多频段感知助力行业应用

        根据工信部公布的最新信息，截至2024年8月底，中国累计开通5G基站数超400万，5G基本实现网络覆盖，中国5G发展已从网络建设步入应用创新的新阶段。基于5G网络在功能上的进一步演进和增强，引入通感一体化等全新的革命性技术，能更好地匹配低空经济、智能驾驶、高端制造等应用场景。

        2023年11月，国际电信联盟ITU-R发布了《IMT-2030及未来的新框架建议》。该建议书也被称为全球统一的6G愿景，是制定全球6G标准的蓝图。建议书定义了6G的6个主要应用场景，其中3个是5G的eMBB、URLLC和mMTC基础上增强的通信场景，包括沉浸式通信、超可靠低延迟通信、大规模通信（见图1）。通信感知一体化、AI和通信、无处不在的连接是6G新引入的三大场景，其中通感一体化是感知引入到6G移动通信网络，将使得6G移动通信网络具备通信和感知双引擎。

        传统通信行业致力于电磁波每赫兹承载信息的增长。目前发展到新的阶段，直接利用电磁波进行感知，形成通感一体技术，打开通信频谱利用的另一个维度。利用丰富的通信频谱以及站址资源，构建泛在感知网络，能够更好地支持应用。感知能力成为连接物理世界和数字世界的桥梁，也为数字孪生、AI提供更多的生成式内容素材。这些是5G-Advanced到6G的重要发展方向。

        在移动通信网络的发展过程中，通信和感知都需要承载在无线电磁波上，因此无线电频谱扮演着至关重要的作用，是移动通信生存和发展的根本。目前，5G系统主要的应用频段是Sub-6GHz。在新版的《中华人民共和国无线电频率划分规定》中将6.425~7.125GHz（U6G）全部或部分频段划分用于IMT（国际移动通信，含5G/6G）系统。在3GPP开展了FR3（7~24GHz）频段的信道建模研究。毫米波频段在5G应用方兴未艾，在5G-A和6G中必将占据重要的地位。这些频段将在5G-Advanced和6G中扮演重要的角色。

        本文对上述频段的感知应用进行分析，并探索不同频段感知协作的方法，为更多频段支持感知能力提供思路。

不同频段适合的感知应用

        感知是通过分析无线电磁的回波来提取感知目标或环境特征的技术，在消费娱乐、行业等领域均有应用价值。根据感知目标的不同，可以分为四大类应用：

• 监测、定位和跟踪类应用。这类应用的检测目标包括行人、无人机、车辆、AGV、动物、船只等用例。这类应用可以分为检测目标有无、目标位置以及目标的移动轨迹。
• 动作识别类应用。这类应用的检测目标是人的身体局部运动，包括呼吸监测、运动监测、跌倒检测、手势识别等用例。
• 环境监测类应用。这类应用是对环境现象进行监测，包括降雨监测、洪水监测、塌方监测等用例。
• 环境重构、成像类应用。这类应用是对环境进行三维重构或成像，包括3D地图、游戏娱乐、网络优化等用例。

        不同的用例具有不同的需求，可适用的频段不同。结合频段的特点，不同用例潜在适合的频段如表1所示。

        随着大带宽、多天线、毫米波等技术在5G的应用，5G已经初步具备了感知的能力。中兴通讯和业界伙伴一起积极探索基于Sub-6GHz和毫米波的5G-Advanced感知应用，在低空场景已经取得了较大进展，实现了组网连续对无人机入侵检测、无人机轨迹跟踪，并已经和运营商伙伴实现了规模商用。

多频段协作方式

        未来的通感系统一体化系统将在多个频段联合完成通信和感知功能。在多个频段协作的方式有以下三种：

• 不同频段承担不同的角色，如Sub-6GHz通信加毫米波感知，如图2（a）所示。利用Sub-6GHz通信覆盖大，结合毫米波感知精度高的特点，分别实现通信功能和感知功能。但这种方式没有对两种频段的频谱进行充分开发和利用，而且感知功能和通信功能割裂，是在已有Sub-6GHz通信网络尽量小的改动情况下的一种折中办法，不是未来通感一体化的主流或广泛部署的方式。
• 不同的频段联合完成感知或通信工作，可以采用载波聚合，也可以采用多链路的方式，比如Sub-6GHz和毫米波用多链路的方式，联合完成通信或感知功能，如图2（b）所示。不同频段联合进行通信和感知业务，频谱资源不再局限在一个频段，将极大地扩展可以使用的带宽。更大的传输带宽可以为通信提供更高的传输速率，为感知提供更高的分辨率。但是，不同频段覆盖是存在差异的，并且为了支持不同频段的载波聚合或多链路技术，终端的复杂度和功耗都会增加。此外，不同频段的载波聚合或多链路技术需要精确的功率控制和干扰协调机制。
• 不同频段相互辅助，配合完成一个通信或感知业务，如图2（c）所示。比如在感知中，先用Sub-6GHz的宽波束进行扫描，识别出感知目标的大体位置，然后用毫米波的窄波束进行精准扫描。一方面，可以降低毫米波波束扫描的时间，另一方面可以将Sub-6GHz和毫米波的感知数据进行融合以提高感知的性能。

潜在的关键技术

        为了在移动通信系统中支持感知能力，需要对一些潜在的关键技术进行研究。

• 波形、序列和图样设计。研究同时支持多个频段的感知波形、序列和图样，并且需要支持对象目标的检测、定位、识别、成像、重构等感知功能，提供丰富的感知服务。中兴通讯业界首次提出在基站自发自收模式下，在OFDM波形的基础上，补充线性调频以解决感知覆盖的解决方案，并得到良好的应用。
• 感知测量上报。有不同层级的感知测量上报，对于检测、定位和跟踪类应用，充分利用基站的算力和基站对多个AAU的管理，对多个AAU的感知数据进行融合，在基站获得感知结果，有助于提高感知精度、降低传输开销。
• 多频段的感知协作。通感一体网络综合利用不同频段的优势和特点，提供综合的优化解决方案，有助支持更多的感知应用，为终端用户和行业用户带来更多可能。多种频段的协作有助于提升感知精度或扩大感知范围，但是数据融合的技术、同步问题、波束管理等需要进一步展开研究。

        在技术研究的基础上，需要搭建通感原型样机去验证各种通感技术，推动技术走向产业；寻找各个频段合适的场景，做好商业推广，孵化相关产业链，为通感一体化在商业应用大放异彩做好产业铺垫和准备。

        中兴通讯积极探索感知在不同频段的应用，已经和运营商伙伴在Sub-6GHz、毫米波频段基于5G网络开展了多种感知应用的技术和应用探索，涉及低空无人机检测和跟踪、地面车辆和行人检测、河道船只检测和跟踪等场景的组网验证和测试，并已经在部分城市落地商用。中兴通讯也在积极探索U6G等频段的应用，为未来这些新频段的应用打下坚实基础。