本文来自机械工业出版社出版的《智慧城市与智能网联汽车，融合创新发展之路》一书。

第五代移动通信系统（5th Generation Mobile Communication System，5G）的大规模商用正在加速促进经济社会向数字化、网络化、智能化转型，推动网络跨入万物互联新时代。快速涌现的智慧城市、智慧交通、智慧工业生产等方面的应用需求，使得网络设备能力差异化、网络功能多样化、网络管控智能化的发展趋势持续增强。当前5G网络正在向5G-Advanced演进，同时进一步推动了万物智联的第六代移动通信系统（6th  Generation  Mobile Communication  System，6G）的到来。

车联网领域，基于蜂窝网的C-V2X具备从LTE-V2X演进到NR-V2X的技术路线，以及5G URLLC、5G网络切片等技术能够更好的支持车联网V2V、V2I、V2P、V2N业务，基于5G的车联网研究和试验大量展开。在向5G-A和6G演进的过程中，针对车联网场景的需求和技术研究仍是热点，通感算一体化是其中最受关注的技术和应用。

（一）通感算一体化概述

通感算一体化是指网络同时具备物理-数字空间感知、泛在智能通信与计算能力。具备通感算一体的网络内的各网元设备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、互惠增强，进而使网络具备新型闭环信息流智能交互与处理及广域智能协作的能力，为5G-A、6G的智慧城市、智慧交通、智能家居等典型应用场景提供支持^[1]。

感知：如同人体的感官，感知是指物理-数字多维空间的感知，包含网络外部感知和网络内生感知两大部分。计算：如同人体的大脑，在通感算一体化网络中，计算是指增强感知与通信后可协同分配调用的分布式泛在智算。通信：如同人体的神经，通信是赋予智能网络节点间多维感知信息共享、分布式智能计算等信息交互的载体，也是实现网络广域智能协作的基础。

车联网对于通信和感知能力都具有极高要求，通信方面，需要超低时延、高数据速率；感知方面，要求实时探测车辆行驶环境。现有的通信、感知分离设计解决方案中，借助大带宽通信网络及大规模传感器部署，不仅价格高昂，且数据共享可靠与实时性成为痛点问题。尽管毫米波已经被大量研究用于自动驾驶感知，但频谱是稀缺资源，通感一体化应用比独立应用设计需要更高的频谱利用效率。

通过多车环境感知数据共享，道路上的驾驶员可以获得其当前位置以及自身视野之外的空间信息，并在此基础上执行导航和路径规划。传统SLAM技术依赖相机或激光雷达，通感一体化设备将利用通信信号的传播特性作为构建周围环境的一种数据源，车-车间通过Gbps量级的大带宽传输实现多传感器数据的毫秒级V2V通信。

在车辆编队方面，当前的车辆编队方案大多基于多跳V2V通信，在所有车辆上共享全部车辆的状态信息，实现协作自适应巡航控制。然而多跳通信的高延迟会导致编队车辆的信息不同步，尤其当车队较长且行驶状态动态变化时，车辆编队的自动驾驶控制风险将大幅提高。针对这个问题，通感算一体化路侧单元RSU具备了部署位置优势和设施智能算力优势，可快速获取多车的行驶状态并下发控制信息，车辆编队借助具备通感算一体化能力的RSU，可以为车辆编队的自动驾驶控制提供更可靠的服务保障。因此，通感算一体化网络将以更快速、更低成本的方式实现车辆编队状态更新，车辆与RSU的端到端通信时延将有望降至10毫秒以下，V2V时延有望降至1毫秒以下，同时通信的可靠性将能够达到99.999%。

（二）通感算一体化技术

技术方面，通信和感知各自的发展逐渐趋同，存在融合的可行性。在早期，由于两者需求存在较大的差异性，通信和感知完全分离设计，随着不断提升的通信吞吐量需求，大规模天线技术在通信网络中得到广泛应用，超大规模天线为通信提供了空间分集，可以突破香农定理的限制，极大的提升了用户数据容量，同时多天线发射和接收可以提供多样化的空间变换信息，则是对定位和成像创造了条件。另一方面通信的频率向着高频大带宽发展，如毫米波和THz，丰富的高频带宽和电波特性更加适合进行感知，为通信和感知提供了进一步融合的可能。最后，由于人工智能和算力网络的出现，未来的通信系统可以实现大规模、快速计算，可以进行多参数融合分析，算法可以实现智能化、复杂化和自适应化，为通信和感知融合提供了架构和计算基础^[2]。

从通信与感知融合的阶段来看，可以分为2个阶段：5G-A阶段和6G阶段，两个阶段的通感算一体化架构有着较大的差异性。5G-A阶段主要考虑与现在5G网络的协调性，需要考虑网络架构的向下兼容性。6G阶段更多考虑新技术、新业务的融入，进行新架构的开发或者原有架构的深度调整。

5G-A阶段使用5G来服务感知，也就是“5G for 感知”。在这个阶段主要通过复用5G架构和小幅度的网元更新来实现感知的功能，并不会过度要求实现感知对通信的优化。这个阶段，通信、感知、算力、智能化的关系可以归纳如下：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 阶段又称为“感知 for 通信”。考虑进行高精度感知的情况下，同时使用感知进行通信性能的提升。在这个阶段通感、智能和算力将是一种强力融合的阶段，业务的耦合化和技术的深度内生加持将成为通信感知融合的特色。通信、感知、算力、智能化的关系可以归纳如下：实现一机多用，精细化的感知辅助高效能的通信，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]。

关键技术方面，包括：空口融合技术，主要有新型通信感知一体化波形设计，联合通信和感知两类波形设计目标需求，基于相应的基础理论提出一体化设计准则，形成全新的符合联合目标的波形；帧结构设计，结合一体化系统工作频段、业务场景、数据传输准确性、感知精度、及时性、干扰及设备能力等特点，对一体化帧结构进行差异性设计，让感知能力作为内生能力与通信能力深度融合；波束管理，设计基于空分的波束管理策略，通过同时发射多个波束，将通信波束与感知波束从空间域进行隔离；感知算法，利用周期图法、基于子空间的谱分析法、压缩感知、张量分析法等，提高感知的精准度。以及网络融合技术，包括多频段协同技术、组网干扰协调技术等^[4]。

（三）通感算一体化实践

通感算一体化技术在实践方面，目前主要集中在5G-Advanced阶段，进一步改进及提升定位功能的精度和其它性能，这包括采用智能超表面（Reconfigurable Intelligence Surface，RIS）、高频、大带宽、大规模MIMO的无线通信系统，同时展开其它基于蜂窝网的通感算一体化应用的研究与评估，探索更多适合基于蜂窝网的通感算一体化应用（ToB、ToC和蜂窝网络优化）^[5]，车联网是其中重要的一个方向。

多地开展通感算一体化技术测试实践。2023年6月，中国移动联合中兴通讯、华为发布了5G通感算一体车联网架构，具有连接到车、算力到边、感知到网的优势和亮点。该架构具备空口统一、通感一体、通算融合三大亮点。连接方面，将原有分散的PC5网络迁移至5G网络，统一承载V2X车路信息，以更低成本实现广域全网连接，基于5G的QoS、切片实现高可靠连接保障，网络性能进一步提升，建设成本更低，部署更快；感知方面，通过通感一体基站替代路侧毫米波雷达等感知设备，具备无线通感一体能力，提供全程全网无线感知计算，同时通过空口资源共享实现一网多能，感知性能进一步提升；算力方面，包括云端和无线边缘两级算力，实现V2X云边协同，一级算力实现广域管控，二级算力与基站实现通算融合，支持实时业务下沉，数据智能卸载，可实现低时延边缘计算和本地精准推送。通过空口统一、通感一体、通算融合，该架构可达到更低成本、更优性能、更快部署的效果，为车联网建设和商用落地提供了更加经济高效的解决方案^[6]。

中国移动联合中兴通讯，基于该架构在珠海外场完成了业界首个基于5G全Uu的“鬼探头”业务测试验证，通过5G基站边缘算力敏捷实现路边感知数据采集、车路协同计算和V2X预警信息精准推送，成功实现全Uu的“鬼探头”实时业务预警，实测端到端全流程时延小于70毫秒，其中空口环回时延15毫秒，实时性成倍提升，充分体现了该架构的先进性和有效性，为低成本、高效能解决交通安全痛点提供了全新路径。

中国电信集团有限公司河北分公司携手中电信数城科技、华为在雄安完成全球首个5G-Advanced通感算一体智慧道路试验。利用无线信号提供实时的环境感知，将移动通信、雷达、算力等多种技术进行融合，实现通信、感知和计算一体化，对目标对象跟踪定位、测距测速、成像识别，突破传统通信维度，提供泛在通感算融合服务。该试验中攻克了“通信传感波形集成”、“多站协同传感”、“多传感器数据融合”和“自动校正”四大技术难点，构建车联网数字孪生场景，实现对车辆、道路和人员的多目标监测、识别和跟踪。根据现场实测验证，5G-A通感一体的道路移动目标识别准确率超过95%，定位与速度精度达到亚米级^[7]。

上海联通携手合作伙伴率先在上海嘉定完成5.5G通感算一体车联网连片组网试验区建设，攻克“通信感知波形一体化技术”、“多站协同感知技术”、“多传感器数据融合技术”和“自动纠偏技术”，构建车联网数字孪生场景，实现了对车辆、道路和人员的多目标监测识别跟踪，同时借助现网5G SA网络，将融合算力引擎汇聚的多方信息高效快速的传递至各道路相关方。经现场实测验证，道路移动目标识别准确率超过93%，平均端到端时延达到10毫秒内，定位精度达到亚米级，速度精度达到0.3米/秒，角度精度0.25度，覆盖嘉定区两条道路近5公里区段，多站协同感知时延达到微秒级，相比传统雷达在覆盖、距离、分辨率、测角精度方面领先3倍以上，实现对道路移动目标的精准识别^[8]。

参考文献

[1] 中国通信学会. 通感算一体化网络前沿报告（2021年）[R]．2022,1.

[2] 中国联通. 5G-A 通感算融合技术白皮书（2022年）[R]. 2022,5.

[3] 中国联通研究院. 6G通感智算一体化无线网络白皮书[R]. 2023,6.

[4] 刘光毅,楼梦婷,王启星,等. 面向6G的通信感知一体化架构与关键技术[J]. 移动通信, 2022,46(6): 08-16.

[5] 中兴通讯. 中兴通讯B5G技术白皮书[R]. 2022,11.

[6] C114通信网. 中国移动发布5G通感算一体车联网架构，助力智慧交通再升级[N]. 2023,6.

[7] 中国工信新闻网. 河北电信携手中电信数城科技、华为完成全球首个5G-A通感算一体智慧道路试验[N]. 2023,10.

[8] C114通信网. 上海联通率先商用全球首个5.5G通感算一体车联网上海联通率先商用全球首个5.5G通感算一体车联网[N]. 2023,5.

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