IMT-2020(5G)推进组：2024年5G-Advanced通感融合空口技术方案研究报告

通信与感知融合是ITU确认的未来通信技术重要演进方向之一，为通信网络提供新的基础能力，助力智慧低空、智慧交通、智慧生活、智慧网络等典型场景。通信感知空口技术研究是通感技术产业应用的重要前提。本研究报告分析了5G-Advanced通感场景分别适用的感知模式。面对感知应用的差异化需求，本报告对无线接入网的通感协议架构进行了梳理，并归纳了六种基本感知模式和主要接口之间的映射关系，进一步地梳理了主要网络接口涉及的基本流程，然后，对物理层的关键技术（波形、帧结构、多天线、非理想因素等）进行分析并提出潜在解决方案。最后，展望通感融合空口技术后续研究方向。通过通感融合无线空口技术的研究，为通感融合技术标准化以及产业推进提供支持和参考。研究报告要点目录目录 IMT-2020(5G)推进组于2013年2月由中国工业和信息化部、国家发展和改革委员会、科学技术部联合推动成立，组织架构基于原IMT-Advanced推进组，成员包括中国主要的运营商、制造商、高校和研究机构。推进组是聚合中国产学研用力量、推动中国第五代移动通信技术研究和开展国际交流与合作的主要平台。I M T - 2 0 2 0 ( 5 G ) 推 进 组5G-Advanced通感融合空口技术方案研究报告概述通感融合场景感知模式需求通感融合无线架构与协议栈通感融合无线基本流程设计通感融合物理层关键技术其他通感融合技术总结和展望参考文献附录主要贡献单位P1P4P6P8P26P71P77P78P81P841I M T - 2 0 2 0 ( 5 G ) 推 进 组5G-Advanced通感融合空口技术方案研究报告概述1.1 通感业界进展和发展趋势从第一代模拟通信到万物互联的第五代移动通信系统，移动通信不仅深刻地变革了人们的生活方式，更成为社会数字化和信息化水平加速提升的新引擎。中国5G网络建设快速推进，截至2023年11月末，5G基站总数达328.2万个，中国的5G建设已经从网络建设步入应用创新的新阶段。5G技术将进一步的和各种新技术深度融合，进一步地推动整个社会的数字化和智能化转型。随着不断涌现的新业务、新需求，移动通信网络在提供越来越强大的通信能力的同时，也将扩展更多的基础能力来支持这些新业务、新需求。其中，感知能力就是其中一个重要的潜在方向。将通信和感知进行一体化设计，相比两个独立系统可带来降低成本，降低功耗、优化资源利用等优势。通信感知融合通过信号联合设计和/或硬件共享等手段，实现通信、感知功能统一设计。其中通信感知融合中的感知可理解为一种基于移动通信系统的无线感知技术。移动通信系统通过对目标区域或物体发射无线信号，并对接收的无线信号进行分析得到相应的感知测量数据。此外，移动通信系统还可对其他感知技术（比如摄像头、雷达等）的感知测量数据进行汇聚和分析，联合提供感知服务。在5G系统中，随着大带宽、毫米波、大规模MIMO技术的引入，5G系统已经拥有了感知潜力。但在目前的移动通信领域，通信感知融合还处于初期阶段。在5G-Advanced（以下简称5G-A）中探索增强感知功能，特别是对空口改动较小，网络能力适当增强的方案，有助于感知在5G网络进行应用。2021年7月国内厂商在IMT-2020（5G）推进组联合成立通信感知融合任务组（简称5G通感任务组），致力于推动基于5G技术的通感应用场景及需求、网络架构、仿真评估方法、空口技术方案研究以及原型验证等工作。2022年7月底，IMT-2020（5G）推进组发布了《5G-Advanced通感融合场景需求研究报告》[1]，有助于增强业界对感知场景和需求的了解。首份包含5G通感网络架构设计的《5G-Advanced通感融合网络架构研究报告》在2022年11月深圳举办的5G大会发布[2]。2023年6月发布《5G-Advanced通感融合仿真评估方法研究报告》，汇聚了业界最新5G通感信道模型建模方法和仿真评估结果[3]。同时， 5G通感任务组也在积极推进5G-A原型样机的试验验证工作。2022年2月，国际标准组织3GPP的SA1立项研究课题《Study on Integrated Sensing and Communication》，标志着通感融合正式进入标准化阶段[4]。该课题已在2023年8月结项，对应的TS已于2023年12月完成。该研究课题会牵引3GPP RAN和SA2的R19通感立项工作。目前，3GPP RAN R19已立项开展针对检测、跟踪类场景的通感信道建模研究工作，为后续方案评估和标准化提供研究基础。I M T - 2 0 2 0 ( 5 G ) 推 进 组5G-Advanced通感融合空口技术方案研究报告2● 基站自发自收（或gNB自发自收）。基站发送感知信号，感知信号经过环境或环境中物体后，基站接收测量反射/散射波。2022年6月，CCSA TC5 WG9立项研究课题《5G通信感知融合系统研究》，基于3GPP SA1 R19的应用场景，展开架构和空口技术的研究，并于2023年11月底结项。本研究报告面向5G-A阶段通信感知融合，研究当前5G通信网络使能感知功能在无线空口设计的面临的关键问题，包括通感无线架构、感知基本流程、物理层感知信号设计、感知帧结构、感知资源分配、多天线技术、非理想因素抑制与消除等关键技术。研究成果一方面希望可进一步推动5G-A通感融合的标准化研究、原型样机的研发测试以及产业化进程，另一方面也希望为后续6G通感一体化无线空口设计提供重要参考。1.2 无线感知模式分类根据《5G-Advanced通感融合场景需求研究报告》梳理[1]，根据参加感知的设备和感知收发是否是同一设备（基站gNB或终端UE）），无线空口涉及的基本感知模式存在6种形式，如图1-1所示。其中，感知网络功能对应IMT-2020（5G）推进组发布的研究报告《5G-Advanced通感融合网络架构研究报告》中的SF（Sensing Function）。图1-1 无线感知模式示意图3I M T - 2 0 2 0 ( 5 G ) 推 进 组5G-Advanced通感融合空口技术方案研究报告● 基站 A发B收（或gNB A发B收）。基站A发送感知信号，感知信号经过环境或环境中物体后，基站B接收测量反射/散射波。● 终端发基站收（或UE发gNB收）。终端发送感知信号，感知信号经过环境或环境中物体后，基站接收测量反射/散射波。● 基站发终端收（或gNB发UE收）。基站发送感知信号，感知信号经过被测物体反射后，终端接收测量反射/散射波。● 终端自发自收（或UE自发自收）。终端发送感知信号，感知信号经过环境或环境中物体后，终端接收测量反射/散射波。● 终端 A发B收（或UE A发B收）。终端A发送感知信号，感知信号经过环境或环境中物体后，终端B接收测量反射/散射波。接收测量反射/散射波设备对反射/散射波提取被测物体或环境特征，以获取针对感知目标或环境的测量数据。本研究报告梳理上述6种基本感知模式涉及的关键技术以及和核心网逻辑功能的接口。需要明确的是，在实际的感知业务过程中，为完成对感知目标的感知，可能需要多个感知设备参与感知过程。比如：当SF触发感知过程时，SF通知三个感知设备参与感知，相应的每个感知设备参与