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1、13.4.5.新質生產力以全要素生產率大幅提升為核心標志,5G-A 無源物聯網通過顛覆式技術創新激發新質生產力強大動能:通過架構革新、算法創新、方案創新,實現無源物聯網絡化部署、高效組網協同、海量并發接入;并通過跨域創新實現低成本融合定位、復合環境能量采集及多元感知。5G-A 無源物聯網可低成本、高效率連接各類生產要素,將實物資產轉變成數據資產,實現標識對象全要素、全流程和全生命周期的可視化、自動化和智能化(即“三全三化”)管理,通過數據分析及數據運營,擴展要素類型、率。本白皮書聚焦無源物聯網典型場景和解決方案,為推動無源物聯網技術方案創新和產業發展提供參考。6.本白皮書的版權歸中國移動所有,
2、未經授權,任何單位或個人不得復制或拷貝本建議之部分或全部內容。7.5G-A 通感一體典型場景技術解決方案白皮書中國移動通信集團有限公司2024 年 6 月通信感知一體化(Integrated Sensing and Communication,ISAC),簡稱通感一體,作為 5G-A 重要創新技術之一,為移動通信網絡發展帶來蓬勃驅動力。通感一體技術的革命性創新在于,通過復用一套設備構建兩張網絡,實現通信與感知兩種業務深度融合,拓展通信網絡的功能邊界,亦為感知業務的普遍化應用奠定基礎。通感一體技術的引入,使得通信與感知兩網信息協同交互,實現通信環境重構與感知性能優化的雙向互補,提升整體網絡性能。
3、隨著算力和智能化成為現代網絡建設不可或缺的部分,通過集成先進的計算和智能感知處理技術,通感一體網絡能夠更高效地處理和分析海量感知數據,為各種應用場景提供更為精準、快速的感知服務。本白皮書回顧了通感一體技術的發展歷程,介紹了目前國內外標準化進展,深入闡述了通感融合業務指標定義、技術方案與組網方案,并重點呈現了通感一體典型場景和解決方案,為推動通信感知一體技術方案創新、落地網絡建設和未來產業發展提供有效參考。目目錄錄一、發展背景概述.11.1 發展背景.11.2 技術能力.21.3 服務價值.21.4 發展規劃.3二、典型應用場景.32.1 低空經濟.32.2 低空安防.42.3 航道管理.42.
4、4 海面監測.52.5 地空一體.52.6 其它場景.6三、網絡與業務指標定義.73.1 通信指標定義.73.2 感知指標定義.73.2.1 成熟指標.73.2.2 細化指標.93.2.3 創新指標.10四、典型場景技術解決方案.114.1 產品技術方案.114.1.1 收發模式.114.1.2 網絡架構.114.1.3 空口設計.124.1.4 設備形態.124.1.5 高精工參.134.1.6 感知平臺.134.2 規劃組網方案.134.2.1 規劃方法.134.2.2 站址結構.144.2.3 干擾控制.144.2.4 移動性管理.154.3 場景解決方案.154.3.1 低空經濟.15
5、4.3.2 低空安防.164.3.3 航道管理.184.3.4 海面監測.194.3.5 地空一體.20五、總結與展望.21縮略語列表.23參考文獻.24參編單位及人員.25中國移動5G-A 通感一體典型場景技術解決方案白皮書(2024)1一、一、發展背景概述發展背景概述1.1 發展背景發展背景通感一體技術借鑒雷達探測理論,實現了通信與感知功能的深度融合,依托先進的信號處理算法和通信技術,賦予了通信網絡對環境和目標對象的全方位感知能力,能夠輸出距離、速度、位置、角度等關鍵信息。近年來,隨著我國低空經濟政策的相繼出臺,通感一體技術迅速成為市場關注的焦點,產學研各界正積極推動標準化與產業化進程,力
6、爭早日實現通感網絡商用落地。政策方面,2021 年,中共中央、國務院發布的國家綜合立體交通網規劃綱要首次將低空經濟納入國家規劃。2024 年 1 月,國務院、中央軍委聯合頒布的無人駕駛航空器飛行管理暫行條例正式施行,標志著我國無人機產業進入“有法可依”規范化發展新階段。同年 3 月,低空經濟被首次寫入全國兩會的政府工作報告,并作為新興產業之一,納入新質生產力的范疇。需求方面,廣東、浙江、安徽、湖北、云南等省份,紛紛展現出對通感一體技術的迫切需求,涉及無人機配送、巡檢、海域監控、機場安全管理等多個領域。這些需求不僅對網絡能力提出了新的要求,也為各行各業的數智化轉型提供了技術動力。標準化方面,國內
7、 IMT-2020(5G)和 IMT-2030(6G)推進組積極布局,深入探索通感一體技術的應用場景和空口技術方案。2022 至 2023 年間,連續發布了5G-Advanced 通感融合場景需求研究報告、通信感知一體化技術研究報告、通感融合系統設計研究報告等相關文獻。第三代合作伙伴計劃(3rdGeneration Partnership Project,3GPP)國際組織正積極推動通感一體化技術的創新發展,目前正致力于 R19 版本中的感知信道模型和網絡架構等前沿研究,標志著該技術研究正邁向深入探索和快速發展的新階段。產業方面,國內外多家主設備商布局通感一體化技術研究與產品研發,在中國移動提
8、出的中低頻通感一體技術路線的引領下,逐步開展了實驗室測試與外場性能驗證工作,初步滿足低空經濟、低空安防等典型場景的通信與感知需求。中國移動5G-A 通感一體典型場景技術解決方案白皮書(2024)21.2 技術能力技術能力中國移動充分發揮高低頻協同優勢,在研究毫米波通感能力的同時,率先提出 4.9GHz 中低頻通感一體技術路線,創新構建業內首個“新設備、新波形、新空口、新天線、新指標、新工參”通感技術體系,推動網絡向能力多元融合方向演進。作為移動通信網絡演進過程中的全新范式,通感一體具備以下技術能力:空口聯合設計能力空口聯合設計能力。通過共享頻譜資源,同步優化空口設計與通信協議,實現了通信數據和
9、感知信息的雙向融通,通過調整信號調制方式、編碼方式以及幀結構等關鍵系統參數,可實現通信與感知性能的動態聯合調優。軟硬件設備共享能力軟硬件設備共享能力。通信與感知共享天線、射頻模塊等設備硬件資源,有效提高了設備集成度和工作效率,并實現了通信與感知功能軟件算法協同優化。環境感知與孿生能力環境感知與孿生能力。利用無線信號傳播特性,實時感知并反饋環境特征與物體信息,精準描述物體位置、速度等基本信息,生成連續運動軌跡,并對物體形態、姿態等更復雜信息進行精確感知,賦能網絡數字孿生。數據與服務開放能力數據與服務開放能力。感知數據不僅可以直接在感知平臺上呈現,還可根據客戶需求,與其他系統集成,進行多源數據的融
10、合處理,將感知結果以多樣化的形式展現給不同客戶,提供定制化的服務體驗。1.3 服務價值服務價值通感一體技術極大地拓展了移動通信網絡的服務邊界,為用戶提供了更加精準、智能、高效、廣泛的感知服務。助力低空產業發展助力低空產業發展。通感一體技術可對各型無人機、通航飛機、飛鳥、空飄物等目標進行三維空間定位與識別,應用于低空飛行航路監管、重要區域低空入侵檢測,實現對低空感知目標的實時監控、跟蹤、安全預警等功能,同時可提供低空通信能力,賦能低空經濟,保障低空安全。增強航道海面監管增強航道海面監管。航道蜿蜒綿長,海域面積遼闊,通感一體技術可對江河湖海等水域各型船只進行感知,提供實時的船只高精度定位、航跡追蹤
11、、船只身份識別等服務,助力航道規劃優化,提升水域管理效率。賦能地空一體管控。賦能地空一體管控。通感一體技術充分發揮其垂直感知與通信覆蓋的優勢,兼顧低空飛行器及空飄物的監測和地面車輛、行人的安全監管,大幅提升了立體空間內低、慢、小物體的管控能力。中國移動5G-A 通感一體典型場景技術解決方案白皮書(2024)3支撐智慧城市建設支撐智慧城市建設。通感一體技術能夠采集交通、建筑、氣象等關鍵環境數據,掌握車輛行駛狀態、預警道路突發情況,探測橋梁形狀變化、提醒建筑結構異常,預報大風降雨、沙塵暴等極端天氣,助力政府高效調度城市資源,減少事故發生概率,保障市民生活安全。促進智能家居升級。促進智能家居升級。在
12、室內場景中,通感一體技術能夠實現住宅入侵檢測、人體姿態監測、行為異常告警等功能,為家庭提供全方位的安全保障,有效提升家庭人身及財產的安全水平。1.4 發展規劃發展規劃中國移動致力于推動通感一體技術的突破創新與應用,助力構建廣域泛在智能感知與數字化經濟社會?;凇耙痪W多能、兩業融合、多維兼顧”的設計原則,構建了數據層、網絡層和應用層三層協同技術體系,攻關多項關鍵技術,布局多項商用能力。中國移動正積極引領通感一體產業發展,2024 年率先啟動 4.9GHz 通感一體規模組網試點,將聚焦低空經濟、低空安防、航道管理、海面監測、地空一體五大典型場景,攜手行業龍頭客戶,深入挖掘業務需求,計劃在不少于十個
13、省份,部署數百站規模,充分驗證產品與網絡能力,打造核心技術能力,持續推動產品成熟。同時,將打造一系列重點行業的通感一體示范應用案例,探索落地商業模式,實現“點狀突破”,力爭在 2024 年底前具備通感網絡預商用能力。2025 年,中國移動將力爭“串點成鏈”,實現通感一體技術的規模發展。此外,中國移動還將積極與產業伙伴合作,共同構建一個開放、協作、共贏的產業鏈生態系統,為通感一體技術的長遠發展奠定堅實基礎。二、二、典型應用場景典型應用場景2.1 低空經濟低空經濟低空經濟作為新質生產力的新興賽道之一,發展空間巨大,加快低空通感基礎設施建設,助力低空業務發展尤為重要。低空經濟主要指以低空空域(300
14、0 米以下區域)為依托,以各種有人和無人駕駛航空器的低空飛行活動為牽引,輻射帶動相關領域融合發展的綜合性經濟形態。當前,低空經濟重點聚焦 300 米以下非管制類空域業務場景,其中 120-300中國移動5G-A 通感一體典型場景技術解決方案白皮書(2024)4米空域場景以行業級無人機為主,主要應用于干線物流和城市管理等領域,120米以下空域場景以消費級無人機為主,主要滿足航拍和外賣等消費需求。2.2 低空安防低空安防截至 2023 年底,我國已注冊超過 126 萬架無人機、較去年同比增長約 32%,飛行器數量的快速增長給定位導航、路線規劃、應急避障等帶來巨大挑戰。低空安防主要指利用通感一體基站
15、的廣域泛探能力,對特定空域內未獲批的“黑飛”無人機、空飄物等進行感知,實現入侵物體的實時監測。為進一步擴大監測范圍、滿足用戶全時全域低空安防需求,通過建立電子圍欄,有效識別和反制“黑飛”,助力監管部門迅速解除安全威脅、實現空域的安全監管。2.3 航道管理航道管理船舶交通管理系統(Vessel Traffic Services,VTS)等水上交管系統通過船只上報信息、雷達與視頻聯動等方式獲取船只位置,在航道管理中發揮了重要作用,但對于船只拒不上報、雷達近處感知盲區等場景,航道監管探測能力仍需進一步提升。航道管理場景中,通感一體作為 VTS 等水上交管系統的融合補充手段,具備中國移動5G-A 通感
16、一體典型場景技術解決方案白皮書(2024)5基站感知無需船只上報、信號覆蓋連續等優勢,可進一步提升定位精準度、提升航道運行整體效率和安全性,實現船舶航行狀態實時監管,預防船只碰撞等事故發生。2.4 海面監測海面監測隨著智慧海洋發展建設,應用新技術維護海洋生態平衡、遏制非法捕撈及污染事件,加強海域安全監管、保障海面活動安全平穩運行尤為重要。海面監測主要指利用通感一體基站的廣域泛探能力,對超遠距離船只識別、實現實時船舶航跡跟蹤。另外,通過對關鍵海域設置電子圍欄等方式,檢測和警告非法入侵船只,可有效防止非法捕撈、破壞環境等非法活動,維護海域安全和海洋生態,有效提升海洋監管效率。2.5 地空一體地空一
17、體面向地面與低空協同監管場景,傳統雷達、視頻監控等系統都存在垂直探測區域受限、低小慢物體監測難等痛點問題。地空一體可同時兼顧地面與低空的覆蓋,重點可滿足機場航運等場景管理需求。對于地面場景,主要識別活動作業的車輛和行人,防止其誤入飛機跑道;對中國移動5G-A 通感一體典型場景技術解決方案白皮書(2024)6于低空場景,主要是在機場及周邊禁飛區設置電子圍欄,并對各型無人機、鳥類、氣球等空飄物進行識別和非法入侵告警。通過地面、低空協同覆蓋和感知,可以有效保障地面及低空安全,提升地空立體監管力度。2.6 其它場景其它場景除上述五大典型場景外,通感一體技術還可廣泛應用于橋梁微型變監測等場景。未來隨著技
18、術進一步演進、成熟,還可應用于輔助駕駛檢測、行人密集檢測、降雨檢測等室外場景,以及入侵檢測、生命體征監測、人員跌倒檢測等室內場景。對于橋梁微型變監測場景,考慮橋梁在使用過程中會不可避免地受損,通感一體技術可實時監測跨江、跨海橋梁型變狀態,提前發現潛在的風險和安全隱患,為城市安全提供新保障。對于輔助駕駛檢測場景,考慮輔助駕駛需要對道路車流和環境進行超低時延、超高精度的感知,通感一體技術支持實時路況感知,輔助駕駛員進行車輛操控,提升駕駛安全性。對于行人密集檢測場景,考慮鐵路軌道、高速公路、十字路口等行人密集場景多為高危區域,通感一體技術可全天候開展行人密集檢測,對人員危險行為進行告警、保障密集區域
19、人員安全。對于降雨檢測場景,考慮降雨檢測在水利工程、農業和天氣預報等領域重要意義,通感一體技術發揮其信號受環境影響小及廣域覆蓋等優勢,可實現降雨范圍及降雨量的精準感知檢測。此外,利用室內基站或者 Wi-Fi 路由器,通感一體還可實現對個人生活的精細化感知,提供住宅安全監測、老人健康監測等服務,提升家庭生活質量。中國移動5G-A 通感一體典型場景技術解決方案白皮書(2024)7三、三、網絡與業務指標定義網絡與業務指標定義3.1 通信指標定義通信指標定義通信能力是通感一體的基礎。通信網絡關鍵指標包括覆蓋、速率、時延及容量等。3.2 感知指標定義感知指標定義感知能力是通感一體的核心。為全面客觀評估通
20、感網絡性能,確保用戶通信和感知綜合體驗,中國移動協同產業界,結合場景需求特征,提出通感一體感知指標定義。指標主要分為三大類:一是成熟指標,主要為雷達領域已定義完善、基本無歧義的指標;二是細化指標,指雷達領域已存在,但結合通感網絡特征,進行細化的指標;三是創新指標,是面向通感一體網絡性能首次提出的指標,有待后續與產業共同探索驗證。3.2.13.2.1 成熟指標成熟指標3.2.1.1 感知目標感知目標 RCS感知目標雷達散射截面積(Radar Cross Section,RCS)表征產生相同反射能通信通信指標指標分類分類關鍵關鍵指標指標單位單位覆蓋覆蓋強度強度RSRPdBmSINRdB覆蓋范圍覆蓋
21、范圍單站距離、高度m速率速率下行平均速率Mbps上行平均速率Mbps下行邊緣速率Mbps上行邊緣速率Mbps時延時延控制面時延ms用戶面時延ms容量容量RRC 連接/激活用戶數個CAPS 用戶數個VoNR 用戶數個單 TTI 調度用戶數個中國移動5G-A 通感一體典型場景技術解決方案白皮書(2024)8量強度的球體截面積,可以反映感知目標在電磁波照射下所產生的回波強度??紤]目標 RCS 會隨目標運動姿態、信號入射角度變化,單一目標 RCS 不唯一,但RCS 越大、基站接收到的反射回波能量越大,目標則更易被檢測。3.2.1.2 感知范圍感知范圍感知范圍包括感知高度與感知距離。感知高度表征在低空通
22、感網絡中,無人機在空中運行高度與覆蓋區域平均海拔的差值。感知距離表征能滿足感知需求的最遠覆蓋距離。3.2.1.3 感知位置精度(水平感知位置精度(水平/垂直)垂直)感知位置精度表征感知位置結果與目標真實位置的差距。感知位置精度可分為水平與垂直精度,主要由距離精度與角度精度構成。感知位置精度受帶寬、波長、天面孔徑等參數影響。感知位置精度越高,代表系統感知結果更接近于目標真實位置,感知更準確。3.2.1.4 感知分辨率感知分辨率感知分辨率表征網絡對多目標的最小分辨能力。分辨率越高,代表系統感知并區分不同物體的能力越強。感知分辨率可分為徑向距離分辨率、速度分辨率、角度分辨率三種。3.2.1.5 感知
23、速度范圍感知速度范圍感知速度范圍表征網絡對目標運動速度的探測能力,代表系統可感知運動速度的上下限范圍。速度范圍越大,代表系統對目標物體速度狀態的評估能力越強。感知感知分辨率分辨率技術指標技術指標單位單位主要主要影響因素影響因素徑向距離分辨率米帶寬角度分辨率度天面孔徑、波長、天線法線夾角速度分辨率米/秒相參處理時間、脈沖累計數、波長中國移動5G-A 通感一體典型場景技術解決方案白皮書(2024)93.2.1.6 置信度置信度置信度表征通感網絡所有測試樣本中能夠達成目標精度需求的樣本比例。該指標可準確評估通感網絡結果的可信程度,置信度越高,系統感知性能越強,感知結果可靠性越強。3.2.1.7 刷新
24、率刷新率刷新率表征通感網絡呈現感知結果的時間間隔,是對系統感知結果穩定輸出能力的重要評估標準。3.2.23.2.2 細化指標細化指標3.2.2.1 檢測率(漏檢率)檢測率(漏檢率)檢測率(漏檢率)定義為在一定時間內實際需求目標被成功檢測(未能成功)的概率。檢測率越高,系統在有目標場景下對目標感知成功率越高,目標物體更易被檢測到。該指標與目標 RCS、感知位置精度等關鍵指標參數相關。統計方法為:檢測率=檢測成功點數目標點數 100%漏檢率=100%檢測率3.2.2.2 虛警率虛警率虛警率定義為在一定時間內場景出現虛假感知結果的概率。虛警率越低,系統在無目標場景下錯誤上報感知結果的概率越低。該指標
25、與目標 RCS、感知位置精度等關鍵指標參數相關。統計方法為:虛警點數=非需求目標點數 短航跡數虛警率=虛警點數目標點數+虛警點數 100%其中,非需求目標點數是指目標場景下出現的飛鳥、非需求方目標感知點數,中國移動5G-A 通感一體典型場景技術解決方案白皮書(2024)10短航跡數是指時間或航跡過短的航跡采樣點數。3.2.33.2.3 創新指標創新指標3.2.3.1 軌跡完整度軌跡完整度軌跡完整度是評估感知結果是否滿足精度與連續性要求的重要評估手段,一方面可從預設定軌跡與真實感知軌跡的吻合程度來評估,另一方面可從感知結果是否符合精度要求來評估。3.2.3.2 感知信噪比感知信噪比感知信噪比(S
26、ignal-Clutter-Ratio,SCR)定義為基站收到的檢測信號與環境雜波能量的比值,是為通感網絡規模組網定制的組網規劃指標。感知信噪比可影響通感網絡中感知位置精度、感知分辨率、檢測率(漏檢率)、虛警率等多項關鍵性能指標。統計方法為:SCR=S目標I感知+N雜波+I通信+N底噪其中,S目標表示基站獲取的回波信號能量,I感知表示網絡感知對感知的干擾信號能量,N雜波表示由天氣雜波、感知過程中其他目標等造成的噪聲能量,I通信表示網絡通信對感知的干擾信號能量,N底噪表示場景底噪。感知信噪比的引入將為通感一體組網規劃帶來決定性評判因素,可在場景化關鍵感知需求與建網指標之間架設映射橋梁。未來可通過
27、感知信噪比指導并輸出站址規模,構建場景化端到端的通感一體組網建設方案。3.2.3.3 系統感知時延系統感知時延系統感知時延為評估通感網絡對目標感知結果輸出的靈敏性能力而引入,系統感知時延數值越低,證明通感網絡對目標的感知反饋能力更快。統計方法為:系統感知時延=穩定航跡起始點時間 進入感知范圍時間其中,穩定航跡起始點時間是系統可穩定呈現,滿足感知需求航跡的時間點。中國移動5G-A 通感一體典型場景技術解決方案白皮書(2024)113.2.3.4 空間覆蓋率空間覆蓋率空間覆蓋率是用于評估三維立體空間內通信與感知覆蓋能力的指標。該指標可通過統計手段精準刻畫通信與感知覆蓋性能指標,影響如站間距、站址結
28、構、波束設計等多種關鍵參數,為后續建網標準提供參考。四、四、典型場景技術解決方案典型場景技術解決方案4.1 產品技術方案產品技術方案4.1.14.1.1 收發模式收發模式3GPP 標準定義六種收發模式,當前主要采用基站自發自收和基站 A 發 B 收兩種工作模式?;咀园l自收是一種單站感知方式,由單個節點完成感知任務,無收發同步問題,組網簡單。這種模式要求基站同頻收發,具備全雙工能力?;?A 發 B 收是一種雙站感知方式,由于發射機和接收機在空間上分離,不要求基站具有全雙工能力。但是面臨收發同步存在誤差、感知結果受收發機位置誤差影響以及組網配對關系較為復雜等問題。4.1.24.1.2 網絡架構
29、網絡架構為實現感知能力,通感一體網絡在傳統通信網絡架構基礎上新增兩個網元,即感知功能(Sensing Function,SF)網元,應用功能(Application Function,AF)網元。SF 負責感知功能控制管理、感知數據匯聚和上報;AF 提供應用服務和平臺管理。根據 SF 與通信網絡架構中現有網元的接口關系,網絡架構分為本地化架構中國移動5G-A 通感一體典型場景技術解決方案白皮書(2024)12和緊耦合架構。(1)本地化架構:SF 與基站連接,二者在控制面和數據面均具備直聯接口。本地化架構可盡量減少現網改造,具備靈活、快速部署優勢。本地化架構扁平簡單,適用于局域或專網場景。(2)
30、緊耦合架構:SF 與現有 5GC 架構深度融合,復用現有核心網架構、接口和協議來實現感知能力。緊耦合架構適用于廣域場景、終端感知場景。4.1.34.1.3 空口設計空口設計為滿足遠距離感知覆蓋需求,同時盡量降低通信與感知間的相互影響,需設計全新空口方案,實現超遠覆蓋、通感融合共生。在基站自發自收的工作模式下,5G 系統采用的正交頻分復用(OrthogonalFrequency Division Multiplexing,OFDM)信號是連續波,若用作感知不存在近端盲區,但為保證收發隔離度,發射功率較低、覆蓋距離有限。雷達系統常用的線性調頻信號(Linear Frequency Modulati
31、on,LFM)是脈沖波,感知覆蓋范圍可達千米,但存在近端盲區。通過采用連續波 OFDM 和脈沖波 LFM 相結合的混合波形,融合通信和雷達兩種波形技術優勢,連續波覆蓋近端、脈沖波覆蓋遠端,實現遠距離連續覆蓋?;诘透蓴_、低開銷、高譜效、低影響設計思路,首創提出邊界可擴展的通感深度融合混合波形幀結構。以 N79 頻段典型 2.5ms 雙周期 DDDSUDDSUU 幀結構為例,將感知信號承載于上行時隙后的下行時隙,確保規避遠端干擾;感知時隙后 7 個符號可靈活用于通信或感知,提升場景化通感網絡能力,達成總開銷為10%與滿足感知精度要求的平衡。4.1.44.1.4 設備形態設備形態為滿足低空業務需求
32、,網絡覆蓋從地面擴展至低空,感知能力需達到至少 30米精度要求。覆蓋高度對有源天線單元(Active Antenna Unit,AAU)張角范圍提出新要求、感知精度對設備通道數提出新要求。為實現感知覆蓋距離不低于 1 公里,覆蓋高度不低于 300 米,需擴展垂直面覆蓋能力,采用 60大張角天面,同時滿足地面與低空覆蓋需求。通道數和陣子數越多,水平角度精度與分辨率表現更優。為滿足感知精度要求,天線陣子數量要求水平方向不低于 16 列,垂直方向至少需要 2V。綜合考慮性能和成本,中國移動創新提出 64TR+64R 收發非對稱垂直大張角 4.9GHz 通感一體基站設備。中國移動5G-A 通感一體典型
33、場景技術解決方案白皮書(2024)134.1.54.1.5 高精工參高精工參感知誤差是通過精確計算基站的絕對位置以及探測目標與基站之間的相對位置來確定的。傳統模式下工參精度低、基站絕對位置偏差大,其方位角和俯仰角誤差可能分別高達5和1,經度、緯度和高度誤差有時高達十余米,將極大程度影響對目標位置的精準判斷。通過在基站內引入高精工參模塊,獲取準確基站工參,實現感知目標位置的精準判斷。高精工參模塊自身采用多模多頻多通道定位模塊,且可與基準站進行位置校準,預計方位角與俯仰角的精度將提升至0.5,經度、緯度和高度誤差將控制在10 厘米以內,可顯著增強通感基站的感知能力,為未來各類通感一體化應用提供更為
34、精確、可靠的數據支持。4.1.64.1.6 感知平臺感知平臺感知平臺作為 AF 網元功能的可視化呈現,是承擔通感一體數據匯集與監管決策的重要角色。一方面,平臺可將三維立體感知結果向用戶直觀展現。同時,用戶可在平臺上直接操作,查看感知信息或設置電子圍欄等。另一方面,通過多攝像頭監控陣列與光學感知 AI 模型,平臺可以對感知目標開展精準跟蹤視頻展示,為用戶提供全面、直觀、實時的監控信息可視化服務。鑒于部分用戶已具備自有平臺,感知平臺需具備與其他系統,如 VTS、公安管控系統以及雷達、光電、頻譜探測等傳統探測系統兼容協同能力,將多源異構數據進行匯聚、清洗、封裝,并與地圖、環境等基礎數據融合,實現目標
35、發現、軌跡管理、探測統計、地圖管理、異常告警、數據存儲與回放等功能,結合業務需求,向用戶開放共享通感能力,完成用戶業務應用閉環。4.2 規劃組網方案規劃組網方案4.2.14.2.1 規劃方法規劃方法相比地面通信,通感一體組網引入了更多考慮因素,如需滿足復雜的感知業務指標、需確定感知網絡規劃指標、需明確感知信道模型參數取值等。針對通感一體組網規劃,有必要構建一套全新方法,建立各項感知業務指標與感知 SCR 之間映射關系,明確通信網絡指標與感知網絡指標之間邏輯關系,并基于場景特征與設備配置制定組網方案等。目前各指標之間映射關系、感知鏈路中國移動5G-A 通感一體典型場景技術解決方案白皮書(2024
36、)14預算模型等仍在理論分析階段,后續將通過大量外場測試校正相關參數。4.2.24.2.2 站址結構站址結構相比地面通信,通感一體組網與業務關聯度更高、耦合度更強,站址結構的場景化特征更為突出,因此實際通感組網應結合通感場景特征選擇最佳站址結構,在滿足業務需求的前提下保障網絡資源精準合理投放。當前主要有單站三扇區蜂窩、單站兩扇區背靠背、單站單扇區魚鱗三種站址結構。單站三扇區蜂窩與地面類似,通過設計三扇區的不同覆蓋角度對站點周邊區域進行成片覆蓋。單站兩扇區背靠背通過兩扇區分別指向不同方向,對定向區域進行連續覆蓋。單站單扇區魚鱗通過單扇區追打方式形成“魚鱗”狀拓撲結構。三種站址結構各有優劣,三扇區
37、蜂窩結構具有覆蓋范圍大、融合性能好等優點,但也會因模塊數較多導致投資增加。相較于三扇區,兩扇區和單扇區雖可顯著減少模塊數,但因覆蓋范圍受限導致站間距減小,進而需要更多站址數量。4.2.34.2.3 干擾控制干擾控制相比地面通信,通感基站規模組網下將引入額外的感知干擾。通感網絡干擾類型主要包括感知間干擾、感知與通信間干擾、通信間干擾。為保障客戶通信、感知需求,需要針對性制定相關干擾控制方案。一是感知間干擾。在自發自收模式下,連續波有自干擾、同站扇區間干擾、站間扇區間干擾,脈沖波有脈沖內與脈沖間干擾。當前主要通過增強設備隔離度、干擾消除算法,并結合扇區間梳分、時分、頻分等方式解決。對于環境雜波干擾
38、,應持續研究相關干擾抑制技術。二是感知與通信間干擾。4.9GHz 通感站與同頻通信站之間存在嚴重同頻時隙干擾,在 D0/D5 時隙上,下行通信信號將影響感知信號接收。當前主要通過通信站時隙打孔技術解決,并研究“精準”站點打孔技術,降低通信站資源開銷。三是通信間干擾。通感站小區間干擾由于視距傳輸更加顯著,可采用同步信中國移動5G-A 通感一體典型場景技術解決方案白皮書(2024)15號(Synchronization Signal Block,SSB)時分錯開、感知輔助 SSB 開關等方法進行抑制。另外,低空無人機飛行時可能干擾地面小區,需針對性控制無人機發射功率,降低干擾影響。4.2.44.2
39、.4 移動性管理移動性管理在通感一體場景下,網絡覆蓋從傳統的二維網絡擴展至三維立體網絡,同時用戶類型也從地面用戶拓展至低空無人機用戶,需針對性研究移動性管理策略,避免無人機乒乓切換、降速掉話等問題。當前主要考慮四類方法,對用戶進行差異化業務保障。一是利用無線/頻率選擇優先級(RAT/Frequency Selection Priority,RFSP)或 5G 業務質量標識(5G QoS Identifier,5QI)標識,精準識別無人機用戶,為制定低空差異化移動性管理策略提供基礎;二是基于RSRP與觸發時間(Time ToTrigger,TTT)兩項參數,配置低空場景移動性門限;三是引入基于
40、RFSP 或 5QI參數,在起飛階段優先針對 4.9GHz 低空小區發起測量與切換,制定低空小區快速切入策略;四是分別針對上行、下行判決邏輯,引入 SINR 與 RSRP 進行聯合判決,設定低空小區精準切換指標。4.3 場景解決方案場景解決方案4.3.14.3.1 低空經濟低空經濟4.3.1.14.3.1.1 典型業務需求典型業務需求低空經濟場景業務主要集中在無人機上行圖片及視頻回傳、飛行態勢監測、航路入侵檢測、失控異常告警等方面。(1)通信關鍵指標要求為保障 1080P、4K 超清等上行視頻回傳需求,上行邊緣速率要求達到5-25Mbps。指標指標要求要求通信覆蓋高度300m上行邊緣速率5-2
41、5Mbps(2)感知關鍵指標要求無人機 RCS 較小,為精準實現飛行態勢監測等功能,感知位置精度較高約 10m。中國移動5G-A 通感一體典型場景技術解決方案白皮書(2024)16指標指標要求要求感知目標 RCS0.01-2 感知高度300m感知位置精度(水平/垂直)10m感知距離分辨率10m感知速度5100km/h感知速度分辨率5m/s檢測率95%虛警率5%置信度95%刷新率1s4.3.1.24.3.1.2 網絡解決方案網絡解決方案(1)收發模式基站自發自收和基站 A 發 B 收兩種工作模式,均可滿足低空經濟場景需求。(2)網絡架構初期無人機主要在局域固定點位之間飛行,航線相對簡單,可采用本
42、地化架構,滿足用戶快速應用需求。隨著產業持續發展,為滿足廣域低空覆蓋需求,屆時可采用緊耦合架構,提供廣域低空通感服務。(3)幀結構配置在 4 個脈沖波與 3 個連續波(4P3C,其中 P 代表脈沖波 Pulse,C 代表連續波 Continuous wave)感知符號配置下,單站覆蓋距離可達約 1.3 公里。(4)站址結構建議結合具體場景應用,可采用單站三扇區蜂窩結構,通過合理設置站間距,部署適量基站,發揮覆蓋范圍大的優勢,實現連片覆蓋;采用單站單扇區魚鱗結構,對于航路區域進行精準覆蓋。4.3.24.3.2 低空安防低空安防4.3.2.14.3.2.1 典型業務需求典型業務需求低空安防場景業務
43、主要集中在無人機視頻巡檢(上行圖片及視頻回傳,兼顧下行控制鏈路數據傳輸)、電子圍欄、軌跡跟蹤等方面。(1)通信業務指標要求中國移動5G-A 通感一體典型場景技術解決方案白皮書(2024)17為保障 1080P、4K 超清等上行視頻回傳需求,上行邊緣速率要求達到5-25Mbps。指標指標要求要求通信覆蓋高度300m上行邊緣速率5-25Mbps(2)感知業務指標要求無人機 RCS 較小,為實現電子圍欄等功能,感知位置精度須達到 20m。指標指標要求要求感知目標 RCS0.01-2 感知高度300m感知位置精度(水平/垂直)20m感知距離分辨率10m感知速度5100km/h感知速度分辨率5m/s檢測
44、率95%虛警率5%置信度95%刷新率1s4.3.2.24.3.2.2 網絡解決方案網絡解決方案(1)收發模式基站自發自收和基站 A 發 B 收兩種工作模式,均可滿足低空安防場景需求。(2)網絡架構低空安防場景區域性覆蓋特征明顯,通過本地化網絡架構可快速高效實現網絡部署。若未來出現廣域低空安防覆蓋需求,則可進一步采用緊耦合網絡架構提供通感服務。(3)幀結構配置低空安防場景感知符號配置與低空經濟場景相同,為 4P3C。(4)站址結構建議采用單站三扇區蜂窩結構,結合具體部署環境,合理設置組網站間距,對安防區域進行覆蓋。中國移動5G-A 通感一體典型場景技術解決方案白皮書(2024)184.3.34.
45、3.3 航道管理航道管理4.3.3.14.3.3.1 典型業務需求典型業務需求航道管理場景業務主要是對船只進行實時監測、精準識別、軌跡跟蹤,以及獲取船舶交通量、違章??康确矫?,同時兼顧通信覆蓋需求。(1)通信業務指標要求為滿足江河湖面上普通終端用戶正常上網需求,上行邊緣速率要求為 1Mbps。由于 5G 是上行受限場景,下行速率不做特殊要求。指標指標要求要求上行邊緣速率1Mbps(2)感知業務指標要求船只 RCS 最小約為 4,為實現實時監測等功能,感知位置精度須達到 30m。指標指標要求要求感知目標 RCS4-10 感知位置精度(水平/垂直)30m感知距離分辨率25m檢測率90%虛警率10%
46、置信度95%刷新率1.5s4.3.3.24.3.3.2 網絡解決方案網絡解決方案(1)收發模式當前基站自發自收工作模式,可滿足航道管理場景需求。(2)網絡架構由于航道長度較長,可能跨越多個地市、省份,因此在初期局部試驗網建設階段,尚可使用本地化網絡架構,后期需采用緊耦合架構,提供全航段通感網絡服務。(3)幀結構配置為提升感知距離,采用 4 個短脈沖波和 1 個長連續波(4P1C)的感知符號配置,單站覆蓋距離可達約 3 公里。(4)站址結構航道場景具有蜿蜒帶狀覆蓋特征,在沿航道進行規模組網時,建議采用單站中國移動5G-A 通感一體典型場景技術解決方案白皮書(2024)19兩扇區背靠背結構,沿航道
47、兩岸進行之字形組網,合理設置站間距,完成航道航段覆蓋。4.3.44.3.4 海面監測海面監測4.3.4.14.3.4.1 典型業務需求典型業務需求海面監測場景業務主要集中在船只巡檢(上行圖片及視頻回傳)、船只監測、航跡跟蹤、海面電子圍欄等方面,重點對網絡覆蓋距離提出更遠的要求。(1)通信關鍵指標要求由于海面覆蓋距離較遠,無法滿足船只巡檢 1080P 視頻回傳要求,采用 720P視頻回傳,上行邊緣速率要求為 3Mbps。指標指標要求要求上行邊緣速率3Mbps(2)感知關鍵指標要求海域船只體積較大,RCS 一般為 4-40,感知位置精度需達到 30m。指標指標要求要求感知目標 RCS4-40 感知
48、位置精度(水平/垂直)30m感知距離分辨率近岸 25m,近海 75m檢測率90%虛警率10%置信度95%刷新率1.5s中國移動5G-A 通感一體典型場景技術解決方案白皮書(2024)204.3.4.24.3.4.2 網絡解決方案網絡解決方案(1)收發模式當前基站自發自收工作模式,可滿足海面監測場景需求。(2)網絡架構初期試驗網建設階段,可使用本地化架構部署網絡,以快速滿足用戶應用需求。后期由于海岸線綿長,可采用緊耦合架構,提供廣域海域通感服務。(3)幀結構配置為進一步提升感知距離,在 1 個長脈沖波與 1 個長連續波(1P1C)的感知符號配置下,單站覆蓋距離最遠可達約 20 公里。(4)站址結
49、構基于三段式海面經典傳播模型,沿海岸線進行海域覆蓋時,可根據具體部署環境特征,采用單站單扇區魚鱗或單站雙扇區背靠背結構,合理設置站間距,盡量平衡海域覆蓋距離與連續性。4.3.54.3.5 地空一體地空一體4.3.5.14.3.5.1 典型業務需求典型業務需求地空一體場景業務主要集中在對低空進行無人機、飛鳥等空飄物監測,對地面車輛、人員識別探測等方面。(1)通信業務指標要求為滿足地面終端用戶正常上網業務,上行邊緣速率要求為 1Mbps。由于 5G網絡為上行受限,下行無特殊要求。指標指標要求要求上行邊緣速率1Mbps中國移動5G-A 通感一體典型場景技術解決方案白皮書(2024)21(2)感知業務
50、指標要求低空、地面感知目標不同,感知業務指標不同。指標指標地面要求地面要求低空要求低空要求目標分類人、車、在地面滑行的飛行器無人機、不明空飄物感知目標 RCS120m0.01-2m檢測率90%90%虛警率10%10%感知位置精度(水平/垂直)20m30m/10m感知速度5100km/h5100km/h速度分辨率5m/s5m/s距離分辨率10m10m刷新率1.5s1.5s4.3.5.24.3.5.2 網絡解決方案網絡解決方案(1)收發模式當前基站自發自收工作模式,可滿足地空一體場景需求。(2)網絡架構地空一體場景當前區域化特征明顯,可采用本地化網絡架構,實現快速部署。若存在廣域低空一體需求,也可
51、采用緊耦合架構。(3)幀結構配置在 4P3C 感知符號配置下,單站覆蓋距離可達約 1 公里。(4)站址結構建議優先采用單站三扇區蜂窩結構,考慮地面建筑環境,設置合理站間距,實現區域連片覆蓋。五、五、總結與展望總結與展望5G-A 通感一體技術,作為 5G 網絡演進的重要方向,正以其融合通信與感知的創新功能,實現頻譜資源的高效利用,并顯著提升實時感知能力,逐步成為引領行業變革的關鍵力量。立足當前面臨的立體組網覆蓋技術體系不完善、端到端產業鏈不成熟、商業模式不閉環等主要挑戰,2024 年,中國移動將攜手產業,聚焦五大場景開展通感一體規模組網試點,攻關八大核心技術,推動產業產品成熟,形成可商用的場景化
52、通感網絡規劃建設方案、可推廣的行業端到端解決方案,中國移動5G-A 通感一體典型場景技術解決方案白皮書(2024)22力爭在年底前具備通感網絡預商用能力。未來,中國移動將持續推動通感一體應用場景和技術體系的演進升級。應用場景方面,通過拓展支持室內外、空天地海等全域價值新應用,全面賦能千行百業,滿足市場的多樣化發展需求。技術體系方面,圍繞“新技術、新設備、新網絡、新平臺”四大方向開展創新研究,提高空口融合深度和雜波抑制能力,優化設備性能和功耗成本,提升多站協同和網業協同水平,構建靈活對接和安全可信平臺。通感一體技術將帶動整個產業鏈的蓬勃發展,充分發揮行業聚力,深度賦能千行百業,逐步實現全場景泛在
53、超能智聯感知??s略語列表縮略語列表縮略語縮略語英文全名英文全名中文解釋中文解釋3GPP3rd Generation Partnership Project第三代合作伙伴計劃5G5th Generation Mobile Communication Technology第五代移動通信技術5G-A5th Generation Advanced Mobile CommunicationTechnology第五代增強移動通信技術5QI5G QoS Identifier5G 業務質量標識6G6th Generation Mobile Communication Technology第六代移動通信技術AA
54、UActive Antenna Unit有源天線單元AFApplication Function應用功能CAPSCall Attempts Per Second每秒建立呼叫數量ISACIntegrated Sensing and Communication通信感知一體化LFMLinear Frequency Modulation線性調頻信號OFDMOrthogonal Frequency Division Multiplexing正交頻分復用RCSRadar Cross Section雷達散射截面積RFSPRAT/Frequency Selection Priority無線/頻率選擇優先級RR
55、CRadio Resource Control無線資源控制RSRPReference Signal Receiving Power參考信號接收功率SCRSignal-Clutter-Ratio感知信噪比SFSensing Function感知功能SINRSignal to Interference plus Noise Ratio信號與干擾加噪聲比SSBSynchronization Signal Block同步信號TTITransmission Time Interval傳輸時隔TTTTime To Trigger觸發時間VoNRVoice over New Radio新空口承載語音VTSV
56、essel Traffic Services船舶交通管理系統參考文獻參考文獻1 5G-Advanced 通感融合場景需求研究報告.IMT-2020(5G)推進組,2022.2 通信感知一體化技術研究報告.IMT-2030(6G)推進組,2022.3 通感融合系統設計研究報告,IMT-2030(6G)推進組,2023.4 Service requirements for Integrated Sensing and Communication,3GPPTS 22.1375 Feasibility Study on Integrated Sensing and Communication,3GPP TR22.837參編單位及人員參編單位及人員(排名不分先后)中國移動計劃建設部:張鵬、黃慶中國移動設計院:孫衛東、崔海東、湯利民、程日濤、徐德平、高松濤、張琪璇、潘都、于一鳴、曹陽陽、董君宇、王彬、斯琴、果鴻希、張子陽中國移動研究院:黃宇紅、丁海煜、鄧偉、曹蕾、陳蔚燕、曠婧華、曹麗芳、張永麗、許康、張鵬飛中國移動(成都)產業研究院:蘇郁、周劍、邱裕鶴、牛銳