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1、通信與感知融合是ITU確認的未來通信技術重要演進方向之一，為通信網絡提供新的基礎能力，助力智慧低空、智慧交通、智慧生活、智慧網絡等典型場景。通信感知空口技術研究是通感技術產業應用的重要前提。本研究報告分析了5G-Advanced通感場景分別適用的感知模式。面對感知應用的差異化需求，本報告對無線接入網的通感協議架構進行了梳理，并歸納了六種基本感知模式和主要接口之間的映射關系，進一步地梳理了主要網絡接口涉及的基本流程，然后，對物理層的關鍵技術（波形、幀結構、多天線、非理想因素等）進行分析并提出潛在解決方案。最后，展望通感融合空口技術后續研究方向。通過通感融合無線空口技術的研究，為通感融合技術標準化

2、以及產業推進提供支持和參考。研究報告要點目錄目錄 IMT-2020(5G)推進組于2013年2月由中國工業和信息化部、國家發展和改革委員會、科學技術部聯合推動成立，組織架構基于原IMT-Advanced推進組，成員包括中國主要的運營商、制造商、高校和研究機構。推進組是聚合中國產學研用力量、推動中國第五代移動通信技術研究和開展國際交流與合作的主要平臺。I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告概述通感融合場景感知模式需求通感融合無線架構與協議棧通感融合無線基本流程設計通感融合物理層關鍵技術其他通感融合技術總結和展望參考文獻附錄主要貢獻單位P1

3、P4P6P8P26P71P77P78P81P841I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告概述1.1 通感業界進展和發展趨勢從第一代模擬通信到萬物互聯的第五代移動通信系統，移動通信不僅深刻地變革了人們的生活方式，更成為社會數字化和信息化水平加速提升的新引擎。中國5G網絡建設快速推進，截至2023年11月末，5G基站總數達328.2萬個，中國的5G建設已經從網絡建設步入應用創新的新階段。5G技術將進一步的和各種新技術深度融合，進一步地推動整個社會的數字化和智能化轉型。隨著不斷涌現的新業務、新需求，移動通信網絡在提供越來越強大的通信能力的同時

4、，也將擴展更多的基礎能力來支持這些新業務、新需求。其中，感知能力就是其中一個重要的潛在方向。將通信和感知進行一體化設計，相比兩個獨立系統可帶來降低成本，降低功耗、優化資源利用等優勢。通信感知融合通過信號聯合設計和/或硬件共享等手段，實現通信、感知功能統一設計。其中通信感知融合中的感知可理解為一種基于移動通信系統的無線感知技術。移動通信系統通過對目標區域或物體發射無線信號，并對接收的無線信號進行分析得到相應的感知測量數據。此外，移動通信系統還可對其他感知技術（比如攝像頭、雷達等）的感知測量數據進行匯聚和分析，聯合提供感知服務。在5G系統中，隨著大帶寬、毫米波、大規模MIMO技術的引入，5G系統已

5、經擁有了感知潛力。但在目前的移動通信領域，通信感知融合還處于初期階段。在5G-Advanced（以下簡稱5G-A）中探索增強感知功能，特別是對空口改動較小，網絡能力適當增強的方案，有助于感知在5G網絡進行應用。2021年7月國內廠商在IMT-2020（5G）推進組聯合成立通信感知融合任務組（簡稱5G通感任務組），致力于推動基于5G技術的通感應用場景及需求、網絡架構、仿真評估方法、空口技術方案研究以及原型驗證等工作。2022年7月底，IMT-2020（5G）推進組發布了5G-Advanced通感融合場景需求研究報告1，有助于增強業界對感知場景和需求的了解。首份包含5G通感網絡架構設計的5G-Ad

6、vanced通感融合網絡架構研究報告在2022年11月深圳舉辦的5G大會發布2。2023年6月發布5G-Advanced通感融合仿真評估方法研究報告，匯聚了業界最新5G通感信道模型建模方法和仿真評估結果3。同時，5G通感任務組也在積極推進5G-A原型樣機的試驗驗證工作。2022年2月，國際標準組織3GPP的SA1立項研究課題Study on Integrated Sensing and Communication，標志著通感融合正式進入標準化階段4。該課題已在2023年8月結項，對應的TS已于2023年12月完成。該研究課題會牽引3GPP RAN和SA2的R19通感立項工作。目前，3GPP R

7、AN R19已立項開展針對檢測、跟蹤類場景的通感信道建模研究工作，為后續方案評估和標準化提供研究基礎。I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告2 基站自發自收（或gNB自發自收）?；景l送感知信號，感知信號經過環境或環境中物體后，基站接收測量反射/散射波。2022年6月，CCSA TC5 WG9立項研究課題5G通信感知融合系統研究，基于3GPP SA1 R19的應用場景，展開架構和空口技術的研究，并于2023年11月底結項。本研究報告面向5G-A階段通信感知融合，研究當前5G通信網絡使能感知功能在無線空口設計的面臨的關鍵問題，包括通感無線

8、架構、感知基本流程、物理層感知信號設計、感知幀結構、感知資源分配、多天線技術、非理想因素抑制與消除等關鍵技術。研究成果一方面希望可進一步推動5G-A通感融合的標準化研究、原型樣機的研發測試以及產業化進程，另一方面也希望為后續6G通感一體化無線空口設計提供重要參考。1.2 無線感知模式分類根據5G-Advanced通感融合場景需求研究報告梳理1，根據參加感知的設備和感知收發是否是同一設備（基站gNB或終端UE），無線空口涉及的基本感知模式存在6種形式，如圖1-1所示。其中，感知網絡功能對應IMT-2020（5G）推進組發布的研究報告5G-Advanced通感融合網絡架構研究報告中的SF（Sens

9、ing Function）。圖1-1 無線感知模式示意圖3I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告 基站 A發B收（或gNB A發B收）?；続發送感知信號，感知信號經過環境或環境中物體后，基站B接收測量反射/散射波。終端發基站收（或UE發gNB收）。終端發送感知信號，感知信號經過環境或環境中物體后，基站接收測量反射/散射波?；景l終端收（或gNB發UE收）?；景l送感知信號，感知信號經過被測物體反射后，終端接收測量反射/散射波。終端自發自收（或UE自發自收）。終端發送感知信號，感知信號經過環境或環境中物體后，終端接收測量反射/散射波。終

10、端 A發B收（或UE A發B收）。終端A發送感知信號，感知信號經過環境或環境中物體后，終端B接收測量反射/散射波。接收測量反射/散射波設備對反射/散射波提取被測物體或環境特征，以獲取針對感知目標或環境的測量數據。本研究報告梳理上述6種基本感知模式涉及的關鍵技術以及和核心網邏輯功能的接口。需要明確的是，在實際的感知業務過程中，為完成對感知目標的感知，可能需要多個感知設備參與感知過程。比如：當SF觸發感知過程時，SF通知三個感知設備參與感知，相應的每個感知設備參與的感知模式也可能相同、也可能不同；感知模式之間使用的感知資源，可是經過協議確保資源相互正交，稱非共享資源方式，也可是配置相同的感知資源，

11、稱為共享資源方式。上述過程依賴于SF的配置。當模式間的感知資源分配采用非共享資源方式，其感知的基本流程（第四章感知無線基本流程），是相互獨立的過程，并獨立地執行感知信號的發送和接收過程，同時SF或者gNB在配置上需要保證感知資源相互正交，以免產生不必要的干擾。對于模式間的感知資源分配方式采用共享資源方式時，其感知的基本流程（第四章感知無線基本流程）可使用一個流程完成，使用一套測量配置參數，并在確定相關配置參數時需要考慮不同接收節點的關聯性。建議在性能評估、標準設計和業務實現過程中，考慮如下因素：性能評估時，不同感知節點之間的空間一致性的特殊要求?；玖鞒淘O計時，接口參數項考慮兼容共享資源方式。

12、感知資源分配時，考慮共享資源下不同接收節點的特殊性。SF 選擇共享資源或非共享資源方式時，考慮參加感知節點的能力和資源開銷。I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告41 智慧交通場景智慧交通場景中典型的通感融合應用包括高精地圖構建、道路監管和高鐵周界入侵檢測。針對高清地圖構建應用，一方面，利用通信感知融合基站或者多站協同可實現對道路環境的感知，即針對區域的感知，利用基站的高視角，擴大感知范圍，彌補車載傳感器在惡劣環境下的感知缺陷和遮擋盲區，有效實現宏觀道路匹配、車輛自定位和全局環境感知，為自動駕駛汽車安全運行提供超視距輔助。另一方面，高清

13、地圖構建可包含端側實時環境感知信息的測量反饋，并同時用于ADAS（Advanced Driving Assistance System,高級駕駛輔助系統）以提高駕駛的舒適性和安全性。因此，基站自發自收、基站A發B收、終端自發自收模式、終端A發B收可應用于高清地圖構建應用。針對道路監管和高鐵周界入侵檢測應用，利用基站的高視角或者多站協同可擴大感知范圍，實現全方位、全天候、不間斷地感知并將感知信息上傳至處理中心。因此，終端自發自收和基站 A發B收可應用于道路監管和高鐵周界入侵檢測應用。2 智慧低空場景智慧低空場景中典型的通感融合應用包括無人機監管和避障、飛行入侵檢測和飛行路徑管理，一方面通過基站感

14、知識別無人機“黑飛”或入侵。另一方面，利用基站的高視角或者多站協同擴大感知范圍，以對無人機提供避障和路徑指示。此外，對于避障和路徑管理，無人機可具備通信能力的設備，可利用基站自發自收或基站A發B收進行感知。因此，基站自發自收和基站A發B收可應用于智慧低空場景。3 智慧生活場景智慧生活場景中典型的通感融合應用包括呼吸監測、入侵檢測、手勢/姿態識別、健身監測和天氣監測。其中呼吸監測、入侵檢測、手勢/姿態識別和健身監測主要應用于局域感知場景，可通過基站發終端收、終端發基站收、終端自發自收模式和終端A發B收將有效提升感知性能和效率。天氣監測則主要基于室外基站感知進行空氣濕度、雨量等天氣表征因子的測量，

15、可通過基站自發自收或基站A發B收進行感知。通感融合場景感知模式需求5I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告表2-1 應用場景和感知模式的映射關系注1：這里列舉的是網絡初步部署，各個場景優先考慮的方案。隨著技術演進，各個場景可能結合更多的基本模式進行實現。注2：飛行路徑管理還涉及基站發終端收，終端發基站收模式。4 智慧網絡場景智慧網絡場景中典型的通感融合應用包括基站和終端波束管理、信道估計增強、基站和終端節能、基站資源調度與優化。智慧網絡場景可借助于上行或下行信號的感知信息輔助提升通信系統性能，因此基站發終端收和終端發基站收更適用于智慧網

16、絡場景。5 小結結合上面的分析，對上述場景分析匯總如表2-1所示：I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告6圖3-1 RAN通感架構3.1 通感無線架構考慮到不同感知場景的需求，5G-Advanced通感融合網絡架構研究報告中提出緊耦合和松耦合兩種類型感知架構，其中緊耦合架構包括控制面和用戶面（C-U）不分離架構和C-U分離架構2。對應地，RAN通感架構如圖3-1所示。其中，SF為邏輯網元，適用于緊耦合或松耦合，且其可位于5GC/gNB或其他位置。另外，在本技術報告中，將SF作為一個整體進行相關技術和流程的描述，并不對SF-C和SF-U做

17、相關區分。在該架構中，考慮到RAN的CU-DU分離和CU-DU不分離的場景。對于CU-DU分離的架構，gNB-CU承擔感知控制信令的傳遞，而gNB-DU作為感知單元，負責具體感知功能，感知測量數據通過CU發送到SF。3.2 通感協議棧在5G-Advanced通感融合網絡架構研究報告中，上述通感無線架構可對應于報告中的“緊耦合架構的控制面協議?！焙汀熬o耦合架構的用戶面協議?！?。其中，緊耦合架構的控制面和用戶面協議棧又包括RAN與SF/SF-C之間的協議棧，和UE與SF/SF-C之間的協議棧2。此外，感知過程中可能需要UE和gNB的交互，對于信令層面的交互，可參考現有的NR控制面協議，如圖3-2所

18、示。UE和gNB之間的感知資源配置在接入層可完全復用現有的控制面協議棧。SF和UE之間可以通過NAS消息進行。通感融合無線架構與協議棧7I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告圖3-2 gNB-UE交互的控制面協議棧圖3-3 gNB-UE交互的用戶面協議?？紤]到，UE作為感知設備可獲取感知測量數據，若UE是感知需求方則UE在本地進行計算且無需上報給網絡側，否則UE需要將感知測量數據通過gNB上報給SF。此時，UE的感知測量數據可能通過用戶面上報給SF，相關協議?？蓮陀矛F有的NR用戶面協議棧，如圖3-3所示。I M T-2 0 2 0(5

19、G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告8圖4-1 感知流程示意圖通感融合無線基本流程設計其中，gNB自發自收模式和gNB A發gNB B收模式均通過網絡側進行的感知，可只需SF與gNB之間的交互。gNB發UE收模式和UE發gNB收模式需要網絡側和終端側進行協作的感知，需要SF與gNB、SF和UE，gNB與UE間的交互。對于UE自發自收模式和UE A發B收模式，雖然感知流程不需要基站的參與，但是考慮到所有的感知資源屬于空口資源，應由基站負責管理和分配，且UE需要上報其感知能力，所以四種交互方式在這兩種感知模式中均存在。需要說明的是，在有 UE參與的感知模式中，假設SF與

20、UE之間通過非接入層信令交互，交互的過程對基站透明，從而避免SF、gNB、UE三級節點交互帶來的復雜性。4.1 通感基本模式和基本流程的映射關系感知信令交互可根據參與感知的網元的不同，分為如下四種方式：SF和gNB信令交互、SF和UE信令交互、gNB和UE信令交互、UE和UE信令交互。不同感知模式與三種網元（SF,gNB,UE）間交互的需求關系匯總如表4-1所示：表4-1 不同感知模式與網元間交互的需求關系9I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告對于六種感知模式而言，雖然涉及的網元交互可能各不相同，但是感知流程基本相同，一般分為三個步驟

21、：感知能力上報感知測量配置感知測量上報。如圖4-1所示，感知能力上報通常作為感知流程中的第一個步驟，其作用是上報UE/gNB支持的感知模式以及與感知信號處理相關的能力，從而幫助SF/gNB（在沒有網絡參與的UE A發B收模式中為感知管理終端）確定使用合適的感知模式以及感知資源。感知測量配置作為感知流程中的第二個步驟，其目的在于UE/gNB收到SF發送的感知需求之后，可根據感知需求確定感知資源的分配，因此該流程在上述四種交互方式中均有體現。在空口資源相關的感知測量配置流程中，gNB作為必須要參與的網元負責空口資源的分配，因此該流程存在于SF和gNB以及gNB和UE的交互過程中。而非空口資源相關的

22、感知配置可能由SF和UE直接交互。感知測量上報是感知流程中的最后一個步驟，其目的在于將收集到的感知測量數據上報給SF或者感知管理終端，在不同的感知模式中上報的網元可是UE/gNB。因此，感知基本流程對應于在不同的感知模式中應用于不同的網元交互流程中，如表4-2所示。表4-2 不同感知模式、基本流程與網元間交互的需求關系在下面的章節中，將會對相關網元間流程的細節進行詳細介紹。I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告10SF獲得gNB的感知能力、UE的感知能力并結合AF的業務需求來選擇感知模式、選擇合適的gNB等。在gNB自發自收模式、gNB

23、 A發B收模式、UE發gNB收模式、gNB發UE收模式都需要gNB上報感知能力。感知測量配置既包括空口資源相關的配置，也包括非資源相關的配置。其中空口資源相關的配置包括測量信號的配置，即信號的時頻資源配置信息。由于基站負責空口資源調度，因此UE空口資源相關的配置由基站負責。而非資源相關的配置主要是感知流程相關的配置，包括感知模式選擇、收發角色確定、上報模式等配置信息，可由SF根據感知服務需求決定并發送給基站或終端。SF向gNB發送感知測量配置，用于gNB的感知測量。在gNB自發自收模式、gNB A發B收模式、gNB發UE收模式、UE發gNB收、UE自發自收（覆蓋范圍內）、UE A發B收（覆蓋范

24、圍內）需要SF向gNB發送非空口資源的感知測量配置。而在UE發gNB收模式，網絡參與的UE自發自收以及UE A發B收模式，SF需要為gNB提供用于資源配置的信息（比如QoS），gNB需要向SF上報gNB給UE指示的空口的測量配置。gNB向SF進行感知測量上報，是指gNB獲得的3GPP感知測量數據上報給SF。對于gNB自發自收模式、gNB A發B收模式、UE發gNB收模式三種模式，gNB對無線信號進行處理獲得3GPP感知測量數4.2 SF和gNB間感知基本流程和信令在SF和gNB交互的基本流程中，大致包括三個流程：感知能力上報流程、感知測量配置流程和感知測量上報流程，如圖4-2所示。圖4-2 g

25、NB和SF交互的基本流程11I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告圖4-3 gNB主動上報感知能力示意圖據，并將3GPP感知測量數據上報給SF。而對于UE自發自收、UEA發B收以及gNB發UE收的場景，gNB僅負責管理和分配空口資源，并不作為感知節點進行相關感知信號的接收和匯聚，3GPP感知測量數據的傳輸對于gNB是透明的。4.2.1 感知能力上報4.2.1 感知能力上報感知能力上報流程的主要目的是讓SF掌握gNB的感知能力，以便于SF決定感知節點gNB 以及相關的配置?；镜母兄芰赡馨ㄈ缦聝热荩褐С值母兄Ｊ?，如gNB自發自收模

26、式，gNB A發B收模式、UE發gNB收模式、gNB發UE收模式、UE 自發自收（覆蓋范圍內）、UE A發B收（覆蓋范圍內）；gNB自發自收模式中的“發”和“收”的能力；gNB A發B收模式中的“發”和“收”的能力；UE發gNB收模式中的gNB“收”的能力；gNB發UE收模式中的gNB“發”的能力；UE 自發自收（覆蓋范圍內）、UE A發B收（覆蓋范圍內）中的資源配置能力；每種支持的感知模式下的感知精度，例如，感知距離、距離分辨率、感知的速度、速度分辨率、感知角度、角度分辨率、感知時延等。4.2.1.1 gNB主動能力上報4.2.1.1 gNB主動能力上報在gNB主動感知能力上報過程中，gNB

27、可周期性地向SF發送感知能力上報消息，此消息中可包括gNB不同帶寬配置下支持的感知距離精度、感知距離分辨率、感知速度精度、感知速度分辨率以及感知時延等能力信息，其流程示意如圖4-3所示。I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告124.2.1.2 SF請求gNB能力上報4.2.1.2 SF請求gNB能力上報在 SF請求感知能力上報過程中，SF從AF或UE獲知感知需求后，需要尋找符合感知需求或者可執行相關感知功能的gNB或UE。因此，SF可先向gNB發送感知能力請求消息，此消息中包括gNB的能力特征列表（例如，支持的感知模式、感知精度等）。g

28、NB收到感知能力請求消息后，gNB可根據能力列表向SF發送感知能力上報消息，消息中包含的內容就是與能力特征列表所對應的gNB感知能力信息，其流程示意如圖4-4所示。圖4-4 SF請求gNB感知能力示意圖SF根據gNB的感知能力、UE的感知能力，感知需求等信息來選擇感知方式、感知參與的基站或UE。一旦選擇gNB作為感知信號發送網元后，SF可確定應該發送的感知測量配置參數等信息。4.2.2 感知測量配置4.2.2 感知測量配置感知測量配置流程的目的是在確定gNB 感知能力之后，SF可選擇合適的感知方式和感知方法執行AF/UE 要求的感知業務，也就是SF向gNB發送所選感知方法的相關感知測量配置。在

29、該測量配置中，SF可能提供如下信息給gNB：感知模式：gNB自發自收、gNB A 發B收、gNB發UE收、UE發gNB收、UE自發自收（覆蓋范圍內）和 UE A發B收（覆蓋范圍內）；協作設備信息：SF除了向gNB 提供相應的感知模式信息，還需要提供相應的執行感知任務的UE信息或gNB信息；在對應感知模式下的角色“收”、“發”、“收&發”；13I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告 感知的QoS需求，如感知精度要求、時延要求等；感知測量數據上報模式，如周期性上報、事件上報、事件觸發的周期性上報等（對于需要接收感知信號的gNB）；gNB發送

30、測量信號的配置，根據感知模式比如gNB自發自收、gNB A發B收和gNB發UE收，推薦gNB發送測量信號的配置；gNB接收測量信號的配置，針對gNB A發B收模式，需要指示gNB作為“收”角色的測量配置。4.2.3 感知測量上報4.2.3 感知測量上報感知測量上報流程目的是在gNB完成感知方法配置后，進行相應的測量，并且將感知測量數據進行上報。不同感知模式下所需要的感知測量數據可能不同，但是總體而言，感知測量數據可能包括多種層級，如下給出一種感知信息層級劃分示例，不排除其他層級的劃分：感知結果：目標的距離、速度等，甚至比如車輛稽查信息、智慧路口和動態地圖等。感知中間數據：感知測量生成的點云信息

31、等。感知初步數據：時延擴展譜、多普勒譜、微多普勒譜、角度譜、信號強度譜等信息。上述譜信息包含了多條徑或多種運動模式的信息，每一條徑或每一個運動模式可通過獨立的譜線或參數反映。感知原始數據：接收信號或者原始信道信息（如接收信號或信道響應的復數結果、幅度和/或相位、I路/Q路及其相關運算結果）。感知測量上報可分為gNB主動感知測量上報和SF請求感知測量上報。在gNB主動上報的模式下，gNB在滿足配置的閾值的情況下進行上報。4.3 SF和UE間感知基本流程和信令當終端在有網絡覆蓋場景的時候，終端的感知行為可受到網絡的管控。此時，UE和SF基本流程和信令同樣適用于支持終端感知模式（即UE A發B收、U

32、E自發自收）。另外，gNB發UE收模式和UE發gNB收模式也需要SF和UE之間的交互。SF和UE的交互流程中所涉及的感知基本流程包括感知能力上報，感知測量配置和感知測量上報。4.3.1 感知能力上報4.3.1 感知能力上報感知能力上報流程的主要目的是讓SF感知UE的感知能力，以便于SF決定感知節點UE以及相關的配置。UE的感知能力可能包括如下內容：支持的感知模式：I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告14-UE自發自收模式中UE的“發”和“收”的能力；-UE A發UE B收模式中UE的“發”和“收”的能力；-gNB發UE收模式中的UE的

33、“收”的能力；-UE發gNB收模式中的UE的“發”的能力；支持的終端角色：感知發送終端、感知接收終端、感知管理終端；每種支持的感知模式下的感知精度：感知距離、距離分辨率、感知的速度、速度分辨率、感知角度、角度分辨率、感知時延等。UE和SF之間感知能力上報流程與SF和gNB中的流程相似，不同之處在于上報的能力信息內容以及粒度。SF和gNB基本流程中上報gNB的感知能力信息范圍更大（RAN級別），主要用于大范圍V2X應用、智慧工廠、氣象監測等場景，例如路口環境感知中感知車流變化，所需的感知能力包括實時構建全局動態地圖以輔助自動駕駛和車輛軌跡跟蹤等應用。而SF和UE基本流程中上報UE的感知能力信息范

34、圍較?。║E級別），主要用于小范圍智慧工廠、人體姿勢識別、AR等應用場景，例如在智慧生活場景中對人體進行異常行為檢測，所需的感知能力包括快速識別微小動作變化引起的信號變化，例如摔倒或久坐不動等。感知能力上報可分為UE主動上報和SF請求上報。具體流程與4.2節類似，在此不再贅述。4.3.2 感知測量配置4.3.2 感知測量配置在有UE參與的感知模式中SF 需要為參與感知的UE提供一些非資源相關的感知測量 配置，如感知模式、收發角色、上報模式等。此外，在gNB發UE收模式中，可能存在多個gNB給一個UE發感知信號的情況，此時SF需要與多個gNB協調以獲得UE接收感知測量信號的配置，并將該配置發給U

35、E；在網絡參與的UE A發B收模式中，參與感知的UE可能由不同的gNB服務。因此，SF可能會與多個gNB交互以協調UE的資源相關的配置。其中，SF給UE提供的感知測量配置主要包括如下信息：感知模式：gNB發UE收、UE發gNB收、UE自發自收、UE A發B收；在對應感知模式下的角色：“收”、“發”、“收&發”；感知結果上報模式，如周期性上報、事件上報、事件觸發的周期性上報等（對于需要 接收感知信號的UE）；4.3.3 感知測量上報4.3.3 感知測量上報感知測量上報流程目的是在UE完成感知方法配置后，進行相應的測量，并且將感知測量數據進行15I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-

36、Advanced通感融合空口技術方案研究報告上報。不同感知模式下所需要的感知測量數據可能不同，但是總體而言，感知測量數據可能包括多種層級，如下給出一種感知信息層級劃分示例，不排除其他層級的劃分：感知結果：目標的距離、速度等，甚至比如車輛稽查信息，智慧路口和動態地圖等。感知中間數據：感知測量生成的點云信息等。感知初步數據：時延擴展譜、多普勒譜、微多普勒譜、角度譜、信號強度譜等信息。上述譜信息包含了多條徑或多種運動模式的信息，每一條徑或每一個運動模式可通過獨立的譜線或參數反映。感知原始數據：接收信號或者原始信道信息（如接收信號或信道響應的復數結果，幅度和/或相位，I路/Q路及其相關運算結果）。受限

37、于UE計算能力以及UE的感知范圍，UE的感知測量數據可能范圍更小和粒度更大。例如，在感知結果中，UE感知的動態地圖為局部信息，無法形成全局地圖。另外，考慮到上報感知原始數據所需要上傳的數據量較大，消耗網絡資源較多，并且對終端的能耗不友好，需要進一步研究對應數據傳輸優化機制。感知測量上報可分為UE初始化的感知測量上報和SF初始化的感知測量上報。具體流程SF和gNB的流程類似，在此不再贅述。在UE主動上報的模式下，UE在滿足配置的閾值的情況下進行上報。4.4 gNB和UE間感知基本流程和信令如圖4-1及表4-2所示，UE發gNB收、gNB發UE收、UE自發自收、UE A發B收四種感知模式涉及到gN

38、B和UE之間的基本流程?？紤]到所有的感知資源都屬于空口資源，由gNB負責管理和分配。對于UE發gNB收和gNB發UE收感知模式，gNB需要為UE配置感知信號的發送資源/接收資源，為了更有效地進行資源配置，gNB需要知道UE的感知能力，所以涉及到gNB和UE之間的交互主要是感知能力上報和感知測量配置流程。對于UE A自發自收感知模式，以及UE A發B收感知模式，在有網絡覆蓋場景下，終端用于發送的傳輸資源也受gNB管控，即由gNB調度感知發送終端用于執行感知參考信號發送的傳輸資源。同時基站也需要知道UE的感知能力以便于更有效地配置資源，所以這兩種模式也涉及UE能力上報和感知測量配置流程。為了更方便

39、地理解不同感知模式在空口的能力上報及感知流程配置流程，表4-3對其進行了匯總。I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告164.4.1 感知能力上報4.4.1 感知能力上報本節中的感知能力上報流程的目的是讓gNB確定UE的感知能力，從而gNB可確定對應的感知配置。UE的感知能力可分為感知相關的能力與UE的無線能力。UE感知能力包括以下內容：支持的感知測量數據，例如測量離開角/到達角、時延；支持計算感知測量數據，例如目標的距離、速度、角度；接收感知信號的處理能力，例如可同時感知的最大目標數量、可感知的最大距離；感知目標的識別能力或可感知的目標

40、類型，例如只支持感知特定目標類型；支持的感知精度。UE無線能力包括以下內容：支持收/發信號的帶寬、處理能力等；支持的波束掃描功能等。4.4.2 感知測量配置4.4.2 感知測量配置4.4.2.1 UE發gNB收中的感知測量配置4.4.2.1 UE發gNB收中的感知測量配置在UE發感知測量配置過程中，gNB需要根據UE上報的感知能力，向UE發送上行感知測量資源配置信息用于UE發送感知信號，gNB則測量該上行信號并獲取感知測量數據。本節所述的感知測量配置，需要支持UE和gNB之間的感知參考信號發送配置、激活、去激活的基本流程，如圖4-5所示。下面對感知能力上報流程和感知測量配置流程進行展開介紹。表

41、4-3 不同感知模式對gNB和UE間交互的需求關系17I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告gNB基于SF的感知信號信息請求，決定UE的感知參考信號傳輸資源，并將感知參考信號發送配置發送給UE?？紤]到感知參考信號可能需要周期、非周期、半持續等不同時域傳輸特性，還需要考慮感知參考信號的激活與去激活等信令。例如，對于半持續的感知參考信號，gNB基于SF的感知業務激活/去激活請求，向UE發送感知參考信號激活/去激活MAC CE；對于非周期的感知參考信號，gNB向UE通過DCI觸發感知參考信號的傳輸。從而UE可根據gNB發送的激活/去激活命令，

42、確定發送或停止發送上行感知信號。此外，在UE發gNB收感知模式的測量場景中，還需要考慮以下因素：gNB根據感知測量需求可同時觸發單個或多個終端發送上行感知信號進行上行感知測量。感知測量資源與現有上行通信資源（例如終端上行數據信道、上行參考信號如SRS）之間的復用關系。對于UE發gNB收感知測量配置中所使用的感知信號，主要包括以下三種配置方式：1）基于現有上行參考信號（SRS）配置用于感知現有協議支持多個SRS資源集配置，并基于DCI觸發非周期SRS傳輸、MAC CE激活/去激活半持續SRS傳輸、RRC配置周期性SRS傳輸?；诟兄枨笤鰪姮F有SRS資源配置，例如增強SRS配置周期、多時隙的SR

43、S重復傳輸等。2）基于新的上行參考信號配置用于感知面向新的感知性能需求設計新的上行感知參考信號。新的上行感知參考信號考慮具有周期性、半圖4-5 感知參考信號發送配置、激活、去激活I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告18持續、非周期性，重復傳輸（時隙內、時隙間）、多波束特性。參考SRS資源配置，配置用途指示為感知測量的上行感知參考信號資源集。新參考信號資源可與SRS資源位置復用，處理與SRS資源之間的優先級。3）基于上行數據信道用于感知現有上行數據信道基于基站的波束指示采用對應的波束進行上行數據發送。引入感知用途之后，波束指示不一定對應

44、最佳上行通信波束，可對應同時滿足感知和通信需求的上行通信波束。對于上行多次重復傳輸，基站可指示不同傳輸采用不同波束。該方案可擴展到多個TRP傳輸，基站指示多個TRP上對應上行多次重復傳輸的波束指示，同時滿足感知和通信需求。此外，UE發gNB收感知測量資源配置還需考慮UE的連接狀態，除了RRC連接態的終端之外，考慮RRC空閑和RRC非激活態下UE的上行感知信號傳輸，以滿足一定區域中環境感知測量需求。4.4.2.2 gNB發UE收中的感知測量配置4.4.2.2 gNB發UE收中的感知測量配置在gNB發UE收感知測量配置過程中。首先，gNB向UE發送相關的下行感知測量配置信息，然后gNB向UE發送下

45、行感知信號。UE根據該信息進行感知測量，并將感知測量數據進行上報。本節所述gNB感知測量配置需要考慮以下因素：gNB根據感知測量需求可同時觸發單個UE或者多個UE基于下行感知信號進行下行感知測量。感知測量資源與現有下行通信資源（包括SSB、下行數據信道、下行參考信號 如CSI-RS）之間的復用關系。對于gNB發UE收感知測量配置中所使用的感知信號，主要包括以下三種配置方式：1）基于現有下行參考信號（CSI-RS）配置用于感知UE向gNB反饋的主要是CSI信息，可考慮復用現有的CSI-RS資源，根據感知需求增強復用CSI-RS的配置，例如增強配置周期、增強CSI-RS占用符號和子載波配置。2）基

46、于新的下行參考信號配置用于感知可參考定位參考信號（PRS）的配置方法，高層配置感知觸發狀態、感知上報設置、感知資源配置以及感知資源集合。3）基于下行數據信道用于感知對于基于下行數據信道的感知測量反饋，現有下行數據基于gNB的波束指示（TCI狀態）采用對應的波束進行下行數據發送或者接收。引入感知用途之后，gNB指示TCI狀態不一定對應最佳下行通信波束，可對應同時滿足感知和通信需求的下行通信波束。對于下行重復傳輸，gNB可指示不同傳輸采用不同波束。該方案可擴展到多個TRP傳輸，gNB指示多個TRP上對應下行多次重復傳輸的波束指示，同19I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advan

47、ced通感融合空口技術方案研究報告時滿足感知和通信需求。4.4.2.3 UE自發自收和UE A發B收中的感知測量配置4.4.2.3 UE自發自收和UE A發B收中的感知測量配置雖然在UE自發自收模式和UE A發B收中gNB既不發送感知信號也不接收感知信號，但是gNB需要為UE所需的感知資源，其可分為小區級和UE級感知測量資源配置。小區級感知測量資源配置，即配置一定專用資源用于UE進行自發自收或A發B收測量。該小區級感知測量資源配置信息可進一步包含在系統信息中發送給UE，一方面，約定與UE下行傳輸之間的優先級，避免與下行傳輸之間的資源碰撞，另一方面，UE端同時可針對該資源上的信號進行接收用作CS

48、I測量。UE級感知測量資源配置，即UE利用分配給其的傳輸資源（包括UE級的參考信號和下行數據信道），或者分配給UE感知測量資源進行自發自收或UE A發B收感知測量。4.5 UE和UE間感知基本流程和信令4.5 UE和UE間感知基本流程和信令UE和UE基本流程主要針對于兩種只有終端參與的感知模式，即 UE A發B收以及UE自發自收。在介紹感知能力交互、感知測量配置、感知測量上報等UE和UE基本流程之前，本節首先介紹與終端密切相關的覆蓋場景以及終端角色。4.5.1 覆蓋場景與終端角色4.5.1 覆蓋場景與終端角色如圖4-6所示，對于終端感知模式（即UE A發B收、UE自發自收），其基本流程設計需要

49、考慮終端所處的不同覆蓋場景。與3GPP R18 Sidelink定位類似，在設計初期階段，針對終端感知模式的基本流程可優先考慮網絡覆蓋內和無網絡覆蓋這兩種主要場景。圖4-6 終端的覆蓋場景示意圖I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告20UE和UE基本流程和信令是為支持終端感知模式特有的信令流程。UE和UE基本流程主要用于無網絡覆蓋場景中，并且是無網絡覆蓋場景中執行終端感知唯一的交互方式。此外，UE和UE基本流程也能用于支持在有網絡覆蓋場景下完成終端自主執行的感知行為，特別是針對非授權頻段或者預配置資源的授權頻段。其優勢主要在于：1）感知

50、測量數據可能比較大，開銷可能比較大，通過UE和UE之間直接的信令交互可減少網絡開銷；2）終端之間直接的信令交互不需要核心網參與，因此具有時延小的特點，對于車聯網等時延敏感的場景，可減少時延；3）終端自己處理感知信息，不暴露敏感信息給網絡，能夠規避安全隱私風險。對于無覆蓋范圍場景，與3GPP R18 Sidelink定位類似，由于終端無法獲得網絡覆蓋，SF無法參與到終端感知的過程中。在這種情況下，需要挑選出一些具有較強能力的終端，由該終端角色在無網絡覆蓋場景下部分地承擔SF的一些任務。因此，除了感知發送終端、感知接收終端兩類感知執行終端之外，還需要定義感知管理終端的終端角色。因此，終端感知需要考

51、慮如下的不同的終端角色：感知發送終端：在終端感知中，負責發送感知參考信號 感知接收終端：在終端感知中，負責接收測量感知參考信號，并得到感知測量數據 感知管理終端：在終端感知中，無網絡覆蓋場景下，承擔部分SF功能的邏輯節點，如感知測量數據處理等，其可能是感知發送終端、感知接收終端之一，也可能獨立。特別地，對于UE自發自收感知，感知發送終端和感知接收終端為同一終端?；诟采w場景和終端角色的討論，在UE和UE交互的基本流程中，主要包含三個子流程：感知能力上報流程、感知測量配置與感知測量上報，如圖4-7 所示。值得注意的是，感知發送終端、感知接收終端和感知管理終端均為邏輯角色。在無場景下的終端感知模式

52、中，一個的終端實體可能承擔其中任意一個或多個不同的終端角色。例如，對于UE A發UE B收的感知模式，UE A為感知發送終端，UE B為感知接收終端，而感知管理終端可能由UE A 或UE B之一承擔，也有可能由其他UE承擔。對于UE自發自收模式，該UE既是感知發送終端也是感知接收終端，而感知管理終端可能仍由該UE擔任，也可能由其他UE承擔。根據上述不同的實際部署，相應地，UE和UE交互的某些信令流程可進一步簡化。21I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告其中，感知測量配置流程不僅包含與感知發送終端交互的感知參考信號請求與響應流程，還包括

53、向感知接收終端提供用于感知測量的輔助信息的感知輔助信息交互流程。4.5.2 感知能力上報4.5.2 感知能力上報該過程主要用于感知執行終端向感知管理終端上報與感知相關的能力信息，感知管理終端根據感知執行終端的感知能力決定進一步的感知測量配置。UE的感知能力可能包括如下內容：支持的感知模式：UE A發UE B收、UE自發自收；支持的終端角色：感知發送終端、感知接收終端、感知管理終端；感知信息處理能力：獲取某些感知信息需要終端額外的處理能力，因此，終端需要報告；圖4-7 UE和UE交互的基本流程圖4-8 感知能力上報過程I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空

54、口技術方案研究報告22 支持上報的感知測量數據類型，如感知原始數據、感知初步數據、感知中間數據和感知結果，以及感知測量數據類型對應的 KPI，如感知業務時延等。如圖4-8所示，感知能力上報過程可支持基于請求的感知能力上報，感知能力請求消息中可攜帶UE感知能力列表來指示感知管理終端需要獲知哪些相關的UE感知能力信息，進而感知執行終端可根據UE感知能力列表通過感知能力上報消息向感知管理終端上報對應的UE感知能力信息；感知能力上報流程也可支持周期性的感知能力上報，此時感知能力請求消息可省略。4.5.3 感知測量配置4.5.3 感知測量配置感知測量配置流程主要包含與感知發送終端交互的感知參考信號請求與

55、響應流程，以及向感知接收終端提供用于感知測量的輔助信息的感知輔助信息交互流程。圖4-9 感知參考信號請求與響應流程如圖4-9所示，該過程主要用于感知管理終端向感知發送終端請求感知參考信號的發送。感知參考信號請求消息中，可進一步指示期望的感知參考信號傳輸資源信息，為感知發送終端在執行資源選擇的時候提供參考；也可指示輔助感知參考信號發送的信息，如空間關系信息、感知目標方向信息等，用于幫助感知發送終端生成指向感知目標的波束。在無網絡覆蓋場景下，感知發送終端依靠隨機選擇、資源偵聽或者與感知接收終端間的協調，自主在網絡配置或預配置的資源池中選擇感知參考信號的傳輸資源。此外，除了感知發送終端自行選擇感知參

56、考信號資源以外，還存在感知管理終端決定感知參考信號配置的選項。在這種情況下，感知管理終端首先需要獲取多個感知發送終端的感知相關的資源及偏23I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告圖4-8 感知能力上報過程圖4-10 感知測量輔助信息交互流程其中，在提供感知輔助信息消息中，可包含感知參考信號配置等信息如下：感知參考信號配置：用于指示感知參考信號的配置信息，如感知參考信號的時頻資源、序列等，以輔助感知接收終端接收測量感知參考信號；根據側行感知測量需求，側行感知測量可考慮基于側行數據信道、現有側行參考信號（例如SL CSI-RS），新設計側行

57、感知參考信號進行。感知測量輔助信息交互流程支持基于感知接收終端觸發和基于感知管理終端觸發的方式。在基于感知管理終端觸發的情況下，感知輔助信息請求消息可省略。此外，也支持感知管理終端周期性地向感知接收終端提供感知輔助信息。好等信息，該信息可為感知管理終端決定感知參考信號配置提供參考。感知管理終端決定感知參考信號資源后，將相關配置發給感知發送終端。這種方式能夠提高感知參考信號配置的靈活度與適應性。但值得注意的是，在現有的Sidelink通信或定位的資源分配模式中，除了終端基于網絡的調度或配置確定傳輸資源（即，模式1）以及終端自主在網絡配置或預配置的資源池中選擇傳輸資源（即，模式2）之外，并沒有支持

58、終端A決定或調度終端B的傳輸資源的方式，因此該選項需要在此現有技術基礎上考慮更多的增強。而感知接收終端在接收感知參考信號的時候可能：1）在網絡配置或預配置的整個資源池上監聽感知參考信號；2）在感知發送終端選擇了特定的感知參考信號傳輸資源之后，直接向感知接收終端告知感知參考信號配置信息；3）或者通過感知參考信號響應消息由感知管理終端向感知接收終端告知感知參考信號配置信息，以利于感知接收終端更好的接收測量感知參考信號。對于第三種情況，需要感知接收終端和感知管理終端之間如下的信令支持，如圖4-10所示。I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告2

59、4感知測量上報流程主要針對感知接收終端，如圖4-11所示，該過程主要用于感知管理終端向感知接收終端請求感知參考信號的測量得到感知測量數據。感知信息請求消息中，可包含感知信息類型（如感知測量數據層級）指示、感知信息的QoS需求、測量配置、上報配置等。感知測量數據可能包括多種層級，如下給出一種感知信息層級劃分示例，不排除其他層級的劃分：感知結果：目標的距離、速度等，甚至比如車輛稽查信息，智慧路口和動態地圖等。感知中間數據：感知測量生成的點云信息等。感知初步數據：時延擴展譜、多普勒譜、微多普勒譜、角度譜、信號強度譜等信息。上述譜信息包含了多條徑或多種運動模式的信息，每一條徑或每一個運動模式可通過獨立

60、的譜線或參數反映；感知原始數據：接收信號或者原始信道信息（如接收信號或信道響應的復數結果，幅度和/或相位，I路/Q路及其相關運算結果）。另外，對于某些較高層次的感知信息，由于感知接收終端需要處理并獲得該感知信息，可能還需要感知管理終端額外提供輔助信息用于感知結果計算，如感知發送終端的位置信息等。感知信息請求消息中包含的感知信息的QoS需求、測量配置、上報配置含義解釋如下：感知信息的QoS需求：感知估計的位置精度、感知估計的速度精度、距離分辨率、速度分辨率、感知業務時延、漏檢率、虛警率等；測量配置：用于指示感知接收終端進行周期性測量（對應的測量周期、重復次數）、單次測量等，以輔助感知接收終端接收

61、測量感知參考信號；還可用于指示感知參考信號的配置信息，如感知參4.5.4 感知測量上報4.5.4 感知測量上報圖4-11 感知測量上報流程25I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告圖4-12 錯誤指示流程考信號的時頻資源、序列等；上報配置：用于指示周期性上報（對應的上報次數和上報間隔）、基于事件觸發的上報（事件信息、兩次事件觸發間隔的最小時間、觸發上報后的上報次數和上報間隔等），例如，入侵檢測場景下可配置與感知測量數據的變化相關的事件，只有感知測量數據變化超出門限時才上報感知測量數據，以減少上報開銷。此外，上報配置還可配置上報內容的約束

62、條件，例如，有效性條件，人體特征檢測中有效的微多普勒范圍，感知目標的坐標區域，感知目標的數目上限以及選擇條件等，例如，可靠性條件，接收信號SINR的最低門限。這樣可避免無效信息的上報，減少上報開銷。感知接收終端根據感知信息請求消息測量感知參考信號得到對應的感知測量數據，并基于上報配置通過感知信息反饋消息將感知信息發送給感知管理終端，可分為感知管理終端請求的感知測量數據上報、周期或條件觸發的感知測量數據上報等方式。對于終端間的側行感知測量數據的反饋，根據感知測量數據需求，需要考慮的問題包括新側行測量量、測量反饋的時效等問題?？紤]到感知測量數據可能較大，如果感知測量數據基于數據信道進行上報時，還需

63、要考慮優先級，用于側行信道的重評估與資源搶占。4.6 錯誤指示和終止指示4.6.1 錯誤指示流程4.6.1 錯誤指示流程錯誤指示可能存在于任何兩個節點之間，如SF-gNB、SF-UE、UE-gNB、UE-UE。節點B收到節點A發送的感知相關消息（感知能力上報、感知測量配置、感知測量上報）后，即檢測該消息中是否包含錯誤。如果檢測到該消息中包含一個或多個錯誤，節點B向節點A返回錯誤指示并丟棄該消息，或者節點B直接丟棄該消息而不返回錯誤指示。感知消息中可能包含的錯誤包括但不限于消息格式錯誤、未定義的消息類型、不支持的數值，消息分段錯誤等。節點B向節點A返回的錯誤指示中可能包含具體的消息標識以及錯誤原

64、因。節點A收到節點B返回的錯誤指示后，即終止與錯誤指示相關的感知流程，并在處理完相應錯誤后重新開始相關流程。I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告265.1 感知信號研究5.1.1 感知性能指標5.1.1 感知性能指標無線感知定位性能的評價通常包括分辨率（Resolution）、精度（Accuracy）、無模糊范圍（Ambiguity），其中每項中具體包括目標距離、速度、角度這三項參數。典型的雙基地感知架構示意圖如圖5-1所示。其中，為信號發端（Tx)到目標距離，為信號接收端（Rx)到目標距離，為基線距離，為目標相對于信號發送端的角度，

65、（、）為目標相對于信號接收端的角度，為雙基地角。4.6.2 終止指示流程4.6.2 終止指示流程終止指示可用于感知管理節點終止當前正在進行的感知服務/流程，用于感知管理節點與其他任意節點之間，如SF-gNB、SF-UE、UE-gNB、UE-UE。終止感知服務/流程的原因包括但不限于感知服務的取消或改變，周期性感知測量/上報的停止等。感知管理節點發給其他感知節點的終止指示包括相關感知服務/流程的標識。收到感知管理節點發送的終止指示的感知節點向感知管理節點返回確認并終止相關服務/流程，或者感知節點直接終止相關服務/流程而并不返回確認。圖4-13 終止指示流程通感融合物理層關鍵技術27I M T-2

66、 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告表5-1：感知性能指標和計算公式同時考慮單基地感知模式和雙基地感知模式，感知性能指標和感知信號相關參數的關系如表5-1所示。從表5-1中可看出，感知定位性能指標受感知信號參數的影響，例如感知信號周期、帶寬等，具體地，感知信號周期、帶寬等。注：B為信號帶寬，M為脈沖數，Tr 為脈沖重復周期，為3dB波束寬度，為光速，為信號波長，D為陣列的孔徑，SNR為信噪比，為天線間距。圖5-1 雙基地感知架構：二維空間（左），三維空間（右）I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研

67、究報告28圖5-2 通信感知時分復用示意圖 優點：感知信號可占用全部帶寬，距離測量精度和分辨率高；由于通信和感知分別占用不同的時域符號，所以通信信號對感知信號的干擾較低。缺點：感知信號不能影響現有5G通信系統的同步信號或參考信號等信號的發送，因此感知信號占用的時域符號需要考慮規避現有5G通信系統的同步信號或參考信號等。2）頻分復用感知信號和通信信號占用不同的頻域資源，如圖5-3所示。5.1.2 通感資源復用方式 5.1.2 通感資源復用方式 在通感融合系統中，通信信號和感知信號共用時域頻域資源，其資源復用方式一般可分為時分復用、頻分復用和空分復用。在不同的通感資源復用方式下，感知信號占用的時域

68、頻域資源配置有所不同，導致系統可達到的感知性能指標也有所不同。結合感知性能指標的分析，對這三種資源復用方式的優缺點進行分析。1）時分復用感知信號和通信信號分別占用不同的時域符號，如圖5-2所示。由表5-1可知，感知信號周期影響感知的速度無模糊范圍，感知信號周期越大，速度無模糊范圍越小。29I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告圖5-3 通信信號和感知信號頻分復用示意圖圖5-4 通信信號和感知信號空分復用示意圖 優點：感知信號和感知信號分別占用專用的頻譜資源，因此通感融合系統中的通信信號不會對感知造成干擾。缺點：感知信號只能占用部分帶寬，

69、距離測量精度和分辨率較低。2）空分復用感知信號和通信信號占用不同的空域資源，如圖5-4所示，感知信號和通信信號分別通過感知波束和通信波束同時發送。I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告30 優點：感知信號占用全部帶寬，距離測量精度和分辨率高。缺點：通信波束發送的通信信號可能會被環境中目標反射到感知波束內，對感知造成干擾。例如當通信波束內存在一個強目標，其反射的通信信號可能會淹沒感知波束內弱目標的感知回波信號，導致感知波束內弱目標無法檢測。5.1.3 感知波形5.1.3 感知波形5.1.3.1 OFDM5.1.3.1 OFDM5G系統是以

70、OFDM為基礎進行設計的，各種參考信號和數據傳輸都是設計基于OFDM。下行參考信號目前，5G下行采用的參考信號都是基于Gold序列，包括CSI-RS、PRS等，這些參考信號的用途概括如下：（1）CSI-RS功能強大，可用于波束管理、CSI測量、時頻偏跟蹤（TRS）、RRM測量或者移動性管理。CSI-RS的配置由RRC信令下發，只能由服務基站配置。（2）PRS主要用于定位用途，配置是由LMF（Location Management Function，定位管理功能）通知，且PRS可由服務小區和鄰小區發送，UE端可測量多個小區/TRP發送的PRS以得到測量數據，例如RSRP、DL-TDOA、UE R

71、SRP等。如果是采用參考信號實現感知，存在兩種潛在的思路：（1）增強PRS實現感知功能。由于PRS的設計專門為了定位用途，跟通感中某些場景的感知原理有些類似，例如智慧低空場景，智慧交通場景中利用感知信號的反射波對目標進行定位，PRS類似的設計可能比CSI-RS更適用于通感信號。其中有如下兩個初步考慮：1）感知信號和PRS類似，可能需要多個小區/TRP 發送或者測量，這樣有利于進行感知協同。2）如果通過增強PRS信號就可實現初步的感知功能，可實現資源開銷節省。（2）設計新的參考符號實現感知功能，那新的參考符號采用Gold序列是一個潛在的選項。Gold序列具有較好的自相關性，PAPR較低，截斷序列

72、仍然是Gold序列，復用能力較好的優點。同一個Gold 序列，可應用于不同帶寬能里的接收端，如圖5-5所示。31I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告 上行參考信號對于上行，目前3GPP支持OFDM和DFT-S-OFDM兩種波形。對于OFDM，參考信號仍然采用的是Gold序列，如PUSCH DMRS。其他參考信號，如SRS采用的是ZC序列。定位功能的SRS和MIMO的SRS序列一樣，都是采用ZC序列。對于5G感知，可盡可能復用或者增強現有參考信號實現感知，這樣既能降低開銷又能提供感知能力。因此，有以下兩種選擇：選擇1：Gold序列選擇2

73、：ZC序列，參考38.211 章節5.2.2相比較而言，Gold序列復用能力更好，因為ZC序列的截斷序列不在保持ZC特性。但是，Gold序列峰均比略差于ZC序列。此外，ZC序列的相關性也更好。由于LTE和NR對于ZC和Gold做了充分的對比，這里不再累述。Sidelink參考信號對于Sidelink，跟上行類似，初步考慮存Gold序列和ZC序列兩種潛在的選擇。5.1.3.2 LFM5.1.3.2 LFM線性調頻信號在雷達系統中應用廣泛。顧名思義，線性調頻信號（LFM）就是其頻率隨時間線性改變。單個LFM的發送信號主要取決于調頻寬度（B）和脈沖帶寬（T）。LFM具有如下特征：優點：1）峰均比低，

74、LFM可增加感知距離；圖5-5 Gold序列的截斷特性I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告322）自干擾抑制簡單，實現自發自收實現難度低；3）對多普勒擴展不敏感，在高速目標測量上，實現更好的性能；波形的模糊函數具有“山脊”形狀，有良好的測距和測速分辨性能；4）感知開銷低，這主要體現在其不像OFDM波形需要額外循環前綴來保持載波間的正交性。缺點：承載數據的能力差；采用線性調頻波形時，需要增加處理線性調頻波的硬件鏈路。5.1.3.3 OTFS5.1.3.3 OTFSOTFS 波形是一種在時延多普勒域中承載數據符號的調制方案5，最近在學術界

75、被大量討論。優點：1）由于OTFS波形的數據符號承載在時延多普勒域，因此OTFS波形的信道估計結果和環境感知測量數據緊密關聯，信道估計的結果從某種程度上來講就是感知的距離速度譜；2）OTFS 波形的基帶處理流程對OFDM收發機友好，可基于 FFT/IFFT實現調制解調過程；3）波形的模糊函數具有“圖釘”形狀，有良好的測距和測速分辨性能。缺點：1）OTFS 波形峰均比較高，高功率下的遠距離探測能力受限；2）OTFS 波形需要修改通信的調制解調算法。5.2 感知幀結構研究如果感知的收發、或者感知的發送與通信接收同時共享前端射頻硬件，則需要基站支持全雙工操作，即需要先進的發射和接收方案的同步感知和通

76、信。但是，雙工操作會導致嚴重的自干擾，由信號直接從發射天線泄漏到接收天線引起的，并會顯著降低傳感和通信性能。雖然近年來提出了一些自干擾抑制方法，但它們在實際應用中還不夠成熟。因此只需要對現有的通信幀結構進行局部改變，從而實現通信和感知共存的要求。5.2.1 FDD感知幀結構5.2.1 FDD感知幀結構FDD是一種頻分復用系統，在通信中采用不同的頻率進行上下行傳輸，如圖5-6所示。圖5-7和圖5-8給出了FDD無線幀結構。一方面，結合雙工模式和子幀結構，如果采用通感融合系統中采用基站進行感知的情況，就需要對下行的幀結構進行改變，通過添加相應的下行感知時隙完成通感融合，如果采用終端發基站收的模型，

77、就需要對上行幀結構進行改變。另一方面，在通感融合系統中如果使用FDD模式進行部署，存在不同區域感知和通信的要求，需要進行柔性的、面向業務的通感融合幀結構33I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告5.2.2 TDD感知幀結構5.2.2 TDD感知幀結構最簡單的通信感知融合幀結構為通信感知時分的幀結構，即在不同的時隙分別實現感知或者通信功能。這種時分的幀結構可根據業務需求靈活配置通信與感知的時隙配比，提高頻譜利用效率。此劃分；差異化的幀結構部署可能會帶來相鄰區域間的干擾，因此需要進行合理的小區規劃。因此那就需要按照通信和感知綜合需求和與周邊

78、基站的干擾程度進行分析。圖5-6 FDD雙工模式圖5-7 基于時隙的FDD無線幀結構圖5-8 基于符號的FDD無線幀結構I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告345.2.3 擴展CP5.2.3 擴展CP5.2.3.1 目前CP存在的問題5.2.3.1 目前CP存在的問題在5G通信系統中，通過引入CP(Cyclic Prefix,循環前綴)解決多徑導致的符號間干擾和子載波間干擾。CP的長度主要有兩種，分別為NCP（Normal Cyclic Prefix,常規循環前綴）和ECP（Extended Cyclic Prefix,擴展循環前綴）

79、，如圖5-10所示。常規循環前綴長度4.7 s ，擴展循環前綴長度16.67 s 。對于NCP：每0.5ms內有7個OFDM符號，第1個OFDM符號的CP長度是5.21 s ，第2到第7個OFDM符號的CP長度是4.69 s 。對于ECP：每0.5ms內有6個OFDM符號，每個OFDM符號的CP長度均是16.67 s 。外，由于通感融合的幀結構將時隙劃分感知子幀和通信子幀，可有效地避免通信和感知信號間的互干擾，實現通感融合系統中通信和感知信號的良好共存。這里的幀結構是在現有的幀結構基礎上進行用于感知幀位置的制定，但是從整個幀結構來說，與原來的幀結構無差異，只有在數據封裝和解碼的時候才會明確哪些

80、是通信子幀，哪些感知子幀，因此無需改變現有的幀結構。在采用TDD通感融合幀結構時，難度會比FDD更大，其需要考慮子幀內部的結構，需要同時考慮通信和感知的需求與網絡部署的情況，如圖5-9給出了2.5ms幀結構里制定第 7個子幀為下行感知子幀，最后一個上行為感知子幀的幀結構模式。在進行TDD子幀部署時，需要考慮3個方面的問題：1）從通信和感知需求的角度，明確用于通信和感知需要的時隙或者子幀個數，2）無線架構模式也是影響幀結構的要素之一，如果為基站自發自收的情況，需要考慮下行幀中感知子幀或者參考信號的設置，并需要綜合考慮回波對上行通信信號的影響，3）在采用差異化通感融合的幀結構的情況下，需要考慮鄰區

81、間的干擾。圖5-9 TDD下感知資源配置示意圖35I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告表5-2 基站自發自收感知模式下NCP和ECP所對應的最遠感知距離如表5-2所示，以子載波間隔15kHz為例，當感知距離大于703m時，NCP將無法解決符號間干擾的問題。隨著子載波間隔的增大，感知距離將嚴重受限。如果采用ECP，以子載波間隔15kHz為例，感知距離可達到2502m，可滿足大部分場景站間距部署和感知覆蓋需求。對于海面安防場景等感知覆蓋距離較遠的場景，可考慮進一步引入保護間隔，解決感知時延較大帶來的符號間干擾問題。此外，在通感一體系統中還

82、存在多目標感知需求，如圖5-11所示，當基站或終端既要感知近距離目標（時延較?。┯忠兄h距離目標（時延較大）時，可能導致感知信號的多徑時延擴展超過NCP能力。如果ECP可滿足大部分感知場景多徑時延擴展需求，則采用ECP將最大程度降低資源開銷，如果ECP仍無法滿足感知場景多徑時延擴展需求，可進一步考慮引入保護間隔。圖5-10 5G通信系統循環前綴設計I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告365.2.3.2 潛在解決方案5.2.3.2 潛在解決方案為解決感知信號時延較大和時延擴展較大等問題，可針對不同感知模式、不同場景、不同部署方式進行感

83、知信號幀結構增強。Option 1Option 1:如圖5-12所示，感知信號與通信信號之間預留保護間隔。優點：場景通用性強。缺點：每個感知信號后都需要預留保護間隔，感知資源開銷大。Option 2Option 2:ECP感知信號與NCP通信信號符號級融合：如圖5-13所示，在一個時隙內既發送感知信號又發送通信信號，感知信號采用ECP、通信信號采用NCP。優點：根據感知精度需求靈活配置感知信號時域位置，資源配置靈活。缺點：ECP感知信號符號長度大于NCP通信符號，因此對于感知信號發送時隙每個符號的時域長度、符號邊界等需要重新定義。圖5-11 多目標感知導致大時延擴展圖5-12 感知信號與通信信

84、號之間預留保護間隔圖5-13 ECP感知信號與NCP通信信號符號級融合37I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告圖5-14 ECP感知信號與NCP通信信號時隙級融合圖5-15 ECP感知信號與NCP通信信號半時隙級融合優點：獨立配置NCP通信信號或ECP感知信號半時隙，符號邊界無需重新定義。缺點：感知信號需要單獨占用至少0.5個時隙，感知信號資源開銷適中。Option 5Option 5:一個感知符號占用兩個通信符號的時長。為了滿足感知業務測量精度的要求，感知信號有可能在FR2上進行發送，支持FR2的SCS有60/120/480/960

85、KHz,其NCP/ECP以及最遠感知距離如表 5-3所示。Option 4Option 4：ECP 感知信號與 NCP 通信信號半時隙(half-slot)級融合：如圖5-15所示，基 于NR幀結構參數，可知曉，對于 NCP：每0.5ms內有7個OFDM符號，第1個OFDM 符號的CP長度是 5.21 s ，第2到第7個OFDM符號的CP長度是 4.69 s 。對于 ECP：每0.5ms內有6個OFDM符號，每個OFDM符號的CP長度均是16.67 s 。也就是說，對于12個OFDM符號的ECP，其前6個符號時域剛好等于NCP的前7個符號時域長度；后6個符號剛好等于ECP的后6個符號時域長度。

86、Option 3Option 3:ECP感知信號與NCP通信信號時隙級融合：如圖5-14所示，ECP感知信號與NCP通信信號位于不同時隙?？紤]ECP感知信號符號長度大于NCP通信符號，因此對于感知信號發送時隙符號個數與通信信號發送時隙符號個數不同。優點：獨立配置NCP通信信號或ECP感知信號時隙，符號邊界無需重新定義。缺點：感知信號需要單獨占用至少1個時隙，感知信號資源開銷大。I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告38表5-3：基站自發自收感知模式下NCP和ECP所對應的最遠感知距離圖5-16 一個感知信號占用兩個通信符號時長由表5-3

87、可看出，對于FR2頻段，即使使用ECP，其感知距離也比較受限。一個可能方案是，在保持通信和感知信號SCS不變的情況下，一個感知符號占用兩個OFDM符號。如圖5-16所示：如圖5-16所示，保持通信信號和感知信號SCS不變的情況下，一個感知符號占用兩個OFDM符號，其中感知符號由三部分組成：（1）感知信號部分，長度為2048K。對感知信號數據進行傅里葉變換得到。其中,K=64 2-，=0,1,2,3,4,5,6 時，分別對應 SCS=15 KHz，30 KHz，60 KHz，120 KHz，240 39I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報

88、告圖5-17 根據原符號進行擴展CP，以及擴展后的遠距離回波信號優點：CP的擴展兼容現有NR結構；感知符號CP時域樣點的擴展可實現彈性的感知范圍覆蓋。相較于其他方案，符號1不受影響的子載波仍可服務于通信，減小了通信開銷。缺點：帶來了較大的計算開銷；占用部分符號1的通信資源，占用的比例與擴展樣點長度占符號長度比例一致。KHz，480 KHz，960KHz。（2）CP3部分：是由感知信號部分截取生成，根據循環前綴的方法生成，長度不超過感知信號符號的長度。（3）CP4部分：該部分可為空（即不在該時間上發送任何信息），或者隨機填充。CP4可放在 CP3的前面（如上圖中的選項 1），也可放在感知信號部分

89、的后面（如上圖中的選項 2）。優點：可根據感知業務的需求，靈活配置更長的CP參數。缺點：感知資源利用率偏低。Option 6Option 6：利用頻域權重向量對需要擴展CP的符號的前一個符號進行修改，使其產生擴展CP的時域樣點。假設基站在符號1上發射通信符號，在符號2發射感知符號。如圖5-17所示，利用部分符號1的信號以及符號2的CP組成一個擴展CP，為符號2提供了更大的感知范圍。圖中s為目標擴展時域樣點，d是待修改的通信符號時域樣點。利用頻域上的權重向量對符號1上預留的子載波進行修改，實現符號1的時域樣點的修改，進而擴展符號2的CP時域樣點。I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G

90、-Advanced通感融合空口技術方案研究報告405.3 感知資源分配方案研究5.3.1 感知資源分配的基本原則5.3.1 感知資源分配的基本原則在通感一體化系統中，感知信號資源主要包括功率、時間、頻率和空間四個維度的資源。各個維度的信號資源對應不同的感知信號參數。a)功率資源與通信信號類似，對于采用OFDM信號波形的感知信號，感知信號的發射功率的調節參數也是EPRE（Energy per Resource Element,每資源單元發送能量）。與通信信號不同的是，感知信號在進行功率分配的時候需要考慮的感知測量數據，可包括以下兩類參數：第一類是用來表征接收回波信號整體的功率或SNR水平的參數，

91、可復用通信中的RSRP、RSRQ、RSSI、SNR等；第二類是用來表征接收回波信號中對應于感知目標的功率或SNR水平的參數，這里稱之為感知信號功率或感知SNR。對于通信信號，RSRP、RSRQ、RSSI、SNR等測量量的計算在時間域和頻率域中進行。與通信信號不同的是，感知信號的檢測是在時延域、多普勒域和角度域中進行的，例如：在對無源目標定位的應用中是在時延角度域中檢測感知信號，而在動目標檢測的應用中則是在多普勒域檢測感知信號。在采用OFDM信號波形的系統中，時延域信號由對頻率域信號通過IFFT得到，多普勒域信號由對時間域信號通過FFT得到，角度域信號通過對空間域信號進行FFT運算得到。這里，I

92、FFT或者FFT通常也可由高精度算法來代替以獲得更高的分辨率性能，例如，MUSIC（Multiple Signal Classification，多重信號分類算法）。對于給定的感知目標，其在時延域、多普勒域、或角度域中的信號由其在頻率域、時間域、或空間域中的信號相干疊加而得到，因此感知信號功率或感知SNR在數值上通常遠大于通信系統中在時間域或頻率域得到信號功率或SNR。如圖5-18所示，感知信號在時間域占用N個OFDM符號，則感知目標在多普勒域的信號由該N個OFDM上的信號相干疊加得到，在理想情況下，感知目標對應的感知信號功率和感知SNR分別為時間域信號功率的N2倍、時間域SNR的N倍。41I

93、 M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告圖5-18 感知信號功率示意圖圖5-19 感知信號的時間資源配置參數示意圖b)時間資源以OFDM信號波形為例，感知信號的時間資源配置主要涉及三個參數：感知測量數據的更新周期、感知幀時長、感知OFDM符號間隔；分別類似于傳統脈沖體制雷達中的參數：數據采樣間隔時間、雷達幀時長、脈沖重復周期67。如圖5-19所示，感知OFDM符號間隔是相鄰的、由感知信號占用的OFDM符號之間的時間間隔（圖中以Ts表示）；感知幀時長是指執行一次感知信號處理對應的感知信號所跨越的時間長度，通常又被稱為CPI（Coherent

94、Processing Interval,相干處理時間）；更新周期是指相鄰兩次執行感知信號處理所對應的感知信號之間的時間間隔。I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告42其中，表示多普勒的最大不模糊測量值，當感知目標的運動方向已知時 ，否則 。從鏈路自適應的角度來看，可根據感知目標的類型、運動速度、應用場景等因素設定多普勒的最大不模糊測量值，進而設定感知OFDM符號間隔。例如，相比于感知目標是行人，感知目標是車輛時要求更大的多普勒的最大不模糊測量值。感知幀時長：主要影響多普勒/速度的分辨率，在感知業務中要求9：其中，表示多普勒的分辨率。從鏈

95、路自適應的角度來看，可根據感知目標的類型、運動速度、應用場景等因素設定多普勒的分辨率，進而設定感知幀時長。例如，相比于感知目標是車輛，感知目標是行人時要求更高的多普勒分辨率性能（即，更小的多普勒分辨率值）。感知測量數據的更新周期：主要影響對于機動（速度變化）目標的感知性能，可根據感知目標的類型、應用場景等因素進行設定。從鏈路自適應的角度來看，如果目標運動速度穩定，例如接近勻速直線運動，則可設定相對較大的更新周期以減小感知信號占用的時間資源；如果目標運動速度變化較快，例如頻繁加減速和轉彎，則需要設定相對較小的更新周期以保證感知性能。c)頻率資源以OFDM信號波形為例，頻率資源配置主要涉及兩個參數

96、：帶寬、感知子載波間隔，如圖5-20所示。其中，感知子載波間隔是指相鄰的、由感知信號占用的子載波之間的頻率間隔。在感知業務中，感知信號的時間資源配置主要影響對多普勒或速度的測量分辨率和測量范圍。具體包括：感知OFDM符號間隔：主要影響多普勒或速度的最大不模糊測量范圍，在感知業務中要求8：43I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告其中，表示時延的最大不模糊測量值。從鏈路自適應的角度來看，可根據感知目標的類型、距離、應用場景等因素設定時延的最大不模糊測量值，進而設定感知子載波間隔。例如，相比于室內場景，交通監測場景要求更大的時延的最大不模糊

97、測量值。d)空域資源：在感知業務中，信號的空域資源配置具體包括：天線孔徑：對于具有波束賦型能力的天線陣列，天線陣元數和陣元排布決定了波束寬度，從而決定測角分辨率。對于均勻布陣天線陣列，給定方位向或俯仰向的3dB波束寬度 的要求后，天線孔徑D需滿足：其中，表示時延分辨率。從鏈路自適應的角度來看，可根據感知目標的類型、距離、應用場景等因素設定時延的分辨率，進而設定感知信號的帶寬。例如，相比于交通監測場景，室內場景通常要求更高的時延分辨率性能（即，更小的時延分辨率值）。感知子載波間隔：主要影響時延或距離的最大不模糊測量范圍，在感知業務中要求：在感知業務中，信號的頻率資源配置主要影響對時延或距離的測量

98、分辨率和測量范圍，具體包括8：帶寬：主要影響時延/距離的分辨率，在感知業務中要求：圖5-20 感知信號的頻域資源配置參數示意圖I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告44圖5-21 感知信號資源鏈路自適應配置流程其中，D表示方位向或俯仰向的天線孔徑，為波長，為波束指向。因此，需要根據感知業務的測角分辨率要求設定天線孔徑；然而由于天線數量有限，可直接使用最大的可用天線孔徑，或者通過虛擬陣列技術提升天線的虛擬孔徑。天線單元間隔：天線單元之間的間隔決定了測角的最大不模糊測量范圍。對于均勻布陣天線陣列，給定方位向或俯仰向的最大不模糊測量范圍 后，

99、天線單元間隔需滿足：其中，表示方位向或俯仰向的天線單元間隔，表示角度的最大不模糊測量值。5.3.2 感知資源分配的鏈路自適應調節5.3.2 感知資源分配的鏈路自適應調節類似于通信系統中的功率自適應和帶寬自適應，在感知應用中需要根據感知測量數據自適應調節感知信號的資源配置，以實現資源的優化配置，提高通信感知一體化系統的整體效率。在通感一體化框架下，感知節點主要包括基站和UE。為了整體效率（包括通信和感知）的最大化，信號資源需要在網絡中統一協調調度，以提高信號資源利用效率、并避免相互干擾。因此，感知信號占用的資源需要由網絡根據感知業務的執行情況自適應地調節并配置給感知節點（基站或UE），感知節點根

100、據網絡配置的資源生成并發送感知信號、接收感知信號或進行感知信號處理。感知信號資源的鏈路自適應調節的基本流程如圖5-21所示。感知節點在執行感知業務得到感知測量數據后，向網絡反饋指定的感知測量數據（例如，通過感知報告進行反饋）。網絡根據反饋的感知測量數據，并結合通感一體化系統的其他業務運行情況，判斷是否需要調節感知信號資源配置。網絡完成資源的自適應調節后，向感知節點發送信令更新的感知信號資源配置。以感知節點是UE為例，在執行感知之前，網絡向UE配置若干個感知參考信號資源集，并激活其中一部分資源集用來執行感知；在鏈路自適應調節過程中，網絡根據UE上報的測量量，通過層1或層2信令激活或者去激活部分資

101、源集，實現感知信號配置的調節。45I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告在感知信號資源的鏈路自適應調節流程中，進行功率、時間、頻率和空間四個維度的資源配置的鏈路自適應調節時，網絡需要獲取的測量量以及鏈路自適應調節對通感系統的影響主要包括：a)功率資源進行功率資源的自適應調節，感知節點需要向網絡反饋的測量量包括RSRP、RSRQ、RSSI、SNR、感知信號功率、感知SNR等，網絡判斷并執行感知信號發射功率的自適應調節。在協議限制的最大發射功率之下，EPRE越大，上述測量量的取值越大、感知性能越好。b)時間資源進行時間資源的自適應調節，感知

102、節點需要向網絡反饋的測量量包括：多普勒/速度、多普勒/速度的方差、時延/距離的方差和角度方差，其中，多普勒/速度的方差、時延/距離的方差和角度方差能夠反映感知目標運動速度的變化情況。在滿足上一小節的約束條件的前提下，時間資源參數的調節對通感系統的影響主要包括：設置較大的感知OFDM符號間隔能夠降低感知信號的資源開銷；另外，設置較小的感知OFDM符號間隔能夠提升感知信號功率和感知SNR；設置較小的感知幀時長能夠降低感知信號的資源開銷、減小感知信號處理的運算量和存儲負荷；另外，設置較大的感知幀時長會帶來距離徙動等問題；設置較大的更新周期能夠降低感知信號的資源開銷、設置較小的更新周期有利于維持對感知

103、目標的穩定跟蹤；因此，感知測量數據的更新周期需要根據對于感知目標的跟蹤情況來設定。c)頻率資源進行頻率資源的自適應調節，感知節點需要向網絡反饋的測量量主要包括：感知目標的時延/距離。在滿足上一小節的約束條件的前提下，頻率資源參數的調節對通感系統的影響主要包括：設置較小的信號帶寬能夠降低感知信號的資源開銷；設置較大的感知子載波間隔能夠降低感知信號的資源開銷；另外，設置較小的感知子載波間隔有利于提升感知信號功率。d)空間資源進行空間資源的自適應調節，感知節點需要向網絡反饋的測量量主要包括：感知目標的角度。在滿足上一小節的約束條件的前提下，空間資源參數的調節對通感系統的影響主要包括：天線孔徑：設置較

104、小的天線孔徑能夠降低感知信號的資源開銷；天線單元間隔：設置較大的天線單元間隔能夠降低感知信號的資源開銷。另外，隨著感知目標的運動，感知目標相對于基站或UE的角度會發生變化，為了保持對感知目標I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告46根據上述討論，感知信號資源的鏈路自適應調節涉及的調節參數和對應的感知測量數據如表5-4所示：5.3.3 基于壓縮感知的感知信號資源分配方法5.3.3 基于壓縮感知的感知信號資源分配方法章節5.3.1和5.3.2介紹的感知信號資源分配及其自適應方案是滿足奈奎斯特采樣率的均勻采樣的條件下的情況。均勻采樣的感知信號

105、的信號配置和信號處理均相對簡單，并且具有較好的感知性能。然而，在通感一體化的場景下，均勻采樣的感知信號具有如下的局限性：資源開銷較大：在很多場景下，為了滿足感知的分辨率性能和最大不模糊測量范圍的要求，均的跟蹤，需要根據感知目標的位置自適應地調節感知信號的波束指向，如圖5-22所示。圖5-22 波束指向切換示意圖表5-4：感知信號資源鏈路自適應的測量量和參數47I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告 (a)32端口CSI-RS示意圖 (b)多種參考信號示意圖根據壓縮感知理論，如果信號是稀疏的，那么可以由低于采樣定理要求的采樣點重建恢復信號

106、，即為，基于亞奈奎斯特采樣率（簡稱，亞采樣）的感知信號設計。亞采樣的感知信號設計能夠克服上述的均勻采樣信號的不足之處。為了減小感知信號在時間、頻率和空間等維度所占用的信號資源的開銷，可以根據壓縮感知理論，采用亞采樣進行感知信號的設計。為了兼顧感知業務的分辨率性能和最大不模糊測量范圍的要求，可采用如下的兩步信號圖樣設計方法：第一步：均勻采樣信號圖樣設計。根據感知業務的分辨率和最大不模糊測量范圍的要求，確定圖5-23 均勻采樣感知信息的局限性示意勻采樣感知信號會占據較多的時、頻、空域資源，特別是在多端口的場景下，如圖5-23(a)所示。信號配置難協調：為了實現高分辨率性能的感知，感知信號的時、頻、

107、空域資源的跨度較大，并且均勻采樣的感知信號需要占用周期性的信號資源。在通感一體化的場景下，同時存在多種多樣的通信業務和感知業務，對應地存在各種參考信號，很難保證以特定周期重復的信號資源都能分配給某一感知信號。難以與現有NR參考信號結合：在通感一體化場景下，如果能夠充分利用現有NR的參考信號，將會大大減小感知的資源開銷、加速感知功能的落地。然而，現有NR的各種參考信號根據通信業務的需求，在較大的時間跨度上來看通常是非均勻分布的，這就無法實現均勻采樣的感知信號配置，如圖5-23(b)所示。I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告48采用亞采樣

108、設計的感知信號，其采樣點的位置需要滿足壓縮感知的RIP（Restricted Isometry Property,有限等距條件）10。在一般情況下，隨機的采樣點位置能夠滿足RIP條件，這給感知信號的亞采樣設計帶來了方便。另外，亞采樣之后的采樣點數不能夠任意的小，需要滿足 ，這里，M為亞采樣的采樣點數、N為對應的均勻采樣的采樣點數、K為感知目標的個數、為一個常數。由于隨機亞采樣的信號在相應的變換域上的譜峰不再整齊地搬移，而是有很多個小部分的隨機搬移，鋪滿整個變換域；使得即使在沒有噪聲的情況下，也會有一定強度的類似噪聲的偽影。如下圖所示，圖5-25(a)中是變換域下的均勻采樣信號，圖5-25(b)

109、是一定配置下變換下的亞采樣信號，其中除感知目標以外其它的譜峰均是偽影。在一些情況下，偽影會淹沒較弱的感知目標。因此，亞采樣的感知信號不宜采用DFT或MUSIC等基于頻譜分析的算法進行信號檢測。均勻采樣的感知信號圖樣，如圖5-24(a)所示。在時、頻、空域上的資源跨度滿足分辨率性能的要求，采樣間隔滿足最大不模糊測量范圍的要求。第二步：亞采樣信號圖樣設計。在均勻采樣信號圖樣所占用的信號資源中，根據壓縮感知理論的相關要求，進行亞采樣信號的圖樣設計，選擇出一部分信號資源用以承載感知信號。與均勻采樣信號相比，亞采樣信號能夠減小感知信號占用的信號資源數，如圖5-24(b)所示。例如，可以通過隨機0/1序列

110、確定亞采樣信號所占用的資源，還可以進行特殊設計以避開通信業務或其他感知業務所占用的信號資源。圖5-24 亞采樣的感知信號示意圖49I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告幸運的是，對于隨機亞采樣的信號，由于偽影是由譜峰在變換域的隨機搬移引起的，通常不會疊加形成較大的峰值，結合正交匹配追蹤等算法，能夠幾乎完美地重建均勻采樣的信號，這給基于壓縮感知的感知信號設計提供了基礎。亞采樣感知信號的鏈路自適應一方面可以繼續應用前面小節中介紹的均勻采樣感知信號鏈路自適應的方法，另一方面也可以采用亞采樣感知信號的專用的鏈路自適應方法，包括：根據感知目標數調

111、節：通過亞采樣信號圖樣的更新以進行鏈路自適應調節。當環境中存在的感知目標個數減小時，亞采樣之后的采樣點數M的值可以適當地減小、從而能夠節約更多的信號資源；反之，當感知目標個數增加時，應相應增大M的值。根據感知SNR調節：當感知SNR較大時，可適當減小采樣點數M的值；反之亦然。5.4 感知物理層過程研究5.4.1 感知信號處理流程5.4.1 感知信號處理流程無線感知是指利用無線信號來獲得環境或者環境中物體的特征。不同的應用需要提取不同的特征，因此，需要合適的信號處理方法將環境中物體或環境的特征提取處理。例如，對于距離信息，可通過分析接收信號的時域時延獲得。對于運動信息，可通過分析接收信號的（微）

112、多普勒譜（這里的（微）多普勒譜指同一個載波或同一條徑在多個時刻的信道信息通過變換，例如 FFT變換，得到的（微）多普勒譜信息）獲得。對于角度信息，可通過分析多個天線上信號接收到的信號獲得。對于運圖5-25 隨機亞采樣的偽影I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告50 信道信息提取對于5G NR系統，基帶可讀取到Ntx,Nrx,Nsub,Nsym維度的信號信息；其中，Ntx為發送天線端口動規律信息，需要通過時頻分析法獲得。在通信系統中，無線信號傳輸包含了基帶生成，射頻發送，空間傳播，射頻接收，基帶處理5大過程。對于通感一體化系統，為了減少對

113、現有通信系統的修改，感知信號與通信信號一樣，也經歷了5大過程，感知信息通常通過基帶處理后提取。而基帶處理前的無線信號，不僅僅受到空間傳播的影響，也會受到熱噪聲，隨機相位，收發端不同步，非理想晶振等影響。這些非理想因素需要考慮在感知信號處理中消除。注意，在這些非理想因素中，部分非理想因素，例如隨機相位，對于通信來說是一個黑盒，包含在基帶信道估計中，不需要額外處理。但對于感知，這部分非理想因素會影響對感知目標的分析，因此，需要額外消除。進一步，環境中也會存在一些非目標形成的雜波。對非目標雜波的消除，需要一些先驗信息進行目標與雜波的識別區分，與應用需求緊密相關。因此，雜波的消除可考慮在應用端處理，也

114、可考慮在空口消除。前者方便獲取應用需求信息，但感知反饋開銷較大，包含了大量無用的雜波信息。后者可一定程度上避免無效雜波信息的反饋，但需要一些應用層信息開放給空口。對于不同的應用，可采用適合的雜波消除策略。5.4.1.1 感知信號處理流程5.4.1.1 感知信號處理流程針對感知信號處理的三個基本任務，本章節給出了感知信號處理的基本流程，如圖5-26所示。感知信號處理包括3個基本過程：圖5-26 感知信號處理的基本流程51I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告數，Nrx為接收天線端口數,Nsub為接收信號子載波數，Nsym為接收信號的符號數

115、。為了去除發送信號的影響，可做一個信道估計，得到Ntx,Nrx,Nsub,Nsym維度的信道信息。如上文所述，基帶接收到的信號中除了受到空間傳播的影響，還受到了器件非理想帶來的影響，例如熱噪聲，隨機相位等。對于熱噪聲，可通過一些濾波算法消除，例如，通過Hampel濾波器消除離群奇異值，通過SG濾波器平滑噪聲。對于隨機相位，可通過多天線之間的CSI作商消除10。對于非理想晶振帶來的時頻，頻偏，定時同步問題，對于通信來說，同樣需要處理，可直接復用現有通信系統的處理方式，這里不再贅述。信號分析通過譜變換，可將接收信號中與感知目標相關的參量突出出來。對于距離信息，可將同一個符號的多個子載波的接收信號進

116、行變換，獲得時域譜信息。時域譜中每一條譜線對應的時延與環境反射體的距離直接相關。對于運動信息，可將同一個子載波或同一條徑（時延相同的徑）的多個符號的接收信號進行變換，獲得（微）多普勒譜信息。（微）多普勒譜中每一條譜線對應的頻率與環境反射體運動的（瞬時）速度直接相關。對于角度信息，可將多個天線的接收信號進行變換，獲得角度譜。角度譜的每一條譜線對應的角度信息與環境反射體相對于接收端的方向直接相關。譜變換的方法可根據場景和需要，采用快速傅里葉變換，短時傅里葉變換，小波變換，希爾伯特變換等中任何一種。一些譜變換方法中對信號的時頻分析，可獲得更細節的信號特征分量，例如，運動頻次。進一步，對于多載波或多符

117、號的系統，還可通過子載波/符號選擇和聚合的方式，突出目標參量特征，同時可壓縮反饋信息量。有效信息提取結合感知目標的特征，可將有效區間內的譜信息提取出來，消除無效雜波信息。例如，對于靜態人為感知目標的場景，可根據人的呼吸頻次，將人與靜止環境區分出來。具體地，正常呼吸頻次的有效范圍是0.2Hz,0.33Hz，可從時頻分析結果中篩選在此范圍內的譜線，并將該譜線相關的信息，例如，時延和頻次，進行上報。對于飛行器為感知目標的場景，可根據飛行器與鳥的微多普勒譜差異，將飛行器與鳥進行區別，進而篩選出飛行器相關的感知信息進行上報12。5.4.1.2 感知反饋技術5.4.1.2 感知反饋技術為了將感知結果上報給

118、應用端，感知信號接收端需要將處理后的感知測量數據進行反饋。根據感知信號處理流程，不同的處理階段會輸出不同的感知測量數據，信息量逐層遞減，如圖5-27所示。原始信道信息包含了感知目標，環境雜波，非理想器件影響的所有信息。對于應用端信息處理能力強大，例如，具備AI大數據處理能力，通過機器學習能夠消除非理想因素和環境雜波，且反饋開銷不受限的系統，原始信道信息的反饋可避免信息損失帶來的性能下降。理想信道信息主要包含感知目標和環境I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告525.4.2 感知參數估計方法5.4.2 感知參數估計方法通信感知一體化中參數

119、估計的主要作用是為了獲取感知目標相關的位置、速度和角度等參數，其信號處理類似于傳統雷達信號的感知目標處理，常用的方法一般可分為周期圖類、空間譜類、濾波器類和優化類13。5.4.2.1 周期圖類參數估計方法5.4.2.1 周期圖類參數估計方法周期圖類型的參數估計方法對于接收信號 ，通過若干組固定的基底 ，將接收信號變換到功率譜上，并通過比較各個譜線上的功率，進行對目標的相關參數的估計。此類型常見的參數估計方法包括：2D-FFT、3D-FFT等。周期圖類的方法較為傳統，實現簡單復雜度不高，但估計精度較低。以下是典型周期圖類參數估計方法的介紹：1）3D-FFT：對于時頻空的三維接收信號 ，其中M,N

120、,K表示信號的子載波數、符號數、天線數，3D-DFT方法分別在信號的時-頻-空域建立正交基底。通過計算信號在各基底的相關性，即：雜波信息。非理想器件影響的信息得到消除和遏制。信號分析將與感知任務直接相關的參數表達出來，并且通過優化處理，在提高感知準確性的同時，還可降低數據維度。有效感知信息是根據應用需求的一些先驗信息，將感知目標相關的信息直接提取出來，或者至少可濾除一些雜波信息。有效感知信息可是感知的最終結果，例如，速度、距離等，也可是有效譜信息，例如，（微）多普勒譜、時延等。圖5-27 感知信息和感知流程的對應關系53I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融

121、合空口技術方案研究報告2）獲得信號的功率周期圖，并通過周期圖的峰值位置，對目標的相關參數進行估計：對應的估計參數為其中 ，分別表示信號的載波間隔和符號長度。5.4.2.2 空間譜類參數估計方法5.4.2.2 空間譜類參數估計方法空間譜類型的參數估計方法與周期圖方法中通過將信號變換到功率譜上計算其對應譜線能量進行估計不同，通過提取樣本協方差矩陣的信號空間或噪聲空間，來實現參數的估計。此類型常見的參數估計方法包括：MUSIC多重信號分類算法和ESPRIT旋轉不變性子空間技術等?？臻g譜類的方法受信號相關性影響較大，復雜度較高，在低信噪比下性能表現一般，但在高信噪比環境下可獲得較為精確的估計結果。以下

122、是典型空間譜類參數估計方法的介紹：1）MUSIC算法：是將觀測信號分解成信號子空間和噪聲子空間，這兩個子空間是相互正交的，因而帶有待估計參數特征的向量與噪聲子空間也相互正交，在一定范圍內遍歷信號子空間的導向矢量，構造空間譜并通過譜峰搜索的方式，可獲得參數的估計值。2）ESPRIT算法：其基本假設是存在兩個完全相同的子陣，且兩個子陣的間距已知，對于同一信號，兩個子陣的輸出只差一個相位差，通過兩個子陣的旋轉不變關系即可得到包含參數信息的相位差信息。5.4.2.3 濾波器類參數估計方法5.4.2.3 濾波器類參數估計方法線性預測算法通常寫作 的形式，通過計算預測信號與實際信號的殘差能量，實現對參數的

123、估計。該類算法在實現上與FIR濾波器具有相同的結構，因此也可稱為濾波器類估計算法。濾波器I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告54類型的參數估計通過對信號的線性處理獲得能量譜或者偽譜(如MUSIC等)，利用信號在譜線的響應進行參數的估計。濾波器類方法根據所采用的準則不同，主要有波束形成算法、最小方差算法，最大熵算法、自回歸模型算法和最小模算法等。濾波器類的方法復雜度較高，性能表現和空間譜類的方法相似。5.4.2.4 優化類參數估計方法5.4.2.4 優化類參數估計方法優化類型的參數估計方法建立的估計器通?；谀撤N信號模型和相應的準則通過

124、求解優化問題對統計信號的參數進行估計。優化類估計器主要包括LS(Least Square,最小二乘估計)、ML(Max Likelihood,最大似然估計)、MAP(Maximum A Posterior,最大后驗概率估計)和MMSE(Minimum Mean Square Error,最小均方誤差估計)等。由于MAP和MMSE等貝葉斯估計方法復雜度較高，進一步衍生出利用信號稀疏性的壓縮感知類估計算法，該類估計算法通過對信號的稀疏性作約束實現對欠定問題的求解，并通過優化結果獲得信號的參數估計。優化類的方法復雜度高，但通常都可獲得較好的性能。5.5 多天線技術借助多天線技術，通感系統可實現對感知

125、目標的方位角、俯仰角測量，以及定位。在通信領域，多天線技術可實現空間分集，提高通信可靠性，另外還可通過空分復用，提升通信的傳輸容量。在雷達領域，雷達系統基于多天線的相位信息，實現雷達目標角度的高精度測量。目前主要存在兩種類型的雷達：相控陣雷達和 MIMO雷達。相控陣雷達使用整個天線陣列進行波束賦形，能夠形成高增益、高指向性的窄波束，利于提高感知信號回波的接收功率；MIMO雷達各個天線分別發射相互正交的信號（可通過TDM時分復用、FDM頻分復用、DDM多普勒頻分復用、CDM碼分復用），利用波形分集（Waveform Diversity）以及虛擬陣列（Virtual Array）原理，能夠獲得相對

126、于相控陣雷達更高的探測/估計分辨率，更大的可識別目標數上限，以及更好的環境雜波抑制能力1415。通感系統利用多天線分集，同樣能夠提升感知的可靠性。通過對多個天線端口接收到的感知信號回波進行合并，能夠降低衰落信道對回波信號的影響，提升接收信號的感知信噪比，提升感知性能；通感系統通過不同天線端口發送一組正交的感知/通感一體化信號，實現類似MIMO雷達對感知目標高精度方位估計的功能。此時不同天線端口發送的正交信號可承載不同數據流，實現空分復用、多流傳輸。在高頻（例如毫米波）通感系統中，也可利用多天線，或多天線 面板進行模擬（或數?；旌希┎ㄊx形，其中一部分波束進行通信數據傳輸，另一部分波束進行感知測

127、量。目前，要想實現上述功能，還存在一些問題待解決，例如在多天線端口下，通感系統中如何根據通信需求、感知需求，設計多端口感知/通感一體化信號，并合理地對通信資源、感知資源進行分配；如何設計通感系統的多天線55I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告圖5-28 波束賦形各天線端口信號關系示意圖基于波束賦形的感知技術，各發射天線端口信號是相關的，彼此之間只相差與天線間距和波束指向角度相關的相位差，如圖5-28所示。這種方案實現簡單，但同時也存在一定局限性。一方面，當陣列進行波束賦形時，系統的角度感知精度，即系統陣列的角度估計分辨率與波束寬度有關

128、。當兩個感知目標的角度差值小于一個波束寬度時，基于波束賦形的感知無法在角度域區分這兩個目標，此時需要在其他域（例如時延域、多普勒域）對目標進行區分；另一方面，當感知區域范圍較大，或者一個環境中存在多個待感知區域時，基于波束賦形的多天線感知可能需要借助波束掃描完成。波束掃描相比于單次感知占用了更長時間，容易導致對時變環境（例如，繁忙的交通路口）的感知性能下降。雖然預編碼方案，以及感知PMI，或者通信感知聯合PMI反饋機制；如何設計感知/通信感知聯合波束管理流程；如何設計通感系統的數?；旌喜ㄊx形方案，以及相應數?；旌嫌布軜嬒碌母兄獏倒烙嬎惴ǖ鹊?。5.5.1 基于波束賦形的多天線感知技術5.5

129、.1 基于波束賦形的多天線感知技術5.5.1.1 波束賦形原理5.5.1.1 波束賦形原理在雷達領域，相控陣雷達所采用的波束賦形技術具有成熟的硬件實現方案和信號處理方案。目前大規模部署的5G基站具備32天線端口，而LTE基站也具備8天線端口，每個天線端口連接多個天線陣子，為基于波束賦形的多天線感知打下了堅實的物理基礎。通過數字或者模擬波束賦形，配備多天線的感知節點可形成高增益的窄波束，使感知信號大部分能量集中在感知區域或者感知目標上。一方面提高了反射信號的信噪比，另一方面對來自其他方向的雜波干擾也能形成較好的抑制效果。I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合

130、空口技術方案研究報告56圖5-29 基于波束賦形的多天線感知示意圖5.5.1.2 感知波束管理5.5.1.2 感知波束管理需要注意的是，對于通感一體化場景，由于感知目標與通信目標不一定是同一個目標，因此感知波束和通信波束可能不是同一個波束。對于通信功能，通信波束需要對準通信接收端，以獲得可靠穩定的通信鏈路；對于感知功能，需要根據感知區域或感知目標的具體位置配置感知波束，如圖5-29所示。然而，在感知初期，感知區域或感知目標的精確位置往往是未知的。針對這個問題，一種可采用的策略是通感一體化系統首先使用寬波束進行粗粒度感知，在確定感知區域或感知目標的大致位置后再使用窄波束進行細粒度感知；另一種可采

131、用的策略是通感一體化系統執行感知波束掃描和感知波束測量過程，基于感知波束測量結果確定感知波束。通感一體化系統可使用多個波束，這些波束中一部分是服務于通信，一部分是服務于感知，或者同時服務與通信和感知。在波束管理流程上，通信波束管理流程和感知波束管理流程可能是兩個相互獨立的流程。對于我們可使用一個較寬的波束對感知區域或感知目標進行覆蓋，但這在發送總功率相同的情況下又一定程度犧牲了感知精度或感知信噪比。圖5-29為假設基站感知模式為自發自收，感知目標為某個路段的移動車輛，上述兩種情況的示意圖?；诓ㄊx形的多天線感知，感知波束的配置（例如波束寬度、波束數量、波束掃描時間等）可能需要基于一些感知目標

132、/感知區域先驗信息，例如感知目標大致分布范圍、感知目標密度、感知區域大致大小/方位等進行確定。（a）感知目標間距小于波束寬度，導致無法區分2個目標 （b）感知區域范圍大于波束寬度，需要結合波束掃描57I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告其中 為1個從雷達發射機指向點目標的單位向量，為點目標的反射系數?？煽吹椒瓷湫盘柕南辔挥砂l射天線和接收天線共同確定。等效地，等式(2)的目標響應與1個天線數為NM的陣列得到的目標響應完全相同，該等效陣列天線位置坐標為此時接收機每個接收天線使用M個匹配濾波器分離發射信號，因此接收機總共得到NM個接收信號。

133、考慮1個遠場點目標，則第n個接收天線的第m個匹配濾波器得到的目標響應可表示為基站或終端自發自收的感知模式，感知波束管理可直接基于自身算法實現，不需要與通信的另一端交互；對于基站和終端A發B收的感知模式，基站和終端通過通信波束掃描確定最佳發送/接收波束；同時，通過感知波束掃描，基站或終端基于感知性能評估指標，例如感知信干噪比（定義為感知目標反射信號功率與雜波和噪聲功率和的比值）等的測量值，確定最優的基站和終端的發送/接收波束。此外，通信波束管理和感知波束管理也可是一個聯合處理流程，即通過相同的一套波束配置，在波束掃描步驟，基站或終端通過波束測量同時獲得通信測量量的測量值、感知測量數據，或者通感一

134、體化聯合評價指標的測量值?；谏鲜鰷y量值，確定最優通信波束和最優感知波束。5.5.2 基于虛擬陣列的多天線感知技術5.5.2 基于虛擬陣列的多天線感知技術5.5.2.1 虛擬陣列原理5.5.2.1 虛擬陣列原理MIMO通感一體化系統可同時具備MIMO通信以及MIMO雷達功能，我們在此稱之為MIMO-ISAC系統。MIMO-ISAC系統感知精度的提升利用了MIMO雷達中的虛擬陣列的概念，下面進行簡單介紹?？紤]MIMO-ISAC系統發射陣列天線總數為M，各發射天線位置坐標為 ，接收陣列天線總數為N，各接收天線坐標為 。假設各發射天線發射信號正交，則(1)(2)(3)I M T-2 0 2 0(5

135、G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告58圖5-30給出一個M=3和N=4的MIMO-ISAC系統配置以及對應的虛擬陣列示意圖。MIMO-ISAC系統實際部署時，通過合理設置發射天線陣元、接收天線陣元的位置，僅僅通過N+M個物理天線，就能構造出包含NM個互不重疊的虛擬天線的陣列。由于虛擬陣列往往能夠形成更大的陣列孔徑，因此能夠獲得更好的角度分辨率。更一般地，若存在L個目標，假設各發射天線發送信號存在一定相關性，MIMO-ISAC系統經過距離-多普勒濾波之后的（這里只分析角度估計，假設時延和多普勒參數在接收機側已進行過補償）接收信號為其中 包含了第 個目標反射系數和反射

136、時延，為發送信號長度，且稱該天線數為NM的陣列為虛擬陣列（Virtual Array，VA）。圖5-30 MIMO-ISAC系統天線配置示例及對應虛擬陣列示意圖(4)(5)(6)(7)(8)59I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告其中 為第i個發射天線和第j個發射天線發送信號的相關系數?？勺C明，等式(4)對參數 的最大似然估計可根據 向量得到，其中 為克羅內克積。一般為了接收機算法復雜度的簡化，希望 為統計獨立的充分統計量16。對發送信號相關矩陣做特征值分解，有 ，相應地，實際發送信號可看作是一組正交信號 的線性變換，即代入等式(4)

137、且由于，得到相應地，等式(10)變為 為 的MIMO-ISAC系統導向矢量矩陣，等式(6)(7)分別為接收和發射陣列導向矢量，和 分別為發射和接收陣列相對參考點的信號傳播時延。各發射天線發送信號相關矩陣為(9)(10)(11)(12)(13)I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告60由上可見，各發射天線發送信號間的正交性（互相關性）會影響MIMO-ISAC系統的虛擬陣列有效陣元數（或有效虛擬陣列孔徑大?。?，進而影響接收機側信號處理的靈活性以及角度分辨率。5.5.2.2 MIMO感知信號正交方案5.5.2.2 MIMO感知信號正交方案基于

138、上一小節的分析，為了讓MIMO-ISAC系統接收機正確分離發射機各天線信號，各天線發送信號需要滿足正交性，這種正交性可通過TDM、FDM、DDM、CDM，或者上述至少2種復用方案的組合實現，以下分別進行簡要介紹。1）TDM方式TDM方式通過各發射天線在不同時刻發送感知信號，在時間域上實現各發射天線發送信號的正交。此時虛擬陣列的有效陣元數僅為N。對于各發射天線發射信號完全正交的MIMO-ISAC系統，有 以及 ，此時為維度為 的等效虛擬導向矢量。對于相控陣雷達，各發射天線信號是相干的，此時 僅包含1個非零特征值，所以 此時其中(14)(15)(16)圖5-31 一種基于TDM的感知信號圖樣示例6

139、1I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告同樣以4天線為例進行說明。上述FDM方式示例的特征為，不同發射天線信號占據不同頻域資源，且各發射天線信號在整個脈沖周期內頻域沒有重疊。一種可選的FDM方案如圖5-32(a)所示，每個發射天線的感知信號在頻域為梳狀結構，不同天線的感知信號資源交錯排布。這種感知信號資源分配方式的能夠使各發射天線信號占據整個可用帶寬，保證了較高的距離分辨率，但是會減小最大不模糊距離范圍；另一種可選的FDM方案如圖5-32(b)所示，每個發射天線的感知信號在頻域占據不同的連續子帶，相同感知資源數量下，能夠獲得較大的最大不

140、模糊距離范圍，但是距離分辨率會降低。3）DDM方式DDM方式是通過將感知信號在多普勒域進行分離，即在多普勒域上實現各發射天線信號正交的方法。具體實現方法是對各發射天線的發送信號沿慢時間（多個脈沖之間）維度添加不同的線性相位調其中，以發射天線數為4為例，圖5-31的色塊代表不同天線發射的感知信號所占的時頻資源格。這里以1個子載波間隔為1個頻域資源格寬度，1個符號長度為1個時域資源格寬度為例進行說明（即1個資源格表示1個RE（Resource Element，基本資源單元）。無色區域表示各天線信號的時頻域間隔（間隔區域可發送數據信號或者不發信號）。上述TDM方式示例的特征為，在單個發射脈沖內，各發

141、射天線感知信號在時域不重疊，即在任意1個發送時刻，只有1個發射天線發送感知信號。2）FDM方式FDM方式為不同發射天線發送的感知信號是通過不同子載波承載的?；贠FDM系統子載波的正交性，這種頻分復用方法能夠允許發射天線同時發送信號，提升了發射功率。各發射天線可從發射頻率集合中靈活配置信號頻率。兩種可選的實現方式如圖5-32所示。圖5-32 兩種基于FDM的感知信號圖樣示例I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告62制，從而使得接收天線接收到的各發射天線感知信號能夠在多普勒域得到分離。這種方式下，各發射天線感知信號所占時頻資源可完全重疊，

142、相比于TDM方式，相同感知資源下提高了發射機整體發送增益，但是減小了最大不模糊速度的范圍17。4）CDM方式CDM方式是對感知信號進行正交相位編碼，使編碼后的各個發射天線信號彼此正交。類似DDM，采用CDM的方式，各發射天線的感知信號所占時頻資源可完全重疊，接收端通過正交解碼分離各發射天線信號。相比于TDM方式，相同感知資源下能夠提高發射機整體發送增益。不同于TDM、FDM利用不重疊的時頻資源實現不同發射天線發送信號的正交，CDM需要在碼域實現正交，即要求發送信號之間具有足夠低的互相關性。然而，韋爾奇界（Welch Bound）18指出，完美的正交編碼是不存在的。因此如何設計合理的MIMO雷達

143、正交編碼，實現雷達性能與發送信號隔離度的權衡，仍然是目前雷達領域需要繼續深入研究的問題。5.5.3 通感一體化多天線技術5.5.3 通感一體化多天線技術隨著mmWave（millimeter Wave，毫米波）以及大規模MIMO技術的持續發展，數字模擬混合架構的大規模MIMO正成為發展趨勢12。這種數?；旌霞軜嫲ㄈB接結構和部分連接結構，以及上述兩者的折中連接結構。一個或多個天線陣元與一個模擬移相器連接，模擬相位調控；一組與多個模擬移相器連接的天線構成一個子陣列（Subarray）。一個子陣列與一個模數轉換器/數模轉換器連接，實現數字幅相調控。這種數?；旌霞軜嫶蠓冉档土松漕l鏈路數目的需求，

144、節約了實現成本。目前，學界針對這種結構的混合波束賦形進行了廣泛研究13，但針對這種架構下的通感一體化研究處在探索階段14。文獻16基于模擬相控陣提出了一種多波束通感一體化構架，其中采用固定波束實現通信，同時采用掃描波束實現自發自收模式感知，設計了配套的參數估計算法。在此基礎上，文獻17針對研究了通信波束和感知波束的最佳合并系數以獲得最大通信接收功率，同時還分析了模擬賦形量化操作對系統性能的影響，給出一種賦形量化方法以逼近無量化賦形性能。文獻18考慮了面向5G NR的通感一體化系統的波束賦形優化問題，通過聯合優化發射機和接收機的賦形權值，實現感知性能最大化以及保證通信鏈路賦形增益。文獻20指出，

145、在采用多波形實現通感一體化時感知掃描波束容易造成對通信鏈路的嚴重干擾，提出了一種針對多波束的通感干擾消除算法，能夠在不降低感知檢測性能的前提下提高通信信干比。不同于傳統雷達場景，通感一體化場景下，業務覆蓋距離一般為幾十幾百米，周圍環境和物體容易形成顯著雜波，對感知性能造成嚴重影響。通感一體化場景下，信號多徑傳播對于通信來說能夠提升容量，但對于感知來說情況更復雜，一部分會成為雜波，另一部分也可能有助于提升感知性能19。通過上述兩個小節的分析，基于波束賦形的多天線感知技術和基于虛擬陣列的多天線感知技術存在各63I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案

146、研究報告在上述波束賦形與虛擬陣列結合的多天線技術中，模擬域波束賦形實現了感知信干噪比的提升，通過控制各個子陣列上的移相器，使感知信號集中在感興趣的感知區域或感知目標上。同時，利用多個子陣列構造虛擬陣列，實現了對感知區域或感知目標的精細感知。正如前面所述，對于波束賦形，可借鑒現有NR系統里面的波束管理過程。一方面，可基于感知測量數據或者感知性能評價指標的測量值（例如，感知信噪比SNR等），確定最佳感知波束。另一方面，可根據通信測量量的測量值（例如，參考信號接收功率RSRP等），對通信波束進行靈活配置。以基站與終端之間收發通感一體化信號為例，圖5-33展示了上述多天線通感一體化技術的示意圖。在這個

147、場景中，終端發送通感一體化信號，基站接收，對環境中的車位置進行感知，同時終端和基站進行通信?；九鋫涠鄶底滞ǖ?，每個數字通道又與一個天線子陣列連接。在這個示例中，假設基站有6個天線端口（即6個數字通道），終端有2個天線端口，則基站和終端可構造出最大為12個天線端口的虛擬陣列。系統可通過兩個獨立的波束掃自優勢，將上述兩種技術結合，則有望實現優勢互補。具體地，若通感一體化多天線系統采用上述數?；旌霞軜?，對于任意一個子陣列，可在模擬域使用基于波束賦形的多天線感知，利用數量可觀的天線陣元，能夠實現感知波束的精細調控；對于多個子陣列，由于它們連接了多個數字通道，可在數字域應用基于虛擬陣列的多天線感知，這

148、種情況下多個子陣列間的發送信號可在時域、頻域，甚至波束域上實現正交。圖5-33 多天線通信一體化波束管理示意圖I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告64描過程，分別獲得通信測量量和感知測量數據，從而分別確定通信波束和感知波束。系統也可通過一個波束掃描過程，同時獲得通信測量量和感知測量數據，確定出通信波束、感知波束，以及可同時用于通信和感知的波束。圖5-33中，感知波束指向了感知目標，而通信波束則指向了通信的發射端或接收端?？深A見，數?；旌霞軜嫷拇笠幠IMO仍然是未來大容量高可靠通信的一項關鍵技術，這種結構有望實現可動態調控的天線/天線

149、子陣列拓撲，以及發送信號的靈活配置，這為實現通感一體化提供了堅實基礎。5.6 通感非理想因素從本原上來說，非理想因素問題來自于收發天線、射頻模塊、頻率源模塊、信號處理模塊等模塊內的器件的非理想性。非理想因素問題雖然在通信系統中已經廣泛存在，但是由于信號處理機制上的差異，部分的非理想因素對于感知性能的影響要遠遠大于對通信性能的影響，本文將這部分的非理想因素稱之為感知非理想因素18。5.6.1 通感非理想因素介紹5.6.1 通感非理想因素介紹5.6.1.1 時頻同步問題5.6.1.1 時頻同步問題時頻同步問題在通感一體化應用中，獲取精確的時延和多普勒測量尤為重要，而器件和硬件電路的非理想因素會顯著

150、影響測量精度20。在基站和終端之間收發感知信號的感知方式中，提取CSI進行感知，是通感一體化的主要實現方式。因此獲取質量較好的信道估計尤其重要，而一些非理想因素導致的 CSI 測量誤差，會顯著影響感知的精度，具體包括：定時偏移：感知信號的接收端和發射端使用各自的時鐘信號進行定時，收發端之間的定時差異會造成定時偏移，給感知信號在頻域上帶來除了由信號傳播時延產生的、額外的相位偏差。因此，定時偏移會造成感知信號時延的模糊，從而帶來距離測量的模糊。載波頻率偏移：載波頻率偏移來自兩個方面：一是收發端設備本振頻率偏差，收發端設備使用各自的本振頻率源進行信號生成，收發端設備之間的本振頻率差異會引起載波頻率偏

151、移；二是多普勒頻移，由收發端設備之間的相對運動以及信號傳播環境中物體的運動產生的多普勒頻移也會給OFDM系統帶來載波頻率偏移。在通信系統中，載波頻率偏移作為一個整體在同步過程被很好地抑制；然而對于通感一體化來說，需要從載波頻率偏移中提取出多普勒偏移從而實現測速功能，這需要消除本振頻率偏差的影響。5.6.1.2 上行隨機相位5.6.1.2 上行隨機相位上行空口感知、終端間側行（Sidelink）感知，以及終端自發自收感知，均為終端發送感知/通感一65I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告體化信號的感知方式。這幾種感知方式的優勢體現在于以下

152、幾個方面。首先，移動通信網絡中終端的數量相對于基站更加龐大，且具有靈活的移動性，因此上行空口感知終端間側行感知能夠拓展網絡的感知范圍，彌補其他幾種感知方式感知鏈路相對固定的缺陷。此外，數量較大的終端通過協作感知，有望進一步提升感知性能；其次，由于下行和上行通信業務的不對稱性，上行空口感知對于通信業務的影響相對更??；再者，上行感知的感知測量數據在基站側獲得，避免了終端的感知測量數據反饋，能夠一定程度地減小網絡的感知開銷。然而，上行空口感知、終端間側行感知，以及終端自發自收感知都面臨著5.6.1.1小節所述的隨機相位問題。在這幾種感知方式下，終端在每次發送感知信號時會對信號引入1個獨立的隨機相位，

153、該隨機相位一般在發射信號帶寬內是一致的，但在不同發送時刻相對獨立。例如，終端在發送周期性SRS信號時，基站側獲取的上行SRS信道估計相位是不連續的。需要指出的是，目前考慮到終端的天線成本以及上行速率需求，終端側的發送天線個數一般會小于接收天線。由于受限于終端的發射天線能力，需要采用天線切換的方式將SRS在所有的接收天線端口上發送。當采用這種天線切換（天線輪發）機制時，各個天線端口的隨機相位與其相連接的發射射頻通道有關，與同1個射頻通道相連的天線端口的隨機相位相同，不同射頻通道的隨機相位不同。例如，對于2T4R來說，每次天線輪發的4端口會存在2組不同的隨機相位。圖5-34給出了這種現象的一個示意

154、圖，在不同感知信號（或參考信號）發送時刻，隨機相位在0,2近似均勻分布。圖5-34 基于2T4R天線切換的4天線端口隨機相位示意圖I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告66隨機相位會對多普勒測量以及角度測量產生較嚴重的影響。圖5-35給出了基于3GPP TR 38.901信道模型，加入隨機相位建模的仿真結果。在這個仿真中，基站側基于上行SRS信道估計（UE 4端口，2T4R，SNR=30 dB），提取感知目標的速度、（相對UE的）離開方位角、（相對基站的）到達方位角。感知目標通過1個相對于LOS徑功率弱10dB，包含20條子徑的運動簇進

155、行模擬，移動速度為30km/h，感知目標所在坐標為(30,-52,1.5)。圖5-35(a)為沒有隨機相位的時延多普勒譜，圖5-35(b)為存在隨機相位的時延多普勒譜。對比圖5-35(a)和圖5-35(b)可看出，隨機相位會對感知目標速度估計造成嚴重影響，使得感知節點無法準確獲取感知目標多普勒頻率；圖5-35(c)為沒有隨機相位的角度譜，圖5-35(d)為存在隨機相位的角度譜，其中“x”為角度真值。對比圖5-35(c)和圖5-35(d)可看出，UE端口的隨機相位還會導致角度估計錯誤。綜上可知，要實現準確的感知/通感一體化功能，上行隨機相位是必須消除的一種非理想因素。5.6.1.3 通道不一致性

156、5.6.1.3 通道不一致性在多通道發送或接收信號的情況下，每個通道包含各自的天線單元和射頻模塊等。如圖5所示，考圖5-35 隨機相位對感知的影響67I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告在理想情況下，各個通道的復數響應是一致的；即各個通道接收相同信號時，其輸出信號也是相同的。然而，在實際系統中，由于器件的非理想性，在多通道系統中會存在通道不一致性。通道不一致性的具體表現是，各個通道的復數響應是在設計值上疊加了未知的幅度和相位，導致各個通道的復數響應有差異。通道不一致性，會造成包括在利用波束賦形進行感知時，波束賦形的幅度和相位的誤差，將

157、導致形成的波束形狀（波束增益、波束寬度、旁瓣水平）與期望不符，進而在基于波束賦形后的信道信息進行感知時導致精度下降，造成角度和反射功率估計誤差，甚至造成誤檢27。5.6.1.4 UE收發自干擾5.6.1.4 UE收發自干擾假設終端通感可復用3GPP的射頻指標包括參考靈敏度和發射功率。由于終端需要感知和探測的物體一般位于終端附近幾厘米到幾十米的距離，因此我們可基于室內場景的LOS信道下的鏈路預算，考慮1dB的人體損耗。表5-5終端在1.8GHz和3.6GHz在終端感知范圍內的輸出功率給出了終端在1.8GHz和其中，表示各通道的天線單元之間的間隔，表示載波波長，N為通道數，和 分別表示各個通道的復

158、數響應的幅度和相位。如果天線陣列為均勻平面天線，則將上式擴展為二維矩陣即可，這里不做贅述。圖5-36 多通道接收信號示意圖慮接收信號的情況，對于均勻線陣天線和從 角度方向入射的信號，各個通道的接收信號可表示為：I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告68從表5-5顯示，由于路徑損耗比較大，導致終端與被感知物體之間的距離大于10m時，為了感知和探測周圍的物體，終端所需的發射功率將會大于23dBm，這將超過PC3終端的最大發射功率。此外，目前3GPP公認的終端器件的隔離假設為10dB的天線隔離，50dB-70dB的PCB隔離。如果10dB的天

159、線隔離和60dB的PCB隔離，如對于1.8GHz頻段，終端與被感知物體之間的距離為5m時，發射信號對反射接收電路的干擾可能大于-63.8dBm，這樣會導致接收機接收最小信號的能力變差，對于更遠的距離使用更高的頻率，發射信號對反射接收電路的干擾會更大。因此對于具有通感功能的終端，有必要進一步研究如何減小所需的發射功率，以及發射信號對反射接收電路的干擾。如提高天線及PCB隔離，減小發射信號和接收信號的信道帶寬或使用的資源塊，進一步提高參考靈敏度的需求等。5.6.2 通感非理想因素解決方案5.6.2 通感非理想因素解決方案在文獻中，關于定時偏移、本振頻率偏移的研究和解決方案較多，通道不一致性可通過硬

160、件的校準得到很好的抑制，時域隨機相位是在通信系統中引入感知功能后引起關注的新問題。下面介紹文獻中關于定時偏移和本振頻率偏移的幾種消除方法。（1）收發共用時鐘3.6GHz在終端感知范圍內使用現有3GPP的FR1的參考靈敏度指標時所需的發射功率，此處沒有考慮被探測物體的散射。表5-5 終端在1.8GHz和3.6GHz在終端感知范圍內的輸出功率69I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告收發端之間共用時鐘是解決定時偏移和本振頻率偏移問題最直接的方法30，主要包括以下兩類方法：感知信號的收發端之間通過有線連接（例如，光纖鏈路）共用同一時鐘源，此種

161、方法在定時偏移和本振頻率偏移問題的各種解決方案中具有最佳的性能，在傳統的雙基地或多基地雷達中即是采用此種方法。然而，此種方法要求感知信號的收發端設備均為固定位置設備，限制了系統靈活性，在通感一體化的四種收發不同設備的感知模式中，只有基站間收發的感知模式能夠采用此種方法，而基站和UE之間、以及UE和UE之間的感知均無法采用此種方法。感知信號的收發端時鐘基于同一無線信號進行校準，典型的實施方式是接收機與發送機的時鐘均基于GPS的秒脈沖信號進行校準。然而，此種方法的校準過程或者需要較長的收斂時間（例如，百秒）、或者校準后的性能不能滿足感知業務的需求（殘余的定時偏差在數十納秒，折合距離測量誤差為數米）

162、。（2）CSI 商/共軛乘方法 對多個共用時鐘源的接收天線的接收信號進行除法運算或者共軛乘運算，能夠抑制收發端之間本振頻率偏移的影響，提取出感知目標的多普勒頻移，該方法在生命體征（呼吸、心跳）檢測的感知應用場景中得到很好的應用，具有較好的性能31。文獻中感知信號復用 Wi-Fi 的信道狀態信息CSI參考信號，因此不同天線接收信號之間的除法運算方法又被稱為CSI 商方法。兩個天線接收信號所承受的本振頻率偏移是相同的，經過除法運算或者共軛乘運算后很容易被去除。進一步地，在靜態徑功率占主導地位的情況下，CSI 商方法能夠提取出感知目標的多普勒頻移，且不受多普勒頻移的鏡像頻率的影響。然而，提取出的多普

163、勒頻移值是模糊的。CSI商或共軛乘方法的局限性在于，首先，只能提取感知目標的多普勒頻移、而無法解決定時偏差帶來的時延模糊問題；其次，此種方法要求感知環境中只有感知目標主導的動態徑（有多普勒頻移），其他徑均為靜態徑，這要求環境中不能存在其他運動目標。（3）參考徑方法參考徑，是在感知測量的環境中，基于先驗信息能夠事先確定其參數的徑。利用參考徑可對感知信號的收發端之間的定時偏移和本振頻率偏移進行校準，其核心思想是通過已知信號傳播時延和多普勒頻移的參考徑來估計出疊加在這條徑上的額外的時延和多普勒，即為定時偏移和本振頻率偏移。典型的可用作為參考徑的是LOS（Line of Sight，視距）徑32?；?/p>

164、發射的通感信號分別通過LOS 徑及經過感知目標的反射徑到達UE。根據感知信號的收發端之間的相對位置和相對運動速度，計算得到LOS徑的真實時延和真實多普勒；以感知信號的接收端設備（或者感知信號處理設備）計算得到的LOS徑的測量時延和測量頻率與真實時延和真實多普勒進行對照，即可得到時延偏移和本振頻率偏I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告70（4）往返測量方法 類似于NR定位中的RTT（Round-Trip Time,往返時間）方法，在通感一體化系統中可通過往返測量來估計出感知信號的收發端設備之間的定時頻移和本振頻率偏移34。其基本思想是，

165、在較短的時間內（例如，幾毫秒到幾十毫秒），感知目標的運動狀態（位置和速度）沒有發生變化；對于同一感知目標，基于感知信號的收發端設備之間相互收發感知信號，進行往返測量得到的信號傳播時延和多普勒頻移是相同的，而定時偏移和本振頻率偏移的絕對值相同、正負號相反，因此可提取出定時偏移和本移，或者直接估計出感知目標反射徑的信號傳播時延和多普勒頻移。在利用參考徑進行校準時，一個關鍵點是感知信號的接收端設備（或者感知信號處理設備）需要從多徑信號中識別出參考徑。在有LOS徑的場景下，由于LOS徑通常占據了接收信號中的大部分能量，根據這一特征LOS徑較為容易被識別出來。一種簡化的情況是，感知信號的收發端設備均處于

166、靜止狀態，此時LOS的真實多普勒為零。當感知信號的收發端設備之間因為遮擋等原因而沒有LOS徑時，可利用RIS（Reconfigurable Intelligent Surface,可重構智能表面）進行中繼來獲得參考徑33，如圖5-37(b)所示，其原理同利用LOS 徑作為參考徑類似。圖5-37 參考徑方式示意圖 (a)LOS徑為參考徑 (b)經RIS反射的參考徑 71I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告其他通感融合技術6.1 通感融合部署方案研究5G系統支持多個頻段包括低頻和毫米波頻段。當通信和感知進行融合下，考慮場景、性能要求、商用

167、頻譜等多方面因素，潛在的部署方案可分為兩類：單頻部署 多頻協同部署圖5-38 往返測試方法示意圖振頻率偏移。此種方法的難點在于，需要在存在定時偏移和本振頻率偏移的情況下，將基站和UE分別檢測出的對應同一感知目標的時延和多普勒信息關聯起來；例如，將基站檢測出的感知目標和UE檢測出的感知目標確定為同一感知目標。I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告72在5G后期，毫米波基站如果商用，也可能存在毫米波基站單獨組網的情況。6.1.2 多頻協作部署6.1.2 多頻協作部署由于通信和感知融合后，由于部署場景的差異性和設備能力情況都會需要開展多種頻段

168、部署的需求出現。通信感知融合多頻部署技術可按照低頻部署情況和具體作用進行分類，具體可分為如下幾種：1）多頻同時兼顧通信和感知能力的業務架構，例如采用低頻和高頻都具備通信和感知功能，在感知要求較低且感知范圍較廣的情況下使用低頻基站或載波進行通感業務，而在感知要求或通信要求較高的情況下部署高頻基站進行感知和通信，設備如圖6-2所示。在這種模式下，可按照需求選取通信和感知的頻段，具有較高的可選擇性。6.1.1 單頻部署6.1.1 單頻部署我國尚未分配商用高頻頻譜資源，如果低頻可應用于通感一體技術，將會加速通感一體商用部署進程，增加感知產業滲透率，拓寬感知應用場景。在通感商用初期，基于5G商用頻譜資源

169、使能通信功能和感知功能，提升頻譜利用率；復用5G通信站址，通過站址融合降低部署成本；針對低頻感知能力可滿足感知精度需求的應用場景，如無人機監管場景，利用5G低頻通信網絡實現低成本、全天候、無縫泛在的感知服務。圖6-1 低頻通感融合技術73I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告2）多個頻段都具備通信功能，而僅僅其中一個或兩個頻率可進行感知的業務架構，例如采用低頻進行基礎通信服務，高頻具備通信和感知功能，在發生感知需求且通信業務需要進行部分強制移出的情況下，通過Xn接口或者載波間其他管理接口進行通信數據的有效的傳輸，設備架構圖如圖6-3所示

170、。這種架構更加符合現在網絡架構基礎上進行感知功能的疊加，對網絡設備的改造較少，對現有基站的利用性高。圖6-2 基站級高低頻協作示意圖圖6-3 高低頻結合的通感融合架構示意圖I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告746.2 載波聚合的通感技術6.2.1 概述6.2.1 概述從3GPP TR 22.83735中的通感用例來看，有些應用（如停車位檢測、行人檢測等）需要分米級甚至更高的距離估計精度。因為距離分辨率R與帶寬B成反比（見5.1.1章節），所以高的距離估計精度需要大帶寬的支持。但分配一整段連續且帶寬大的頻譜資源有困難，如NR FR1限

171、制單個載波的帶寬最大為100MHz，對應1.5m的距離分辨率，顯然無法滿足這些使用場景的需求。載波聚合技術能將幾個載波聚合在一起，組成大的帶寬，所以可考慮使用載波聚合技術來解決這個問題。載波聚合技術目前已經廣泛應用于提高通信系統的性能，基站和終端對載波聚合技術有很成熟的支持（包括上行和下行鏈路），包括載波的配置和調度，以及軟硬件和信號處理等。因此，研究基于載波聚合的通感技術很有意義。6.2.2 關鍵問題6.2.2 關鍵問題對感知來說，載波聚合技術通過將連續或不連續的頻譜資源聚合，提高整體系統帶寬，從而提高距離估計分辨率。另外，對于不連續的載波，其中間的空白頻譜間隔也能對估計精度帶來增益36。但

172、要想最大化的利用這兩方面的增益，并真正將載波聚合技術在通感系統落地，面臨一些挑戰，概括如下：第一：載波的配置和動態調整。在可用的頻帶資源內，如何決定載波數目、載波帶寬以及載波之間的間隔，以達到最優的感知性能。同時載波的配置還需要兼顧通信側的需求（如通信速率）。另外，對不同的感知用例、不同的信道環境，最優感知性能所需的載波配置可能不同，而且通信側的需求也會變化。因此載波配置要同時滿足通信和感知的需求，并且需要根據二者需求的變化和信道狀況的變化做動態調整。第二：接收端估計算法設計。要設計復雜度可接受的估計算法，并最大化地利用載波聚合帶來的增益，會面臨兩方面的問題。首先是載波間的同步問題，包括定時偏

173、移、頻率偏移和隨機相位。如5.6.1.1節介紹的由器件或硬件引入的非理想因素，對每個載波，這三方面的偏移量可能不同，從而導致載波間的相位偏差。定時偏移會引入隨頻率變化的相位旋轉，而頻率偏移和隨機相位會對每個感知符號的初始相位引入偏移和跳變。要想最大化載波聚合帶來的增益，最好的方法是將各載波進行相干處理，但載波間的相位偏差導致相干處理變得很困難。其次，對于非連續載波，其中間的空白頻譜間隔會導致似然函數劇烈振蕩，產生很多局部壞點，很難獲得全局最優解37。這使利用空白頻譜間隔的增益提高估計性能變得非常困難。第三：載波聚合的調度。在感知的相干處理間隔內，要保證相位的連續性和信號幅度的穩定性，75I M

174、 T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告另外，感知業務需求和各載波的信道環境等會發生變化，所以載波配置要根據這些因素做實時調整。比如當信道條件較好時，載波數目及帶寬配置達到感知分辨率要求即可；而信道條件較差時，除了感知分辨率，還可能需要更多頻譜資源（更大的有效帶寬）來減少估計誤差。對感知側，如何在可用的頻譜資源下，得到能達到最優感知性能的載波配置，這需要相關的研究指導。文獻38對多載波感知的性能做了理論分析和仿真，并提出了獲得最優感知性能的載波配置方案的搜索算法，并給出一些結論作為載波配置的參考。比如，在可配置的頻帶資源內，當最低和最高因此各載

175、波與定時、頻率、相位和功率等相關的調整都需要有所限制，并且各載波之間的控制調整需要對齊，以便于估計算法對載波間進行相干處理。而且在感知相干處理間隔內，要避免可能帶來相位跳變的調度。另外系統省電也是必須考慮的問題。比如有些通感用例，通信速率要求并不高，但感知精度要求很高。如果僅考慮感知側的需求，需要激活多個載波，但在各載波上只傳輸感知信號，沒有PDSCH數據傳輸，這會造成系統功耗大的問題。6.2.3 潛在的解決方案6.2.3 潛在的解決方案6.2.3.1 載波配置和動態調整6.2.3.1 載波配置和動態調整為兼顧感知和通信的需求，可參考圖6-4的流程進行多載波的配置。在感知側，根據感知可用的頻譜

176、資源和感知業務需求（如距離精度要求），得到能達到最優感知性能的載波配置建議（如載波數目、各載波的帶寬、載波間的間隔）；在通信側，則根據通信速率的需求，以及備選載波的信道質量，得到滿足通信需求的載波配置建議（如載波數目和各載波的帶寬）。然后綜合通信和感知兩方面的建議，得到最終通感系統的載波配置方案。圖6-4 通感系統載波配置流程I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告76載波之間的距離最大時，頻帶孔徑增益最大，對應的距離分辨率最好；在兩個載波之間插入一個新的載波，能夠有效提升檢測性能；當頻帶數目大于等于3時，最優的頻譜分配機制是分成3段不連

177、續的載波，并且中間載波最好落在兩邊載波的中間。6.2.3.2 接收端估計算法設計6.2.3.2 接收端估計算法設計如6.2.2章節所述，載波間同步偏差和載波間空白頻譜間隔會導致似然函數振蕩這兩個問題是接收端估計算法需要解決的問題。最直接的方法是發射機和接收機保證各載波間絕對同步。例如將多個載波當作一個載波進行發送和接收，這樣射頻和數字前端鏈路不會引入載波間的同步偏差。但這種方法受限于射頻鏈路和硬件處理能力，不能支持總帶寬很大的情況。并且載波間的空白間隔太大會引起模糊函數旁瓣變大，導致虛假目標。另外發送端和接收端也要做一些特殊處理（如對各載波進行統一控制），以保證各載波間定時、頻率、相位和功率的

178、一致性。另外一種方法是多載波進行非相干處理39，每個載波單獨估計對應目標的時延信息，然后做最大比合并，這樣載波間的相位偏差對算法性能無影響。但該算法沒完全發揮載波聚合帶來的增益。關于相干處理的方法，文獻40針對載波相鄰的場景，先分別估計各載波的信道，再將各載波的定時偏差和相位偏差對齊，最后基于所有載波拼接后的信道做估計。但這種方法不適合載波不連續的情況，特別是多徑的場景。另外也有基于壓縮感知的算法4142，結合發送端和接收端的握手操作（類似于5.6.2章節往返測量的方法）。此類方法本質上是將載波間的相位偏差一并估計出來，并對多載波信號進行相干處理，能最大限度發揮載波聚合的好處，但一般計算復雜度

179、大。6.2.3.3 載波聚合的調度6.2.3.3 載波聚合的調度多載波激活做感知業務期間，各載波的定時、頻率和功率等調整都需要盡可能對齊，以便于對載波間進行相干處理。另外在感知相干處理間隔內，要避免可能帶來相位跳變的調度，比如不要隨意切換帶寬，不啟動CDRX等。這些操作都可能引入相位跳變，而且各載波的跳變值可能不一樣。另外為解決省電問題，針對通信速率要求不高但感知精度要求高的場景，可利用SCell 休眠的功能。如圖6-5所示，當感知需要多載波大帶寬，但通信速率需求低時，DCI觸發SCell進入休眠狀態，終端不用接收PDCCH，只接收感知參考信號和其他維持SCell通信鏈路正常運作的信號（如CS

180、I等）。當通信速率需求變高時，通過DCI指示，使SCell快速跳出休眠狀態。這種方法對于下行和上行載波聚合都適用。77I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告在5G系統中，隨著大帶寬、毫米波、大規模MIMO技術的引入，5G系統已經擁有了感知潛力，可對區域內的物體進行包括檢測、測距、測角、測速、識別、定位、追蹤、動作識別等功能，從而實現對物理世界的感知探索。作為5G-A的一個重要的演進方向，通信感知融合是可為智慧低空、智慧交通、智慧生活、智能工廠等典型應用構建基礎能力并為第三方提供感知服務，助力垂直行業和終端用戶應用。本研究課題系統的分析通

181、感無線架構、通感不同網元或設備之間（SF-gNB、gNB-UE、SF-UE）的交互基本流程（感知能力上報、感知測量配置、感知測量上報）、感知性能指標、感知波形、幀結構、感知信號處理和參數估計算法、多天線技術、非理想因素等問題展開的分析和初步的探索，并探討了多頻段融合部署方案，為下一階段的通感融合無線標準化提供重要研究基礎。本研究報告對無線關鍵技術做了初步探索。未來可在感知移動性管理、多種感知模式協作、多設備協作、多頻段協作、多感知技術融合等方面展開研究，以服務于未來更多樣更復雜的通信感知場景。IMT-2020(5G)推進組通信感知融合任務組愿攜手通信感知產業相關企業與組織、垂直行業、科研機構與

182、高校等加強合作，一起推動無線接入網關鍵技術研究及標準化，加快構建5G-A基礎感知能力，推進通感融合應用產業化進程，助力通感產業化應用進程，創造更大的社會價值。圖6-5 利用SCell dormancy來解決感知期間的省電問題總結與展望I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告781 5G-Advanced通感融合場景需求研究報告R，IMT2020（5G）推進組，2022.2 5G-Advanced通感融合網絡架構研究報告R，IMT2020（5G）推進組，2022.3 5G-Advanced通感融合仿真評估方法研究報告R，IMT-2020(5

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203、reless Commun.(SPAWC),Jul.2019,pp.1-5.附錄9.1 術語定義I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告829.2 縮略詞表83I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組5G-Advanced通感融合空口技術方案研究報告84主要貢獻單位單位全稱(排名不分先后)中國信息通信研究院中興通訊股份有限公司中國移動通信有限公司研究院中國聯合網絡通信集團有限公司中國電信集團有限公司華為技術有限公司中信科移動通信技術股份有限公司維沃移動通信有限公司OPPO廣東移動通信有限公司小米科技有限責任公司聯想集團聯發博動科技(北京)有限公司北京郵電大學