通感一体化技术的发展和挑战-电子发烧友网

6G 专题讨论

6G在 5G 完全推广之前就已经成了越来越受关注的话题，我们将通过未来几期内容，深入探讨一下与 6G相关的有趣话题。

今天我们先来聊一个酷炫的概念：通感一体化ISAC（Integrated Sensing and Communication)。顾名思义，通感技术将无线感知(Wireless Sensing)和无线通信 (Wireless Communication)结合在一起，二者共享相同的频率和硬件。说得通俗点，就是 6G 的目标不仅仅是速度上的提升，而是创造出一种全新的体验。在通感技术普及的世界中，一切都是相互连接，相互感知的！

通感一体化技术的发展

关于 6G 技术的研究，正在如火如荼地进行。在2023年6月日内瓦ITU-R 第22次WP5D会议上，通过的6G愿景框架建议书[3]也将通感一体化列为6G网络支持的六大场景之一（图1）。在最新的3GPP RAN全会上，也通过了关于通感一体化的信道模型研究立项(RP-234069)。从标准化、产业需求、技术演进等多个维度来看，通感一体化技术成为下一代无线网络演进的一个重要方向。

我们可以看到，在智能交通、智能安防、智慧城市等领域，通感一体化将会率先得到应用。

为了进一步验证通感一体化技术，IMT-2020推进组在2022年组织了针对外场的无人机感知技术实验（图4），工业界/学术界多家单位也搭建了针对实际物体的感知验证环境（图5）。

图4,5IMT-2020组织的通感一体化外场技术实验和基于实际物体的通感一体化实验环境

验证通感一体化技术性能的挑战

基于实际物体的验证环境（实验室或者外场）对通感一体化的技术验证起到了很好的效果，在某种程度上保证了通感一体化技术的性能指标。但是其验证手段也存在许多挑战：

测试环境设置复杂

尤其是在外场，测试环境容易受天气和地理环境的影响。如果目标物体是无人机，则需要考虑无人机的轨迹规划、电池电量以及政府的监管政策等问题。另外，在外场设置特定的干扰条件也是比较困难的。受网络负载变化的影响，基本上无法很好地预测和控制干扰。

测试场景/用例有限

测试环境仅支持有限数量的目标物体。如果想验证大规模目标物体情况下的感知性能，需要投入大量的成本。另外，如何有序地安排多个目标也是难题之一。

难以标定感知参数

为了标定感知性能和调整感知算法，很多时候需要精确地获取目标物体的信息，例如速度/距离/角度等。对于实际物体，由于测量误差，很多时候很难精确地获取这些信息，这也造成无法对感知性能进行客观的衡量。

难以实现可重复和标准化的测试

对于基于实际物体的感知验证，由于周围环境的变化或者标定误差等因素，基本上很难完全重现测试条件。这就造成了测试一致性的问题，对感知性能的定量/定性分析造成了影响。

很难自适应感知算法

在外场实验中，感知算法嵌入在被测设备的软件中，很难根据外场的感知结果对算法或者参数进行自适应的调整。

基于目标模拟器的实验室通感一体化技术验证方案

借鉴在汽车雷达测试领域多年的开发和应用经验，罗德与施瓦茨创新地开发了基于目标模拟器的实验室通感一体化技术验证方案，如图6所示。

图6 基于目标模拟器的通感一体化实验环境

在这个方案中，核心设备是目标模拟器AREG800A，它可以生成多个具有不同距离、大小、径向速度和角方向的动态目标；模拟4米至大于1000米距离的动态目标，且瞬时带宽不低于 1 GHz。AREG800不仅在基础性能指标上可以满足各种测试需求，其每组射频前端(FE)可同时配置多达八个独立的目标，并且可以通过增加前端数以实现更多目标的模拟。搭配不同的变频器模块，AREG800目标模拟器可以实现基于Sub-6G、毫米波甚至太赫兹频段的通感一体化测试。

除此之外，通过增加矢量信号源以及信号与频谱分析仪，此测试方案可以为通感一体化提供干扰叠加模拟与信号分析等验证能力。根据测试指标的不同，实验室测试环境可以在暗室或者在自由空间中搭建。图7是在上述实验环境下的测试用例示例。