1、 IMT-2020(5G)推進(jìn)組于2013年2月由中國工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展和改革委員會、科學(xué)技術(shù)部聯(lián)合推動成立，組織架構(gòu)基于原IMT-Advanced推進(jìn)組，成員包括中國主要的運營商、制造商、高校和研究機(jī)構(gòu)。推進(jìn)組是聚合中國產(chǎn)學(xué)研用力量、推動中國第五代移動通信技術(shù)研究和開展國際交流與合作的主要平臺。IMT-2020(5G)推進(jìn)組 5G-Advanced通感融合場景需求研究報告目錄概述P1智慧交通場景通感融合需求分析P2智慧低空場景通感融合需求分析P10智慧生活場景通感融合需求分析P18智慧網(wǎng)絡(luò)場景通感融合需求分析P30標(biāo)準(zhǔn)化影響P35總結(jié)與建議P39參考文獻(xiàn)P40縮略語P46主要貢獻(xiàn)單位P

2、47 概述隨著移動通信技術(shù)的飛速發(fā)展，移動通信系統(tǒng)從2G一直演變到5G，空口傳輸能力不斷加強(qiáng)，使能的業(yè)務(wù)也向垂直行業(yè)不斷延伸。如今5G已全球規(guī)模商用，5G發(fā)展將進(jìn)入新的分水嶺。2021年4月 27日，3GPP（3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴計劃）在第46次PCG（Project Cooperation Group，項目合作組）會議上正式將5G演進(jìn)的名稱確定為5G-Advanced（5G-A），標(biāo)志著全球5G技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展進(jìn)入新階段。除了5G原有的移動帶寬增強(qiáng)、超高可靠低時延、海量機(jī)器類通信的“三角能力”外，5G-A將向垂直行業(yè)更深領(lǐng)域擴(kuò)展，

3、加強(qiáng)智能維領(lǐng)域探索，從支撐萬物互聯(lián)到使能萬物智聯(lián)，為社會發(fā)展、行業(yè)升級創(chuàng)造價值。而感知服務(wù)將是實現(xiàn)未來5G-A智能網(wǎng)絡(luò)升級、擴(kuò)展行業(yè)應(yīng)用的一個重要支撐能力，通信與感知融合成為5G-A一個重要演進(jìn)方向。通常，感知系統(tǒng)與通信系統(tǒng)具備不同的功能，二者獨立存在。感知系統(tǒng)主要是獲取周圍環(huán)境或者物體的信息，從而實現(xiàn)定位以及追蹤等目的。傳統(tǒng)的感知技術(shù)主要是依賴于無線電波、雷達(dá)、紅外線以及傳感器等，例如，雷達(dá)是利用電磁波探測目標(biāo)的電子設(shè)備。雷達(dá)發(fā)射電磁波對目標(biāo)進(jìn)行照射并接收其回波，由此獲得目標(biāo)至電磁波發(fā)射點的距離、距離變化率（徑向速度）、方位、高度等信息。目前，雷達(dá)技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，比如機(jī)載、艦載、基地

4、雷達(dá)等對目標(biāo)進(jìn)行檢測和成像。而通信系統(tǒng)主要是借助電磁波在自由空間的傳播，保證通信數(shù)據(jù)的傳遞。通信感知融合基于軟硬件資源以及頻譜資源共存/共享在一張網(wǎng)上同時實現(xiàn)無線感知與無線通信功能。在5G-A階段，通感融合旨在利用移動通信基礎(chǔ)設(shè)施使能感知服務(wù)，實現(xiàn)一網(wǎng)多能，充分發(fā)揮移動網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢滿足不同場景下的感知性能要求，同時借助感知服務(wù)可以為通信性能帶來一定提升。一方面，借助于通信系統(tǒng)實現(xiàn)感知維度的測量、降低感知硬件部署成本、發(fā)揮無縫覆蓋網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢有效擴(kuò)展感知范圍；另一方面，基于對無線通信信道環(huán)境的感知、識別與預(yù)測進(jìn)一步創(chuàng)新無線通信資源管理、提升無線通信系統(tǒng)的性能。未來通信感知融合技術(shù)應(yīng)用場景較為廣泛，可應(yīng)用

5、于大部分廣域和局域場景，滿足其通信和感知的雙重需求，如智慧交通、智慧低空、智慧生活、智慧網(wǎng)絡(luò)等。通信感知融合將開啟超越傳統(tǒng)移動網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接的應(yīng)用大門。為了使通信和感知高效共存，實現(xiàn)高性能的感知能力，產(chǎn)業(yè)需要共同推動通感融合技術(shù)研究、共同定義標(biāo)準(zhǔn)感知功能與接口、加強(qiáng)試驗研發(fā)驗證基于通信網(wǎng)絡(luò)的感知應(yīng)用能力。在后續(xù)章節(jié)中，本報告將主要研究分析典型場景下的通感融合應(yīng)用需求，通過探討利用移動通信系統(tǒng)作為關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施向感知領(lǐng)域延伸的能力與優(yōu)勢，進(jìn)一步挖掘5G技術(shù)的核心價值，推進(jìn)通信感知融合技術(shù)研究與應(yīng)用產(chǎn)業(yè)發(fā)展，為社會發(fā)展和行業(yè)升級創(chuàng)造無限可能。1圖數(shù)據(jù)始終處于最新狀態(tài)。但是激光雷達(dá)在惡劣天氣下效果較差，比如

6、大霧、大雨或大范圍的塵土。當(dāng)前方大車遮擋導(dǎo)致探測死角，攝像頭無法探測前方紅綠燈。自動駕駛汽車行駛的過程中，由于需要車輛對自身位置進(jìn)行實時定位，因此對高精地圖提出更高的精度要求，此外考慮到實際路況信息的復(fù)2 智慧交通場景通感融合需求分析應(yīng)用案例1：高精地圖構(gòu)建隨著交通領(lǐng)域聯(lián)網(wǎng)化、數(shù)字化、智能化、云化的趨勢，通過匯集道路、車、人的信息來組成城市交通管理和優(yōu)化的基礎(chǔ)，支撐多種交通業(yè)務(wù)，是智慧交通的重要組成部分。無人化與自主化是智慧交通的主要特征，智慧交通在交通領(lǐng)域中充分運用物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術(shù)，對交通管理、交通運輸、公眾出行等領(lǐng)域全方面進(jìn)行管控支撐，使交通系統(tǒng)在區(qū)域、城市甚至更大的時空范圍具備感知、

7、互聯(lián)、分析、預(yù)測、控制等能力，以充分保障交通安全、發(fā)揮交通基礎(chǔ)設(shè)施效能、提升交通系統(tǒng)運行效率和管理水平。為了完整呈現(xiàn)實時高速路交通狀態(tài)，及時準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)擁堵、事故、道路異常等交通事件，需要在城市路口和關(guān)鍵路段采集視頻和多種路側(cè)傳感器信息。此外，車路協(xié)同是智能交通系統(tǒng)的重要發(fā)展方向，需要連接海量交通終端設(shè)備，實現(xiàn)視頻、雷達(dá)等多種交通終端設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析，高效感知路、車、人的實時狀態(tài)。但當(dāng)前感知設(shè)施部署還面臨頻譜資源緊缺、性能提升、部署成本高等眾多挑戰(zhàn)。本章節(jié)主要列舉了智慧交通領(lǐng)域里面比較典型的通感融合場景以及商業(yè)價值，5G網(wǎng)絡(luò)提供感知能力，一方面實現(xiàn)道路的全方位感知，同時簡化路側(cè)設(shè)施部署，

8、將加速智慧交通的發(fā)展。案例描述自動駕駛集感知、決策和控制等功能于一體，是智慧交通場景的重要組成部分。人類駕駛是通過眼睛、耳朵等器官去感知車身周邊環(huán)境，憑借道路記憶或傳統(tǒng)導(dǎo)航地圖，依靠駕駛經(jīng)驗及技巧保證汽車安全行駛并到達(dá)目的地。自動駕駛系統(tǒng)用傳感器替代了人類感官，用地圖替換了人的道路記憶，而高精地圖是實現(xiàn)高階自動駕駛的核心，能夠為自動駕駛汽車提供車道級導(dǎo)航服務(wù)。目前，L3級別以上的自動駕駛系統(tǒng)中，高精地圖已成為必不可少的組成部分。其不僅包含了更加豐富、精確的車道級信息，同時實現(xiàn)了路況內(nèi)容的實時更新。通常情況下，高精地圖包括道路屬性（車道數(shù)、施工狀態(tài)等）、交通設(shè)施（交通信號燈、斑馬線、停止線等等）

9、、車道模型（車道線、曲率/坡度、中心線、車道屬性變化等）等信息，高精地圖依賴于從激光雷達(dá)掃描、移動攝像頭、連接傳感器和GPS（Global Positioning System，全球定位系統(tǒng)）設(shè)備收集信息，通過不間斷地對地圖信息進(jìn)行采集，從而保證地圖1 動態(tài)高精地圖構(gòu)建示意圖注：本文中所有圖均為示意圖，僅針對通感融合某種工作模式舉例示意3雜性，比如某些時刻自身車輛與旁邊車道只有幾十厘米距離的情況下，也需要有高精地圖作為參考。基于通信與感知融合技術(shù)，使用新一代無線網(wǎng)絡(luò)的無線通信信號，可以在基站側(cè)或者端側(cè)實現(xiàn)低成本、低開銷的環(huán)境感知能力，將最大數(shù)量的環(huán)境信息整合到新一代無線網(wǎng)絡(luò)中，實現(xiàn)超分辨成像、

10、透視和夜視。如圖1所示，一方面，利用通信感知融合基站或者多站協(xié)同可以實現(xiàn)對道路環(huán)境的感知，即針對區(qū)域的感知，利用基站的高視角，擴(kuò)大感知范圍，彌補(bǔ)車載傳感器在惡劣環(huán)境下的感知缺陷和遮擋盲區(qū)，有效實現(xiàn)宏觀道路匹配、車輛自定位和全局環(huán)境感知，為自動駕駛汽車安全運行提供超視距輔助。另一方面，高清地圖構(gòu)建可包含端側(cè)實時環(huán)境感知信息的測量反饋，并同時用于ADAS （Advanced Driving Assistance System, 高級駕駛輔助系統(tǒng)）以提高駕駛的舒適性和安全性。基于通信與感知融合技術(shù)，車載設(shè)備利用無線通信信號獲取感知數(shù)據(jù)，并將感知結(jié)果發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)側(cè)提供給高精地圖服務(wù)商以及ADAS。車輛行

11、駛時，車載設(shè)備發(fā)送感知信號，并基于其他車輛的反射信號，感知其他車輛的距離和速度，將相關(guān)感知數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)側(cè)和ADAS。在停車場使用自動或輔助泊車功能時，車輛發(fā)送感知信號，并基于停車位附近的物體（例如汽車、立柱）的反射信號，感知其他物體的距離和位置，將相關(guān)感知數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)側(cè)和ADAS。業(yè)務(wù)需求參考5GAA（5G Automotive Association，5G汽車聯(lián)盟）給出的高精地圖場景需求1，給出了感知數(shù)據(jù)傳輸速率和感知時延需求。高清地圖對于信息實時性、準(zhǔn)確率、連續(xù)性具有很高要求，因此刷新率、傳輸速率、時延要求高。由于地圖主要是針對室外道路公共區(qū)域，不涉及安全隱私風(fēng)險。此外，考慮到公路場景

12、下，主要是包括汽車、摩托車、行人等移動物體，針對這些移動物體的尺寸、形狀、移動速度、安全距離、路寬等給出了速度范圍、距離分辨率、速度分辨率、距離精度、角度精度、速度精度。例如，小車長度、寬度、高度分別為4m、1.7m、1.5m，高速單車道寬度為3.75m，限速120km/h，速度超過100km/h的安全距離為100m，速度低于100km/h的安全距離為50m，當(dāng)然還需考慮堵車等低速密集場景時車間距只在5-10m時，對感知分辨率和精度的提出了更高要求。綜上考慮，給出了下述感知業(yè)務(wù)指標(biāo)需求。表1 智慧交通高清地圖構(gòu)建感知業(yè)務(wù)指標(biāo)需求注：根據(jù)感知服務(wù)等級不同、應(yīng)用場景不同，對指標(biāo)需求不同，例如低感知

13、服務(wù)等級對感知數(shù)據(jù)刷新率要求為20Hz，高感知服務(wù)等級對感知數(shù)據(jù)刷新率要求為30Hz。4應(yīng)用案例2：道路監(jiān)管案例描述智慧高速作為新型交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的核心場景之一，集成應(yīng)用5G、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術(shù)，推進(jìn)高速公路傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)升級迭代，是推動交通領(lǐng)域綠色、智能轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)。當(dāng)前，高速公路建設(shè)開始由高速增長階段轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展階段，在轉(zhuǎn)型發(fā)展的過程中存在智慧管控手段不足的痛點。本案例主要從車輛信息統(tǒng)計和行人入侵高速檢測兩個子場景來展開描述。一、車輛信息統(tǒng)計智能交通系統(tǒng)中，車輛信息統(tǒng)計包括車流量檢測和車速檢測。其中，車流量檢測系統(tǒng)是非常關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，包括對城市交通道路中的車輛、行人等

14、進(jìn)行信息采集和監(jiān)控，實時地對道路當(dāng)前的擁堵情況、緊急交通事故等進(jìn)行智能化調(diào)度管理，從而實現(xiàn)了緩解交通阻塞和提高交通服務(wù)質(zhì)量的作用。傳統(tǒng)的車流量統(tǒng)計技術(shù)包括感應(yīng)線圈檢測、波頻檢測（如超聲波檢測和微波檢測）、視頻檢測等等。但是傳統(tǒng)統(tǒng)計技術(shù)存在諸多約束和不足之處。例如，感應(yīng)線圈檢測是基于環(huán)形線圈在磁場中的電磁感應(yīng)原理計算出道路中的車流量，但是線圈填埋方式費事費力，維護(hù)成本高。波頻檢測的方法是利用電磁波的反射特性，檢測器向車輛發(fā)出電磁波并接收反饋信息進(jìn)行檢測，但是這種方法檢測距離有限并且分辨率低。視頻檢測方法是通過監(jiān)控攝像頭來捕捉道路中車流量的信息，通過一系列圖像處理和分析算法對車輛目標(biāo)的特征進(jìn)行提取

15、，但是檢測結(jié)果受環(huán)境影響較大，由于光照強(qiáng)度變化產(chǎn)生的陰影，使得車輛在車流密集時很容易發(fā)生粘連問題，導(dǎo)致車輛檢測存在誤差，影響車流量統(tǒng)計的準(zhǔn)確性。如圖2所示，基于通信與感知融合技術(shù)，利用通信感知融合基站或者多站協(xié)同實現(xiàn)全天候、不間斷地探測行駛車輛的移動軌跡和移動速度，在監(jiān)控交通道路、卡口等重要路段統(tǒng)計各類車輛進(jìn)出區(qū)域的數(shù)量以及車輛行駛速度，從而根據(jù)實時監(jiān)控的車流量分析路口、路段的交通狀況，為交通調(diào)度、路況優(yōu)化提供精準(zhǔn)參考依據(jù)。圖2 車輛信息統(tǒng)計示意圖二、行人入侵高速檢測高速公路是最低限速60km/h的全封閉道路，通常車流量大、車速快。“高速公路，行人勿入”是高速交通安全常識，但行人上高速已經(jīng)成為

16、最易引發(fā)高速公路事故因素之一。根據(jù)交管單位發(fā)布的行人違法上高速的案例，比較典型的示例是以下幾種：高速服務(wù)區(qū)工作人員在上下班途中橫穿高速公路、周邊村民橫穿高速公路抄近道、行人上高速拾荒、客車駕駛員在高速路行駛過程中甩客等等。行人、非機(jī)動車違法上高速公路的危害極大，不僅危及自身生命安全，還會危害高速公路行車安全。高速公路車速較快，駕駛?cè)撕茈y發(fā)現(xiàn)突然橫穿道路的行人，有時駕駛?cè)思幢惆l(fā)現(xiàn)了，往往也來不及剎車避讓，最終導(dǎo)致碰撞事故發(fā)生。同時為了躲避違法進(jìn)入高速公路的行人，駕駛?cè)送鶗扇【o急避讓措施，但這種情況極易導(dǎo)致車輛失控，危及駕乘人員的安全。如圖3所示，基于通信與感知融合技術(shù)，利用通信感知融合基站對

17、高速周邊環(huán)境進(jìn)行檢測，定位并跟蹤入侵高速公路的行人。同時，還可以第一時間通知交管單位進(jìn)行執(zhí)法，勸阻行人趕緊離開，保障高速公路的安全行駛環(huán)境。圖3 行人入侵檢測示意圖綜上所述，基于通信與感知融合技術(shù)，利用通信感知融合基站或者多站協(xié)同可以實現(xiàn)對道路環(huán)境的感知，實現(xiàn)全方位、全天候、不間斷地探測行駛車輛的移動軌跡和移動速度，并將感知信息上傳至處理中心，還可以利用感知通信融合技術(shù)對車輛進(jìn)行持續(xù)跟蹤，實現(xiàn)事件狀態(tài)的動態(tài)監(jiān)測、全面提升高速公路運行狀態(tài)智能感知能力，為高速公路交通安全提供數(shù)據(jù)支撐。業(yè)務(wù)需求道路監(jiān)管的感知業(yè)務(wù)需求同時適用于車輛信息統(tǒng)計和行人入侵高速檢測。道路監(jiān)管對于信息實時性、連續(xù)性要求較低，但

18、對準(zhǔn)確度要求較高，因此刷新率、傳輸速率、時延要求可以適當(dāng)降低。由于監(jiān)管主要也是針對室外道路公共區(qū)域，不涉及安全隱私風(fēng)險。其它參數(shù)指標(biāo)類似2.1中的分析，但指標(biāo)要求可以低一個等級。綜上考慮，給出了下述感知業(yè)務(wù)指標(biāo)需求。表2 智慧交通道路監(jiān)管感知業(yè)務(wù)指標(biāo)需求應(yīng)用案例3：高鐵周界入侵檢測案例描述隨著高速鐵路技術(shù)的快速發(fā)展和大規(guī)模投入運營，列車速度不斷提升，列車的安全運行愈發(fā)重要。由于列車運行的環(huán)境有高架橋、山區(qū)以及隧道等等，針對高鐵沿線及相關(guān)設(shè)施的破壞活動時有發(fā)生，軌道異物入侵問題已經(jīng)嚴(yán)重影響到了鐵路的安全行駛，給高鐵運行安全帶來了嚴(yán)重的威脅，因此需要對軌道進(jìn)行檢測防護(hù)，防止異物入侵軌道。表3列舉了

19、不同種類的異物給鐵路運輸帶來的安全危害。異物入侵事件具有突發(fā)性和隨機(jī)性，發(fā)生的時間和 地點往往很難預(yù)測。傳統(tǒng)鐵路安防工程量大、成本高且需要人工操作進(jìn)行干預(yù)。此外，現(xiàn)有技術(shù)誤報率過高、無人值守區(qū)域?qū)е卤O(jiān)控盲點，已經(jīng)越來越難以達(dá)到日益提升的安全運輸環(huán)境需求。表3 異物入侵的類型和危害目前，面向高速鐵路的5G技術(shù)在車地之間已經(jīng)建立了滿足支持高速移動、高速率、高可靠、 高實時的通信鏈路。如圖4所示，基于通信與感知融合技術(shù)，通信感知融合基站可以實現(xiàn)對鐵路軌道環(huán)境進(jìn)行感知，實現(xiàn)全天候的異物入侵檢測。圖4 高鐵周界入侵檢測示意圖業(yè)務(wù)需求國鐵周界檢測主要是針對車輛、人、大型動物、塌方滑坡等進(jìn)行檢測，因此檢測物

20、體尺寸可以以分辨人為基準(zhǔn)（1.7m*0.5m），移動速遞以人步行為基準(zhǔn)（2km/h）。入侵高鐵周界屬于高危型事件，因此對于信息實時性、準(zhǔn)確率、傳輸速率具有一定要求，但考慮到入侵物體速率較低，刷新率和時延要求可稍微降低。而由于主要是針對室外鐵道公共區(qū)域，不涉及安全隱私風(fēng)險。根據(jù)高速鐵路設(shè)計規(guī)范2，高速單車道寬度為1.435m，護(hù)坡寬度3m，單軌路基寬度8.6m，可以推斷出安全保護(hù)帶寬度可以為3-4m，所以給出了下述感知業(yè)務(wù)指標(biāo)需求。表4 智慧交通高鐵周界入侵感知業(yè)務(wù)指標(biāo)需求 智慧低空場景通感融合需求分析 根據(jù)中國民航局2019年第一季度無人機(jī)云數(shù)據(jù)統(tǒng)計3：運行高度在120m以下的無人機(jī)占96.5

21、%， 1000m以下的無人機(jī)占據(jù)99.9%。未來幾年無人機(jī)在國內(nèi)將有數(shù)百億元的產(chǎn)業(yè)空間，預(yù)測到2025年，國內(nèi)無人機(jī)市場總規(guī)模將達(dá)750億。其中行業(yè)應(yīng)用農(nóng)林植保約為200億，安防市場約為150億，電力巡檢約為50億，而用于航拍娛樂的消費級市場為300億。借助于5G網(wǎng)絡(luò)，低空無人機(jī)發(fā)展邁向全新階段，無人機(jī)能全天候、全空域執(zhí)行偵察、預(yù)警、通信等多種任務(wù)，同時無人機(jī)也可廣泛應(yīng)用于航拍、警力、城市管理、農(nóng)業(yè)、地質(zhì)、氣象、電力、搶險救災(zāi)等垂直行業(yè)。在未來城市中，將有大量無人機(jī)被應(yīng)用于工業(yè)巡檢、治安巡邏、交通運輸?shù)葓鼍埃硗膺€有部分無人機(jī)被應(yīng)用于繁多的細(xì)小領(lǐng)域，例如保險取證、畜牧監(jiān)測、文物保護(hù)。目前的無人

22、機(jī)空域管理系統(tǒng)并不能做到針對群體性飛行的管理，包括空中防碰撞、流量管控、空域管控，也無法解決無人機(jī)與民航、通航之間空域使用的沖突。面對未來數(shù)以百萬架的無人機(jī)，依舊存在著監(jiān)管不力、安全等問題，主要有以下幾點原因：無人機(jī)監(jiān)管難度大，低空無人機(jī)數(shù)目多，體積小，執(zhí)行任務(wù)復(fù)雜多樣，很難用雷達(dá)來監(jiān)控它們。無人機(jī)缺乏有效的信息獲取手段，難以全面、及時感知規(guī)避障礙物，導(dǎo)致空中碰撞的風(fēng)險增加。從無人機(jī)運營方面，缺乏高效飛行任務(wù)的申報渠道，造成黑飛現(xiàn)象屢禁不止。針對上述問題，本章節(jié)主要列舉了無人機(jī)領(lǐng)域內(nèi)的通感融合場景，以期有效地利用通信感知融合技術(shù)，獲得更為全面的空域信息，能夠更好地識別潛在威脅目標(biāo)，確保低空無人

23、機(jī)更安全、更可靠的規(guī)避飛行，構(gòu)建更加穩(wěn)定的無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制及運行系統(tǒng)。面向無人機(jī)場景，利用基站通信功能實現(xiàn)信息回傳和飛行控制；利用基站對一定區(qū)域進(jìn)行感知可識別無人機(jī)的飛行狀態(tài)、檢測障礙物、監(jiān)測氣候變化等，提供監(jiān)管類和輔助飛行類服務(wù)，進(jìn)一步地，利用基站對機(jī)上終端的感知功能可針對特定無人機(jī)進(jìn)行監(jiān)管。具體智慧低空感知業(yè)務(wù)場景可歸納如下：無人機(jī)監(jiān)管：針對存在電子圍欄的區(qū)域，若感知到無人機(jī)接近圍欄邊界或?qū)⑼黄茋鷻谙拗茣r，給出圍欄告警；無人機(jī)避障：對空域進(jìn)行全方位多角度的探測并將感知結(jié)果提供給無人機(jī)，為避障預(yù)警提供冗余量，提升避障成功率；飛行入侵監(jiān)測：監(jiān)測特定區(qū)域，若感知到非法無人機(jī)，則給出入侵告警；飛行路

24、徑管理：感知無人機(jī)位置、高度、航向、速度等信息，若發(fā)現(xiàn)與原計劃飛行軌跡不符，則給出飛行一致性告警；同一區(qū)域存在多個無人機(jī)時，根據(jù)各無人機(jī)的位置、高度、航向、速度等信息，預(yù)測其航跡，若預(yù)計無人機(jī)間將發(fā)生沖突，則給出沖突告警。應(yīng)用案例1：無人機(jī)監(jiān)管和避障案例描述下面主要介紹無人機(jī)監(jiān)管和無人機(jī)避障兩大應(yīng)用場景。一、無人機(jī)監(jiān)管輕小型民用無人機(jī)在航拍、農(nóng)業(yè)、測繪等領(lǐng)域大顯身手，同時也會干擾民航飛行，造成事故。為實現(xiàn)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4。條例明確，除空中禁區(qū)、機(jī)場、軍事禁區(qū)、危險區(qū)域等周邊一定范圍內(nèi)，微型無人機(jī)無需批準(zhǔn)可以在真高50米以下空域飛行，輕

25、型無人機(jī)可以在真高120米以下空域飛行。此外，按照相關(guān)規(guī)定，無人機(jī)飛行前還要向空管部門申請飛行空域和計劃，得到批準(zhǔn)后才能行動。除此之外任何飛行都叫“黑飛”。但是，當(dāng)前很多無人機(jī)飛行并未嚴(yán)格遵守國家相關(guān)規(guī)定，導(dǎo)致未經(jīng)許可闖入公共及敏感區(qū)域、意外墜落、影響客機(jī)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(shù)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(jī)廠商均推出了電子圍欄功能，無人機(jī)接近不準(zhǔn)起飛的地帶會自動發(fā)出警報，并無法操控進(jìn)入禁飛區(qū)域。目前，除了機(jī)場附近得到了較嚴(yán)格的電子圍欄保護(hù)，類似軌道交通沿線、高鐵站、碼頭等重點區(qū)域，依然是一些電子圍欄的盲點。基于通信與感

26、知融合技術(shù)，利用通信感知融合基站或者多站協(xié)同實現(xiàn)對特定區(qū)域的全天候、不間斷地探測無人機(jī)的出現(xiàn)或鄰近、以及跟蹤無人機(jī)的移動軌跡和移動速度，以實現(xiàn)對非法進(jìn)入的無人機(jī)進(jìn)行監(jiān)管，為安全低空提供精準(zhǔn)參考依據(jù)。二、無人機(jī)避障無人機(jī)感知與規(guī)避技術(shù)是實現(xiàn)未來無人機(jī)空域集成應(yīng)用的核心技術(shù)之一。由于中低空以及超低空的空域越來越“擁擠”，無人飛行器與其他物體發(fā)生碰撞的風(fēng)險與日俱增，造成了極大的安全隱患。通常，無人機(jī)基于搭載的機(jī)載傳感器（如雷達(dá)）對空間環(huán)境進(jìn)行感知，主要的感知目標(biāo)包括飛行空域的各類合作/非合作動態(tài)目標(biāo)以及各類靜止障礙物。在復(fù)雜的無人機(jī)任務(wù)環(huán)境和氣象條件下進(jìn)行目標(biāo)的檢測、跟蹤、識別, 實現(xiàn)精確、穩(wěn)定的目

27、標(biāo)狀態(tài)獲取和可靠的態(tài)勢感知和威脅評估是無人機(jī)環(huán)境感知的主要挑戰(zhàn)。目前，主流無人機(jī)型具備全向感知與避障系統(tǒng)，應(yīng)用了紅外感知、目視感知系統(tǒng)、毫米雷達(dá)波等多種技術(shù)，能夠探測在其安全鄰域或空域監(jiān)視范圍內(nèi)是否存在障礙物（包括靜止物體或運動的其它飛行器），通過分析自身和障礙物的相對運動狀態(tài)，由操作手或自動進(jìn)行分析決策，從而解除潛在的碰撞危險。感知系統(tǒng)是無人機(jī)感知與規(guī)避系統(tǒng)中第一個環(huán)節(jié)，需要檢測并獲取障礙物信息，為決策系統(tǒng)提供支撐。出于對單機(jī)傳感設(shè)備帶來的高成本考慮，一些無人機(jī)可能不會安裝或只安裝低能力的用于避障的傳感設(shè)備。那么對于這些中小型無人機(jī)，可以借助通信感知融合基站實現(xiàn)對空域中無人機(jī)進(jìn)行面向區(qū)域或者

28、面向特定目標(biāo)/設(shè)備粒度的感知，將周圍環(huán)境的感知結(jié)果（比如障礙物的位置、形狀和其他無人機(jī)的飛行速度）提供給處理中心，可以實現(xiàn)無人機(jī)避障。此外，單機(jī)感知和避障系統(tǒng)由于建筑物等遮擋存在探測范圍受限的問題，通信感知融合基站的連續(xù)組網(wǎng)可以對空域進(jìn)行全方位多角度的探測并將感知結(jié)果提供給無人機(jī)，可以為避障預(yù)警提供冗余量，提升避障成功率，如圖5所示。圖5 無人機(jī)避障示意圖業(yè)務(wù)需求對無人機(jī)的感知指標(biāo)是參考雷達(dá)能力。感知數(shù)據(jù)量和感知數(shù)據(jù)刷新率、感知帶寬、感知特征、感知方法等因素有關(guān)，在該場景中，需要對無人機(jī)周圍環(huán)境進(jìn)行感知，感知特征（障礙物的位置、形狀和其他無人機(jī)的飛行速度等）眾多，感知數(shù)據(jù)量大，基站得到的感知信

29、息發(fā)送給核心網(wǎng)感知管理功能會對基站和核心網(wǎng)之間的通信速率有要求，特別是在實時性要求較高的情況下，感知數(shù)據(jù)傳輸對通信速率的要求高。此外，感知時延應(yīng)該是毫秒級別的。綜上考慮，給出了下述感知業(yè)務(wù)指標(biāo)需求。表5 智慧低空無人機(jī)監(jiān)管和避障感知業(yè)務(wù)指標(biāo)需求應(yīng)用案例2：飛行入侵檢測案例描述隨著無人機(jī)市場的不斷拓寬，越來越多的民用無人機(jī)進(jìn)入到生活當(dāng)中，無人機(jī)被廣泛地應(yīng)用于民事和軍事領(lǐng)域，比如航拍攝影、商業(yè)表演、物流配送等等。越來越多的民用無人機(jī)進(jìn)入到生活當(dāng)中，在帶來便利的同時也造成了“黑飛”事件頻發(fā)，嚴(yán)重危害公共安全和個人隱私。無人機(jī)“黑飛”的定義，在2.2.1.1章節(jié)中已有相關(guān)描述，詳細(xì)定義可參見中國民航局

30、發(fā)布的無人駕駛航空器飛行管理暫行條例。目前對無人機(jī)的監(jiān)管存在盲區(qū)，給社會的安全和公共秩序造成了不容忽視的危害。例如，近期每年都存在無人機(jī)擾航事件發(fā)生，導(dǎo)致航班延誤，擾亂客機(jī)飛行任務(wù)和秩序。對于體育館、廣場等公共活動區(qū)域，無人機(jī)入侵還可能潛在地威脅到人群的人身安全，導(dǎo)致安全事故發(fā)生。無人機(jī)具有飛行高度低，有效探測面積小，不容易被偵測發(fā)現(xiàn)的特點，當(dāng)前的無人機(jī)探測技術(shù)包括雷達(dá)探測、音頻探測、視覺探測等等。雷達(dá)探測技術(shù)根據(jù)對雷達(dá)回波的多普勒頻移信息的分析，進(jìn)一步探測運動目標(biāo)。音頻探測技術(shù)通過采集聲音信號并進(jìn)行信號處理，提取無人機(jī)的聲音特征進(jìn)行無人機(jī)探測。視覺探測技術(shù)通過采集圖像信息進(jìn)行圖像處理實現(xiàn)無人

31、機(jī)的探測。但是，當(dāng)前的探測技術(shù)圖6 無人機(jī)突破電子圍欄示意圖15也存在諸多缺點，例如雷達(dá)探測易受低空雜波影響，多普勒效應(yīng)不明顯，反射面積小，雷達(dá)檢測困難且成本較高。音頻探測受環(huán)境噪聲干擾大，探測距離較短，適用范圍較小。視覺探測技術(shù)主要依賴于運動目標(biāo)檢測技術(shù)，探測精度不高。由此可見無人機(jī)“黑飛”情況的避免除了加強(qiáng)有效的無人機(jī)監(jiān)管之外，在通感融合系統(tǒng)中，可以利用無線基站，對覆蓋范圍內(nèi)進(jìn)行全空域檢測，定位并跟蹤侵入到范圍內(nèi)的無人機(jī)，可利用通感網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對無人機(jī)位置信息的實時感知，進(jìn)而實現(xiàn)面向固定區(qū)域的無人機(jī)入侵監(jiān)測。此外，考慮到當(dāng)探測空域內(nèi)的無人機(jī)入侵之后，會立即采取行動來驅(qū)趕“黑飛”的無人機(jī)，無需對

32、入侵空域的無人機(jī)的數(shù)量進(jìn)一步識別，因此通感場景下的業(yè)務(wù)需求可以不用過多考慮感知分辨率。而且由于探測空域較大（如機(jī)場10km*10km）且存在安全緩存區(qū)，所以不需要過高的感知精度要求。該需求可廣泛應(yīng)用于政府機(jī)關(guān)、旅游景點、港口碼頭等固定重點安全區(qū)域以及地點靈活的重大活動保障（例如演唱會、開/閉幕式等）。基于同一實現(xiàn)技術(shù)邏輯，可針對無人機(jī)的飛行范圍實現(xiàn)電子圍欄預(yù)警：利用感知網(wǎng)絡(luò)，針對劃定電子圍欄的區(qū)域，若網(wǎng)絡(luò)感知到無人機(jī)接近圍欄邊界或?qū)⑼黄茋鷻谙拗茣r，給出無人機(jī)突破圍欄告警，可有效提高無人機(jī)飛行安全。如圖6所示，無人機(jī)進(jìn)入醫(yī)院電子圍欄范圍內(nèi)，有嚴(yán)重干擾醫(yī)院急救直升機(jī)的起飛/降落的可能，對醫(yī)院里的人

33、員和物品可能造成影響。通過無人機(jī)飛行入侵檢測，讓無人機(jī)及時避開電子圍欄，可有效避免該影響。業(yè)務(wù)需求感知精度相關(guān)指標(biāo)參考雷達(dá)能力。該場景下的技術(shù)要求相比路徑管理或避障場景的技術(shù)要求要低（精度要求低），感知數(shù)據(jù)量相比路徑管理應(yīng)用低。在該場景中，無需對無人機(jī)身份進(jìn)行識別，因此安全隱私要求低。綜上考慮，給出了下述感知業(yè)務(wù)指標(biāo)需求。表6 智慧低空飛機(jī)入侵檢測感知業(yè)務(wù)指標(biāo)需求應(yīng)用案例3：飛行路徑管理案例描述隨著無人機(jī)的廣泛應(yīng)用和普及，無人機(jī)在執(zhí)行飛行任務(wù)時，如何在有限的時間內(nèi)避開環(huán)境中的障礙物和擁堵航線，規(guī)劃合理、安全、有效的飛行路徑規(guī)劃直接影響無人機(jī)的飛行效率。無人機(jī)路徑規(guī)劃是無人機(jī)自主飛行的關(guān)鍵因素之

34、一，它指的是為無人機(jī)規(guī)劃出從起始點到目標(biāo)點的一條或者多條實際可飛的路徑。一般情況下根據(jù)環(huán)境信息和各條航線上的無人機(jī)飛行狀況，選擇最優(yōu)路徑，以避開障礙物、避免飛行擁堵、防止進(jìn)入飛行限制區(qū)、防止在人員密集區(qū)域飛行等。一方面，對于合法的受監(jiān)管無人機(jī)，會將其自身信息注冊登記到運營商網(wǎng)絡(luò)和無人機(jī)監(jiān)管中心。利用基站的感知能力，通信網(wǎng)絡(luò)可獲得無人機(jī)位置、高度、航向、速度等信息，并將上述信息提供給相關(guān)的無人機(jī)服務(wù)商或飛行管理中心，基于對各條航線上的無人機(jī)數(shù)量和飛行速度等信息的統(tǒng)計，可輔助其對無人機(jī)飛行路徑的管理。具體地，當(dāng)目標(biāo)無人機(jī)接入通信網(wǎng)絡(luò)后，利用自帶GPS等設(shè)備或蜂窩網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)，獲得定位信息并將坐標(biāo)發(fā)

35、送給無人機(jī)服務(wù)商或飛行管理中心。基于無人機(jī)位置信息和基于感知得到的各條航線上的無人機(jī)飛行狀況，無人機(jī)服務(wù)商或飛行管理中心的無人機(jī)操作系統(tǒng)依據(jù)反饋信息對既定飛行路線作出調(diào)整，同時通信網(wǎng)絡(luò)可利用感知或高精度定位等技術(shù)對無人機(jī)進(jìn)行定位跟蹤，進(jìn)行飛行路徑輔助監(jiān)測，如圖7所示。圖7 無人機(jī)路徑管理示意圖另一方面，對于非法的無監(jiān)管無人機(jī)，其可能會無意或有意地闖入無人機(jī)航線上，影響其它合法無人機(jī)的正常飛行甚至導(dǎo)致重大安全事故，因此需要對此類無人機(jī)進(jìn)行及時發(fā)現(xiàn)及時處理。通信網(wǎng)絡(luò)可以通過基站對各航線進(jìn)行實時感知，當(dāng)出現(xiàn)不可識別的非法無人機(jī)時，快速反饋給飛行管理中心進(jìn)行相應(yīng)應(yīng)急處理，如現(xiàn)場捕獲非法無人機(jī)并定責(zé)等。

36、需要說明的是本案例中的合法無人機(jī)是指網(wǎng)聯(lián)無人機(jī)，即可實現(xiàn)與基站接入的通信終端。通信網(wǎng)絡(luò)可利用通信功能實現(xiàn)信息回傳與飛行控制，同時通過感知功能，識別無人機(jī)的飛行狀態(tài)，飛行路線中的路障等，提供輔助飛行服務(wù)。業(yè)務(wù)需求感知精度的相關(guān)指標(biāo)參考雷達(dá)能力。在該場景中，既需要對無人機(jī)特征進(jìn)行識別，也需要對周圍環(huán)境進(jìn)行識別，感知信息較多，感知數(shù)據(jù)量大。此外，需要對無人機(jī)的進(jìn)行實時控制，因此，對于端到端的感知時延要求高。在該場景中，需要識別被感知無人機(jī)的身份，安全隱私要求也高5。綜上考慮，給出了下述感知業(yè)務(wù)指標(biāo)需求。表7 智慧低空飛行路徑管理感知業(yè)務(wù)指標(biāo)需求 智慧生活場景通感融合需求分析智慧生活應(yīng)用范圍很廣。5G

37、-A通感融合旨在通過通信設(shè)備間的信號傳輸感知生活場景中的環(huán)境信息或者環(huán)境變化的特征，用于服務(wù)于人們的生活，如健康監(jiān)測、家居安全、家居健身服務(wù)、出行安全等。結(jié)合5G-A通信網(wǎng)絡(luò)空口特點，當(dāng)前智慧生活領(lǐng)域應(yīng)用通感融合技術(shù)的主要應(yīng)用案例包括呼吸監(jiān)測、入侵檢測、手勢/姿態(tài)識別、運動健身監(jiān)測、天氣監(jiān)測等。應(yīng)用案例1：呼吸監(jiān)測案例描述呼吸頻率是重要的生命體征，能夠有效反映當(dāng)前身體健康狀況，呼吸與人體的健康狀況息息相關(guān)，呼吸急促或呼吸不暢等癥狀都反映了身體的非健康狀況，例如常見的感冒、流感、肺部病毒感染等疾病，也會引發(fā)咳嗽、鼻塞等呼吸問題，由于上呼吸道堵塞引起的呼吸暫停癥狀更是會威脅到患者的生命健康。在臨床

38、醫(yī)學(xué)上，現(xiàn)有醫(yī)療設(shè)備都是通過有線連接技術(shù)獲取高精度的呼吸信號，檢測器監(jiān)測由于人體呼吸運動產(chǎn)生的胸腹部壓力、呼吸音、氣流、溫度、胸部阻抗等各種生理參數(shù)的變化，接觸式檢測在醫(yī)院病床監(jiān)護(hù)場景下被廣泛使用，但在居家生活中對日常睡眠進(jìn)行長期不間斷的檢測則不適用。一部分人不希望使用可穿戴設(shè)備，影響睡眠舒適度，且購買專門的設(shè)備以及維護(hù)等增加了額外的成本開銷。其次，使用過程中可能會因為人體的隨機(jī)活動導(dǎo)致傳感器接觸不良或者直接脫落，并且佩戴的檢測設(shè)備對于部分患者可能產(chǎn)生皮膚刺激，例如嬰兒或有皮膚燒傷的病人等。因此，如何在室內(nèi)實現(xiàn)持續(xù)的非接觸式呼吸監(jiān)測技術(shù)，是迫切需要解決的問題。常見的非接觸式呼吸檢測技術(shù)例如諧振

39、電路調(diào)頻法對于電流過于敏感，如電路中本身存在的電路噪音會產(chǎn)生干擾，檢測準(zhǔn)確度存在問題；渦流檢測方法則會帶來一定的副作用；紅外熱成像檢測法會因為周圍環(huán)境的溫度導(dǎo)致一定程度的誤差，機(jī)器視覺檢測方法通過攝像頭收集人體的視頻信息間接獲取呼吸信息，但是該方法受到光照條件的影響，并且不能有遮擋，應(yīng)用場景進(jìn)一步受到了限制。相比較之下，利用無線信號檢測能夠克服以上不足，且由于無線信號在絕大部分場景中廣泛存在，不僅可以應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域的病床監(jiān)護(hù)也可以應(yīng)用于日常家庭睡眠情況監(jiān)測，具有無接觸、低成本的優(yōu)點。關(guān)于呼吸監(jiān)測，通過基站和終端間發(fā)送信號，以及接收信號和感知測量來進(jìn)行呼吸監(jiān)測如圖8所示。圖10 0dB信噪比下環(huán)

40、境中無移動物的仿真結(jié)果20圖8 基站和終端間收發(fā)信號的呼吸監(jiān)測示意圖基于3GPP信道模型可進(jìn)行初步評估，假設(shè)采用CDL-D（Cluster Delay Line-D，簇延時線-D）信道，其中選擇一簇為呼吸影響的反射路徑且功率設(shè)定為10.1dB，呼吸時胸腔起伏假設(shè)為00.005m（5mm），呼吸頻率設(shè)為0.2Hz。根據(jù)信噪比和環(huán)境中是否有其他移動物等情況分別進(jìn)行仿真驗證，在1根發(fā)送天線和4根接收天線、不同信噪比、不同NLOS（Non-Light Of Sight，非視距）簇移動狀況下仿真結(jié)果如圖9-圖12所示。圖9 20dB信噪比下環(huán)境中無移動物的仿真結(jié)果圖11 20dB信噪比下非呼吸影響NLO

41、S簇增加3km/h移動速度的仿真結(jié)果圖12 20dB信噪比下呼吸影響NLOS簇增加1km/h移動速度的仿真結(jié)果根據(jù)上述仿真結(jié)果，呼吸監(jiān)測感知不僅與信噪比有關(guān)，還與環(huán)境中其他變化的因素有關(guān)。在理想信道無噪聲的情況下，并且環(huán)境中無其他物體移動的情況下，從呼吸頻率檢測結(jié)果來看，呼吸頻率檢測效果最佳。隨著信噪比降低和環(huán)境中其他物體移動，呼吸頻率檢測結(jié)果可以明顯觀察到上述因素引入的噪聲和干擾，尤其是當(dāng)受檢測目標(biāo)存在移動時，對呼吸檢測效果產(chǎn)生嚴(yán)重影響。因此，基于當(dāng)前 5G信號進(jìn)行呼吸檢測是可行的方案，適合于包括睡眠以及病床監(jiān)護(hù)等目標(biāo)相對靜止場景下的長時間呼吸檢測。業(yè)務(wù)需求人類典型呼吸頻率范圍在1030次/

42、每分鐘6，呼吸檢測結(jié)果每隔110s刷新一次能夠滿足呼吸異常情況檢測。呼吸速率檢測結(jié)果體現(xiàn)在多普勒域，相干檢測時間窗口為10s時能夠達(dá)到至少0.1Hz的多普勒分辨率，即呼吸速率相差6次/每分鐘以上既可以區(qū)分出來。呼吸速率精度體現(xiàn)為多普勒精度95%，虛警概率2%是可實現(xiàn)且符合業(yè)務(wù)需求的。如上一小節(jié)所述，基于無線感知的入侵檢測，相比于基于視頻的入侵檢測存在隱私性高的優(yōu)勢。由于入侵檢測需要持續(xù)對用戶居家環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，感知數(shù)據(jù)的安全隱私等級高。表9 智慧生活入侵檢測感知業(yè)務(wù)指標(biāo)需求應(yīng)用案例3：手勢/姿態(tài)識別案例描述在智能家居、智能穿戴設(shè)備、智能汽車以及VR（Virtual Reality，虛擬現(xiàn)實）/A

43、R（Augmented Reality，增強(qiáng)現(xiàn)實）等領(lǐng)域都增加中，人機(jī)交互技術(shù)的重要程度日益凸顯。其中，手勢識別是一種最直接、最簡便的交互方式。在早期的穿戴式手勢識別技術(shù)中，手勢識別需佩戴專用的傳感器設(shè)備，通過傳感器采集信息進(jìn)行識別、這種方式成本高，而且用戶體驗收到較大影響。隨后隨著計算機(jī)圖像處然而，這種方式容易受光照條件的影響，當(dāng)光照不穩(wěn)定，識別準(zhǔn)確率就會降低，另外也存在個人隱私容易泄露的問題。基于無線信號的手勢識別技術(shù)，因其部署方便、配置成本低、信號傳輸范圍廣、適用性強(qiáng)等優(yōu)點而受到越來越多的關(guān)注，其作為一種免穿戴、無接觸的人機(jī)交互方式，目前已成為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界研究的熱點領(lǐng)域之一。在當(dāng)前互聯(lián)

44、網(wǎng)社會中，無線網(wǎng)絡(luò)已逐漸成為現(xiàn)實生活的重要補(bǔ)充和延展，大部分公共區(qū)域都實現(xiàn)了LTE（Long Term Evolution，長期演進(jìn)）/5G無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，所以基于無線信號的手勢識別技術(shù)具有天然應(yīng)用基礎(chǔ)。基于無線信號的手勢/姿態(tài)識別彌補(bǔ)了傳統(tǒng)手勢識別技術(shù)的缺陷，比如部署成本高，用戶隱私得不到保護(hù)，以及受環(huán)境條件制約較大。如圖14所示，基于無線信號的行為感知方法，具有實現(xiàn)成本低、部署過程便捷和無需攜帶設(shè)備等優(yōu)勢，并且能夠在各種應(yīng)用環(huán)境中進(jìn)行部署，不受光照條件的影響，相較于傳統(tǒng)方法感知范圍大幅提升，用戶無需擔(dān)心隱私受到侵犯，甚至在有部分遮擋的情況下也可以進(jìn)行有效地手勢/姿態(tài)識別。圖14 手勢/姿態(tài)識

45、別示意圖業(yè)務(wù)需求為了保證良好的用戶體驗，手勢/姿態(tài)識別的識別準(zhǔn)確率不能太低。在研究工作12中，基于Wifi CSI（Channel State Information，信道狀態(tài)信息）時間序列的手指動作識別準(zhǔn)確率達(dá)到了96%；在研究工作13中，通過多接收機(jī)感知手勢識別準(zhǔn)確率能夠達(dá)到92.7%；在研究工作14中，2、3、4、5個用戶同時進(jìn)行手勢識別的識別準(zhǔn)確率分別能夠達(dá)到95.0%、94.6%、93.6%、 92.6%以及90.9%。在研究工作15中，基于LTE信號也能進(jìn)行手勢識別，平均識別準(zhǔn)確率達(dá)到95%以上。對于手勢/姿勢識別類應(yīng)用，往往可能涉及到用戶服務(wù)內(nèi)容、用戶操作密碼等，安全隱私等級高。

46、綜上考慮，給出了下述感知業(yè)務(wù)指標(biāo)需求。表10 智慧生活手勢/姿態(tài)識別感知業(yè)務(wù)指標(biāo)需求應(yīng)用案例4：健身監(jiān)測案例描述由于工作、學(xué)習(xí)壓力等外界因素，當(dāng)前社會亞健康人群急速膨脹，據(jù)研究表明，世界上約80的人群長期處于亞健康狀態(tài)，很多人時常會感到精神緊張、身心疲憊。長時間久坐、用眼過度等工作生活習(xí)慣使得出現(xiàn)頸椎病、焦慮癥、重度肥胖等疾病的人群日益龐大，體育鍛煉的重要性不言而喻，日常的鍛煉與人們的生活息息相關(guān)，也逐漸成為現(xiàn)代居民關(guān)注的重點。在這樣的背景下，依托互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和新媒體技術(shù)的運動健身類APP以及各種配套的健身方案應(yīng)運而生，無論在辦公室，家中還是健身房，只需要有限的空間和簡單的器械變可以進(jìn)行體育鍛煉

47、，不受時間和空間的限制。為了向鍛煉者提供有用的反饋并改善他們的鍛煉體驗，需要能夠準(zhǔn)確監(jiān)控和評估鍛煉效果的強(qiáng)大且易于部署的解決方案。在過去的幾年中，常見的方案包括基于視覺以及可穿戴設(shè)備等方式，基于視覺的方法利用攝像頭或相機(jī)采集鍛煉動作的視頻或圖像信息，然后使用圖像處理技術(shù)以及計算機(jī)視覺等方法識別不同動作，然而該方式存在隱私問題和光照要求，且要求攝像頭和用戶之間無遮擋；基于可穿戴設(shè)備的方式需要將設(shè)備連接到用戶的身體上，這在鍛煉期間會帶來不便和影響運動效果，且需要額外的購買成本開銷。相比之下，無線信號具有穿透性強(qiáng)、感知范圍大，不記錄涉及隱私的敏感信息、無需佩戴裝置、低成本等優(yōu)勢，前面提到的典型室內(nèi)健

48、身場景均有無線信號的覆蓋，如圖15所示，利用無線信號感知進(jìn)行例如跑步、深蹲、俯臥撐、仰臥起坐等健身運動的識別、計數(shù)等，可以替代攝像頭以及穿戴式設(shè)備，成為較有前景的運動健身輔助方案。圖15 健身監(jiān)測示意圖業(yè)務(wù)需求人類進(jìn)行跑步、深蹲、俯臥撐、仰臥起坐等健身運動時，檢測結(jié)果每隔0.510s刷新一次能夠滿足檢測需求，對于這些重復(fù)性健身動作的頻次的檢測結(jié)果體現(xiàn)在多普勒域，相干檢測時間窗口為10s時能夠達(dá)到至少0.1Hz的多普勒分辨率，即至少可以分辨出每分鐘重復(fù)次數(shù)相差6次以上的健身動作，健身動作重復(fù)速率精度體現(xiàn)為多普勒精度95%，能夠滿足日常健身輔助需求，對于健身監(jiān)測，需要傳輸?shù)母兄獢?shù)據(jù)，即檢測結(jié)果，可

49、以是健身動作識別結(jié)果，以及健身次數(shù)或速率（多普勒檢測結(jié)果），還可以是原始的信道信息，對于帶寬要求較低，且可以選擇檢測結(jié)果較好的子載波數(shù)據(jù)或者對多個子載波數(shù)據(jù)進(jìn)行合并，因此需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較小，健身動作監(jiān)測屬于個人信息，對安全隱私要求較高。綜上考慮，給出了下述感知業(yè)務(wù)指標(biāo)需求。表11 智慧生活健身監(jiān)測感知業(yè)務(wù)指標(biāo)需求應(yīng)用案例5：天氣監(jiān)測案例描述天氣監(jiān)測例如降雨監(jiān)測對天氣預(yù)報、氣候模型、農(nóng)業(yè)、水利工程設(shè)計等有重要意義，傳統(tǒng)降雨監(jiān)測主要有雨量計、氣象雷達(dá)和衛(wèi)星等。雨量計通過對接收到的雨水進(jìn)行計量來檢測局部區(qū)域降雨量，具有空間分辨率高的優(yōu)點，然而雨量計的空間覆蓋范圍小，廣域覆蓋時需要部署大量雨量計及配套

50、設(shè)備。氣象雷達(dá)通過測量雨滴的反射回波信號提取降雨信息，具有時間分辨率高、可定位降雨位置、可檢測降雨分布、檢測范圍廣等優(yōu)點；然而氣象雷達(dá)誤差因素來源較多，設(shè)備昂貴、且具有較大的電磁污染、不適合大量部署。氣象衛(wèi)星通過各種氣象遙感載荷接收包括紅外光、可見光、微波等信號來分析云層及風(fēng)速風(fēng)向等氣象信息，從而提取包括降雨在內(nèi)的各種氣象信息，具有時間分辨率和空間分辨率高的優(yōu)點，然而氣象衛(wèi)星獲取的降雨強(qiáng)度等信息不精確，通常用作輔助覆蓋。如圖16所示，在通信感知融合場景下，可以利用已有的移動通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行天氣監(jiān)測；基本方法是測量通信鏈路中的信號鏈路衰減，進(jìn)而利用信號鏈路衰減與天氣指標(biāo)之間的關(guān)系分析得到對應(yīng)的天氣指

51、標(biāo)。以降雨監(jiān)測為例，降雨率R（mm/hr）與信號鏈路衰減A（dB/km）之間具有明確的指數(shù)關(guān)系 A=aRb，其中a和b為常數(shù)。通信感知融合中天氣監(jiān)測的最大優(yōu)勢是無需額外部署硬件、具有較大的成本優(yōu)勢，此外還具有傳感器數(shù)量大、空間分布廣泛、降雨監(jiān)測的時間和空間分辨率高、可檢測降雨分布等優(yōu)勢。圖16 天氣監(jiān)測示意圖業(yè)務(wù)需求降雨檢測的目標(biāo)是檢測特定的地點在特定的時間是否有降雨、以及在有降雨的情況下的降雨的大小。降雨的大小主要由降雨率來描述，單位是mm/hr；通常又會根據(jù)降雨率的范圍將降雨的大小分類為小雨、中雨、大雨、強(qiáng)降雨、暴雨和大暴雨等，其降雨率數(shù)值的范圍分別為：0.492.7、 2.713.3、1

52、3.327.3、27.348.6、48.6133.2和大于133.217。從降雨率的數(shù)值上來看，為了準(zhǔn)確的區(qū)分降雨大小的分類，降雨率的分辨率需要在1mm/hr左右。降雨過程在時間和空間上具有一定的分布，降雨檢測的結(jié)果應(yīng)能夠盡可能準(zhǔn)確地反應(yīng)降雨的時空分布、同時又不占用過多的資源。降雨的時間分布用數(shù)據(jù)刷新率來描述，一方面基于通信鏈路進(jìn)行降雨檢測具備每10s更新一次的能力，另一方面在基于通信鏈路進(jìn)行降雨檢測的已有協(xié)議中規(guī)定每15分鐘執(zhí)行一次降雨檢測18；因此降雨檢測的數(shù)據(jù)刷新率的指標(biāo)可以參考已有協(xié)議定位每15分鐘刷新一次或者相當(dāng)?shù)臄?shù)量級。降雨的空間分布指標(biāo)，即空間分辨率，參考傳統(tǒng)的雨量計的部署密度、

53、并結(jié)合通信鏈路的空間分布規(guī)律，可確定為 1km3km19。因降雨檢測僅對信號強(qiáng)度進(jìn)行測量和分析，需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較低。并且降雨信息不涉及安全和隱私問題，所以對安全隱私要求低。綜上考慮，給出了下述感知業(yè)務(wù)指標(biāo)需求。表12 智慧生活天氣監(jiān)測感知業(yè)務(wù)指標(biāo)需求 智慧網(wǎng)絡(luò)場景通感融合需求分析通信感知融合將實現(xiàn)通信能力和感知能力的交融互通，一方面，借助于通信系統(tǒng)提升感知精準(zhǔn)度、提高感知時效性、實現(xiàn)無縫泛在的感知服務(wù)；另一方面，基于對無線通信信道環(huán)境的感知、識別與預(yù)測進(jìn)一步提升無線通信系統(tǒng)的性能，助力構(gòu)建智慧網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)用案例1：基站和終端波束管理在當(dāng)前的無線通信系統(tǒng)中，廣播信道、控制信道、數(shù)據(jù)信道、參考信號等都

54、采用基于波束的方式進(jìn)行發(fā)送和接收，為了保證基于波束傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和健壯性，基站和終端需要在傳輸過程中進(jìn)行相互的波束測量和確定，以確保使用正確的波束進(jìn)行控制和業(yè)務(wù)信道的傳輸。現(xiàn)有的波束訓(xùn)練和波束跟蹤方法需要基站頻繁發(fā)送訓(xùn)練序列并進(jìn)行測量反饋，空口時頻資源開銷過大，同時還具有時延較高，波束跟蹤時效性較差，難以及時與無線信道實時匹配等缺陷，進(jìn)而造成較高的波束失敗和通信中斷概率。如圖17所示，基于感知技術(shù)獲取小區(qū)內(nèi)終端位置信息等可以縮小波束掃描范圍、縮短波束訓(xùn)練時間：例如當(dāng)感知工作模式為終端發(fā)送上行感知信號，基站測量時，第一步，基站基于終端發(fā)送的參考信號做感知，確定終端的位置信息，但是僅僅獲取終端的位置

55、信息只能確定終端工作在LOS徑時的最佳波束，終端工作在NLOS徑時的最佳波束還需要考慮信號的反射等因素；第二步，終端發(fā)送的參考信號經(jīng)過了周圍環(huán)境的反射等到達(dá)基站，可以輔助基站感知獲取通信信道的環(huán)境信息，進(jìn)而確定終端工作在LOS還是NLOS環(huán)境，以及對應(yīng)的更精確的波束信息，輔助縮小通信波束訓(xùn)練范圍。基于感知技術(shù)獲取通信信道環(huán)境信息等可以進(jìn)行波束預(yù)測，降低波束測量反饋開銷并提升波束跟蹤時效性：例如當(dāng)感知工作模式為終端發(fā)送上行感知信號，基站測量時，第一步，基站基于終端發(fā)送的參考信號做感知，確定終端的位置信息、移動速度、運動方向等信息，基于此基站可以預(yù)測終端的運動軌跡等；第二步，終端發(fā)送的參考信號經(jīng)過

56、了周圍環(huán)境的反射等到達(dá)基站，可以輔助基站感知獲取通信信道的環(huán)境信息，基站可以基于預(yù)測的終端運動軌跡以及感知的信道環(huán)境信息可以進(jìn)行波束預(yù)測，提升波束跟蹤時效性。圖17 感知輔助基站和終端波束管理示意圖應(yīng)用案例2：信道估計增強(qiáng)信道狀態(tài)信息CSI的反饋決定了MIMO（Multiple-in Multiple-out，多進(jìn)多出）傳輸?shù)男阅埽ㄟ^CSI反饋可以獲知信道能夠承載的信息流數(shù)、信道的質(zhì)量或信噪比、信道預(yù)編碼矩陣等。當(dāng)前的CSI測量及反饋流程，隨著天線數(shù)的增加，CSI-RS（CSI Reference Signal, 信道狀態(tài)信息參考信號）/SSB信道測量資源和CSI反饋開銷隨之增加；隨著信道環(huán)

57、境狀態(tài)信息的快速變化，CSI反饋結(jié)果難以及時與無線信道實時匹配，將會嚴(yán)重影響信道傳輸質(zhì)量。如圖18所示，基于感知技術(shù)進(jìn)行通信信道環(huán)境識別與預(yù)測，提升通信系統(tǒng)信道估計性能：例如當(dāng)感知工作模式為終端發(fā)送上行感知信號，基站測量時，第一步，基站基于終端發(fā)送的參考信號做感知，獲取信道狀態(tài)信息，提升信道估計準(zhǔn)確性；第二步，終端發(fā)送的參考信號經(jīng)過了周圍環(huán)境的反射等到達(dá)基站，可以輔助基站感知獲取通信信道的環(huán)境信息。同時，基站可以結(jié)合人工智能技術(shù)進(jìn)一步預(yù)測信道狀態(tài)信息，從而降低信道測量和反饋開銷，提升通信系統(tǒng)頻譜效率。圖18 感知輔助信道估計增強(qiáng)應(yīng)用案例3：基站和終端節(jié)能相比于4G網(wǎng)絡(luò)，5G網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬增大，基

58、站通道數(shù)增多，造成系統(tǒng)靜態(tài)功耗顯著增加。此外， 5G網(wǎng)絡(luò)由于部署頻段增高，覆蓋范圍變小，越發(fā)密集的基站部署也造成整個網(wǎng)絡(luò)總體功耗進(jìn)一步增加。網(wǎng)絡(luò)實測數(shù)據(jù)顯示基站能耗隨著小區(qū)負(fù)載變化并沒有顯著變化，深夜空載時段PRB（Physical Resource Block，物理資源塊）利用率只有2%，但是能耗高達(dá)滿載下的60%，也就是說空載時基站能耗仍有很大節(jié)省空間。空載時，基站仍要以波束掃描的方式周期性發(fā)送SSB（Synchronization Signal Block，同步信號塊）、SIB（System Information Block，系統(tǒng)信息塊）、尋呼等公共信令，為小區(qū)內(nèi)空閑態(tài)終端或新進(jìn)入小區(qū)

59、的終端提供服務(wù)。如圖19所示，基于感知技術(shù)獲取小區(qū)內(nèi)空閑態(tài)終端密度和位置等信息，可以輔助基站側(cè)能耗調(diào)整：例如當(dāng)感知工作模式為“終端發(fā)送上行感知信號、基站測量”時，基站基于終端發(fā)送的感知信號做測量，可以確定小區(qū)內(nèi)空閑態(tài)終端個數(shù)及位置等信息，此外，終端發(fā)送的參考信號經(jīng)過了周圍環(huán)境的反射等到達(dá)基站，可以輔助基站感知獲取通信信道的環(huán)境信息，進(jìn)而確定終端工作環(huán)境，以及對應(yīng)的更精確的波束信息，從而輔助基站進(jìn)行合理的節(jié)能策略選擇。同時，從終端節(jié)能角度，如果只允許連接態(tài)終端才能發(fā)送或者接收感知信號，則會導(dǎo)致原本沒有通信需求的空閑態(tài)終端為了實現(xiàn)感知功能需要頻繁的進(jìn)入連接態(tài)，嚴(yán)重增加了終端能耗。因此，允許終端在空

60、閑態(tài)發(fā)送或接收感知信號可以使得終端無需進(jìn)入連接態(tài)就完成感知功能，進(jìn)而節(jié)省終端能耗。圖19 感知輔助基站和終端節(jié)能應(yīng)用案例4：基站資源調(diào)度與優(yōu)化隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與智能手機(jī)的不斷進(jìn)步，人們對于移動網(wǎng)絡(luò)的流量需求呈現(xiàn)爆發(fā)式的增長。為了滿足越來越豐富的通信業(yè)務(wù)需求和越來越龐大的流量需求，基站在提升網(wǎng)絡(luò)容量的同時，也亟需解決因此帶來的網(wǎng)絡(luò)能耗增加。如圖20所示，一方面，網(wǎng)絡(luò)可以基于業(yè)務(wù)特征、用戶喜好等特征感知并預(yù)測網(wǎng)絡(luò)中用戶的業(yè)務(wù)數(shù)量以及QoS（Quality of Service，服務(wù)質(zhì)量）的需求，并配置相應(yīng)的基站資源調(diào)度策略。基站通過配置基站天線、頻譜資源等手段，保證網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的QoS、連續(xù)性，滿