面向6G的通信感知一体化:基于无线电波的感知与感知辅助通信

doi:10.12267/j.issn.2096-5931.2022.09.002

信息通信技术与政策 ›› 2022, Vol. 48 ›› Issue (9): 9-17.doi: 10.12267/j.issn.2096-5931.2022.09.002

面向6G的通信感知一体化:基于无线电波的感知与感知辅助通信

6G integrated sensing and communication: wireless sensing and sensing assisted communication

何佳¹, 周知¹, 李先进¹, 李欧鹏¹, 陈雁², 王光健¹

1.成都华为技术有限公司2012实验室无线技术实验室,成都 610000
2.华为技术有限公司2012实验室渥太华无线先进能力中心,加拿大渥太华 30-3420

收稿日期:2022-07-15 出版日期:2022-09-15 发布日期:2022-09-29
作者简介:
何佳成都华为技术有限公司技术专家,长期从事毫米波、太赫兹等高频段通信、感知等业务,主要负责算法研究、系统方案设计和样机验证工作|周知成都华为技术有限公司高级工程师,博士,从事无线高频通信感知一体化算法业务,主要负责高频样机射频、成像算法研究和通信感知一体化环境重构算法研究工作|李先进成都华为技术有限公司高级工程师,博士,主要研究领域为计算电磁学理论、电磁辐射与传播建模、无线通信及感知信道建模研究|李欧鹏成都华为技术有限公司技术专家,长期从事毫米波、太赫兹等高频器件,模块及硬件系统业务,主要负责器件及芯片研究、电路设计、系统样机实现工作|陈雁华为技术有限公司无线高级技术专家,绿色传输技术(GTT)组织牵头人,长期从事无线领域5G和6G研究,主要研究方向为6G用例、关键场景和指标及使能关键技术等|王光健华为技术有限公司无线高级技术专家,工业和信息化部IMT-2030(6G)推进组无线技术工作组通信与感知一体化任务组组长,主要负责面向无线高频通信、感知关键技术和硬件系统的新技术研究和原型验证

HE Jia¹, ZHOU Zhi¹, LI Xianjin¹, LI Oupeng¹, CHEN Yan², WANG Guangjian¹

1. Wireless Lab, 2012 Lab, Chengdu Huawei Technologies Co., Ltd., Chengdu 610000, China
2. Ottawa Research Center, 2012 Lab, Huawei Technologies Co., Ltd., Ottawa 30-3420, Canada

Received:2022-07-15 Online:2022-09-15 Published:2022-09-29

摘要/Abstract

摘要：

无线电波可以被利用来“看到”物理世界,实现对目标的定位、检测、成像、识别等感知功能,获取周围物理环境信息,挖掘通信能力,增强用户体验。6G将在一个系统中集成通信与感知,网络感知将使能6G成为未来万物智能的网络。介绍了通信感知一体化(Integrated Sensing and Communication,ISAC)的概念和典型的使用案例,讨论了在实践中ISAC的研究挑战。基于太赫兹提供了两个案例研究,说明了如何使用6G ISAC作为未来无线蜂窝基站和终端感知关键技术。

关键词: 通信感知一体化, 太赫兹, 高精度成像, 感知辅助通信, 6G

Abstract:

Radio waves can be used to“see”the physical world, implement sensing functions such as locating, detecting, imaging, and identifying objects. Obtaining information about the surrounding physical environment to form cyber world can help to explore communication capabilities and enhance user experience. 6G will integrate sensing and communication in a single system. In this regard, network sensing will also enable 6G as the intelligent network of things in the future. This paper introduces the concept of integrated sensing and communication (ISAC) and typical use cases, then discusses the research challenges of implementing ISAC in practice. Based on terahertz, two case studies are provided to illustrate how 6G ISAC can be used as a key technology for future UE and base station sensing.

Key words: integrated sensing and communication, THz, high resolution imaging, sensing assisted communication, 6G

中图分类号:

TN929.11

何佳, 周知, 李先进, 李欧鹏, 陈雁, 王光健. 面向6G的通信感知一体化:基于无线电波的感知与感知辅助通信[J]. 信息通信技术与政策, 2022, 48(9): 9-17.

HE Jia, ZHOU Zhi, LI Xianjin, LI Oupeng, CHEN Yan, WANG Guangjian. 6G integrated sensing and communication: wireless sensing and sensing assisted communication[J]. Information and Communications Technology and Policy, 2022, 48(9): 9-17.

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图/表 15

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应用场景	高精度定位和跟踪	环境重构与定位	增强人类感知	手势与动作识别
垂直产业	协作机器人实施手术汽车与无人机对接工业协作安装与加工动物迁徙监测	路况与环境重构农业加工库管与自动化物流系统	远程手术污染与环境质量检测产品缺陷检测农作物状态管理与检测	手势无接触控制加工手势控制农业与产业驾舱内无接触控制
消费者	协作机器人家务智能家居与定位	特写场景与成像	房屋质量与装修管理卡路里测量成分检测	虚拟钢琴无接触智能家庭无接触智能屏幕控制
公共服务	无人机公共服务水利和山体滑坡等监测突发事件群体疏散	无线SLAM 无人机基站集群管理驾驶状态与交通安全	建筑裂隙与风险检测易爆物检测地铁等公共安全检测	残障人士手势控制动作情绪识别

应用场景	高精度定位和跟踪	环境重构与定位	增强人类感知	手势与动作识别
垂直产业	协作机器人实施手术汽车与无人机对接工业协作安装与加工动物迁徙监测	路况与环境重构农业加工库管与自动化物流系统	远程手术污染与环境质量检测产品缺陷检测农作物状态管理与检测	手势无接触控制加工手势控制农业与产业驾舱内无接触控制
消费者	协作机器人家务智能家居与定位	特写场景与成像	房屋质量与装修管理卡路里测量成分检测	虚拟钢琴无接触智能家庭无接触智能屏幕控制
公共服务	无人机公共服务水利和山体滑坡等监测突发事件群体疏散	无线SLAM 无人机基站集群管理驾驶状态与交通安全	建筑裂隙与风险检测易爆物检测地铁等公共安全检测	残障人士手势控制动作情绪识别

用例	覆盖范围	准确度	分辨率	检测概率	可获得性	刷新率
工业协作安装与加工	<2 m	1 mm	—	—	99.99 %	<100 ms
汽车与无人机对接	10 m	1 cm	—	—	99.99 %	<10 ms
协作机器人或无人机服务	20 m	1 cm	—	—	99.90%	<100 ms

用例	覆盖范围	准确度	分辨率	检测概率	可获得性	刷新率
工业协作安装与加工	<2 m	1 mm	—	—	99.99 %	<100 ms
汽车与无人机对接	10 m	1 cm	—	—	99.99 %	<10 ms
协作机器人或无人机服务	20 m	1 cm	—	—	99.90%	<100 ms

参数	配置
频率	130~143 GHz
水平方向扫描角度间隔	10°
竖直方向扫描角度间隔	5°
扫描频率间隔	1~10 MHz
竖直方向扫描角度范围	30°~-30°
水平方向扫描角度范围	0°~350°

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6G integrated sensing and communication: wireless sensing and sensing assisted communication

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分割算法	K均值聚类	基于密度的噪声应用空间聚类	谱聚类	高斯混合模型
距离误差/cm	7.63	11.21	8.26	6.96
法线误差/°	3.10	6.31	4.25	2.54

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