一、 引言
通信感知一体化（通感一体化）是将通信和感知功能结合在一起，以实现更高效、更智能的系统。这种整合不仅提供更广泛的应用和更多的价值，还提高了系统的性能和可靠性。通感一体化技术的优势显著，前景可期， 例如：
优化资源利用：通感一体化帮助系统更好地利用资源，包括无线频谱、感应器和计算资源等。通过整合通信和感知功能，系统可以更有效地协同工作，实现资源的最优配置和利用。
提高系统效率：通感一体化实现了信息的实时收集和传输，使系统能更好地理解和回应环境中的变化，进而提高系统的自动化水平和运作效率。
拓展应用领域：通感一体化提供了扩展系统应用领域的可能性，可应用于智慧城市、智慧出行、工业自动化、医疗保健等各个领域。这种整合为不同领域带来更多创新和价值。
香港应用科技研究院（应科院）利用其在5G领域积累的专业知识和研发成果，开展了多项通感一体化技术的研究来满足这些不断变化的需求， 包括开发和提升应科院5G基站的关键技术以支援通感一体化；及利用科技生态系统合作伙伴提供的真实感测资料，测试应科院演算法的物件侦测能力。
二、应科院: 利用5G基站实现通感一体化技术
以5G为例，利用5G 无线基站实现通感一体化具有以下独特优势：
5G基站部署密集，提供无所不在的无线连接，并且可以轻松、符合经济效益地升级以支援感测应用。
5G基站在专用频谱上发送和接收无线电讯号，同样的频谱可以用来支持感知与测量（与受监管要求约束的其他雷达技术不同）。
根据市场研究，内地、香港及全球的行动网路营运商有意在未来两至五年内采用通感一体化 技术 [1]。目前，第三代合作伙伴计划（3GPP）也一直在积极研究和推进5G基站支持通感一体化的标准制定工作。这包括对于基站之间的通信和协作，以及如何最大程度地利用通感技术来提高网络效能和用户体验。透过通感一体化，5G基站能够更有效地进行波束成形、信号跟踪和干扰消除，从而实现更高的传输速率和更好的覆盖范围。随着技术演进和进一步完善标准，未来5G基站通感一体化将为智能城市、物联网和其他应用领域带来更多创新和价值。
不过，利用5G 无线基站实现通感一体化也面临很多挑战，主要表现在以下三个方面。
通信与感知任务之间会争夺有限的时频资源。如何在通信与感知两个任务之间有效分配时频资源、又能达到一种平衡？
通信采用随机信道建模，而感知需要确定性模型。如何对通信和感知的信道（即目标与基站之间的信道）状况进行建模？
接收到的感知信号弱于背景杂波。 如何设计有效的感知算法、来检测反射信号而不会被强杂波掩埋？
应科院的技术创新主要体现在以下三个方面，有效解决上述的三个技术难点：
创新的频率-时间频谱资源分配模式，可以在感测精度和无线通信性能之间实现配置平衡。
模拟感测讯号和传统无线通信讯号的无线电传播特性的统一模拟模型。
5G 基站接收器设计，提供杂波抑制演算法，以克服背景物体强回声，并可侦测和测量目标物体与反射感测讯号（即回声）的距离。
三、应科院：通感一体化技术用例
利用 5G基站实现通感一体化有两个重要的使用案例，描述如下：
用例 1：无人机非法入侵侦测
在内陆不少城市，无人机入侵事件仍时有发生，尽管无人机非法飞行可能面临刑事检控 [2]。无人机非法入侵将会给公众带来安全隐患等严重问题，特别是主要场景包括机场、铁路、政府设施等。使用雷达侦测无人机有很多限制，例如由于频谱没有授权，需要提前申请频谱，从而无法对无人机进行全天候监管。而与雷达相比，利用5G基站实现的通感一体化技术本身已经有5G通信频谱可以使用，无需额外频谱即可实现无人机侦测的高可靠性和稳定性，并支持全天候、全日夜感知。应科院的技术可以透过5G基站（Node B）分析反射讯号来侦测无人机的非法入侵、并确定距离和位置。（参考图1）
图1：移动通信网络感知示意图 [3]
用例2：高速公路障碍物侦测
在香港和内地，交通事故一直是严重问题。自2019年以来，两地每年的交通事故数量高企。传统的公路监察系统主要依赖路边设施中的传统感测器（如雷达、摄影机），但这种系统存在着一些问题，例如覆盖范围有限，需要在指定的区域部署不同类型的设备，导致成本高昂。然而，利用5G基站通感一体化技术可以提供更强大的感应功能，不受这些限制。利用路边的5G基站，通感一体化技术可以利用无线电讯号感知环境，进行障碍物侦测。更重要的是，如此广泛的通信覆盖范围可以较低的成本实现广泛的感应覆盖范围，同时支援全天候、全日夜感知。应科院的技术能够通过分析反射信号来检测高速公路上的障碍物并确定距离和位置（参考图2）。
图2：行人入侵检测示意图 [4]
下列表 1 提供了传统感测技术与通感一体化技术的比较。目前，通感一体化技术已经引起了保险公司的关注，因为汽车保险是保险公司收入的重要来源。保险公司迫切希望采用通感一体化技术等智慧出行技术来降低赔付率。预计到2030年，通感一体化技术将推动智慧出行市场规模达到14,027亿元，其中约60% 由通感一体化技术贡献 [5]。一些业者已经与保险公司签订了大额订单，利用通感一体化技术减少高速公路事故的发生。
Table 1: 传统感测技术与通感一体化技术的比较
|
摄影机/雷射雷达 |
24GHz雷达 |
77GHz雷达 |
通感一体化 |
|
容易受到恶劣天气（雨、雾、雪等）和夜间的影响
成本非常高 |
可依照规定在非授权频谱上工作，
不能全天工作 |
短距离
成本高
难以侦测到行人 |
使用授权频谱
可支援全天候、全天整夜感测
可以同时侦测车辆和行人
良好的覆盖范围
成本低 |
四、总结
低空经济、智慧出行等科技加速商业化发展，对城市感测功能需求殷切。传统雷达由于高功率、盲区问题和相当大的部署开销，在这些场景下显得不太可行。应科院利用现有 5G 基础设施的广泛覆盖，整合感测和通讯两大功能，以较低的部署成本来实现通感一体化技术。这种整合有效地克服了传统雷达的缺点，同时提供了更灵活、更符合经济效益的解决方案来满足需求，并推动社会的进步和发展。这种整合将为未来的6G通信技术开创更加广阔的发展前景，成为开启智慧科技应用的全新时代的新引擎。
参考文献：
“Research on the Value Evaluation of Integrated Sensing and Communication Technology”, Atlantis Press (atlantis-press.com), https://www.atlantis-press.com/proceedings/icmsem-23/125992499.
https://www.sichuanpeace.gov.cn/pasc/20230721/2769449.html, 成都警方严查无人机“黑飞”违法行为 - 四川长安网.
“6G 感知的需求和应用场景研究”，IMT-2030 (6G) 推进组，2023.
“5G-Advanced 通感融合场景需求研究报告 (第二版)”, IMT-2020 (5G) 推进组，2023-09.
“Research on the Value Evaluation of Integrated Sensing and Communication Technology”, Atlantis Press (atlantis-press.com), https://www.atlantis-press.com/proceedings/icmsem-23/125992499.
