通感一體化技術(shù)的發(fā)展和挑戰(zhàn)

6G 專題討論

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

今天我們先來聊一個酷炫的概念：通感一體化ISAC（Integrated Sensing and Communication)。顧名思義，通感技術(shù)將無線感知(Wireless Sensing)和無線通信 (Wireless Communication)結(jié)合在一起，二者共享相同的頻率和硬件。說得通俗點(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。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會議上，通過的6G愿景框架建議書[3]也將通感一體化列為6G網(wǎng)絡(luò)支持的六大場景之一（圖1）。在最新的3GPP RAN全會上，也通過了關(guān)于通感一體化的信道模型研究立項(RP-234069)。從標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)需求、技術(shù)演進(jìn)等多個維度來看，通感一體化技術(shù)成為下一代無線網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的一個重要方向。

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

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

圖4,5IMT-2020組織的通感一體化外場技術(shù)實驗和基于實際物體的通感一體化實驗環(huán)境

驗證通感一體化技術(shù)性能的挑戰(zhàn)

基于實際物體的驗證環(huán)境（實驗室或者外場）對通感一體化的技術(shù)驗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)。但是其驗證手段也存在許多挑戰(zhàn)：

測試環(huán)境設(shè)置復(fù)雜

尤其是在外場，測試環(huán)境容易受天氣和地理環(huán)境的影響。如果目標(biāo)物體是無人機(jī)，則需要考慮無人機(jī)的軌跡規(guī)劃、電池電量以及政府的監(jiān)管政策等問題。另外，在外場設(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，基本上無法很好地預(yù)測和控制干擾。

測試場景/用例有限

測試環(huán)境僅支持有限數(shù)量的目標(biāo)物體。如果想驗證大規(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。對于實際物體，由于測量誤差，很多時候很難精確地獲取這些信息，這也造成無法對感知性能進(jìn)行客觀的衡量。

難以實現(xiàn)可重復(fù)和標(biāo)準(zhǔn)化的測試

對于基于實際物體的感知驗證，由于周圍環(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)測試條件。這就造成了測試一致性的問題，對感知性能的定量/定性分析造成了影響。

很難自適應(yīng)感知算法

在外場實驗中，感知算法嵌入在被測設(shè)備的軟件中，很難根據(jù)外場的感知結(jié)果對算法或者參數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)的調(diào)整。

基于目標(biāo)模擬器的實驗室通感一體化技術(shù)驗證方案

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

圖6 基于目標(biāo)模擬器的通感一體化實驗環(huán)境

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

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

圖7基于目標(biāo)模擬器的通感一體化測試用例

基于目標(biāo)模擬器的通感一體化實驗環(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)勢在必行的驗證手段。

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。我們與全球的合作伙伴們攜手積極設(shè)計和優(yōu)化測試解決方案，為 6G 研究的初期階段提供支持。

審核編輯：湯梓紅