6G通感融合系統(tǒng)設計研究報告-2023.11

IMT-2030(6G)推進組IMT-2030(6G)Promotion

Group北京稻殼科技有限公司Beijing

Rice

Hull

Technology

Co.,

Ltd.地址：北京市朝陽區(qū)九住路

188

號2023

年

10

月版權聲明

Copyright

Notification未經書面許可

禁止打印、復制及通過任何媒體傳播?2023

IMT-2030（6G）推進組版權所有IMT-2030(6G)推進組IMT-2030(6G)

Promotion

Group目錄123引言............................................................................................................................................

6通感融合系統(tǒng)設計的范圍與目標............................................................................................6通感融合系統(tǒng)設計相關標準組織進展....................................................................................73.1

3GPP................................................................................................................................

83.2

ITU..................................................................................................................................

83.3

IEEE................................................................................................................................

93.4

IMT-2020

推進組和

IMT-2030

推進組......................................................................

103.5

Next

G

Alliance........................................................................................................113.6

Hexa-X..........................................................................................................................123.7

IETF..............................................................................................................................12通感融合系統(tǒng)設計的關鍵性能指標......................................................................................134.1

潛在的感知關鍵性能指標..........................................................................................134.2

潛在的計算關鍵性能指標..........................................................................................14通感融合的應用場景..............................................................................................................155.1

通感融合應用場景......................................................................................................165.1.1

應用案例

1：高精度定位與追蹤......................................................................

165.1.2

應用案例

2：同步成像、制圖與定位..............................................................

175.1.3

應用案例

3：人類感官增強...............................................................................175.1.4

應用案例

4：手勢及動作識別..........................................................................

185.1.5

應用案例

5：無人機飛行路徑管理..................................................................

195.1.6

應用案例

6：無人機監(jiān)管...................................................................................205.1.7

應用案例

7：智能工廠.......................................................................................205.1.8

應用案例

8：環(huán)境降雨監(jiān)測...............................................................................215.1.9

應用案例

9：智慧電網安全監(jiān)測和預警..........................................................

225.1.10

應用案例

10：發(fā)送端波束配置......................................................................

245.1.11

應用案例

11：UE

感知數據處理的算力輔助.................................................255.2

小結..............................................................................................................................

26通感融合系統(tǒng)設計的關鍵技術問題......................................................................................276.1

感知信息的分級定義..................................................................................................276.2

感知任務參與節(jié)點的選擇..........................................................................................286.3

感知功能邏輯歸屬問題..............................................................................................296.4

6G

網絡內的感知服務質量參數的使用與映射........................................................

296.5

通感安全隱私問題......................................................................................................306.6

更高性能的終端計算服務..........................................................................................316.7

通感算節(jié)點的協(xié)作......................................................................................................32通感融合系統(tǒng)設計潛在的技術方案......................................................................................337.1

通感融合端到端的功能闡述......................................................................................337.2

計算節(jié)點輔助的感知測量量處理..............................................................................357.3

感知信息的分級定義方案..........................................................................................367.4

感知節(jié)點選擇方案......................................................................................................377.5

6G

網絡內各功能間的感知服務質量參數定義方案................................................384567IMT-2030(6G)推進組IMT-2030(6G)

Promotion

Group7.6

通感安全隱私方案......................................................................................................397.7

對于傳統(tǒng)非

3GPP

感知設備的控制...........................................................................

407.8

基于

5G

演進的通感融合系統(tǒng)功能和接口分析.......................................................

407.8.1

感知功能邏輯上屬于核心網..............................................................................417.8.2

感知功能邏輯上屬于接入網..............................................................................417.9

感知結果開放..............................................................................................................437.107.117.12感知基本流程..........................................................................................................45通算融合方案..........................................................................................................47通感算節(jié)點協(xié)作方案..............................................................................................497.12.1

通感協(xié)作............................................................................................................497.12.2

通算協(xié)作............................................................................................................507.12.3

感算協(xié)作............................................................................................................508總結和展望..............................................................................................................................51術語定義..........................................................................................................................................

53縮略語簡表......................................................................................................................................

54參考資料..........................................................................................................................................

56貢獻單位..........................................................................................................................................

58IMT-2030(6G)推進組IMT-2030(6G)

Promotion

Group圖目錄圖

2-

1

通信感知融合系統(tǒng)功能框架....................................................................................7圖

5-

1

通信和感知融合共贏..............................................................................................15圖

7-

1

通感融合系統(tǒng)網絡架構示意圖..............................................................................34圖

7-

2

通感算融合控制的

3

種方式..................................................................................35圖

7-

3

感知節(jié)點的選擇方案..............................................................................................38圖

7-

4

基于核心網感知的網絡架構..................................................................................41圖

7-

5

SF

邏輯上屬于基站.................................................................................................42圖

7-

6

SF

邏輯上屬于基站外的節(jié)點或實體.....................................................................42圖

7-

7

感知基本流程圖......................................................................................................45圖

7-

8

通算融合示意圖......................................................................................................47圖

7-

9

計算信息收集流程示意圖......................................................................................49圖

7-

10

計算服務流程示意圖............................................................................................49IMT-2030(6G)推進組IMT-2030(6G)

Promotion

Group表目錄表

4-

1

感知服務體驗相關能力的定義..............................................................................13表

4-

2

計算服務的性能指標..............................................................................................15表

5-1

人類感官增強的性能指標.........................................................................................

25表

5-2

智慧電網安全的性能指標.........................................................................................

26表

5-

3

發(fā)送端波束配置的性能指標...................................................................................25表

5-

4

計算服務的性能指標..............................................................................................26表

6-

1

典型的無線感知用例與應用場景..........................................................................29表

7-

1

不同層次的感知信息..............................................................................................36表

7-

2

感知信息描述字段..................................................................................................43表

7-

3

感知請求描述字段..................................................................................................44IMT-2030(6G)推進組IMT-2030(6G)

Promotion

Group1引言更先進的下一代移動通信系統(tǒng)

6G

將提供超越通信的多維服務，構建自由連接的物理與數字融合世界。6G

網絡服務將以人為中心向智能體為中心擴展，從物理世界向虛擬世界延伸，實現通信、感知和計算等多維服務和功能的融合。在傳統(tǒng)通信網絡中引入感知能力，一套系統(tǒng)可以滿足多種需求，通信和感知的融合成為

6G

潛在的技術趨勢。未來

6G

系統(tǒng)的頻段更高（例如毫米波和太赫茲）、帶寬更大、大規(guī)模天線陣列分布更密集，因此通過

UE（User

Equipment，終端）或

BS（Base

Station，基站）發(fā)送的無線電波的傳輸、反射和散射等能力可以更好地感知物理世界，提供高性能的感知服務。同時，6G

感知提供的高精度定位、成像和環(huán)境重構等能力有助于更精確地掌握信道信息，可用于提高波束賦型準確性或降低信道狀態(tài)跟蹤開銷等，從而提升了通信性能。進一步考慮當

6G

引入計算能力時，感知數據處理將不受限于各節(jié)點的本地計算能力，有助于借助先進算法進行特征抽取，達到更好的感知性能。本報告圍繞

6G

通感融合系統(tǒng)設計對

6G

網絡架構和功能的影響等方面進行了分析，探討通感融合系統(tǒng)設計的范圍與目標、應用場景需求、關鍵性能指標、關鍵技術問題和通感融合系統(tǒng)架構。本報告旨在觸發(fā)支持通感融合的

6G

網絡架構探索，對未來的

6G研究工作提供思路和起到一定的借鑒作用。2通感融合系統(tǒng)設計的范圍與目標從感知的實現方式上可以將感知分為射頻感知和非射頻感知，雷達作為典型的射頻感知方式已經得到了廣泛的應用。無線通信信號在傳播過程中受到周圍環(huán)境的影響，會引起信號幅度、相位等特征的變化，接收端通過無線信號處理不僅能夠得到發(fā)送端的通信信息，還能夠提取出反映傳播環(huán)境特征的感知信息[1]。因此，通過無線通信設備（如

BS、UE）對目標物體、事件或環(huán)境進行感知也是射頻感知方式之一。非射頻感知即利用各式各樣的傳感器采集環(huán)境信息從而得到感知結果，典型的方式包括基于攝像頭采集的圖像或視頻信息，或者通過其他特定傳感器獲取的特定感知信息，例如溫度傳感器、氣壓計、加速度計、陀螺儀等。本研究報告?zhèn)戎鼗?/p>

6G

的感知，旨在從資源和功能層面支持通過無線通信設備（例如終端/基站）對目標物體、事件或環(huán)境的感知?？紤]一些用例還可能包括非終端/基站的傳感器（例如雷達、攝像頭等），因此本報告不僅包括基于終端/基站收發(fā)信號進行感知，也考慮綜合利用包括雷達、攝像頭等不同類型感知設備的感知數據。從而，6G

系統(tǒng)可以提供更加豐富和更加精準的感知服6IMT-2030(6G)推進組IMT-2030(6G)

Promotion

Group務和應用?？紤]部分情況下需采用高復雜度算法進行感知數據處理，例如

MUSIC（MultipleSignal

Classification，多重信號分類）算法、AI（Artificial

Intelligence，人工智能）模型等。然而，6G

核心網的網絡功能、基站和終端等單個節(jié)點處理能力有限。因此，當

6G

引入計算能力后，本報告也包括感知和計算的協(xié)作。圖

2-

1

通信感知融合系統(tǒng)功能框架6G

通感融合系統(tǒng)設計的研究目標是通過端到端通感融合系統(tǒng)功能設計實現通信感知多維度業(yè)務創(chuàng)新。6G

系統(tǒng)通過合理設置網絡功能和高效組織，提升網絡性能、提高網絡資源效率和改善用戶體驗[2]。具體研究內容包括通感算融合相關標準組織進展，感知和計算的關鍵性能指標，通感融合應用場景和需求分析，通感融合系統(tǒng)設計的關鍵技術問題梳理，以及潛在技術方案探討。3通感融合系統(tǒng)設計相關標準組織進展本章介紹全球多個標準化組織和研究機構關于通感融合研究的進展，包括

3GPP（

3rd

Generation

Partnership

Project

，

第

三

代

合

作

伙

伴

計

劃

）、

ITU（International

Telecommunication

Union，國際電信聯(lián)盟）、IEEE（Institute

of7IMT-2030(6G)推進組IMT-2030(6G)

Promotion

GroupElectrical

and

Electronics

Engineers，電氣與電子工程師協(xié)會）、IMT-2020（5G）推進

組、

IMT-2030（6G

）推

進組

、Next

G

Alliance、Hexa-X、和

IETF（InternetEngineering

Task

Force，互聯(lián)網工程任務組）。上述標準化組織在通感融合的場景用例、技術挑戰(zhàn)和技術趨勢等方面開展了研究。3.1

3GPP3GPP

SA1

Feasibility

Study

on

Integrated

Sensing

and

Communication

對通感融合的可行性研究側重于基于

NR（New

Radio，新空口）的感知[3]，某些用例可能會利用

EPC

和

E-UTRA

中已有的信息（例如蜂窩/UE

測量、位置更新），一些用例還可能包括非

3GPP

類型的傳感器（例如雷達、攝像頭）。目前研究報告中包括

32

個用例，如住宅入侵檢測、高速公路和鐵路入侵檢測、降雨監(jiān)測、非

3GPP

傳感器透明感知、睡眠監(jiān)測、手勢識別、旅游景點交通管理、工廠自主移動機器人沖突避免、無縫

XR（Extended

Reality

擴展現實）流、無人機入侵檢測、無人機軌跡跟蹤、無人機沖突避免等。從感知結果潛在的

KPI（Key

Performance

Indicator，關鍵性能指標）角度來看，SA1

通感研究項目將上述用例的場景分為目標檢測與追蹤、環(huán)境監(jiān)測和運動檢測三類。進一步地，該研究報告提出了

KPI

表格，包括定位精度、速度精度、感知分別率、最大感知服務時延、刷新率、虛警概率和漏檢概率。其中，并不是每一個用例都涉及前述所有

KPI，通常一個用例僅涉及其中的一部分。另外，該研究報告還考慮了感知的機密性、完整性、隱私、監(jiān)管等方面內容。目前

3GPP

SA2

和

RAN（Radio

Access

Network，無線接入網）也在討論潛在的感知立項，潛在的內容可能包括架構增強支持感知，感知服務管理流程，感知服務質量管理，感知安全隱私，感知計費，通感信道模型，感知模式，以及感知信號、測量和控制等對協(xié)議影響等。3.2

ITU2023

年

6

月

ITU-R

完成了《IMT

面向

2030

及未來發(fā)展的框架和總體目標建議書》[5]，提出了

6G

的典型場景及能力指標體系。在典型場景方面，5G

三大場景增強為沉浸式通信、超大規(guī)模連接和極高可靠低時延，6G

在

5G

三大場景基礎上進行了增強和擴展，包含沉浸式通信、超大規(guī)模連接、極高可靠低時延、人工智能與通信的融合、感8IMT-2030(6G)推進組IMT-2030(6G)

Promotion

Group知與通信的融合、泛在連接等

6G

六大場景。感知與通信的融合指利用

IMT-2030

提供的廣域多維感知，為未連接的物體和連接設備提供運動和周圍環(huán)境的信息。典型的用例包括

IMT-2030

輔助導航、活動檢測和運動跟蹤（例如姿勢/手勢識別，跌倒檢測，車輛/行人檢測）、環(huán)境監(jiān)測（例如雨水/污染檢測）以及為

AI、XR

和數字孿生應用提供對周圍環(huán)境的感知數據/信息。除了提供通信能力外，這些使用場景還需要支持高精度定位和感知相關能力，包括距離/速度/角度估計、目標檢測、存在檢測、位置、成像和制圖等。ITU

技術趨勢報告[6]將通信和感知系統(tǒng)之間的交互級別分為：（1）共存，其中感知和通信系統(tǒng)在物理上分離的硬件上運行，使用相同或不同的頻譜資源并且不共享任何信息，彼此視為干擾；（2）合作，其中感知和通信系統(tǒng)在物理上分離的硬件上運行，而信息可以相互共享（例如，感知/通信的先驗知識可以共享，減少系統(tǒng)之間的干擾或在某些情況下增強另一個系統(tǒng)）；（3）集成設計，其中兩個系統(tǒng)被設計為一個單一系統(tǒng)，在頻譜使用、硬件、無線資源管理、空中接口以及信號傳輸和處理等方面具有信息共享和聯(lián)合設計。通感融合系統(tǒng)在未來

IMT

的重點是（3），感知和通信之間開發(fā)高效協(xié)調，以盡量減少彼此之間的干擾，更進一步地可在頻譜、硬件、信令、協(xié)議、組網等更多維度上進行協(xié)調和協(xié)作，實現互利共贏。人工智能與通信的融合的典型用例包括

IMT-2030

輔助自動駕駛、輔助醫(yī)療應用中設備間的自治協(xié)作、設備和網絡之間計算卸載、數字孿生創(chuàng)建和預測以及

IMT-2030

輔助協(xié)作機器人。這些使用場景將需要支持服務區(qū)域內高通信容量和用戶體驗數據速率，同時還需要低延遲和高可靠性。除了通信能力外，這種使用場景預計還將需要將與人工智能和計算功能相關的新能力集成到

IMT-2030

中，具體包括不同數據源的數據獲取、準備和處理，分布式

AI

模型訓練、共享和推理，以及計算資源編排等功能。3.3

IEEEIEEE

針對

WLAN

感知（WLAN

sensing）在

IEEE

802.11

內成立了

802.11bf

任務組（task

group）。WLAN

感知主要指的是具備

WLAN

感知能力的站點，通過接收

WLAN

信號以檢測環(huán)境中目標對象的特征。其中環(huán)境（Environment）包括房間，房屋，車輛，公司等；目標包括物品，人體，動物等；特征（Feature）包括范圍，速度，角度，動作，存在或接近，姿態(tài)等。802.11bf

task

group

定義了對

IEEE

802.11

MAC

層以及9IMT-2030(6G)推進組IMT-2030(6G)

Promotion

GroupDMG（Directional

Multi-Gigabit,

定

向

多

吉

比

特

）

和

EDMG（

Directional

Multi-Gigabit，增強型定向多吉比特）PHY

層的修改，以增強

1GHz

至

7.125GHz

以及

45GHz以上免許可頻段的

WLAN

感知，使能站點通知其他站點其

WLAN

感知能力，請求和設置傳輸以便執(zhí)行

WLAN

感知測量，交換

WLAN

感知反饋和信息。802.11bf

任務組一系列文檔范圍包括用例、功能要求、信道模型、評估方法和仿真場景等。802.11bf

提出的

WLAN

感知用例[7]包括房屋內感知、手勢識別、健康監(jiān)護、3D

視角、汽車內感知等幾個類別，并對各個用例從最大距離、距離精度、最大速度、速度精度、角度精度、分辨率、安全、魯棒性和最大網絡負荷等方面參數進行了描述。3.4

IMT-2020

推進組和

IMT-2030

推進組IMT-2020

推進組成立通信感知任務組，從場景需求、網絡架構、仿真評估方法、空口技術方案和演示驗證等多方面開展研究。已發(fā)布的《5G-Advanced

通感融合場景需求研究報告》[8]闡述了智慧交通、智慧低空、智慧生活和智慧網絡四大典型應用場景的十五個典型用例，并展開了需求分析。各用例需求通過感知距離范圍、感知速度范圍、感知高度范圍、感知距離分辨率、感知速度分辨率、感知多普勒分辨率、感知多普勒精度、感知距離精度、感知角度精度、感知速度精度、感知數據刷新率、檢測概率、虛警概率、感知數據傳輸速率、感知時延、安全隱私高/低、識別準確率、感知雨量分辨率、感知降雨空間分辨率進行說明。已發(fā)布的《5G-Advanced

通感融合網絡架構研究報告》提出了

11

個關鍵技術問題和多種不同的通感網絡架構，分別從接口、協(xié)議、功能和端到端業(yè)務流程等方案展開了研究設計。已發(fā)布的《5G-Advanced

通感融合仿真評估方法研究報告》對基于

3GPP

TR

38.901

的通感融合信道建模方法進行了研究，涵蓋了通信感知融合系統(tǒng)仿真大尺度衰落和小尺度衰落模型建模方法，通感融合信道空間一致性和移動特性，以及鏈路級

CDL（clustered

Delay

Line，集群延遲線）通感融合建模方法。IMT-2030

推進組發(fā)布了《通信感知一體化技術報告》[9]。該技術報告對通感一體化的范疇、研究現狀、發(fā)展趨勢、應用場景、基礎理論、關鍵技術和原型驗證進行了闡述。在基礎理論方面，介紹了無線感知的基礎理論與評價指標，以及通信感知一體化基礎理論框架，提出了通信與感知的互信息以及感知速率極限。在關鍵技術方面，該報告對空口技術、信號處理技術、網絡架構與組網設計、硬件架構與設計、協(xié)同感10IMT-2030(6G)推進組IMT-2030(6G)

Promotion

Group知五個方面開展研究。其中，空口技術方面主要評估了基于

OFDM（OrthogonalFrequency

Division

Multiplexing

，

正

交

頻

分

復

用

）

和

OTFS

（

Orthogonal

TimeFrequency

Space，正交時頻空調制）兩種典型波形下的測距測速等性能；信號處理技術方面分別從干擾消除、定位與環(huán)境重構、信號融合、參數估計等方面進行研究；在組網設計方面，基于業(yè)務連續(xù)性和

QoS（Quality

of

Service，服務質量）保障為目標，提出感知節(jié)點和感知方式的切換場景；在硬件架構方面，提出通信感知一體化硬件設計，需要解決高性能全雙工等帶來的干擾和設備電路等設計問題；在協(xié)同感知技術中，通過實例提出多模式協(xié)同感知、多節(jié)點協(xié)同感知、多頻段協(xié)同感知用例和關鍵技術研究方向。3.5

Next

G

AllianceNext

G

Alliance

推出的

6G

技術報告[10]里總結了

4

類用例，包括：（1）網絡支持的機器人和自主系統(tǒng)（Network

Enabled

Robotics

and

Autonomous

Systems），使用

GPS（Global

Positioning

System,全球定位系統(tǒng)）、LiDAR（Light

Detection

andRanging，光探測和測距）、聲納、雷達和測程法等傳感器感知周圍環(huán)境。（2）Multi-sensory

XR

（

Multi-Sensory

Extended

Reality

，

多

感

官

擴

展

現

實

），

包

括

VR（Virtual

Reality，虛擬現實）和

AR（Augmented

Reality，增強現實）等。（3）分布式感知和通信（Distributed

Sensing

and

Communications），包括與通信緊密集成以支持自主系統(tǒng)的傳感器。（4）個性化用戶體驗，基于用戶個人資料和上下文信息（例如，用戶的偏好、趨勢和生物識別）對設備、網絡、產品和服務進行實時、全自動和安全的個性化。該報告分析了

JCAS（Joint

Communications

and

Sensing，通信和感知一體化）在通信和感知兩方面功能的益處：共存以改善頻譜共享、硬件重用和干擾管理；通信輔助感知，有助于實現多感知節(jié)點之間環(huán)境可視化；感知輔助通信，以提高通信性能；此外，JCAS

可以通過

standalone

蜂窩和非蜂窩技術增強定位性能。Next

G

Alliance

提出的

JCAS

研究領域涵蓋了感知與通信性能的

trade-off

研究與評估、感知信道建模、波形波束成形設計、感知與通信功能之間的共存、協(xié)作與協(xié)同設計、資源分配、協(xié)同感知、JCAS

產生的硬件要求、雜波抑制、UE

定向、多雷達聯(lián)合處理、基于

AI/ML（Machine

Learning，機器學習）的感知融合、全雙工無線電等多個方面。其中全雙工無線電是單站感知的關鍵推動因素，也是高功率

BS

和低功耗

UE11IMT-2030(6G)推進組IMT-2030(6G)

Promotion

Group的重要研究領域。在蜂窩系統(tǒng)中，基于不同的感知能力，JCAS

操作可基于

BS，基于

UE，或者同時基于

BS

和

UE。關于

JCAS

存在的挑戰(zhàn)包括以下方面：（1）考慮到通信和感知共享頻譜，支持在不同的通信和感知性能折中下的靈活設計成為關鍵挑戰(zhàn)之一，波形設計、波束成形設計和資源復用是該挑戰(zhàn)的核心。（2）感知的空間方向可能不同于通信鏈路傳輸的空間方向，需要在感知和通信功能的

QoS

之間進行權衡。（3）多節(jié)點協(xié)同感知方面，感知節(jié)點之間的同步成為主要挑戰(zhàn)。（4）干擾管理不僅需要考慮通信系統(tǒng)之間的干擾和感知系統(tǒng)間的干擾，還需要考慮通信系統(tǒng)和感知系統(tǒng)之間的干擾管理。3.6

Hexa-XHexa-X

將通信、定位、成像和感知的融合（Convergence

of

communications,localization,

imaging

and

sensing）作為未來連接技術的趨勢之一[11]。隨著更大帶寬信號和更高頻段頻譜（如大于

100GHz）的應用，以及

SLAM

技術與較低頻譜通信的結合，未來網絡將集成高精度定位（具有厘米級精度）、感知（類似雷達和非類似雷達）和成像（毫米級）功能。為此，需要開發(fā)新算法來共同優(yōu)化通信、感知和定位的功能。除了為應用層提供服務，還可以優(yōu)化網絡性能，例如通過主動無線電資源分配和管理，并確定波形設計，實現具有超高數據速率的連接性能和完整的

6D

環(huán)境地圖。6D

環(huán)境地圖包含了所有三個空間維度（緯度，經度，高度）和三個方向維度（俯仰、橫滾、偏航）的信息。通過通信連接和

6D

地圖與運動預測和

AI

的結合，基于新沉浸式

XR

體驗的新應用和用例將變?yōu)楝F實。SaaS（Sensing-as-a-Service,感知服務）被認為將對

6G

架構產生影響[12]，包括服務化架構為感知能力定義新服務和新接口，以及增強和修訂現有的定位功能等。由于感知和定位在大部分用例中都具有重要作用，因此

Hexa-X

組織了

Work

Package

3（WP3）-“6G

High-Resolution

Localization

and

Sensing”。在

6G

端到端網絡架構設計中，需要考慮僅通信、僅感知、通信感知定位聯(lián)合這三種能力的靈活切換和優(yōu)先級。定位和感知應被設計為基本功能或微服務，并需要考慮開放框架、安全、低時延、QoS

等多個方面的問題。3.7

IETFIETF

定義了

CFN（Compute

First

Networking，算力網絡），CAN（Computing-12IMT-2030(6G)推進組IMT-2030(6G)

Promotion

GroupAware

Networking，算力感知網絡），SRv6（Segment

Routing

over

IPv6，基于

IPv6的段路由）和

APN6（Application-aware

IPv6

Networking，基于

IPv6

的應用感知網絡）等技術，這些技術基于

IP

協(xié)議或路由協(xié)議支持路由信息、算力狀態(tài)信息和應用信息的及時擴散與同步，實現有線傳輸和算力的良好匹配。2023

年

3

月，由中國移動主導的

CATS（Computing-Aware

Traffic

Steering，“算力路由”工作組）在

IETF

成功獲批，標志著算力網絡“算網一體”原創(chuàng)技術體系取得了里程碑式的進展，算力和網絡兩大學科的交叉融合形成了廣泛的國際共識。當前，許多服務需要創(chuàng)建多個服務實例，這些實例通常在地理位置上分布在多個站點。CATS

工作組定位在路由域，主要致力于解決網絡邊緣節(jié)點如何引導服務的客戶端和提供服務的站點之間的流量的問題。目前，場景和需求文稿已經立項，包括計算感知的

AR/VR、智慧交通、數字孿生、SD-WAN（Software

Defined

Wide

Area

Network，軟件定義的廣域網）等場景，以及支持動態(tài)選擇服務節(jié)點、支持計算資源表示、合適的計算資源分發(fā)和應用、業(yè)務連續(xù)性等需求。4通感融合系統(tǒng)設計的關鍵性能指標4.1

潛在的感知關鍵性能指標為了提供更好的感知服務，需要對網絡提供的感知結果進行關鍵性能指標進行定義，3GPP

SA1

定義的感知關鍵性能指標定義如表

4-1

所示。其中，精度性能指標的量化定義通常需與置信度（Confidence

level）關聯(lián)定義，通過置信度描述了所有可能測量的感知結果中期望包含真實感知結果的百分比，因此

SA1

提出了在

95%置信度情況下的定位精度（包括水平精度和垂直精度）和速度精度（包括水平精度和垂直精度）需求。由于漏檢概率和虛警概率均適用于二元判斷的感知結果，因此對于多元判斷的感知結果（例如手勢識別等），還可以引入檢測/識別準確率作為感知關鍵性能指標。表

4-

1

感知服務體驗相關能力的定義參數含義描述目標物體的測量感知結果（即位置）與其真實位置值的接近程度。它可以進一步衍生為水平感知精度和垂直感知精度，前者指的是二維基準面或水平面上的感知結果誤差，后者指的是垂直軸或高度上的感知結果誤差。定位精度（包括水平精度和垂直精度）13IMT-2030(6G)推進組IMT-2030(6G)

Promotion

Group速度精度（包括水平精度和垂直精度）描述目標物體速度的測量感知結果（即速度）與其真實速度的接近程度。描述目標物體測量量級（如距離、速度）的最小差異，以允許檢測到不同量級的物體感知分辨率刷新率描述生成傳感結果的速率。它是兩個連續(xù)傳感結果之間時間間隔的倒數。描述系統(tǒng)嘗試獲取感知結果的任何預定時間段內，獲取傳感結果的漏檢事件與所有事件的比率。它僅適用于二元判斷的感知結果。漏檢概率描述嘗試獲取感測結果時，在任何預定時間段內檢測到不代表目標對象或環(huán)境特征的事件與所有事件的比率。它僅適用于二元判斷的感知結果。虛警概率描述從觸發(fā)所需感知結果到感知系統(tǒng)接口處提供感知結果之間的時間。最大感知服務時延4.2

潛在的計算關鍵性能指標當

6G

引入計算能力后，本報告也包括感知和計算的協(xié)作。感知和計算協(xié)作包括基于

6G

計算能力對感知數據進行處理產生所需感知結果。當終端請求網絡輔助感知數據處理時，由于需要將待處理感知數據傳輸到合適的網絡節(jié)點進行處理，因此涉及通信、計算和感知的融合。所述計算包括基于

AI

的計算和非基于

AI

的計算。AI

服務的性能指標涵蓋多個方面，包括可達性能（包括

AI

性能如歸一化均方誤差、余弦相似度等，通信性能如數據速率、覆蓋、誤塊率等）、AI

模型復雜度、收斂速度（或訓練時間）、泛化能力、數據依賴性、推理時間、訓練的算力開銷、模型的傳輸開銷和模型的存儲開銷等。AI

服務的性能指標取決于

AI

算法和大數據技術等計算機領域相關技術在2030

年及以后的發(fā)展水平。傳統(tǒng)上計算性能指標通常從系統(tǒng)資源維度進行定義，例如通過

FLOPS（Floating-Point

Operations

Per

Second，每秒浮點運算次數）等表征計算性能，通過持續(xù)內存帶寬等表征內存訪問性能，通過

IOPS（Input/Output

Per

Second，單位時間內能處理的最大

IO

頻度，一般指單位時間內能完成的隨機

IO

個數）等表征存儲性能，通過通信時延和帶寬等表征網絡性能。而

6G

融合計算相關的性能指標將由

6G

系統(tǒng)中部署的計算和通信相關資源以及性能綜合決定。在定義

6G

系統(tǒng)的計算性能指標和用戶的計算性能指標時，需要考慮

6G

計算的典型業(yè)務用例（例如計算輔助感知等），以及相關的用戶密度、業(yè)務模型等因素，指標的具體定義請參考表

4-2。14IMT-2030(6G)推進組IMT-2030(6G)

Promotion

Group表

4-

2

計算服務的性能指標融合計算的性能指標定義算力密度移動通信網絡單位覆蓋面積能提供的算力系統(tǒng)性能指標用戶性能指標移動通信網絡單位覆蓋面積能提供的計算服務連接數量計算連接密度峰值算力單用戶可獲得的峰值計算性能從用戶發(fā)起計算服務請求到接收到計算響應的整體時延計算時延5通感融合的應用場景通感融合的核心理念是要讓無線通信和無線感知兩個獨立的功能融合在同一個系統(tǒng)中，并實現互惠互利。一方面，通過基于移動通信網絡進行位置、速度、角度等信息的探測感知，構建低成本、高精度、無縫泛在的廣域感知網絡，即通信服務感知。另一方面，感知信息可以輔助基站或終端進行波束訓練、波束跟蹤，能耗優(yōu)化等，從而提升通信系統(tǒng)性能，即感知輔助通信。圖

5-

1

通信和感知融合共贏網絡感知創(chuàng)造了一種通信之外的新型應用場景，涵蓋一系列用例，例如，基于設備甚至無設備的目標定位、成像、環(huán)境重構和監(jiān)控、手勢和活動識別等[13]。這些應15IMT-2030(6G)推進組IMT-2030(6G)

Promotion

Group用為全球移動通信系統(tǒng)的研究和討論增加了新的性能維度，如檢測準確率、感知分辨率和感知精度（包括距離、速度、角度）等，這些維度的性能要求因應用而異。未來在定位和重構應用中需要高感知精度和高分辨率；在成像中應用需要超高分辨率；而對手勢和活動識別，檢測準確率則至關重要。通感融合系統(tǒng)用例可以根據不同維度進行分類。根據面向的用戶群體不同，通感融合系統(tǒng)用例可以分為：面向傳統(tǒng)業(yè)務用戶體驗增強的場景、面向

ToB

領域新業(yè)務的場景以及面向

ToC

領域新業(yè)務的場景。根據用例實施的環(huán)境不同，通感融合系統(tǒng)用例可以分為：室內環(huán)境（局部空間）場景和室外環(huán)境（開放空間）場景。根據感知目標是否具備通信能力，通感融合系統(tǒng)用例可以分為：無源感知場景和有源感知場景。根據是否具有標識的明確感知目標，通感融合系統(tǒng)用例可以分為：per-area

場景和

per-object

場景。根據對感知測量數據的不同處理方式，通感融合系統(tǒng)用例可以分為：檢測類場景、估計類場景和識別類場景。本報告?zhèn)戎赜谑崂砀黝愑美龑ο到y(tǒng)設計的共性需求，不再對用例進行分類。5.1

通感融合應用場景5.1.1

應用案例

1：高精度定位與追蹤案例描述6G

網絡將具備感知功能,可以為通信對象提供有源定位（Positioning）服務（類似

5G），也可以為非通信對象提供無源定位（Localization）服務（類似雷達）。通過處理散射和反射的無線信號的時延、多普勒和角度譜信息,6G

網絡可以提取出三維空間中物體的坐標、方向、速度和其他地理信息。這種高精度的

3D

定位與追蹤將達到厘米級的精度，可以通過在網絡信息和物理實體位置之間建立必要的關聯(lián),進一步在工廠、倉庫、醫(yī)院、零售店、農業(yè)、采礦業(yè)等各行業(yè)使能不同的應用。例如，自動化工廠中的機器人可以輕松地檢索倉庫貨架上的零件,并進行正確的安裝[14]。在

6G

網絡中，AGV（Automated

Guided

Vehicle，自動導向車）可以作為感知服務的請求者，將預處理的感知信號發(fā)送到感知處理節(jié)點，感知處理節(jié)點最終到

AGV

的定位信息返回給

AGV，連續(xù)性的低延時、高精度定位可以避免

AGV

在導航期間內發(fā)送碰撞。此外，10cm

級精度的連續(xù)感知可實現器件級放置，1cm

級精度連續(xù)可以進一步實現狹小空間中的模塊級安裝和放置，從而提高集成芯片、小型金屬部件等小尺寸期間的存儲效率[14]。16IMT-2030(6G)推進組IMT-2030(6G)

Promotion

Group高精度定位與追蹤在車路感知中也起著重要的作用，即對道路本身和道路環(huán)境進行識別和感知，對道路參與主體的位置、速度以及運動方向進行識別，對道路上發(fā)生的異常事件進行識別，進而為自動駕駛車輛和智慧交通管理提供數字化的道路基礎。通過利用道路周邊廣域覆蓋的通感融合基站，可以實現對整條道路的全域感知。業(yè)務需求以

AGV

為例相關指標需求的數值范圍參考詳見

IMT-2030

需求組《6G

感知的需求和應用場景研究》。5.1.2

應用案例

2：同步成像、制圖與定位案例描述成像、制圖與定位是三種可以互補的感知功能。成像功能用于捕獲周圍環(huán)境的圖像,定位功能用于獲取周圍物體的位置,制圖功能則利用這些圖像和位置信息構建地圖,并進一步提升定位功能的位置推理能力。毫米波和太赫茲中的

SLAM（SimultaneousLocalization

And

Mapping,同步定位與制圖）應用有助于感知設備在未知環(huán)境中構建3D

地圖。在

6G

時代，感知設備可以是

6G

基站或終端,如汽車、無人機和機器人等。與傳統(tǒng)的激光雷達（Lidar）和光學攝像頭系統(tǒng)相比，基于

6G

無線信號的

SLAM

應用使自動駕駛汽車能夠以超高的分辨率和精度在任何天氣條件下“看清”周圍各個角落。SLAM

通常是連續(xù)性感知，實現同步成像與制圖。室內場景也類似，即使在擁擠的環(huán)境中，機器人、自動導引運輸車等感知服務的請求者也能夠依賴

SLAM

自由移動。在室內場景下，為了保證非視距定位的精度，要求環(huán)境重建結果的誤差控制在

5%之內。舉例來講，假設室內走廊寬度為

2m，5%的誤差相當于

10cm

的環(huán)境測繪精度。業(yè)務需求以

SLAM

為例的相關指標需求的數值范圍參考詳見

IMT-2030

需求組《6G

感知的需求和應用場景研究》。5.1.3

應用案例

3：人類感官增強案例描述人類感官增強旨在提供比人眼更安全、更精確、更低功耗的感知能力。太赫茲通感一體化技術利用毫米波頻段，可以將超越人體感官的增強感知能力集成到便攜式設備、可穿戴設備乃至可植入式設備中?！俺饺搜邸保⊿ee

Beyond

Eyes）的概念依賴于17IMT-2030(6G)推進組IMT-2030(6G)

Promotion

Group超高分辨率成像技術，可以應用于日常生活，例如發(fā)現水管中針孔大小的漏水點，也可以應用于智慧工廠中，實現零接觸的缺陷檢測和質量控制,借助電磁波的穿透特性，只需一臺便攜式設備甚至智能手機,就能完成包裹安檢、墻內線纜檢測等任務，人類作為這類“超越人眼”感知應用的使用者。6G

將探索更大的射頻范圍,可透過皮膚、皮下脂防、手提箱、家具等材料看見人眼所看不見的東西——即“超越人眼”。由于無線信號的穿透性取決于頻率和發(fā)送功率，像皮膚（0.5cm-4cm）、皮下組織（12mm-20mm）、手提箱（0.5cm）和家具（2cm）等非電離材料非常適合無線信號穿透式成像。光譜圖識別也是“超越人眼”的一部分，它通過光譜圖感知目標的電磁或光子特性來識別目標,利用太赫茲信號來區(qū)分不同材料的獨特吸收特性，典型應用包括食物的卡路里檢測和環(huán)境

PM2.5

分析[15]。光譜識別是基于目標的電磁或光學特性，對目標進行識別的頻譜感知技術，這類光譜圖識別通常是一次性感知應用。這類應用依賴分子震動效應，與材料獨特的吸收曲線有關。為了獲得分子震動中的所有吸收峰頻段，需要

2GHz-8GHz的頻譜帶寬。此外，在

1THz

下進行光譜識別時，頻率抖動必須小于

10GHz。業(yè)務需求相關的指標參考

3GPP

SA1

研究課題和

IMT-2030

需求組《6G

感知的需求和應用場景研究》,其指標概括表

5-1

所示：表

5-1

人類感官增強的性能指標指標名稱定位精度指標參數<0.5cm感知服務最大時延分辨率<1ms（遠程醫(yī)療）100ms（譜識別）1mm5.1.4

應用案例

4：手勢及動作識別案例描述基

于

機

器

學

習

的

無

源

手

勢

及

動

作

識

別

是

推

廣

人

機

接

口

（

Human-ComputerInterface）的關鍵，用戶僅使用手勢和動作就能與設備進行交互。這種識別分為“大動作識別”和

“微動作識別”兩種。大動作是指身體運動,例如,未來智慧醫(yī)院將會自動監(jiān)督患者的安全,包括檢測患者是否跌倒以及監(jiān)控患者的康復訓練等。相對于傳統(tǒng)的攝像頭監(jiān)控，其最大優(yōu)勢是對隱私的保護。微動作識別則是通過連續(xù)性的感知信號來識別用戶的微小動作，如手勢、手指動作和面部表情等?？梢韵胂笠幌?，我們只需在18IMT-2030(6G)推進組IMT-2030(6G)

Promotion

Group空中舞動手指，XR

就能立即播放美妙的音樂或呈現動人的畫作,真正實現隨時隨地的藝術創(chuàng)作。為了精確捕捉人的手勢，距離分辨率需要達到

1cm，速度分辨率要達到0.05m/s，檢測概率要大于

99%，覆蓋距離要大于

8m（即大客廳的范圍）。此外，為了區(qū)分不同人的手勢，橫向距離分辨率的理想取值在

5cm

以內。通過對目標進行室內跟蹤、定位和動作識別，可以對室內人員的行為進行分析和監(jiān)測。并可以利用感知網絡可以分析成員不同活動的時間比例，活動區(qū)間以及睡眠質量等。業(yè)務需求相關指標需求的數值范圍參考詳見

IMT-2030

需求組《6G

感知的需求和應用場景研究》。5.1.5

應用案例

5：無人機飛行路徑管理案例描述借助于

6G

網絡，低空無人機發(fā)展正邁向全新的階段。無人機具備全天候、全空域執(zhí)行偵察、預警、通信等多種任務的能力，同時無人機也可以廣泛應用于航拍、警力、城市管理、農業(yè)、地質、氣象、電力、搶險救災等多個垂直行業(yè)。隨著無人機的廣泛應用，大量無人機同時工作時的航線規(guī)劃和安全性保障成為一個極大的挑戰(zhàn)。無人機在飛行過程中，可以通過基站對無人機位置、高度、航向、速度等信息進行感知。基于感知信息，如果發(fā)現無人機偏離原計劃的飛行軌跡，則無人機管理平臺引導無人機回歸正確航跡。同時，基站可以對無人機周圍環(huán)境進行感知，例如障礙物的位置、形狀和其他無人機的飛行速度等，從而基于這些感知信息構建

3D

地圖或進行障礙物的識別，當無人機接近障礙物（例如樓宇、山體），無人機管理平臺引導無人機調整飛行路線，避免碰撞；當同一區(qū)域存在多個無人機時，根據各無人機的位置、高度、航向、速度等信息，無人機管理平臺預測其航跡，若預計無人機間將發(fā)生沖突，則給出沖突告警。例如，在某一物流無人機在根據預定的飛行路線執(zhí)行飛行任務時，無人機管理部門發(fā)起對該無人機的感知請求，該請求攜帶了無人機標識

UE

ID

和無人機周圍環(huán)境的范圍（如，距離該

UE

ID

1000

米）。網絡收到感知請求后，可以利用定位技術獲得無人機的位置，結合無人機位置和感知范圍再對無人機周圍環(huán)境進行感知。根據周圍環(huán)境的感知結果，無人機管理部門可以動態(tài)調整無人機的飛行路徑。當飛行任務結束時，19IMT-2030(6G)推進組IMT-2030(6G)

Promotion

Group無人機管理部門終止對該無人機的感知請求。業(yè)務需求相關指標需求的數值范圍參考詳見

IMT-2030

需求組《6G

感知的需求和應用場景研究》。5.1.6

應用案例

6：無人機監(jiān)管案例描述輕小型民用無人機在航拍、農業(yè)、測繪等領域大顯身手，同時也會干擾民航飛行，造成事故。為實現對無人駕駛航空器的依法管理，中國民航局發(fā)布了《無人駕駛航空器飛行管理暫行條例》。條例明確，除空中禁區(qū)、機場、軍事禁區(qū)、危險區(qū)域等周邊一定范圍內，微型無人機無需批準可以在真高

50m

以下空域飛行，輕型無人機可以在真高

120m

以下空域飛行。此外，按照相關規(guī)定，無人機飛行前需要向空管部門申請飛行空域和計劃，獲得批準后方可行動。除此之外，任何飛行都被稱為“黑飛”。但是，當前很多無人機飛行并未嚴格遵守國家相關規(guī)定，導致未經許可闖入公共及敏感區(qū)域、意外墜落、影響客機正常起降、碰撞高層建筑等“黑飛”事件時有發(fā)生。在實踐中，通過技術手段限制非法違規(guī)飛行是防止“黑飛”的主要手段。比如，主流無人機廠商均推出了電子圍欄功能，無人機接近禁飛區(qū)域時會自動發(fā)出警報，并無法操控進入該區(qū)域。目前，機場附近已經得到了較嚴格的電子圍欄保護，然而一些重點區(qū)域，如軌道交通沿線、高鐵站、碼頭等依然是一些電子圍欄的盲點[8]。業(yè)務需求相關指標需求的數值范圍參考詳見

IMT-2030

需求組《6G

感知的需求和應用場景研究》。5.1.7

應用案例

7：智能工廠案例描述生產現場環(huán)節(jié)是工業(yè)生產中的最重要的一環(huán)，主要包括核心生產制造、生產過程溯源、機器視覺質檢等。核心生產制造在核心生產制造中，遠程設備操控員可以通過生產現場視頻畫面和各類數據，遠程實時對現場工業(yè)設備進行精準操控?，F場人員可以利用

AR/VR

眼鏡等智能終端獲取20IMT-2030(6G)推進組IMT-2030(6G)

Promotion

Group增強圖像疊加，進行裝配可視化呈現，以輔助完成復雜精細的設備裝配。在這個過程中，可利用視覺、觸覺、蜂窩感知等多種多模態(tài)感知和目標識別等感知技術。通信感知一體化技術可以對多臺設備進行協(xié)同控制。例如，結合定位技術對工廠內的

AGV

小車進行協(xié)同控制，實現廠內所有

AGV

小車的合理調度，以達到全局最優(yōu)，并對

AGV

小車進行最優(yōu)路徑規(guī)劃。配合定位系統(tǒng)，可以精確測量大型機械的位置以及偏轉角、俯仰角等姿態(tài)數據；配合高分辨率成像技術或基于全息通信輸出

3D

圖像的表面測量，可以精確測量生產對象的高度、位移、角度等數據。在柔性生產制造中，“柔性”特征要求要能夠感知加工對象或者原材料的變化，以便于根據實際情況做出工藝或者流程上的調整。例如，柔性上料系統(tǒng)可以利用高分辨率成像、通信感知等技術調整機器翻轉、拾取、抓取的姿勢，或者進行識別和分揀，以應對不同物料或者零部件在體積、幾何形狀和類型上的變化。質檢太赫茲波光子能量低，在穿透物質時不易發(fā)生電離輻射，可用于無損檢測，特別適用于對復合材料和高分子材料的表面與內部缺陷進行檢測?？梢岳没谔掌澋母叻直媛食上窦夹g采集產品信息，并通過

5G

網絡傳輸至感知數據處理系統(tǒng)，感知數據處理系統(tǒng)基于人工智能算法模型對產品信息進行實時分析，對比系統(tǒng)中的規(guī)則或模型要求，判斷物料或產品是否合格。如果有缺陷，可以實時進行缺陷檢測與自動報警，同時有效記錄瑕疵信息，為質量溯源提供數據基礎；同時，可以對數據進一步聚合，并上傳到企業(yè)質量檢測系統(tǒng)，根據周期數據流完成模型迭代，通過網絡實現模型的多生產線共享。業(yè)務需求相關指標需求的數值范圍參考詳見

IMT-2030

需求組《6G

感知的需求和應用場景研究》。5.