6G通感算一体化网络架构和关键技术研究

6G通感算一体化网络架构和关键技术研究

刘霄,蓝天,康迎冰,林海,韦建磊,王羽

中国移动通信集团设计院有限公司广西分公司   广西  南宁市  530001

摘要：根据ITU-R“IMT面向2030及未来发展的框架和总体目标建议书”，未来6G将包含沉浸式通信、超大规模连接、极高可靠低时延、通信与智能融合、感知与通信融合、泛在连接等6G六大典型应用场景。通过与其他技术的结合，如先进计算、人工智能、大数据、区块链等，6G将实现网络性能和服务能力跃升，全面引领经济社会数字化智能化绿色化转型。

6G典型应用场景将在5G三大场景基础上进行了增强和扩展,提供新的服务能力和应用价值。一方面，6G将在5G三大通信使用场景基础上不断扩展，以可持续发展的方式拓展移动通信能力边界；另一方面，6G也将扩展到通信使用场景之外，引入人工智能、感知、计算等服务场景。未来，6G能够实现人、机、物的泛在智能连接、物理世界和虚拟世界的融合交互，成为承载新用户、赋能新应用的新型数字信息基础设施。

关键词：6G；通感算一体化；网络架构；技术

引言

通感融合技术是业务与通信强融合的新型网络架构，是一种尝试，后续也将与更多的业务进行融合，这个新趋势将改变原来的通信架构和评价体系，因此需要进行典型业务需求及其需要实现的网络保障参数的研究，本节将对6G通感算一体化网络架构和关键技术进行介绍。

1通感一体化概念

通感一体化是6G移动通信中的一项关键技术，融合了通信和感知两个功能，在完成通信功能的同时，可以用于环境感知。通信设备通过收集与分析从周边环境获得的无线信号，可以分析出周边的环境信息，从而在网络侧可以快速做出决策，调整通信方式，从而实现通感一体化。

2、6G通感融合的需求

2.1业务需求

根据ITU通感融合的场景分类，本文在大量的场景和网络特征的基础上，提出了智能导航、智慧姿势识别、智慧跟踪、XR构造四个方向的场景并介绍其特点、部署需求等。智能导航：随着交通领域联网化、数字化、智能化、云化的趋势，通过汇集道路、车、人的信息来组成城市交通管理和优化的基础，支撑多种交通业务，因此实时可见和更新的导航功能已经成为现在人员出现和交通管理的重要环节。为了完整呈现实时高速路交通状态，及时准确地发现拥堵、事故、道路异常等交通事件，需要在城市路口和关键路段采集视频和多种路侧传感器信息。此外，车路协同是智能导航系统的重要发展方向，需要连接海量交通终端设备，实现视频、雷达等多种交通终端设备的数据采集和数据分析，高效感知路、车、人的实时状态。但当前感知设施部署还面临频谱、性能、成本等众多挑战。在性能指标上来看，智能导航需要进行不低于米级的移动场景下的定位和Gbit/s级的数据下载要求，满足高清地图的下载及车辆追踪和定位。

2.2网络需求

相应的通感融合业务需求是从业务自身需求本身提出的，其还需要与网络的需求相匹配，根据ITU提出的15项技术指标，很明确地给出了6G需要关注的网络指标。为每个业务提炼关键能力，能够更清晰地揭示6G在感知融合领域的潜力和优势。通过关注这些相关的关键能力，可以更好地理解6G技术对于通信和感知融合典型应用的重要性。

3通感智算一体化的关键技术

3.1通感融合技术

因通信与感知具备类似的网络架构和频段，通感融合能够将通信、感知、算力等因素基因化再进行智能基因重组，实现智能化、融合化、低碳化、高效能化的全新无线架构，通感一体化无线网络也是未来网络发展的必要目标。通感融合不仅要考虑通信的指标，还要考虑感知的指标。因此在6G通感融合中，需要打造基因工程，打通通信与感知的关键指标、判别标准和关键技术，并以AI、机器学习等智能化技术进行多维基因片段的高效重组和结合。通感一体化研究是一个循序渐进的过程，需从架构、关键技术和评价指标等方面进行研究，可以有效提升通信质量，也可以实现无接触感知，是未来较有潜力的发展场景。通感融合将面临来自场景需求、政策和技术等多方面影响，但是其对资源的深度集成化，极大地节省了部署成本，为未来的通感融合技术构建了一个开放互助、良性发展的全行业生态圈。

通感融合研究可分为5G-A阶段和6G阶段，这两个阶段的通感智算一体化架构将有较大的差异性。5G-A阶段主要考虑与现有5G网络的协调性，与网络架构的向下兼容性。6G阶段主要考虑新技术、新业务的融入，新架构的开发以及原有架构的深度调整。以下对面向通感发展的业务和功能进行详细介绍。

5G-A阶段主要考虑使用5G服务感知的阶段。该阶段主要使用复用5G架构和低粒度的修订网元实现感知的功能，并不会过度要求感知对通信的优化。在此阶段，通信、感知、算力和智能化的关系可以简单归纳为:通信辅助感知，实现一机多用;算力作为感知处理的基础，高效协同感知处理资源;智能化作为融合的初步引擎，实现高精度感知。

6G阶段在考虑高精度感知的情况下，还需考虑如何使用感知提升通信性能。此阶段将是通信、感知、智能和算力强力融合的阶段，业务的耦合化和技术的深度内生加持将成为通感融合的特色。通信、感知、算力、智能化的关系可以归纳为:精细化感知辅助高效能通信，实现无线资源的合理调度;算力作为通信和感知协同的底座，实现分布式、高效化、低时延的通感融合网络;智能化作为内生网络的大脑，实现高质量通信与感知。

3.2智能化技术

AI为5G和6G无线网络的运行提供了众多潜在功能，是无线网络发展的加速器。基于图1的架构来看，目前，无线网络智能化主要在网管侧应用域实现，如智能节能、故障根因分析等;控制域的意图解析等还在探索阶段;资源域的高层AI(如智能编排等)已进行部分商用部署;物理层AI、智能超表面等受算力及效果的限制，尚处于探索阶段。

3.3隐私保护技术

6G通感算一体网络的隐私保护技术主要包括安全多方计算和同态加密等技术。利用安全多方计算等隐私保护分布式计算技术，可在保证多个参与方获得正确计算结果的同时，无法获得计算结果之外的任何信息，从而保证各方数据的安全性和私密性。利用同态加密等密码学技术，可在数据使用过程中隐藏用户隐私信息，实现用户凭证信息的自主控制。通过设计不同隐私级别的凭证颁发和校验方法，6G通感算一体网络将提供用户自适应可组合的隐私保护方案，实现用户信息“可用而不可见”，有效避免敏感信息泄露。

此外，6G通感算一体网络将结合AI技术对隐私数据进行保护。得益于AI技术带来的节点智能的能力，针对6G通感算一体网络设计轻量级和分布式的安全机制，有效确保用户身份验证和访问控制；设计新颖安全路由方案和信任网络拓扑结构，以解决网络中可信节点与恶意节点共存时信息交互的泄露风险；引入联邦学习技术，实现在不共享原始数据资源的情况下，借助6G通感算一体网络多个节点的数据进行联合建模，减少数据传递，保护数据隐私和数据安全。

结束语

通感算一体化网络同时具备感知功能、通信功能与计算功能。通过通感算软硬件资源的协同与共享，实现多维感知、协作通信、智能计算功能的深度融合和互惠增强，从而能够承载沉浸式XR、全息远程呈现、交互型3D虚拟数字人、协作机器人、无人驾驶等多样化的业务，实现未来社会的万物智联。

参考文献

[1]姜大洁,袁雁南,周通,等.面向6G的通感算融合服务、系统架构与关键技术[J].移动通信,2023,47(3):2-13.

[2]田梦秋,惠一龙,承楠,等.6G通感算资源按需调配：一种基于场景识别的架构[J].移动通信,2023,47(3):14-18.

[3]姜大洁，姚健，李健之，等．通信感知一体化关键技术与挑战［J］．移动通信，2022(5):69－77．

作者简介：刘霄（1982-）男，壮族，海南澄迈人，本科，中级工程师，主要从事移动通信无线网络咨询设计工作。