通信感知一体化支撑多场景多业务泛在应用
思瀚产业研究院    2025-01-08

通信感知一体化（Integrated Sensing And Communication，简称 ISAC）是将通信系统和感知系统融合，可以极大提升无线系统能力、丰富业务种类，提升频谱利用效率和硬件利用效率，成为 5G-A 研究的重点技术，也是 6G 移动通信系统关键的新能力之一。

感知聚焦通过无线信号，获得目标定位（测距、测速、测角）、成像、检测、识别和跟踪等能力。5G-A 和 6G 通信感知一体化研究的重点是主动式感知，通过网络自发自收等多种方式实现对无源目标的感知。

通信感知一体化系统在低空、近海管控、河道航运等领域有比较明确的应用需求。通感融合雷达、摄像头、超声波、各种传感器等多种感知数据也是未来演进的重要方向。

5G 系统通过交互式感知，支持目标对象的高精度定位和跟踪，尤其室内 GNSS 无法应用的场景，同时提供了高速无线通信业务和低成本、高精度的室内定位，实现通信感知一体化，已经进入到规模应用推广阶段。

一、通感融合有效支撑低空经济发展，探索多种应用领域

近年来无人机等低空飞行设备发展迅速，在视频拍摄、农林测绘、智慧农业、空中运输等领域发挥了重要作用，比如无人机针对偏远山区的物资运输、针对喜马拉雅等极恶劣环境、垂直落差大情况下的高山物资输送，大大缓解了传统人力运输带来的成本高、风险极大、时间长、效率低问题。

我国低空经济呈现良好的发展势头，形成了以低空飞行器为主体，带动低空通信、监管、低空运输等相关的低空产业链，预计将形成千亿级产业链，成为我国新的经济增长点。

低空经济既需要低空通信网络支持低空节点与平台的信息传输，也需要感知网络识别出低空飞行物的距离、角度、速度、形状等信息，并有效管理，形成一套高效、低成本的低空管控系统。此外，随着低空飞行器的快速发展，无人机乱飞现象严重，对于国防安全和人民的正常生活造成很大威胁。为防止无人机“黑飞”造成的安全问题，可依赖通感网络的感知能力进行监测，并对管控区中的“黑飞”目标预警。

相对于部署高成本的雷达网络进行监控，复用通信系统设计和硬件资源的通感一体网络是更为经济有效的技术手段。通感一体化设备同时具备通信和感知能力，基于密集分布的通信基站站点部署通感一体化设备，很好地匹配低空的通信和感知需求，提升了频谱利用效率和硬件利用效率。系统设备可以利用相同的频谱、硬件提供感知服务，感知结果也可用于辅助通信接入或管理，提高通信服务质量和通信效率，实现通信与感知功能相互增强。

感知能力极大提升了无线网络的业务能力、扩大了应用领域。通感一体网络不仅可以服务低空领域的安防需求，还可以应用到近海领域的监控，面向行业的感知场景也是通感一体化的价值领域：包括智能制造领域中的位置感知、缺陷检测、无人监控、环境重构、数字孪生等，社会治理领域的环境监测、危险物品探测等，智慧生活领域的手势和动作识别、安防监控、健康监测等。从国际、国内通感融合的标准进展看，整体上还处于技术研究阶段。目前国内已经在进行通感融合系统技术验证，2024 年运营商联合设备商开启了通感融合基站的小规模网络试验。通过试验网技术验证，可推动通感一体化技术和设备的成熟，助力低空领域应用规模发展。

二、通感融合向多模态融合方向发展，规模应用还面临着诸多挑战

感知原理与通信原理不同、设计目标不同、性能评价指标存在差异。在有限的无线资源条件下，要实现通信感知一体化，需要根据通信需求、感知功能和精度需求，从底层帧结构将这两种功能有机地融合在一起，通过时分复用、频分复用、空分复用等多种方案实现通信和感知的并存和资源协同，在减少干扰的同时，达到通信能力和感知能力的均衡。目前基站自发自收是主流的感知模式，基站通过分析反射信号的变化，实现对感知目标距离、角度、速度、形状等信息的探测。由于基站需要对接收到的反射信号进行时域、频域、位置生成、点迹融合等多维度处理，数据量大、计算复杂度高，需要平台能力的提升。

通感与 AI 融合形成通感算一体化平台是技术发展趋势，基于感知数据的智能分析，提供更实时、更高精度的感知服务能力。多模态感知数据融合是融合多种感知数据，主要包括无线信号以及来自雷达、摄像头、超声波、各种传感器的信息等。利用不同技术的特点和各自优势，通过数据融合算法，可以提升感知精度，避免单一感知技术的局限性，扩大感知应用场景。

通信感知融合也存在着不少挑战。通信和感知需要共享无线资源，如何综合考虑感知能力、通信速率、网络成本等因素，提供灵活的帧结构和系统配置，以实现通信感知资源的动态均衡，还有待5G-A 和 6G 技术和标准的进一步研究和验证。

多站点协同的网络感知可以提高感知精度，但多站点之间存在发送和接收信号不同步问题，对感知精度有很大影响，对站间同步校准技术提出了挑战；高精度感知和高识别成功率需要高复杂度的算法，面临算力的挑战。同时，高精度和实时感知也对通感系统的处理能力和传输带宽提出了新要求，间接对系统功耗和成本提出了挑战。这些挑战是通感一体化未来的重要研究方向。

三、5G交互式感知，提供高速无线通信和低成本室内定位业务

获取目标设备的位置信息是基础感知需求，定位也是目前各种智能应用最重要需求之一，各种业务应用都希望获取终端位置。我国已经全面建设了以北斗为主导的卫星定位导航体系。室外已经形成了网络辅助的北斗定位系统，通过北斗差分技术可以提供厘米级高精度定位 ,开展了车道级导航等高精度位置应用。但在室内、隧道等遮挡环境下，难以接收卫星信号，导致定位盲区。而在车站、机场等交通枢纽的密集人员的室内场景，存在着非常迫切的定位需求，需要快速准确的导航服务。

目前室内通常采用 WIFI、蓝牙、UWB 等多种定位技术，但这些技术存在定位准确性低、成本高、复杂度高、体制不统一等各方面的问题，例如 UWB 的部署成本高，WIFI、蓝牙通常采用指纹场景定位，需随着室内部署变化重新进行指纹场景扫描，既增加了定位成本，也存在定位准确性问题。如何解决室内场景的低成本、高精度定位需求，成为突破室内定位应用的关键。5G 标准从 Rel-16 到 Rel-18 都对室内定位提出了目标。综合来看，5G 室内商用场景中在置信度达到 90% 的情况下，定位目标精度为 1 米。

应用的终端类型包括普通终端和 RedCap 终端，该要求可以满足大部分的应用需求。5G/5G-A 系统通过网络与终端交互方式实现对位置的感知，目前多采用 ULTDOA 的网络侧感知终端位置，降低对终端的改动。UL-TDOA 定位不需要依赖指纹场强扫描，避免了室内部署变化对定位的影响 , UL-TDOA 融合陀螺仪等传感器数据可以进一步提高定位精度，满足大量室内商业场景的米级、亚米级定位精度需求。5G 室内定位融合北斗定位可以实现室内外融合定位。

通过部署多通道 picoRRU 天线拉远可以降低室内 picoRRU 数量，提高定位精度，降低成本。目前5G 无线定位已经逐步进入到规模应用推广阶段，通过部署一套系统，在满足高速无线通信业务的同时提供低成本、高精度的室内定位业务，实现通信感知一体化。

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