通信感知一体化技术研究报告

目录

目录..............................................................................I

图目录.............................................................................II

表目录............................................................................III

引言................................................................................1

第一章通信感知一体化概述...........................................................1

1.16G对通信感知一体化需求........................................................1

1.2通信感知一体化范畴............................................................3

1.3通感一体化对频谱需求..........................................................4

第二章通信感知一体化研究现状与发展趋势.............................................7

2.1通信感知一体化国内外研究现状..................................................7

2.2通信感知一体化技术发展趋势...................................................10

2.3通信感知一体化技术路线.......................................................14

第三章通信感知一体化应用场景......................................................17

3.1服务类场景与用例.............................................................17

3.2应用类场景与用例.............................................................20

第四章通信感知一体化基础理论研究..................................................26

4.1无线感知相关基础理论.........................................................26

4.2通信感知一体化基础理论.......................................................32

第五章通信感知一体化关键技术......................................................37

5.1通信感知一体化关键技术挑战...................................................37

5.2通信感知一体化空口关键技术...................................................37

5.3通信感知一体化架构与组网设计.................................................41

5.4通信感知一体化硬件架构与设计.................................................46

第六章总结........................................................................48

参考文献...........................................................................49

贡献单位说明.......................................................................54

I

图目录

图1通信感知一体化链接物理与数字世界..........................................3

图2通信感知一体化范畴........................................................4

图3通信感知一体化的技术发展趋势.............................................10

图4通信感知一体化的业务共存阶段中性能指标体系示意图.........................12

图5通信感知一体化的能力互助阶段中性能指标体系示意图.........................13

图6通信感知一体化的网络共惠阶段中性能指标体系示意图.........................14

图7通信感知一体化应用场景与用例.............................................17

图8基于毫米波/太赫兹通信感知一体化系统......................................19

图9智能家居应用场景........................................................21

图10气候环境监测应用场景...................................................24

图11检测概率与目标回波信噪比及虚警概率的关系曲线............................27

图12通信感知一体化示意图...................................................33

图13通信感知一体化波束赋形设计..............................................39

图14通信感知一体化三层框架..................................................42

图15通信感知计算一体化网络架构..............................................43

图16通信感知一体化的业务连续性需求..........................................44

图17通信感知一体化的不同感知链路............................................45

图18通感一体化硬件架构示意图................................................46

II

表目录

表格1无线感知分辨率计算公式.................................................28

表格2无线感知定位精度计算公式...............................................28

表格3无线感知无模糊精度范围计算公式.........................................29

表格4克拉美罗计算公式.......................................................29

表格5无线感知距离盲区计算公式...............................................30

表格6互信息加权波形生成方法.................................................38

III

引言

在IMT-2030推进组的统一安排下，无线技术工作组通信感知一体化任务组就通信感知一体

化技术在6G应用场景需求、基础理论、空口技术、组网技术、硬件架构等方面开展了深入调

研分析，为下一步相关研究工作提供指导和思路。本报告在对当前国内外的主要研究状况进行

调研分析的基础上，结合部分成员单位在通信感知一体化方面的一些研究工作，对通信感知一

体化的研究挑战及潜在关键技术及应用前景进行了分析与探讨，以期对未来的6G研究工作起

到一定的借鉴和指导作用。

第一章通信感知一体化概述

1.16G对通信感知一体化需求

信息技术日新月异。信息技术、移动通信技术、人工智能与大数据技术的深度融合（ICDT），

驱动着5G在技术和业务两个层面向6G演进，业务要素从人向智能体、物理空间和虚拟空间要

素扩展，信息处理功能需求从信息传递向信息采集、信息计算扩展。移动互联网和物联网业务

不断增强，AI业务、沉浸式业务和数字孪生业务不断涌现，正广泛渗透到个人应用以及智能制

造、智能交通、智慧能源、智慧医疗等垂直应用领域。AI业务基于机器学习技术辅助或代替人

类工作，其信息处理需求重点是感知、训练、推理和决策，沉浸式业务基于全息通信和扩展现

实（XR）技术实现通感体验与远程控制，其信息处理需求重点是感知、渲染与显示；数字孪生

业务是指基于物理与虚拟系统交互映射能力实现对物理世界的仿真与操控，其信息处理重点是

感知、建模与控制。

上述新兴业务对6G网络提出了端到端信息处理能力的更高诉求，使得通信感知一体化成为

6G技术与业务的主导趋势之一。6G网络预期将是移动通信网络、感知网络和算力网络的融合

体。狭义的感知网络是指具有目标定位（测距、测速、测角）、目标成像、目标检测、目标跟踪

和目标识别等能力的系统，广义指具有感知一切业务、网络、用户和终端，以及环境物体的属

性与状态的系统。

1

在复杂的应用场景中，业务信息处理流程呈现出通信感知高度耦合的特征，一是感知环节

与通信环节在时空域交叠，二是感知功能与通信功能相互影响；三是通信能力与感知能力具有

一致的大带宽频谱和大孔径天线的需求。6G新兴业务需求与5G网络在架构与能力上形成显著

差距，加速了6G新技术的研发进程。

首先，无线通信频段向毫米波、太赫兹和可见光等更高频段发展，与传统感知频段将产生

越来越多的重叠。在相同频谱实现通信与感知，避免干扰，提升频谱利用率，是技术与产业发

展的优选路径。其次，无线通信与无线感知在系统设计、信号处理与数据处理等方面呈现越来

越多的相似性。利用同一套设备或共享部分设备器件实现通信与感知，降低设备成本、体积和

功耗，同样是产品的优选形态。此外，超大规模天线、大带宽、智能超表面、人工智能等技术

的发展将进一步推动感知技术的发展。

以上业务需求与技术发展趋势催生了通信感知一体化技术。通信感知一体化是指基于软硬

件资源共享或信息共享同时实现感知与通信功能协同的新型信息处理技术，可以有效提升系统

频谱效率、硬件效率和信息处理效率。

同时具有通信和感知功能将是6G基站和终端的能力趋势。6G基站将具备对覆盖区域的目

标状态监控能力，例如低空飞行物、交通车流和热点人流，可检测、定位、识别和跟踪部分重

点目标。还具备对覆盖区域自然环境状态、天气等的实时测量能力。移动终端将升级为智能体，

无人车、无人机、机器人以及其他智能化设备系统能力不断增强。近距离上，智能体需要识别

人的位姿、动作和表情识别，增强人机接口性能，需要识别多智能体之间的动作状态，提升智

能体协作性能。微观距离需要识别人体内部、产品内部和物品内部的目标属性，提供远程、基

于AI的以及无人化的体检、质检和安检服务。这些服务进一步驱动智能体感知通信一体化，不

仅可以提升智能体间，以及智能体与系统间的信息交互能力，还有望降低智能体硬件设备体积、

功耗和成本，进而推动新业务的普适化。

面向未来6G无线网络，通信能力与感知能力将融合共生，演进成为“通信感知一体化”技

术方向，赋予6G网络无时不刻、无处不在地感知物理世界的能力，既充分满足多维感官的交

融互通，又有效支撑通信能力的广域拓展，开启超越传统移动通信网络联接的应用空间。

2

图1通信感知一体化链接物理与数字世界

1.2通信感知一体化范畴

在通信感知一体化中，感知能力聚焦无线信号感知，即通过分析无线电波的直射、反射、

散射信号，获得对目标对象或环境信息（如属性和状态等）的感知，完成定位、测距、测速、

成像、检测、识别、环境重构等功能，实现对物理世界的感知探索。

从无线感知方式的角度来讲，可以分为主动式/被动式与交互式/非交互式两个维度。

被动感知：感知者（网络侧或终端）通过获取目标对象发射的电磁波（如太赫兹波）或

反射来自感知者和目标对象之外的电磁波进行感知，比如射电天文中国的无源成像类感

知技术。

主动感知：感知者（网络侧或终端）发送电磁波，经过目标对象反射后，感知者接收回

波进行感知，比如发射探测信号的雷达类感知技术。其中接收反射波的节点不一定就是

发送探测信号的节点，即感知方的多个节点之间可以通过某种形式的联合处理实现主动

感知。

交互感知：感知者（网络侧或终端）与目标对象（网络侧或终端）之间通过信息交互，

对电磁波发送的主体、时间、频率、格式等内容进行约定（含实时通过握手交互方式约

定，以及通过标准规范等方式的事先约定），感知者对接收到的电磁波进行感知，比如

现有通信系统实现定位的方式可以认为是交互感知。

非交互感知：感知者（网络侧或终端）与目标对象之间不进行信息交互。

根据以上两种维度，实际的感知方式可以是主动-交互式、主动-非交互式、被动-交互式与

被动-非交互式的。例如，现有通信系统中的定位技术是一种被动-交互感知。

3

由此，本报告认为：通信感知一体化是指通过空口及协议联合设计、时频空资源复用、硬

件设备共享等手段，实现通信与感知功能统一设计，使无线网络在进行高质量通信交互的同时，

实现高精度、精细化的感知功能，实现网络整体性能和业务能力的提升。

通信感知一体化的核心设计理念是要让无线通信和无线感知两个独立的功能在同一系统中

实现且互惠互利。感知将不只是通信网络的优化或辅助工具，而是6G网络中的原生能力，与通

信能力互助共生，并为6G开辟新的应用前景。一方面，通信系统可以利用相同的频谱甚至复用

硬件或信号处理模块完成不同类型的感知服务。另一方面，感知结果可用于辅助通信接入或管

理，提高服务质量和通信效率。畅想面向2030年的信息社会，通信感知一体化将成为6G网络

中的基础性核心技术，有力支撑以万物智联、通感共生、虚实交融为特征的新型信息基础设施

的加速构建。

图2通信感知一体化范畴

1.3通感一体化对频谱需求

移动通信领域从2G到5G经历三十多年的发展，一直致力于通信能力和通信性能的持续提

升，而射频电磁波具有的无线感知能力并没有得到深度挖掘和应用。伴随着移动通信系统的工

作频率逐渐增高，5G网络中大规模天线得到广泛的应用，移动通信系统与雷达系统在频谱应用、

MIMO传输、数字和模拟波束赋形技术方案上有很大相似性，而5G的大规模天线和相控阵雷达

在设备形态上也具有趋同性，通信与感知的融合已经被学术界和产业界认为是B5G/6G的一个最

重要的技术演进方向。6G通过连接万物、智慧内生、多维感知的能力，将会成为物理世界与数

字世界连接的纽带。AI已被业界确定为6G网络的标志性能力，无处不在的AI应用将会是构建

在无穷无尽的大数据基础上，因此集成泛在感知能力的6G网络将成为一个巨大的传感器，无时

无刻地对物理世界进行感知。通信感知一体化的目标就是在同一频谱、同一设备上同时支持通

4

信和感知功能，可提升频谱利用率、降低设备成本，使能通信和感知两个功能的高效协同和互

惠互利。6G的设计目标就是内生集成智能、通信和感知，因此通感一体化在6G网络中对频谱

的需求整体上是全频段的，但同时也要结合不同频段的频谱特性，来分析和评估不同频段可达

到的感知性能指标和可满足的感知业务能力。

已经规模商用的4G/5G移动通信网络的射频频谱范围是在6GHz以下，毫米波频段也会在5G

网络中逐渐得到更加广泛的应用。6G会是全频谱网络，频谱使用会扩展到太赫兹频段。考虑到

不同频段的无线电磁波的传播特性的差异性、频谱带宽的可获得性、以及设备实现的规格和设

备形态的差异等，基于不同频段进行无线感知的能力也会存在差异，进而可获得的感知的性能

以及可满足业务能力也是不同的。如下针对几类典型的频段范围，从实现无线感知功能角度给

出了相关的差异性分析：

传统低频段

Sub-6GHz频段目前是4G/5G商用网络的主力频段，典型带宽是20M-100MHz。由于频段低，

无线传播路径损耗小，覆盖距离远，主要用于宏蜂窝室外覆盖。由于可用工作带宽的限制，时

间分辨率不高，目标定位和测距精度仅能达到1~10米量级。可以满足一般精度的目标感知和定

位业务的需求，但无法支持高精度定位和目标探测的需求。

毫米波频段

毫米波频段射频工作带宽大，距离分辨高，可以实现厘米级别目标定位。由于毫米波频段

设备都是基于相控天线阵方式实现模拟波束赋形方式，可以形成很窄的空间波束，因此也具有

很好的空间角度分辨率。因此相比低频段，毫米波可实现更高精度定位、高精度目标检测和跟

踪以及3D/4D成像。毫米波频段由于波长短，被感知物体的微小动作可引起信道状态信息的相

位变化，因此毫米波频段可支持如手势识别、姿态识别等人机交互的用例，也可实现呼吸、心

跳检测等人体特征细微变化类的用例。另外，相比低频段，毫米波频段对多普勒偏移的感知能

力更强，因此更适合应用在高速移动场景下的目标跟踪和运动速度测量，比如无人机追踪和智

能交通中的车速测量等。

太赫兹频段

太赫兹频段（0.1THz-10THz）相比毫米波频段有更大的带宽和更小的波长，比较适合于高

精度的中近距离的通信感知场景，且小波长的特征使得可以在很小的设备尺寸内集成足够多的

天线，因此非常适合小型化的通感一体化设备，易安装易携带。从感知角度，太赫兹带宽足够

5

大，天线数足够多，可实现近距离场景下的超高精度定位和成像应用，且由于太赫兹对许多介

电材料和非极性物质具有良好的穿透性，因此太赫兹频段也具有良好的穿透成像、材料探测、

物品缺陷检测等能力。另外，许多有机分子的振动和旋转频率在太赫兹波频段，可利用太赫兹

识别分子结构并分析物质成分，且具有指纹般的唯一性。

可见光频段

可见光频段（主要指390~830THz频段）可用的频带宽度极宽，因此可以实现超高速的通信

和超高精度的感知。目前可见光频段的发射器件已经可以实现较高功率的输出，且发光和探测

器件的尺寸更小，可以高密度集成，适合便携终端等场景。此外，由于可见光照明设施广泛存

在，因此布署起来也非常便捷。

6

第二章通信感知一体化研究现状与发展趋势

2.1通信感知一体化国内外研究现状

2.1.1通感一体化学术研究进展

通信与感知技术研究长期以来吸引了巨大的学术界的研究兴趣和广泛关注。在通信一体化

应用场景研究方面，中国信息通信研究院发表文章，对通信感知一体化愿景需求、应用场景，

技术趋势挑战进行了分析与研究[1]。华为技术有限公司在通感一体的驱动力，技术挑战和发展

趋势方面进行了研究[2][3]。在通感理论研究方面，亚利桑那大学的D.W.Bliss教授团队对雷达

和通信进行了联合信号模型假设和推导，定义基于克拉美罗下界的雷达速率评估准则，提出了

一种针对雷达与通信联合估计的理论评估准则[4]。在雷达与通信辅助定位方面，德州大学团队

研究在信道快衰和慢衰场景下雷达与通信辅助与GPS的定位性能评估[5]。慕尼黑工业大学的研

究团队基于广义信道反馈估计信道状态参数，对感知通信一体化性能极限问题进行了探究[6]。

J.A.Zhang等人研究了基于无线蜂窝网络的感知功能与特性，定义了感知移动网络（Perceptive

MobileNetwork,PMN），并讨论了利用信道估计信号、非信道估计信号、数据负载信号进行感

知[7]。此外，一些相关文献还介绍了上行感知的发射机和下行感知的接收机设计结构，提出感

知参数的直接估计和非直接估计等算法。此外，还有大量关于无线通感融合方案的研究。例如，

ZhangJAndrew等人设计了联合的高效波束成形方案[8]，北京邮电大学研究团队提出了通信感

知一体化波形设计方案[9]，F.Liu和C.Masouros讨论了混合波束赋形[10]，S.Ji等人探讨了MIMO

在通感融合系统中的应用[11]，Y.Zhou等人研究了资源分配问题[12]，H.Jiang等人概述了WiFi

感知在智能家庭中的应用[13]，C．Chaccour等人分析了太赫兹感知与成像典型场景与挑战[14]，

Z.Li等人利用感知获得的用户位置信息和环境地图提高密集城市网络中的通信吞吐量[15]，等

等。

2021年4月15日，由中国电子学会通信分会、华为技术有限公司、中国信通院、中国移动

研究院、中国通信学会物联网委员会主办，电子科技大学和西南交通大学协办的“第一届6G

通信感知一体化学术研讨会”在成都召开，众多国内外学术界和工业界的知名专家学者针对通

感一体的愿景和技术进行了演讲和圆桌讨论，有效促进通信感知一体化学术界与产业界之间的

交流。会议探讨了通信感知一体化技术发展历程、潜在新应用场景、理论界、指标体系、技术

7

挑战、技术方案研究进展等，在通感知一体化科学研究价值、工程前沿价值与应用价值等方面

达成研究共识，为6G网络能力及业务扩展升级提供积极的建议。

此外，IEEE成立了ISAC通信感知一体化新兴技术倡议委员会（ComSocISAC-ETI），通过

邀请十二位工业和学术界的专家学者，计划在半年时间内，以每两周一期在线研讨会的形式，

从不同方向探讨ISAC标准化、通信体系结构、信号处理算法、移动计算实现和信息理论基础

等相关领域的最新成果。截止2021年6月16日，该组织已成功举办了三期包括“感知通信一

体化在6G中的机遇与挑战（华为朱佩英博士）”、“JointRadarSensingandCommunications:Joint

Benefits"forfree"（柏林工业大学GiuseppeCaire教授）”、“DeepAnalog-to-DigitalCompression

withApplicationstoAutomotiveRadarandMassiveMIMO（以色列魏茨曼科学研究所YoninaEldar

教授）”等在内的ISAC-ETI系列研讨会。

2.1.2通感一体化产业动态进展

无线通信感知一体化因其不仅可以开辟全新的业务、还有可能开启超越传统移动通信网络

联接的应用空间的潜力，得到了国内产业界的广泛关注，并在相关领域已取得了一定的阶段研

究成果。在2018年GlobeCom大会上，业界首次提出基于无线频谱（特别是高频段）的通信

感知一体化技术研究方向[16]。国内多家公司和机构发布6G白皮书提出通感一体化技术作为6G

重要研究方向[2][18][19][20]。在2021年MWC和EUCNC展会上，华为公司进行了太赫兹通信和感

知成像样机的展示，完成基于太赫兹频点210Gbps通信速率和3毫米级成像精度的实时演示[8]。

此外，2021年4月9日，中国移动研究院和华为技术有限公司联合主办的“通信感知一体

化”行业应用研讨会在北京召开。运营商、行业应用厂商、网络设备商、终端厂商等产业代表

共同探讨“通信感知一体化”行业应用方向，分析5G演进和未来网络新能力带来的产业新机

遇，并展望感知在6G中的应用和机遇。会议研讨了基于5G网络构建广域高精度感知能力，解

决在无人机、交通管理、工厂自动化、国铁周界和医疗健康领域中的难题，希望进一步激发5G

网络以及未来6G网络的社会价值，推进通信感知融合在各行业走向规模商用。

美国也在无线通信感知一体化领域有相应的产业研究和布局。2020年，美国国防部高级研

究计划局（DARPA）正式宣布成立“太赫兹与感知融合技术研究中心”（ComSenter），ComSenTer

将太赫兹作为6G数据传输关键技术之一，研究开发高容量和高精度的通信感知一体化应用能

力。主要分为器件、电路、系统与样机展示四个小组，目标为太赫兹频段的超高速通信与高精

度成像。

8

此外，欧洲也非常重视无线通信感知一体化方向。2021年，HorizonEuropean的旗舰Hexa-X

项目由欧洲25个企业和高校联合成立，规划建立一个由互联智能、可持续性、全球服务覆盖、

极致体验和可信度组成的X使能结构。Hexa-X项目的目标包括在以下领域开发关键技术推动

因素：高频和高分辨率定位和传感的全新无线电接入技术；通过人工智能驱动的空中接口和未

来网络治理实现互联智能，以及用于网络分解和动态可靠性的6G架构推动因素。

2.1.3通感一体化标准研究进展

在蜂窝网络标准方面，定位作为5G时代的感知服务代表，已经在3GPP进行了3个Release

的标准化工作。3GPPRel-15NR定义了NR定位协议A（NRPPA），在Rel-16阶段开始研究基

于NR的定位技术，定义新的定位参考信号和终端/基站（UE/gNB）测量，更新定位的信令协

议和过程。定位技术作为典型的感知技术，是支撑未来通感知融的基础技术。3GPP定义的定位

技术主要用于对通信设备定位，而通感融合定位需求还包括对非通信设备的定位，因此针对不

同通感融合场景的定位技术还需要进一步的增强设计。无线通感融合技术目前处于技术预研阶

段，尚需进一步的梳理无线通感融合技术框架及关键技术，进一步的分析标准化需求，最终提

出并形成标准化协议体系。

在WiFi标准方面，IEEE802.11在2020年9月设立了IEEE802.11bf工作组，聚焦于无线

局域网感知（WLANSensing）。该标准化项目旨在提高WLAN传感的可靠性和效率，并建立无

线设备的互操作性，以推进一系列的全新、高价值的应用落地。WLAN感知可应用于房间、汽

车内部、企业等，感知人、物体、动物的诸多属性，例如距离、速度、角度、动作、人数计算

等。WLAN感知的测量结果可用于诸多新的工业和商业场景，例如半导体制造、企业网络、设

备的测试和维护。该标准还将推动各种终端应用的发展，如家庭安全、娱乐、能源管理、家庭

老人护理和辅助生活等。

在更高的频谱上，IEEE802.15.7制定了短距离可见光成像通信技术标准，要求网络支持指

定设备、移动台及车载设备等，且所有设备通信工作在可见光谱内。可见光成像通信指的是利

用图像传感器作为可见光通信的接收端，在对图像中明暗相隔的条纹解码的同时传递若干位信

息，进而实现可见光成像通信。

9

2.2通信感知一体化技术发展趋势

业界有观点认为，6G将构建起人机物智慧互联、智能体高效互通的新型网络，有能力提供

扩展现实、全息通信等深度沉浸式交互场景，全方位支持自动驾驶、无人机协作等高精度物理

空间感知业务，助力人类社会走向虚拟与现实深度融合的全新时代。因此，为支持以上愿景需

求，在未来6G网络中通信能力将与感知能力深度融合，感知能力逐渐升位，有力承载起沉浸

式、智慧化、无人化等全新业务。

在通信感知一体化的技术发展过程中，通信与感知将分阶段、分层次融合演进，其技术趋

势主要包括“业务共存、能力互助、网络共惠”三个阶段（图3所示）。首先，业务共存作为起

始阶段，原先分立的通信系统与感知系统已经集成在同一物理平台中，通信业务与感知业务作

为两种业务形态共同存在，技术方案重点关注干扰管理和资源分配等。然后，能力互助作为发

展阶段，通信能力与感知能力互助配合，实现感知辅助通信或通信辅助感知，技术方案重点关

注波形设计、收发处理算法等。最后，网络共惠作为成熟阶段，通信与感知将实现频谱资源、

硬件设备、波形设计、信号处理、协议接口、组网协作等全方位、多层次的深度融合，通信网

络与感知网络共惠双赢，技术方案重点关注多点感知、协作组网等。基于以上三个阶段的发展，

最终构建6G的内生感知能力。

图3通信感知一体化的技术发展趋势

2.2.1通信感知一体化业务共存阶段

业务共存作为通信感知一体化技术发展的起始阶段，通信感知一体化系统设计上已经支持

原先分立的通信系统与感知系统共享物理平台，进而极大地提升频谱效率、能量效率、硬件等

资源利用率，降低系统造价与成本。但二者还未实现波形、收发信号处理等算法层面的一体化

10

设计，因此如何管理并抑制二者间互干扰将成为研究重点。在这个阶段，通信感知一体化的技

术研究主要关注资源管理技术、干扰消除技术、频谱共享技术等。

在通信感知一体化技术发展的不同阶段，面对不同的技术关注点和需求，系统性能也有不

同的优化方向，需要考虑不同的通信感知一体化系统的性能指标体系。

在业务共存阶段，系统的优化设计以通信或感知的单方面性能指标为主要考虑，当通信与

感知二者之间存在资源分配和干扰协调等需求时，在满足系统基本需求的前提下单方面优化通

信或感知二者之一的性能。通信系统和感知系统设计的主要原则是二者之间尽可能避免相互影

响，也不存在相互辅助的考虑。

在业务共存的极端情况中，即通信或感知二者中只有一种业务存在时，则完全不需要考虑

对另一种业务的影响，只需在系统设计的限制条件下全力优化当前工作的系统。如图4中所示，

A点代表通信系统独立工作时性能指标最大化，即在通感一体化的前提下，仅聚焦于通信系统，

感知系统不工作，此时的指标体系可以表征为：

系统优化目标：Max{通信系统性能指标}

系统限制条件：保证通信系统的工作条件

而图4中的B点代表感知系统独立工作时性能指标最大化，即在通感一体化的前提下，仅

聚焦于感知系统，通信系统不工作，此时的指标体系可以表征为：

系统优化目标：Max{感知系统性能指标}

系统限制条件：保证感知系统的工作条件

另一方面，当通信与感知业务同时存在时，则需要统筹考虑优化二者之一的性能并减少彼

此之前的干扰等影响，图4中的C点，如果聚焦于通信系统，以优化通信系统性能（吞吐量、

频谱效率、时延、可靠性、连接密度等）为主，配合考虑不对感知系统产生影响；如果聚焦于

感知系统，以优化感知系统性能（距离分辨力、角度分辨力、速度分辨力、感知距离范围、识

别率、成像精度等）为主，配合考虑不对通信系统产生影响。此时，在通感一体化的前提下，

既关注通信系统，又关注感知系统，且同时工作。针对这种场景，整个系统的指标体系可以表

征为：

系统优化目标：Max{FunC(通信系统性能指标)+FunS(感知系统性能指标)}

系统限制条件：满足通信系统的工作条件&满足感知系统的工作条件

11

通信感知

MAXMIN

A

C

B

通信感知

MINMAX

业务共存中的通信性能指标体系示意业务共存中的感知性能指标体系示意

图4通信感知一体化的业务共存阶段中性能指标体系示意图

2.2.2通信感知一体化能力互助阶段

能力互助作为通信感知一体化技术的发展阶段，由业务共存演进而来，通信与感知将实现

波形设计、收发处理算法等信号及算法层面的融合设计，同时通信与感知能够利用共享信息来

相互辅助协助，从而提升对方的性能。在这个阶段，通信感知一体化的技术主要关注一体化空

口设计、一体化波形设计、一体化波束赋型设计等。

在业务共存阶段的发展之后，随着通信感知一体化技术的演进，针对一体化程度更高的能

力互助阶段，通信与感知系统同时工作，通信与感知中的一方会为另一方提供辅助从而增强其

性能，辅助另一方的前提是需要满足本方的基础性能需求，如图5所示。

针对能力互助这一发展阶段的评价指标，分两种情况考虑：感知系统辅助增强通信系统、

通信系统辅助增强感知系统。具体的，在重点关注感知系统对通信系统的辅助和增强场景下，

如图5中A点所示，感知系统保证最低性能需求，辅助增强通信系统，使得通信系统的性能可

以超过通感共存时的通信系统的性能，指标体系可以表征为：

系统优化目标：Max{增强的通信系统性能指标}

系统限制条件：不低于感知系统的最小性能需求

在重点关注通信系统对感知系统的辅助和增强场景下，如图5中B点所示，通信系统保证

最低性能需求，辅助增强感知系统，使得感知系统的性能可以超过通感共存时的感知系统的性

能，指标体系可以表征为：

系统优化目标：Max{增强的感知系统性能指标}

系统限制条件：不低于通信系统的最小性能需求

在能力互助阶段中，增强的通信系统性能指标和增强的感知系统性能指标，是指区别于业

12

务共存，由于引入了感知对通信的辅助（或通信对感知的辅助），二者同时工作时也可以获得

比独立工作时更好的性能。

图5通信感知一体化的能力互助阶段中性能指标体系示意图

2.2.3通信感知一体化网络共惠阶段

网络共惠作为通信感知一体化技术发展的成熟阶段，基于能力互助阶段的进一步融合演进，

通信与感知能力将实现频谱资源、硬件设备、波形设计、信号处理、协议接口、组网协作，多

点感知等全方位、多层次的深度融合，通信与感知将共惠双赢，二者能力均将获得极大的提升。

基于此，智能化、沉浸式、深度交互式等6G全新业务及应用场景将孕育催生，全面超越5G业

务体验，通感能力持续升位。在这个阶段，除了进一步演进已有的一体化波形、一体化波束赋

型、资源管理、干扰协调等通信感知一体化技术，同时还会探索引入AI使能技术、多小区协作

感知技术等，实现整个网络性能的共惠。

在能力互助的基础上，对于网络共惠阶段，可能需要引入一种新的指标体系，如图6中A

点所示，在考虑通信感知一体化整体的指标体系基础上，系统效能最大化的情况，通信系统性

能并不是最优，感知系统性能也不是最优，因为引入新的性能指标结构后，通感一体化系统的

整体性能实现最优，进而可以有效评估通感系统性能。网络共惠阶段的系统整体性能，不再是

单目标优化问题，是多目标联合优化问题，此时通信与感知系统的性能存在折中，通过新性能

指标表征。

针对网络共惠这一发展阶段，通信感知一体化系统的设计目标不止单独关注通信性能的提

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升或者感知性能提升，系统优化的目标变成了通信感知的整体性能联合提升，感知既要辅助通

信，通信也要辅助感知，二者相辅相成，有机统一。所以，针对这种场景，整个系统的评价指

标并不是单独关注某一个方面，而是要综合评价系统整体的性能，通信与感知系统紧密结合，

二者的技术方案共利互惠，此时评价通感系统整体性能，不能使用二者中单一的指标，指标体

系可以表征为：

系统优化目标：Max{FunC&S[FunC(通信系统性能指标),FunS(感知系统性能指标)]}

系统限制条件：满足通信系统的工作条件&满足感知系统的工作条件

图6通信感知一体化的网络共惠阶段中性能指标体系示意图

对于具体的综合评价系统整体性能的指标结构，需要在后续研究中进一步讨论。例如采用

“通信指标/感知指标”的结构，在使用这种指标结构时，优势在于通过通信指标和感知指标相

除的形式，体现出二者之间的关联关系，系统整体性能的提升并不能仅限于通信或者感知单方

面的性能提升。但是，采用这种指标结构的难点在于，通信指标和感知指标的定义和单位均有

较大差异，二者相除会带来物理含义不清晰的问题，还需进一步讨论，例如可以采用通信指标

和感知指标归一化之后的数值相除等。

2.3通信感知一体化技术趋势

2.3.1基于通信/感知系统的研究方向

如2.2节所述，在通信感知一体化的技术发展初期阶段，通信与感知业务以消除干扰和单

方面提升通信或感知系统性能为主要研究方向。因此，在通感一体化技术研究初期，主要从单

一的系统为基础出发进行技术研究，逐步向一体化系统研究。

以通信系统为基础的技术演进路线

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以通信为基础的技术路线要求从通信系统出发进行通感一体化设计，系统性能衡量指标以

频谱效率、信道容量、SINR以及误码性能等通信性能指标为主，在保证通信性能最大化的前提

下支持感知功能。例如，对于上行感知，基站可通过检测UE的上行信号（如6G系统的上行参

考信号等）来实现感知功能，为进一步满足感知业务需求，基站侧可以引入新的感知测量量；

对于下行感知，一方面基站可以通过接收自身发射的下行通信信号的回波实现感知功能，为保

证通信效率采用连续波形而非脉冲体制波形，需要收发信机同时工作[21]。另一方面，UE可以

检测下行信号（例如6G系统的下行参考信号）来实现感知；与上行感知类似，可以为上行感

知引入专门的测量量。为进一步提升感知性能，可在不影响通信性能或对通信性能影响较小的

前提下对参考信号进行改进，例如设计具有更优参数估计性能的参考信号，或为参考信号分配

更多资源等。波形设计方面可采用通信友好的波形，例如具有高频谱效率，可以进行灵活带宽

资源分配，能够满足高速数据传输需求，在尽量不影响通信效率的前提下尽可能提升感知性能。

网络架构，硬件架构和器件方面，也是从通信系统出发进行设计，在此基础上“尽力而为”的

实现感知功能。

以感知系统为基础的技术演进路线

以感知为基础的技术路线是从感知系统出发进行通感一体化设计，系统性能衡量指标以感

知指标为主，重点考虑目标的参数估计精度、检测、识别概率等，研究重点是最小化对感知性

能的影响的前提下引入通信功能。该技术路线的典型应用场景为高精度感知结合低速率通信需

求的场景，例如物联网应用。硬件设计方面尽可能保证感知性能，例如从雷达或其他传感器等

感知设备角度出发进行硬件架构设计。在波形设计方面，采用感知友好的波形，嵌入通信信息，

例如将索引调制引入到雷达系统实现通信功能[22]，利用雷达脉冲位置、天线索引或频域索引等

表示通信信息，虽然通信传输效率较低，但基本能满足低速率通信需求且基本不影响感知性能。

2.3.2通信与感知一体化的研究方向

如2.2节所述，通信与感知两种功能在中后期发展阶段将实现能力互助，网络互惠，这就要

求通信感知一体化研究还要考虑兼顾通信和感知的技术路线，即：网络架构，硬件架构，系统

设计，波形设计等方面要同时考虑通信需求和感知需求。

目前，学术界已出现了不少兼顾通信和感知的初步方案研究，包括通感一体化波形与信号

处理研究、通感一体化联合性能界研究以及性能评价指标设计、通感一体化硬件平台设计等等。

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例如，文献[23]中以车车通信和雷达感知一体化为目标，针对车载雷达通感一体波形设计进行

了早期探索，同时针对车载雷达通感一体化信号处理流程进行了初步探讨和分析；文献[24]针

对收发机分置雷达面向车联网场景设计了一种通感一体化新波形，通信和感知分别采用OFDM

设计和调频连续波（FMCW），能够以较高的时频资源利用率同时实现目标探测、通信信道估

计以及数据传输。针对通感一体化联合性能界研究以及性能评价指标设计，文献[25]为了评价

通信和感知性能界，基于速率失真理论提出了一种等效均方误差（MSE）作为性能评价指标，

该等效MSE就可以方便地与不同参数克拉美罗界（CRB）一起组合成联合优化性能评价指标，

指导导频比例系数的设计，从而实现感知和通信性能之间相互平衡和促进；文献[26]提出了一

种称为估计-通信速率（Estimation-CommunicationRate）的通信感知联合评价指标。与[25]的等

效MSE的方法不同，估计-通信速率的方法将参数估计问题的性能评价指标（均方误差）转换

成了一种等效的互信息速率，这种分析方法需要用先验信息用来对目标参数自身的不确定性进

行建模，同时还需要结合估计算法的不确定性（也就是CRB），两种不确定性共同决定了雷达

和目标之间的互信息。基于上述定义，通过整个带宽内的不同子带划分策略（比如独立两个子

带分给通信和雷达、一个子带分配给雷达另一子带分配给雷达+通信、一个子带分配给通信另一

子带分配给雷达+通信）和功率分配策略、或针对雷达以最小化CRB为目标，共用带宽部分采

用SIC串行干扰消除，可以得到不同策略下的性能界；文献[27]提出了一种容量-失真tradeoff

定义，即在状态感知满足一定的失真约束下，能够可靠传输信息，所能达到的最大传输速率。

基于文章提出的定义，理论证明了通感一体化相对于通信、感知分别独立工作具有进一步增益。

上述三个例子都是有关通感一体化性能评价指标的研究，体现了融合设计的思想。针对通感一

体化硬件设计，目前学界也有部分初步探索。例如文献[28]以现有LTE以及NR基站硬件平台

为基础，探索了通信和雷达感知一体化硬件设计的方法，主要针对射频（RadioFrequency，RF）

与数字端自干扰消除方法以及硬件设计进行了研究，通过实际测量和仿真验证，证明了所提出

设计方案具有较强的可行性。

兼顾通信和感知的技术路线期望能够同时从通信和感知两方面进行联合优化实现整体性能

的进一步提升。目前学术界的研究整体上还处于一个比较初步的阶段。通感一体化的性能界、

一体化波形、联合硬件设计以及信号处理技术等等都是需要进一步研究的问题。

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第三章通信感知一体化应用场景

从通信感知一体化的初衷来看，通信感知一体化系统基于获得的感知信息，可提供定位类、

成像类、虚拟环境重构类等服务，同时这些服务还可以用于移动通信自身性能提升。在所能获

得的感知信息和服务基础之上，通信感知一体化系统将更好地服务于未来智慧生活、产业升级、

社会治理等方方面面，形成全新的通信感知一体化应用。因此，本章分别从服务类场景与用例

及应用类场景与用例两方面进行介绍与分析，下图给出了场景细化的情况。除此之外，通信感

知一体化应用用例还可以按照其他维度进行分类。例如，从面向的用户群体不同，通信感知一

体化用例可分为：面向蜂窝网络用例（如为通信提供的感知服务类用例）、面向消费者用例（如

智慧生活场景用例）以及面向行业与社会用例（如产业升级与社会治理场景用例）；从用例实施

的环境不同，通信感知一体化用例可分为：室内环境用例和室外环境用例，室内场景用例通常

关注近距离微观感知（如智能家居等），室外场景用例通常关注远距离宏观感知（如环境监测等）。

智慧生活产业升级社会治理一般类应用

医疗健康智能工厂环境监测动作识别应用类

智能家居车联网公共安全谱识别场景与用例

……

通信辅助感知服务感知服务辅助通信

定位类服务波束管理服务类

成像类服务智能调度场景与用例

虚拟环境重构类服务自组网

…………

图7通信感知一体化应用场景与用例

3.1服务类场景与用例

未来通信感知一体化系统，可以将感知信息和通信信息在系统内进行融合，形成无线通信

与无线感知融合的新型服务，并以服务接口的形式提供给上层应用，从而可以更好的为大众及

行业提供更加优质、便捷、人性化的服务与应用。同时，系统不是孤立的提供感知服务，这些

服务还可以用于反向促进并提升系统自身的通信质量。

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3.1.1通信辅助感知服务

通过无线通信对感知信息进行传递和汇聚，可以拓展感知服务的广度、深度，提高感知服

务的时效性。基于通信与感知融合技术可提供高精度定位、高分辨率成像以及虚拟环境重构等

高效的感知服务，可以有效构建数字孪生环境，实现千行百业的数字化再呈现和深度处理。下

面将着重介绍三种典型的通信辅助感知服务：

1)高精度定位

通信感知一体化系统中将基于通信与感知融合技术实现高精度的定位服务，一方面基于通

信中的参考信号获得设备的位置信息，另一方面也可以基于对反射的无线信号的时延、角度以

及多普勒信息的感知，获得距离、角度和速度信息。无线通信与感知技术的深度融合，将为定

位提供更多置信度信息，从而提升定位精度。高精度定位既可以服务于通信系统本身，也将广

泛应用于无人机操作与自动驾驶、机器人运动控制、增强现实、智能工厂、智能物流以及智能

交通等。

2)高分辨率成像

通信感知一体化系统中将基于通信与感知融合技术提供高分辨率成像服务，通信感知一体

化系统中基站、终端等各种节点具有无线感知能力，利用多角度、多维度、超大数量的感知信

息实现超高分辨率成像服务。因其可以全天候、无接触地服务，并具有无电离损伤、高隐私安

全等特点，可以更好地服务于医疗/健康、安检、工业生产等领域，例如，工业制造过程中的缺

陷/故障检测，医疗领域的癌变组织和龋齿的检测。

3)虚拟环境重构

通信感知一体化系统中基于通信与感知融合技术，可以利用无线信号进行定位与成像提供

虚拟环境重构服务，在未知环境中移动的感知设备识别周围环境信息，构建环境的2D/3D地图，

进一步提高定位精度。虚拟环境重构通过环境状态与变化的感知，可用于提升通信系统的性能，

以及服务于数字孪生，智能城市管理，车辆及无人机的自动驾驶等应用。

3.1.2感知服务辅助通信

在当前的3GPP标准中已经提供了一定感知能力的定义、架构和技术（如定位），目前初步

支持的通信感知一体化应用包括定位、信道估计与信道测量。未来基于通信感知一体化系统可

以通过无线通信信道环境的感知、识别与预测进一步提升无线通信系统的性能，未来通信网络

中的通信感知一体化用例包括：

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1)辅助发送端配置

运用感知信息及感知结果，辅助通信系统各通信节点的发射端进行参考信号、数据信号发

送相关的参数集选择或参数配置等。例如通过信道环境感知，调整参考信号发送图样、序列、

密度及发送功率等参量，调整波束搜索范围，调整数据信号调制、编码方式，通过发送信号的

调整，达到节能、提高频谱利用率等效果。

在基于毫米波的无线通信系统中，为了为目标用户分配较佳的服务波束，现有基于纯通信

协议的毫米波波束训练/跟踪方法需要基站频繁发送训练序列并进行测量反馈，空口时频资源开

销过大，同时还具有时延较高，波束跟踪时效性较差，难以及时与无线信道实时匹配等缺陷，

进而造成较高的波束失败和通信中断概率。在通信感知一体化系统中，无线通信系统能够具有

一定的感知能力，使系统在完成通信目的同时，能够对环境（目标）状态进行及时的感知，进

而为提高波束训练和跟踪的效果、同时降低其资源开销提供了可能。

图8基于毫米波/太赫兹通信感知一体化系统

图中给出了基于毫米波/太赫兹通信感知一体化系统感知方面的特点和优势，具体说明如下：

毫米波频段能提供比现在使用的sub-6GHz更大的频谱带宽。因此，就能够实现更高

的到达时间（TOA）和到达频率（FOA）的时频分辨率。

大规模天线阵列和高方向性传输增强了到达角（AOA）和离开角（AOD）的空间分辨

率。

波束空间中毫米波信道的稀疏性可以被用来降低信号处理的复杂度和降低硬件成本，并

简化定位中非视距（NLOS）路径干扰的消除问题。此外，通过利用可分辨多径分量和

非视距路径与散射体之间的几何关系，毫米波等高频段通信中使用的多输入多输出通信

系统能够将多径传输信道从无效干扰变为有效信号，增强定位精度。

密集部署的多个基站对同一个环境/目标进行感知，可以提高感知的范围、精度和分辨

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率。

2)辅助接收端算法

运用感知信息及感知结果，辅助通信系统接收端信道估计、均衡、波束管理等模块进行算

法选择、算法参数设置及算法优化等。例如通过基站、终端、云/边端或者多网元协同对环境进

行感知，构建环境地图。终端通过对环境的感知，确定自己在环境地图中的位置以及位置预测。

通过感知技术获得更加准确的信道信息调整接收波束，可实现在移动场景