超越5G，期待通感一体（ISAC）引领雷达定位及更多应用

什么是“超越5G”？人们可能会提到“高级版5G”和“6G”，但这些其实只是名称或标签，真正的进步在哪里？一个重要的推动力是通信感知一体化（ISAC）。过去，蜂窝通信和基于无线的传感这两种功能相对独立，彼此之间并没有太多联系。然而，现在的ISAC计划旨在实现这两者之间更紧密的共存，朝着“通信辅助感知”和“感知辅助通信”的方向发展，即实现通信感知一体化，或通感一体。

在基本层面上，通过ISAC实现的通信感知一体化，可以在超越5G的新标准中降低硬件和信号传输的成本，然而，益处远不止于此。一些大型通信企业看到了ISAC在交通、医疗、制造、消费和公共服务等领域的显著应用机会。在目前我们熟悉的应用场景中，ISAC/超越5G的技术可以提高基站（大到小）与用户设备之间的频谱和能源效率。这里的用户设备是一个广泛的概念，包括汽车、电话和所有连接到蜂窝网络的终端设备。它还带来了雷达定位的优势。

机遇

ISAC通感一体概念相对较新，导致分析师在对整体市场机会进行估计时面临挑战。尽管如此，V2X市场作为这个领域的一个子集，将利用超越5G的通信，预计在2023到2030年间将实现近52%的增长（达到95亿美元）。与此同时，无人机市场预计将在2024到2029年间以9.9%的年复合增长率增长。可以合理假设，仅凭能效提升一项就能促进手机、平板电脑和可穿戴设备的通信升级。

同样，超越5G的增强频谱效率和吞吐量也能帮助网络运营商从固定基站投资中获得更高的效率和价值。雷达定位增加了新增价值，并能以多种方式加以利用。这些都是我们期待向ISAC通感一体解决方案过渡的重要理由。

超越5G的雷达定位

一个令人兴奋的可能性是，从基站到汽车的信号可以充当雷达定位探头，能够在返回信号中提供位置和速度信息给基站。基站不仅可以利用这些信息改进波束形成以优化通信，还能预测随着汽车的移动，波成形算法应该如何调整，从而提高链路的吞吐量和服务质量（QoS）。在更广泛的层面上，超越5G ISAC的这些优势也适用于基站与用户设备的连接、交通中的V2X链接、仓储机器人以及无人机导航。

反过来，ISAC通感一体无线传输可以充当扩展传感器，检测其范围内的用户设备，即使它们并未主动与发射器通信。通过多个天线，雷达定位功能就有机会检测未传输信号的用户设备。基于这些信息和用户设备位置，网络可以减少信道状态信息（CSI）请求或用户设备发送CSI更新的频率，从而降低用户设备功耗和网络开销。

CSI描述了信号在发射器与接收器之间的传播效果，包括由于功率随距离衰减和散射而导致传输不够完美的因素。对范围内的多辆汽车或其他用户设备的CSI进行采样，可增强信息的可用性，以便在汽车继续行驶时根据位置确定最佳吞吐量配置。这些雷达定位信息也可以为自动驾驶或半自动驾驶车辆管理提供重要补充，例如在车辆紧密跟随时。

技术挑战

3GPP（第三代合作伙伴计划）已经开始研究超越5G的ISAC通感一体的用例和需求，例如在5G高级版本中，并且正在向6G方向发展；不过，具体的需求仍然需要进一步明确。与此同时，包括Ceva在内的通信专家们正在探索如何在不影响通信的情况下，最大化雷达定位功能，同时降低总体成本、尺寸和功耗。

现在专家们面临的一个挑战在于，如何寻找有效的方法来管理正交信号，以确保数据通信和雷达定位目标之间不会相互干扰。另一个挑战是在网络感知中管理CSI请求。研究者们正在权衡是通过降低CSI报告来降低功耗，还是牺牲波束成形的预测准确性，后者可能导致用户设备性能下降。研究者需要找到一个平衡点，以确保既能节省能耗，又不影响通信质量。

此外，超越5G的雷达定位还需要全双工支持（雷达发射和接收），这需要天线和射频解决方案的创新。

总结

通信感知一体化（ISAC）提供了将无线网络作为扩展传感器的可能性，通过增强雷达定位技术实现，扩展了超越5G和6G的应用潜力。基础设施、汽车、用户设备和嵌入式解决方案的公司，如Ceva，以及3GPP，正在积极探索如何将这一概念变为现实，并在可扩展应用中实现成本效益。

本文中提到的应用是ISAC通感一体技术潜力的初步体现，未来还有更多可能性待开发。当前的目标是以更低的成本和功耗提升吞吐量，并推出多种应用，从而增强现有的使用模式。此外，ISAC的专家们还看到了提高雷达定位精度的机会，这将使手势识别等其他类型的感知应用成为可能。ISAC将为我们在汽车及其他众多市场开辟一个全新的蜂窝网络世界！

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