通感一體化技術(shù)的發(fā)展和挑戰(zhàn)

6G 專(zhuān)題討論

6G在 5G 完全推廣之前就已經(jīng)成了越來(lái)越受關(guān)注的話題，我們將通過(guò)未來(lái)幾期內(nèi)容，深入探討一下與 6G相關(guān)的有趣話題。

今天我們先來(lái)聊一個(gè)酷炫的概念：通感一體化ISAC（Integrated Sensing and Communication)。顧名思義，通感技術(shù)將無(wú)線感知(Wireless Sensing)和無(wú)線通信 (Wireless Communication)結(jié)合在一起，二者共享相同的頻率和硬件。說(shuō)得通俗點(diǎn)，就是 6G 的目標(biāo)不僅僅是速度上的提升，而是創(chuàng)造出一種全新的體驗(yàn)。在通感技術(shù)普及的世界中，一切都是相互連接，相互感知的！

通感一體化技術(shù)的發(fā)展

關(guān)于 6G 技術(shù)的研究，正在如火如荼地進(jìn)行。在2023年6月日內(nèi)瓦ITU-R 第22次WP5D會(huì)議上，通過(guò)的6G愿景框架建議書(shū)[3]也將通感一體化列為6G網(wǎng)絡(luò)支持的六大場(chǎng)景之一（圖1）。在最新的3GPP RAN全會(huì)上，也通過(guò)了關(guān)于通感一體化的信道模型研究立項(xiàng)(RP-234069)。從標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)需求、技術(shù)演進(jìn)等多個(gè)維度來(lái)看，通感一體化技術(shù)成為下一代無(wú)線網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的一個(gè)重要方向。

我們可以看到，在智能交通、智能安防、智慧城市等領(lǐng)域，通感一體化將會(huì)率先得到應(yīng)用。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證通感一體化技術(shù)，IMT-2020推進(jìn)組在2022年組織了針對(duì)外場(chǎng)的無(wú)人機(jī)感知技術(shù)實(shí)驗(yàn)（圖4），工業(yè)界/學(xué)術(shù)界多家單位也搭建了針對(duì)實(shí)際物體的感知驗(yàn)證環(huán)境（圖5）。

圖4,5IMT-2020組織的通感一體化外場(chǎng)技術(shù)實(shí)驗(yàn)和基于實(shí)際物體的通感一體化實(shí)驗(yàn)環(huán)境

驗(yàn)證通感一體化技術(shù)性能的挑戰(zhàn)

基于實(shí)際物體的驗(yàn)證環(huán)境（實(shí)驗(yàn)室或者外場(chǎng)）對(duì)通感一體化的技術(shù)驗(yàn)證起到了很好的效果，在某種程度上保證了通感一體化技術(shù)的性能指標(biāo)。但是其驗(yàn)證手段也存在許多挑戰(zhàn)：

測(cè)試環(huán)境設(shè)置復(fù)雜

尤其是在外場(chǎng)，測(cè)試環(huán)境容易受天氣和地理環(huán)境的影響。如果目標(biāo)物體是無(wú)人機(jī)，則需要考慮無(wú)人機(jī)的軌跡規(guī)劃、電池電量以及政府的監(jiān)管政策等問(wèn)題。另外，在外場(chǎng)設(shè)置特定的干擾條件也是比較困難的。受網(wǎng)絡(luò)負(fù)載變化的影響，基本上無(wú)法很好地預(yù)測(cè)和控制干擾。

測(cè)試場(chǎng)景/用例有限

測(cè)試環(huán)境僅支持有限數(shù)量的目標(biāo)物體。如果想驗(yàn)證大規(guī)模目標(biāo)物體情況下的感知性能，需要投入大量的成本。另外，如何有序地安排多個(gè)目標(biāo)也是難題之一。

難以標(biāo)定感知參數(shù)

為了標(biāo)定感知性能和調(diào)整感知算法，很多時(shí)候需要精確地獲取目標(biāo)物體的信息，例如速度/距離/角度等。對(duì)于實(shí)際物體，由于測(cè)量誤差，很多時(shí)候很難精確地獲取這些信息，這也造成無(wú)法對(duì)感知性能進(jìn)行客觀的衡量。

難以實(shí)現(xiàn)可重復(fù)和標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)試

對(duì)于基于實(shí)際物體的感知驗(yàn)證，由于周?chē)h(huán)境的變化或者標(biāo)定誤差等因素，基本上很難完全重現(xiàn)測(cè)試條件。這就造成了測(cè)試一致性的問(wèn)題，對(duì)感知性能的定量/定性分析造成了影響。

很難自適應(yīng)感知算法

在外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中，感知算法嵌入在被測(cè)設(shè)備的軟件中，很難根據(jù)外場(chǎng)的感知結(jié)果對(duì)算法或者參數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)的調(diào)整。

基于目標(biāo)模擬器的實(shí)驗(yàn)室通感一體化技術(shù)驗(yàn)證方案

借鑒在汽車(chē)?yán)走_(dá)測(cè)試領(lǐng)域多年的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，羅德與施瓦茨創(chuàng)新地開(kāi)發(fā)了基于目標(biāo)模擬器的實(shí)驗(yàn)室通感一體化技術(shù)驗(yàn)證方案，如圖6所示。

圖6 基于目標(biāo)模擬器的通感一體化實(shí)驗(yàn)環(huán)境

在這個(gè)方案中，核心設(shè)備是目標(biāo)模擬器AREG800A，它可以生成多個(gè)具有不同距離、大小、徑向速度和角方向的動(dòng)態(tài)目標(biāo) ；模擬4米至大于1000米距離的動(dòng)態(tài)目標(biāo)，且瞬時(shí)帶寬不低于 1 GHz。AREG800不僅在基礎(chǔ)性能指標(biāo)上可以滿足各種測(cè)試需求，其每組射頻前端(FE)可同時(shí)配置多達(dá)八個(gè)獨(dú)立的目標(biāo)，并且可以通過(guò)增加前端數(shù)以實(shí)現(xiàn)更多目標(biāo)的模擬。搭配不同的變頻器模塊，AREG800目標(biāo)模擬器可以實(shí)現(xiàn)基于Sub-6G、毫米波甚至太赫茲頻段的通感一體化測(cè)試。

除此之外，通過(guò)增加矢量信號(hào)源以及信號(hào)與頻譜分析儀，此測(cè)試方案可以為通感一體化提供干擾疊加模擬與信號(hào)分析等驗(yàn)證能力。根據(jù)測(cè)試指標(biāo)的不同，實(shí)驗(yàn)室測(cè)試環(huán)境可以在暗室或者在自由空間中搭建。圖7是在上述實(shí)驗(yàn)環(huán)境下的測(cè)試用例示例。

圖7基于目標(biāo)模擬器的通感一體化測(cè)試用例

基于目標(biāo)模擬器的通感一體化實(shí)驗(yàn)環(huán)境，可以大大加快相關(guān)的研發(fā)效率，并且保證研發(fā)質(zhì)量，是通感一體化技術(shù)勢(shì)在必行的驗(yàn)證手段。

羅德與施瓦茨從早期便密切參與 6G 技術(shù)的基礎(chǔ)研究活動(dòng)。我們與全球的合作伙伴們攜手積極設(shè)計(jì)和優(yōu)化測(cè)試解決方案，為 6G 研究的初期階段提供支持。

審核編輯：湯梓紅