆盖

典型业务需求:船只巡检、船只监测、海面电子围栏等,对网络覆盖距离要求高。通信上行边缘速率要求为3Mbps。感知船只RCS为4-40㎡,感知位置精度需达30m。 网络解决方案:建议采用基站自发自收工作模式,使用本地化网络或紧耦合架构。帧结构可采用1P1C配置,单站覆盖约20Km距离。组网可使用单站单扇区鱼鳞或单站双扇区背靠背结构。 地空一体

典型业务需求:低空无人机、飞鸟等空飘物监测,地面车辆、人员识别探测等。通信上行边缘速率要求为1Mbps。低空、地面感知业务指标不同。 网络解决方案:建议采用基站自发自收工作模式,使用本地化网络或紧耦合架构。采用4P3C帧结构配置,单站可覆盖1Km。建议优先采用单站三扇区蜂窝结构,实现区域连片覆盖。

总结与展望

5G-A通感一体技术,作为5G网络演进的重要方向,正以其融合通信与感知的创新功能,实现频谱资源的高效利用,并显著提升实时感知能力,逐步成为引领行业变革的关键力量。 未来,中国移动将持续推动通感一体应用场景和技术体系的演进升级。应用场景方面,通过拓展支持室内外、空天地海等全域价值新应用,满足市场的多样化发展需求。技术体系方面,围绕“新技术、新设备、新网络、新平台”四大方向开展创新研究,提高空口融合深度和杂波抑制能力,优化设备性能和功耗成本,提升多站协同和网业协同水平,构建灵活对接和安全可信平台。

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