通信感知一体化技术发展趋势（IMT-2030 6G）

发展趋势

通信感知一体化发展趋势分为三个阶段：

1. 业务共存：初始阶段。原先分立的通信系统与感知系统已经集成在同一物理平台中，通信业务与感知业务作
   为两种业务形态共同存在， 技术方案重点关注干扰管理和资源分配等。

• 在这个阶段，通信感知一体化的技术研究主要关注资源管理技术、干扰消除技术、频谱共享技术等。
• 该阶段系统的优化设计以通信或感知的单方面性能指标为主要考虑，当通信与感知二者之间存在资源分配和干扰协调等需求时，在满足系统基本需求的前提下单方面优化通信或感知二者之一的性能。通信系统和感知系统设计的主要原则是二者之间尽可能避免相互影响，也不存在相互辅助的考虑（单方面优化指标）。

2. 能力互助：发展阶段。通信能力与感知能力互助配合，实现感知辅助通信或通信辅助感知，技术方案重点关注波形设计、收发信号处理算法等。

• 在这个阶段，通信感知一体化的技术主要关注一体化空口设计、一体化波形设计、一体化波束赋型设计等。
• 通信与感知系统同时工作，通信与感知中的一方会为另一方提供辅助从而增强其性能，辅助另一方的前提是需要满足本方的基础性能需求，分两种情况考虑：感知系统辅助增强通信系统、通信系统辅助增强感知系统。
• 在能力互助阶段中，增强的通信系统性能指标和增强的感知系统性能指标，是指区别于业务共存，由于引入了感知对通信的辅助（或通信对感知的辅助），二者同时工作时也可以获得比独立工作时更好的性能。

3. 网络互惠：成熟阶段。通信与感知将实现频谱资源、硬件设备、波形设计、信号处理、协议接口、组网协作等全方位、多层次的深度融合，通信网络与感知网络共惠双赢，技术方案重点关注多点感知、协作组网等。

• 在这个阶段，除了进一步演进已有的一体化波形、一体化波束赋型、资源管理、干扰协调等通信感知一体化技术，同时还会探索引入AI 使能技术、多小区协作感知技术等，实现整个网络性能的共惠。
• 在考虑通信感知一体化整体的指标体系基础上，系统效能最大化的情况，通信系统性能并不是最优，感知系统性能也不是最优，需要引入新的性能指标结构，在新性能指标结构下，通感一体化系统的整体性能实现最优，进而可以有效评估通感系统性能。网络共惠阶段的系统整体性能，不再是单目标优化问题，是多目标联合优化问题，此时通信与感知系统的性能存在折中，通过新性能指标表征。

技术路线

在通信感知一体化的技术发展初期阶段，通信与感知业务以消除干扰和单方面提升通信或感知系统性能为主要研究方向。因此，在通感一体化技术研究初期，主要从单一的系统为基础出发进行技术研究，逐步向一体化系统研究。

• 以通信为基础的技术路线要求从通信系统出发进行通感一体化设计，系统性能衡量指标以频谱效率、信道容量、SINR 以及误码性能等通信性能指标为主，在保证通信性能最大化的前提下支持感知功能。
• 以感知为基础的技术路线是从感知系统出发进行通感一体化设计，系统性能衡量指标以感知指标为主，重点考虑目标的参数估计精度、检测、识别概率等，研究重点是最小化对感知性能的影响的前提下引入通信功能。
• 通信与感知两种功能在中后期发展阶段将实现能力互助，网络互惠，这就要求通信感知一体化研究还要考虑兼顾通信和感知的技术路线，即：网络架构，硬件架构，系统设计，波形设计等方面要同时考虑通信需求和感知需求。目前，学术界已出现了不少兼顾通信和感知的初步方案研究，包括通感一体化波形与信号处理研究、通感一体化联合性能界研究以及性能评价指标设计、通感一体化硬件平台设计等等【1-4】。

应用场景

参考文献

【1】Kumari, Preeti, Duy HN Nguyen, and Robert W. Heath. “Performance trade-off in an adaptive IEEE 802.11 ad
waveform design for a joint automotive radar and communication system.” 2017 IEEE International Conference
on Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP). IEEE, 2017.
【2】Chiriyath, Alex R., et al. “Inner bounds on performance of radar and communications co-existence.” IEEE
Transactions on Signal Processing 64.2 (2015): 464-474.
【3】Kobayashi, M. , G. Caire , and G. Kramer . “Joint State Sensing and Communication: Optimal Tradeoff for a
Memoryless Case.” 2018 IEEE International Symposium on Information Theory (ISIT) IEEE, 2018.
【4】Barneto, Carlos Baquero, et al. “Full-duplex OFDM radar with LTE and 5G NR waveforms: Challenges,
solutions, and measurements.” IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques 67.10 (2019):
4042-4054.