5G-A通感一体典型场景技术解决方案白皮书.pdf
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1、13.4.5.新质生产力以全要素生产率大幅提升为核心标志,5G-A 无源物联网通过颠覆式技术创新激发新质生产力强大动能:通过架构革新、算法创新、方案创新,实现无源物联网络化部署、高效组网协同、海量并发接入;并通过跨域创新实现低成本融合定位、复合环境能量采集及多元感知。5G-A 无源物联网可低成本、高效率连接各类生产要素,将实物资产转变成数据资产,实现标识对象全要素、全流程和全生命周期的可视化、自动化和智能化(即“三全三化”)管理,通过数据分析及数据运营,扩展要素类型、率。本白皮书聚焦无源物联网典型场景和解决方案,为推动无源物联网技术方案创新和产业发展提供参考。6.本白皮书的版权归中国移动所有,
2、未经授权,任何单位或个人不得复制或拷贝本建议之部分或全部内容。7.5G-A 通感一体典型场景技术解决方案白皮书中国移动通信集团有限公司2024 年 6 月通信感知一体化(Integrated Sensing and Communication,ISAC),简称通感一体,作为 5G-A 重要创新技术之一,为移动通信网络发展带来蓬勃驱动力。通感一体技术的革命性创新在于,通过复用一套设备构建两张网络,实现通信与感知两种业务深度融合,拓展通信网络的功能边界,亦为感知业务的普遍化应用奠定基础。通感一体技术的引入,使得通信与感知两网信息协同交互,实现通信环境重构与感知性能优化的双向互补,提升整体网络性能。
3、随着算力和智能化成为现代网络建设不可或缺的部分,通过集成先进的计算和智能感知处理技术,通感一体网络能够更高效地处理和分析海量感知数据,为各种应用场景提供更为精准、快速的感知服务。本白皮书回顾了通感一体技术的发展历程,介绍了目前国内外标准化进展,深入阐述了通感融合业务指标定义、技术方案与组网方案,并重点呈现了通感一体典型场景和解决方案,为推动通信感知一体技术方案创新、落地网络建设和未来产业发展提供有效参考。目目录录一、发展背景概述.11.1 发展背景.11.2 技术能力.21.3 服务价值.21.4 发展规划.3二、典型应用场景.32.1 低空经济.32.2 低空安防.42.3 航道管理.42.
4、4 海面监测.52.5 地空一体.52.6 其它场景.6三、网络与业务指标定义.73.1 通信指标定义.73.2 感知指标定义.73.2.1 成熟指标.73.2.2 细化指标.93.2.3 创新指标.10四、典型场景技术解决方案.114.1 产品技术方案.114.1.1 收发模式.114.1.2 网络架构.114.1.3 空口设计.124.1.4 设备形态.124.1.5 高精工参.134.1.6 感知平台.134.2 规划组网方案.134.2.1 规划方法.134.2.2 站址结构.144.2.3 干扰控制.144.2.4 移动性管理.154.3 场景解决方案.154.3.1 低空经济.15
5、4.3.2 低空安防.164.3.3 航道管理.184.3.4 海面监测.194.3.5 地空一体.20五、总结与展望.21缩略语列表.23参考文献.24参编单位及人员.25中国移动5G-A 通感一体典型场景技术解决方案白皮书(2024)1一、一、发展背景概述发展背景概述1.1 发展背景发展背景通感一体技术借鉴雷达探测理论,实现了通信与感知功能的深度融合,依托先进的信号处理算法和通信技术,赋予了通信网络对环境和目标对象的全方位感知能力,能够输出距离、速度、位置、角度等关键信息。近年来,随着我国低空经济政策的相继出台,通感一体技术迅速成为市场关注的焦点,产学研各界正积极推动标准化与产业化进程,力
6、争早日实现通感网络商用落地。政策方面,2021 年,中共中央、国务院发布的国家综合立体交通网规划纲要首次将低空经济纳入国家规划。2024 年 1 月,国务院、中央军委联合颁布的无人驾驶航空器飞行管理暂行条例正式施行,标志着我国无人机产业进入“有法可依”规范化发展新阶段。同年 3 月,低空经济被首次写入全国两会的政府工作报告,并作为新兴产业之一,纳入新质生产力的范畴。需求方面,广东、浙江、安徽、湖北、云南等省份,纷纷展现出对通感一体技术的迫切需求,涉及无人机配送、巡检、海域监控、机场安全管理等多个领域。这些需求不仅对网络能力提出了新的要求,也为各行各业的数智化转型提供了技术动力。标准化方面,国内
7、 IMT-2020(5G)和 IMT-2030(6G)推进组积极布局,深入探索通感一体技术的应用场景和空口技术方案。2022 至 2023 年间,连续发布了5G-Advanced 通感融合场景需求研究报告、通信感知一体化技术研究报告、通感融合系统设计研究报告等相关文献。第三代合作伙伴计划(3rdGeneration Partnership Project,3GPP)国际组织正积极推动通感一体化技术的创新发展,目前正致力于 R19 版本中的感知信道模型和网络架构等前沿研究,标志着该技术研究正迈向深入探索和快速发展的新阶段。产业方面,国内外多家主设备商布局通感一体化技术研究与产品研发,在中国移动提
8、出的中低频通感一体技术路线的引领下,逐步开展了实验室测试与外场性能验证工作,初步满足低空经济、低空安防等典型场景的通信与感知需求。中国移动5G-A 通感一体典型场景技术解决方案白皮书(2024)21.2 技术能力技术能力中国移动充分发挥高低频协同优势,在研究毫米波通感能力的同时,率先提出 4.9GHz 中低频通感一体技术路线,创新构建业内首个“新设备、新波形、新空口、新天线、新指标、新工参”通感技术体系,推动网络向能力多元融合方向演进。作为移动通信网络演进过程中的全新范式,通感一体具备以下技术能力:空口联合设计能力空口联合设计能力。通过共享频谱资源,同步优化空口设计与通信协议,实现了通信数据和
9、感知信息的双向融通,通过调整信号调制方式、编码方式以及帧结构等关键系统参数,可实现通信与感知性能的动态联合调优。软硬件设备共享能力软硬件设备共享能力。通信与感知共享天线、射频模块等设备硬件资源,有效提高了设备集成度和工作效率,并实现了通信与感知功能软件算法协同优化。环境感知与孪生能力环境感知与孪生能力。利用无线信号传播特性,实时感知并反馈环境特征与物体信息,精准描述物体位置、速度等基本信息,生成连续运动轨迹,并对物体形态、姿态等更复杂信息进行精确感知,赋能网络数字孪生。数据与服务开放能力数据与服务开放能力。感知数据不仅可以直接在感知平台上呈现,还可根据客户需求,与其他系统集成,进行多源数据的融
10、合处理,将感知结果以多样化的形式展现给不同客户,提供定制化的服务体验。1.3 服务价值服务价值通感一体技术极大地拓展了移动通信网络的服务边界,为用户提供了更加精准、智能、高效、广泛的感知服务。助力低空产业发展助力低空产业发展。通感一体技术可对各型无人机、通航飞机、飞鸟、空飘物等目标进行三维空间定位与识别,应用于低空飞行航路监管、重要区域低空入侵检测,实现对低空感知目标的实时监控、跟踪、安全预警等功能,同时可提供低空通信能力,赋能低空经济,保障低空安全。增强航道海面监管增强航道海面监管。航道蜿蜒绵长,海域面积辽阔,通感一体技术可对江河湖海等水域各型船只进行感知,提供实时的船只高精度定位、航迹追踪
11、、船只身份识别等服务,助力航道规划优化,提升水域管理效率。赋能地空一体管控。赋能地空一体管控。通感一体技术充分发挥其垂直感知与通信覆盖的优势,兼顾低空飞行器及空飘物的监测和地面车辆、行人的安全监管,大幅提升了立体空间内低、慢、小物体的管控能力。中国移动5G-A 通感一体典型场景技术解决方案白皮书(2024)3支撑智慧城市建设支撑智慧城市建设。通感一体技术能够采集交通、建筑、气象等关键环境数据,掌握车辆行驶状态、预警道路突发情况,探测桥梁形状变化、提醒建筑结构异常,预报大风降雨、沙尘暴等极端天气,助力政府高效调度城市资源,减少事故发生概率,保障市民生活安全。促进智能家居升级。促进智能家居升级。在
12、室内场景中,通感一体技术能够实现住宅入侵检测、人体姿态监测、行为异常告警等功能,为家庭提供全方位的安全保障,有效提升家庭人身及财产的安全水平。1.4 发展规划发展规划中国移动致力于推动通感一体技术的突破创新与应用,助力构建广域泛在智能感知与数字化经济社会。基于“一网多能、两业融合、多维兼顾”的设计原则,构建了数据层、网络层和应用层三层协同技术体系,攻关多项关键技术,布局多项商用能力。中国移动正积极引领通感一体产业发展,2024 年率先启动 4.9GHz 通感一体规模组网试点,将聚焦低空经济、低空安防、航道管理、海面监测、地空一体五大典型场景,携手行业龙头客户,深入挖掘业务需求,计划在不少于十个
13、省份,部署数百站规模,充分验证产品与网络能力,打造核心技术能力,持续推动产品成熟。同时,将打造一系列重点行业的通感一体示范应用案例,探索落地商业模式,实现“点状突破”,力争在 2024 年底前具备通感网络预商用能力。2025 年,中国移动将力争“串点成链”,实现通感一体技术的规模发展。此外,中国移动还将积极与产业伙伴合作,共同构建一个开放、协作、共赢的产业链生态系统,为通感一体技术的长远发展奠定坚实基础。二、二、典型应用场景典型应用场景2.1 低空经济低空经济低空经济作为新质生产力的新兴赛道之一,发展空间巨大,加快低空通感基础设施建设,助力低空业务发展尤为重要。低空经济主要指以低空空域(300
14、0 米以下区域)为依托,以各种有人和无人驾驶航空器的低空飞行活动为牵引,辐射带动相关领域融合发展的综合性经济形态。当前,低空经济重点聚焦 300 米以下非管制类空域业务场景,其中 120-300中国移动5G-A 通感一体典型场景技术解决方案白皮书(2024)4米空域场景以行业级无人机为主,主要应用于干线物流和城市管理等领域,120米以下空域场景以消费级无人机为主,主要满足航拍和外卖等消费需求。2.2 低空安防低空安防截至 2023 年底,我国已注册超过 126 万架无人机、较去年同比增长约 32%,飞行器数量的快速增长给定位导航、路线规划、应急避障等带来巨大挑战。低空安防主要指利用通感一体基站
15、的广域泛探能力,对特定空域内未获批的“黑飞”无人机、空飘物等进行感知,实现入侵物体的实时监测。为进一步扩大监测范围、满足用户全时全域低空安防需求,通过建立电子围栏,有效识别和反制“黑飞”,助力监管部门迅速解除安全威胁、实现空域的安全监管。2.3 航道管理航道管理船舶交通管理系统(Vessel Traffic Services,VTS)等水上交管系统通过船只上报信息、雷达与视频联动等方式获取船只位置,在航道管理中发挥了重要作用,但对于船只拒不上报、雷达近处感知盲区等场景,航道监管探测能力仍需进一步提升。航道管理场景中,通感一体作为 VTS 等水上交管系统的融合补充手段,具备中国移动5G-A 通感
16、一体典型场景技术解决方案白皮书(2024)5基站感知无需船只上报、信号覆盖连续等优势,可进一步提升定位精准度、提升航道运行整体效率和安全性,实现船舶航行状态实时监管,预防船只碰撞等事故发生。2.4 海面监测海面监测随着智慧海洋发展建设,应用新技术维护海洋生态平衡、遏制非法捕捞及污染事件,加强海域安全监管、保障海面活动安全平稳运行尤为重要。海面监测主要指利用通感一体基站的广域泛探能力,对超远距离船只识别、实现实时船舶航迹跟踪。另外,通过对关键海域设置电子围栏等方式,检测和警告非法入侵船只,可有效防止非法捕捞、破坏环境等非法活动,维护海域安全和海洋生态,有效提升海洋监管效率。2.5 地空一体地空一
17、体面向地面与低空协同监管场景,传统雷达、视频监控等系统都存在垂直探测区域受限、低小慢物体监测难等痛点问题。地空一体可同时兼顾地面与低空的覆盖,重点可满足机场航运等场景管理需求。对于地面场景,主要识别活动作业的车辆和行人,防止其误入飞机跑道;对中国移动5G-A 通感一体典型场景技术解决方案白皮书(2024)6于低空场景,主要是在机场及周边禁飞区设置电子围栏,并对各型无人机、鸟类、气球等空飘物进行识别和非法入侵告警。通过地面、低空协同覆盖和感知,可以有效保障地面及低空安全,提升地空立体监管力度。2.6 其它场景其它场景除上述五大典型场景外,通感一体技术还可广泛应用于桥梁微型变监测等场景。未来随着技
18、术进一步演进、成熟,还可应用于辅助驾驶检测、行人密集检测、降雨检测等室外场景,以及入侵检测、生命体征监测、人员跌倒检测等室内场景。对于桥梁微型变监测场景,考虑桥梁在使用过程中会不可避免地受损,通感一体技术可实时监测跨江、跨海桥梁型变状态,提前发现潜在的风险和安全隐患,为城市安全提供新保障。对于辅助驾驶检测场景,考虑辅助驾驶需要对道路车流和环境进行超低时延、超高精度的感知,通感一体技术支持实时路况感知,辅助驾驶员进行车辆操控,提升驾驶安全性。对于行人密集检测场景,考虑铁路轨道、高速公路、十字路口等行人密集场景多为高危区域,通感一体技术可全天候开展行人密集检测,对人员危险行为进行告警、保障密集区域
19、人员安全。对于降雨检测场景,考虑降雨检测在水利工程、农业和天气预报等领域重要意义,通感一体技术发挥其信号受环境影响小及广域覆盖等优势,可实现降雨范围及降雨量的精准感知检测。此外,利用室内基站或者 Wi-Fi 路由器,通感一体还可实现对个人生活的精细化感知,提供住宅安全监测、老人健康监测等服务,提升家庭生活质量。中国移动5G-A 通感一体典型场景技术解决方案白皮书(2024)7三、三、网络与业务指标定义网络与业务指标定义3.1 通信指标定义通信指标定义通信能力是通感一体的基础。通信网络关键指标包括覆盖、速率、时延及容量等。3.2 感知指标定义感知指标定义感知能力是通感一体的核心。为全面客观评估通
20、感网络性能,确保用户通信和感知综合体验,中国移动协同产业界,结合场景需求特征,提出通感一体感知指标定义。指标主要分为三大类:一是成熟指标,主要为雷达领域已定义完善、基本无歧义的指标;二是细化指标,指雷达领域已存在,但结合通感网络特征,进行细化的指标;三是创新指标,是面向通感一体网络性能首次提出的指标,有待后续与产业共同探索验证。3.2.13.2.1 成熟指标成熟指标3.2.1.1 感知目标感知目标 RCS感知目标雷达散射截面积(Radar Cross Section,RCS)表征产生相同反射能通信通信指标指标分类分类关键关键指标指标单位单位覆盖覆盖强度强度RSRPdBmSINRdB覆盖范围覆盖
21、范围单站距离、高度m速率速率下行平均速率Mbps上行平均速率Mbps下行边缘速率Mbps上行边缘速率Mbps时延时延控制面时延ms用户面时延ms容量容量RRC 连接/激活用户数个CAPS 用户数个VoNR 用户数个单 TTI 调度用户数个中国移动5G-A 通感一体典型场景技术解决方案白皮书(2024)8量强度的球体截面积,可以反映感知目标在电磁波照射下所产生的回波强度。考虑目标 RCS 会随目标运动姿态、信号入射角度变化,单一目标 RCS 不唯一,但RCS 越大、基站接收到的反射回波能量越大,目标则更易被检测。3.2.1.2 感知范围感知范围感知范围包括感知高度与感知距离。感知高度表征在低空通
22、感网络中,无人机在空中运行高度与覆盖区域平均海拔的差值。感知距离表征能满足感知需求的最远覆盖距离。3.2.1.3 感知位置精度(水平感知位置精度(水平/垂直)垂直)感知位置精度表征感知位置结果与目标真实位置的差距。感知位置精度可分为水平与垂直精度,主要由距离精度与角度精度构成。感知位置精度受带宽、波长、天面孔径等参数影响。感知位置精度越高,代表系统感知结果更接近于目标真实位置,感知更准确。3.2.1.4 感知分辨率感知分辨率感知分辨率表征网络对多目标的最小分辨能力。分辨率越高,代表系统感知并区分不同物体的能力越强。感知分辨率可分为径向距离分辨率、速度分辨率、角度分辨率三种。3.2.1.5 感知
23、速度范围感知速度范围感知速度范围表征网络对目标运动速度的探测能力,代表系统可感知运动速度的上下限范围。速度范围越大,代表系统对目标物体速度状态的评估能力越强。感知感知分辨率分辨率技术指标技术指标单位单位主要主要影响因素影响因素径向距离分辨率米带宽角度分辨率度天面孔径、波长、天线法线夹角速度分辨率米/秒相参处理时间、脉冲累计数、波长中国移动5G-A 通感一体典型场景技术解决方案白皮书(2024)93.2.1.6 置信度置信度置信度表征通感网络所有测试样本中能够达成目标精度需求的样本比例。该指标可准确评估通感网络结果的可信程度,置信度越高,系统感知性能越强,感知结果可靠性越强。3.2.1.7 刷新
24、率刷新率刷新率表征通感网络呈现感知结果的时间间隔,是对系统感知结果稳定输出能力的重要评估标准。3.2.23.2.2 细化指标细化指标3.2.2.1 检测率(漏检率)检测率(漏检率)检测率(漏检率)定义为在一定时间内实际需求目标被成功检测(未能成功)的概率。检测率越高,系统在有目标场景下对目标感知成功率越高,目标物体更易被检测到。该指标与目标 RCS、感知位置精度等关键指标参数相关。统计方法为:检测率=检测成功点数目标点数 100%漏检率=100%检测率3.2.2.2 虚警率虚警率虚警率定义为在一定时间内场景出现虚假感知结果的概率。虚警率越低,系统在无目标场景下错误上报感知结果的概率越低。该指标
25、与目标 RCS、感知位置精度等关键指标参数相关。统计方法为:虚警点数=非需求目标点数 短航迹数虚警率=虚警点数目标点数+虚警点数 100%其中,非需求目标点数是指目标场景下出现的飞鸟、非需求方目标感知点数,中国移动5G-A 通感一体典型场景技术解决方案白皮书(2024)10短航迹数是指时间或航迹过短的航迹采样点数。3.2.33.2.3 创新指标创新指标3.2.3.1 轨迹完整度轨迹完整度轨迹完整度是评估感知结果是否满足精度与连续性要求的重要评估手段,一方面可从预设定轨迹与真实感知轨迹的吻合程度来评估,另一方面可从感知结果是否符合精度要求来评估。3.2.3.2 感知信噪比感知信噪比感知信噪比(S
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