通信感知一体化（ISAC） - 信息谷 - ICITU

在上一期中已经简单介绍过未来6G，其中6G中的关键技术提到了通感一体化（ISAC），简单来说，就是将现有的通信和感知功能结合在一起。通信容易理解，感知包括很多，狭义的感知网络是指具有目标定位（测距、测速、测角）、目标成像、目标检测、目标跟踪和目标识别等能力的系统，广义是指具有感知一切业务、网络、用户和终端，以及环境物体的属性与状态的系统。

随着无线通信频段向毫米波、太赫兹和可见光等更高频段发展，与传统感知频段将产生越来越多的重叠。通感一体化就是实现同一信号在相同频谱实现通信与感知，避免干扰，提升频谱利用率，是技术与产业发展的优选路径。其次，无线通信与无线感知在系统设计、信号处理与数据处理等方面呈现越来越多的相似性。利用同一套设备或共享部分设备器件实现通信与感知，降低设备成本、体积和功耗，同样是产品的优选形态。此外，超大规模天线、大带宽、智能超表面（RIS）、人工智能等技术的发展将进一步推动感知技术的发展。

通感一体化的发展适应了社会需求和技术发展，在车联网、智慧工厂、智能医疗等领域将会有重大应用，对应同感一体化有学者提出了双功能雷达（DFRC）作为通信基站的延伸，当前基站只能满足通信要求，并不能实现雷达功能。在未来，通过DFRC可以实现监控区域内目标，如低空飞行物、交通车流和热点人流，进一步可检测、定位、识别和跟踪重点目标。

在2022年IMT-2030（6G）推进组发布的《通信感知一体化技术研究报告》中提出了很多通感一体化应用构想，学术领域大致可分为两大类，分别是通信辅助感知、感知辅助通信，其中的不同是哪种功能作为主体：

通过无线通信对感知信息进行传递和汇聚，可以拓展感知服务的广度、深度，提高感知服务的时效性。基于通信与感知融合技术可提供高精度定位、高分辨率成像以及虚拟环境重构等高效的感知服务，可以有效构建数字孪生环境，实现千行百业的数字化再呈现和深度处理。

通信感知一体化系统中将基于通信与感知融合技术实现高精度的定位服务，一方面基于通信中的参考信号获得设备的位置信息，另一方面也可以基于对反射的无线信号的时延、角度以及多普勒信息的感知，获得距离、角度和速度信息。无线通信与感知技术的深度融合，将为定位提供更多置信度信息，从而提升定位精度。高精度定位既可以服务于通信系统本身，也将广泛应用于无人机操作与自动驾驶、机器人运动控制、增强现实、智能工厂、智能物流以及智能交通等。

通信感知一体化系统中将基于通信与感知融合技术提供高分辨率成像服务，通信感知一体化系统中基站、终端等各种节点具有无线感知能力，利用多角度、多维度、超大数量的感知信息实现超高分辨率成像服务。因其可以全天候、无接触地服务，并具有无电离损伤、高隐私安全等特点，可以更好地服务于医疗/健康、安检、工业生产等领域，例如，工业制造过程中的缺陷/故障检测，医疗领域的癌变组织和龋齿的检测。

通信感知一体化系统中基于通信与感知融合技术，可以利用无线信号进行定位与成像提供虚拟环境重构服务，在未知环境中移动的感知设备识别周围环境信息，构建环境的 2D/3D 地图，进一步提高定位精度。虚拟环境重构通过环境状态与变化的感知，可用于提升通信系统的性能，以及服务于数字孪生，智能城市管理，车辆及无人机的自动驾驶等应用。

运用感知信息及感知结果，辅助通信系统各通信节点的发射端进行参考信号、数据信号发送相关的参数集选择或参数配置等。例如通过信道环境感知，调整参考信号发送图样、序列、密度及发送功率等参量，调整波束搜索范围，调整数据信号调制、编码方式，通过发送信号的调整，达到节能、提高频谱利用率等效果。

运用感知信息及感知结果，辅助通信系统接收端信道估计、均衡、波束管理等模块进行算法选择、算法参数设置及算法优化等。例如通过基站、终端、云/边端或者多网元协同对环境进行感知，构建环境地图。终端通过对环境的感知，确定自己在环境地图中的位置以及位置预测。通过感知技术获得更加准确的信道信息调整接收波束，可实现在移动场景下窄波束的快速波束赋形及跟踪，保证业务低时延，高可靠的传输。

基于通感融合技术，对用户属性与状态、网络性能与状态、终端性能与状态、环境属性与状态等进行感知与分析，实现对无线频谱资源、网络计算资源、切片等的灵活高效管理和调度，提高网络资源的利用率和减少能源消耗。例如，利用定位、成像及姿态/动作识别等技术，结合智能算法、云/边端计算能力，获取用户的属性与状态。

在基于自组网的无线通信场景中，如无人机、车联网等场景，需要及时根据环境的属性和状态变化进行灵活组网。例如通信感知一体化系统中，利用感知获得的有关邻居节点分布的先验信息，可以减少碰撞，加快邻居发现的收敛速度，以达到加速组网的效果，进而实现灵活高效的多址接入、切换、路由等，提升网络性能。

在通感融合系统中，感知可为通信传输提供相关感知参数信息以减少通信开销，降低能量消耗。例如可以根据感知通信设备周边环境情况判断通信链路有无遮挡、估计通信链路的多径信息等，用于辅助信道估计，降低用于信道估计的参考信号的传输密度；也可以通过感知信息对通信设备的行为进行预测，在目标处于静止状态或活动范围较小时，可以减少 CSI 的测量和反馈。另一方面对小区中通信设备数量和位置的感知，可以辅助基站决策出合适的节能方法，适时开启节能.