5G-Advanced通感融合网络架构研究报告(第二版).pdf

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研究报告要点
无线通信感知融合是5G-Advanced(5G-A)的关键技术之一，可广泛用于智慧交通、智慧
低空、智慧生活、智慧网络等典型应用场景，这要求对当前5G网络进行转型升级实现网络无
线感知能力。
本研究报告根据5G-A通感融合典型应用场景和需求系统性地分析了无线网络端到端实现
感知能力所要面对的关键问题和所要满足的技术需求。面对感知应用的差异化需求，本报告提
出了多种不同的通感网络架构，并分别从架构、接口、协议、功能、端到端业务流程等方面展
开了详细研究设计。最后，本报告还对未来通感融合网络架构进行了展望，为通感融合网络架
构技术的研究、标准化、产业推进提供支持和参考。
说明：本研究报告为2022年11月发布《5G-Advanced通感融合网络架构研究报告》基础上针对通感融合关键问题、架构设
计、功能、流程等增强设计的更新版本。 : .
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5G-Advanced通感融合网络架构研究报告(第二版)
概述
人类社会不断发展并进入数字信息化时代，人们在工作、教育、休闲娱乐和人际交往等方面享受
着科技进步带来的高效、便捷、和乐趣，极大提高了人们的生活水平和质量。而毫无疑问，无线通信
网络是其中至关重要的一环，为人们提供无时无地的通信服务，其已经深入到当今社会生活的各个方
面，成为社会发展不可或缺的一部分。
伴随着快速增长的多样化应用需求，不断对无线通信网络提出了更多更高的要求，推动着无线网
络能力的不断增强。通信网络设备满足更加严苛的通信服务性能的同时，也将扩展支持更多的应用服
务能力，其中，感知为最具有潜力发展的能力之一。通信感知融合不仅为构建智能服务、智能网络提
供所需的基础环境感知和目标物体感知能力，也将推动衍生新应用服务创新。由此，通信感知融合是
当前产业界在5G-A的重要研究技术方向之一。
通信感知融合通过信号联合设计和/或硬件共享等手段，实现通信、感知功能统一设计。其中通
信感知融合中的感知可以理解为属于一种基于通信系统的无线感知技术，通过对目标区域或物体发射
无线信号，并对接收的无线信号进行分析得到相应的感知测量信息。因此，无线通信网络天然地拥有
无线感知能力，基站和终端将同时具备通信和感知能力，可以为感知应用提供感知服务，包括智能交
通、无人机监管、国铁周界安全检测、智慧家居、公共安全、健康监护、环境检测等领域。
目前在移动通信领域，通信感知融合主要发展在初期阶段。在当前的5G-A阶段，主要探索基于
5G基础网络架构和空口增强设计，利用无线信道特性，获得更丰富环境信息，实现基础感知应用。而
在未来阶段中，可以从“一体化”的维度探索通信与感知在波形、频谱、天线、系统等软/硬件资源方
面的深度融合，包括新的通感一体化空口及网络架构的设计，以实现更高效的资源利用率，同时满足
新的通信感知能力指标要求。
目前国际标准组织3GPP（3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴计划）SA1R19
已完成通感场景需求研究，SA2在R18阶段开始讨论通感网络架构的研究立项问题，RAN1 R19立项开
展通感融合信道模型研究。国内标准组织CCSA(China Communications Standards Association，中
国通信标准化协会)也于2022年8月针对5G通感融合技术成立研究立项，研究5G-A网络架构以及相关无
线关键技术。本研究报告面向5G-A阶段通信感知融合，从网络架构标准化研究角度，结合5G网络架
构现有设计研究当前5G通信网络使能感知服务在网络架构设计中面临的关键问题、通感融合网络架构
设计、通感融合协议栈、通感融合基本功能和流程，并给出相应潜在解决方案。
本报告研究成果一方面希望可以为国内国际5G-A通感融合标准研究提供基础，进一步推动5G-A
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通感融合的标准化、通感融合设备的研发试验以及通感融合应用的产业化进程，另一方面也希望为后
续6G通感一体化网络架构设计以及其标准产业化提供参考。
5G-A通感场景
5G-A通感场景根据感知需求中以指定感知区域为主还是以指定感知目标为主可分为面向区域
（Per-Area）通感场景和面向目标（Per-Object）通感场景。从感知目标是否具备信号发送或接收能
力可以分为基于设备（device-based）通感场景和无设备（device-free）通感场景。例如在飞行路径
管理、基站和终端波束管理中，其感知目标无人机和终端是具备信号发送或接收能力的用户设备，属
于基于设备通感场景。在天气监测和呼吸监测中，其感知目标降雨和人是不具备信号发送或接收能力
的目标，属于无设备通感场景。
面向区域通感场景
感知需求在千行百业普遍存在，针对需要在工厂、道路、低空、城市甚至更大的时空范围高效感
知路、车、人实时状态的场景，我们称之为面向区域（Per-Area）通感场景。
智慧交通场景中，例如，可以基于通信感知一体化基站或基站间协作实现对道路环境的感知，有
效实现高精地图构建，为自动驾驶汽车安全运行提供超视距辅助；基于通信感知一体化基站或基站间
协作实现全方位、全天候、不间断地探测行驶车辆的移动轨迹和移动速度，并将感知测量数据上传至
处理中心，全面提升高速公路运行状态智能感知能力，为道路监管提供数据支撑；基于通信感知一体
化基站实现对铁路轨道环境的感知，实现全天候的高铁周围异物入侵检测。
智慧低空场景中，例如，可以基于通信感知一体化基站或基站间协作对空域进行全方位多角度的
感知并将感知结果提供给无人机，可以为避障预警提供冗余量，提升无人机避障成功率；基于通信感
知一体化基站或基站间协作进行全空域感知，定位并跟踪侵入到监管范围内的无人机，进而实现面向
固定区域的无人机入侵监测。
智慧生活场景中，例如，可以基于基站和终端协作、或终端自发自收、或终端间协作工作模式，
通过感知无线信道变化进行呼吸监测、健身监测、手势/姿态识别等，基于通信感知一体化基站或基站
间协作，测量通信链路中的信号链路衰减、进而利用信号链路衰减与天气指标之间的关系分析得到对
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应的天气指标，进行天气监测。
智慧网络场景中，例如，可以基于通信感知一体化基站或基站间协作获取小区内空闲态终端密度
和位置等信息，辅助小区内基站节能和基站资源调度优化等。
面向目标通感场景
当感知目标具有目标标识时，利用通感技术对目标物体进行感知、追踪，以获得被感知物体状
态的动态监测的场景，我们称之为面向目标（Per-Object）通感场景。其中目标标识包括两种情况：
一是感知目标本身的标识；其次是感知目标与具有标识的物体紧耦合，其中目标标识用于标记感知目
标，可以是UE（User Equipment，用户设备）标识或应用提供的外部标识或者网络临时分配的标识
等。例如，当发现违法车辆或黑飞无人机时，需要在对其进行管控之前精准地连续地追踪它们；而在
车辆启用自动驾驶时，无线网络可以对其周边小范围进行连续感知并将感知结果发给车辆以辅助自动
驾驶。在该场景下，感知设备可以基于目标物体的位置信息，向其发送感知波束，从而不仅可以获得
更精准的感知测量数据，还可以提升波束管理准确度和提升无线资源效率。
无设备（device-free）通感场景
感知需求通常可以通过感知区域或感知目标来表征，感知目标既可以是某一类或某几类目标，也可
以是通过某些方式可标识的具体目标。当感知目标本身不配备具有信号发送或接收能力的设备，我们称
之为无设备通感场景。在智慧交通场景中，高精地图构建中道路属性（车道数、施工状态等）、交通设
施（交通信号灯、斑马线等）和车道模型（车道线、坡度等）等感知目标均不具有信号发送或接收的能
力，是无设备通感场景之一。类似的，高铁周界入侵检测的典型异物落石、行人、动物或列车等通常也
不具有信号发送或接收的能力，也是无设备通感场景之一。对于道路监管和飞行入侵检测，当车辆或无
人机均未配备具有3GPP 接入能力的信号收发设备时，该场景属于无设备通感场景。智慧生活场景中呼
吸监测、入侵检测和手势识别的感知目标人也不具有信号发送或接收的能力，天气监测的雨量等也是类
似的性质，均属于无设备通常场景。无设备通感场景是通过基站和/或UE的无线信号传输来获得环境中
所关注的感知目标信息，而不依赖感知目标本身所配备的设备发送或接收能力。
基于设备（device-based）通感场景
当感知目标本身配置具有信号发送或接收能力的设备时，可利用感知目标的发送信号或对接收信
号测量来进行感知，我们称之为基于设备通感场景。与UE定位类似，智慧低空场景中飞行路径管理和
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中智慧网络场景中的波束管理等用例中的感知目标均是具有信号收发能力的3GPP UE，因此属于基于
设备的通感场景。基于设备的通感场景，既可基于感知目标之外的基站和/或UE的无线信号传输来获
得所关注的感知目标信息，也可以基于感知目标发送的信号或对接收信号的测量来获得所关注的感知
目标信息。同时，基于设备通感场景可识别具体的感知目标，因此能够有效区分多个感知目标，并有
助于多个基站和/或UE协作对同一感知目标进行感知。
5G-A通感关键问题和技术需求
通感技术利用无线信号感知周围环境的目标或状态，无线侧终端或基站采集信号强度、时延、相
位变化、多普勒频移等信息，经计算处理后输出结果，如目标大小、位置、速度等。该过程中，网络
需按照业务需求触发、修改或结束感知流程、调度无线资源、处理数据、开放结果。此外，由于感知
可能涉及用户隐私安全，核心网需执行鉴权或授权，处理敏感的感知测量数据。因此，5G-A网络需支
持控制感知流程，并对感知测量数据进行处理，同时将感知结果开放给第三方平台或终端。
本章基于5G-A通感场景，从端到端通信系统架构角度出发，给出为了满足多样化通感场景和业务
要求所面临的关键问题，并制定相应的技术要求，作为通感网络架构设计的基本依据。
关键问题1: 面向感知业务的网络架构
问题描述
面向不同业务场景，感知触发方、执行方和感知粒度各不相同，5G-A网络架构需支持多种场景的
感知业务。无线网络中基站或终端通过对目标区域或物体发射无线信号并对接收的无线信号进行测量
得到相应的感知测量数据。感知网元需支持独立或与其他网元共同处理感知测量数据（即基站或终端
上报的感知测量数据的值）生成感知结果，数据的处理需考虑单基站感知、多基站感知、单UE感知、
多UE感知，以及所述感知UE识别和跨基站移动的场景。感知网元可独立处理感知测量数据，也可与
NWDAF（Network Data Analytics Function，网络数据分析功能）共同处理实现智能化分析和预
测。感知测量数据的处理需考虑多种场景，多基站感知时，不同基站的感知区域可能存在重叠，需进
行数据分割与提取；当UE参与感知时，需明确UE识别方案；当UE跨基站移动时，需关联处理同一目
标的数据。
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同时，核心网需要作为桥梁将基站或终端感知能力开放给感知业务请求方，需考虑具体场景明确
感知结果的内容与格式。其中，感知业务请求方可以是终端、外部应用AS/AF（Application Server/
Application Function，应用服务器/应用功能）、5GS（5G System，5G系统）网元。
面向此问题，需要研究：
● 是否需要引入独立的感知网元处理感知业务的相关功能，同时具备控制面和用户面处理能力；
● 如果引入感知网元，感知网元和其他功能之间的接口；
● 如果引入感知网元，不同感知业务请求由同一个感知网元处理，还是由不同的感知网元处理；
● 如果引入感知网元，所包含的具体功能：
- 如何进行感知QoS（Quality of Service，服务质量）参数转换：为满足感知业务QoS需求，
需进行QoS参数转换。将感知业务类型或标识、QoS要求和感知测量数据上报周期等信息传递到执行感
知的终端或基站。若感知需求改变，如感知区域、数据上报时间或QoS要求等发生变化，终端或应用需
要触发对应的修改流程；
- 如何触发感知业务；
- 如何终止感知业务；
- 如何根据感知业务需求控制基站或终端执行感知；
- 如何高效地处理感知测量数据；
- 如何提供/开放感知结果。
● 如果在信令拥塞情况下，SF/UE之间的控制信令如何进行传输。
需求
网络需支持感知功能，包含主要感知功能（即感知控制功能和感知计算功能）的网元在本研究报
告中称为SF（Sensing Function，感知网元）。感知网元SF可为独立网元或与其他网元合设，部署方
式可为集中式或分布式。NRF（Network Repository Function，网络存储功能）存储感知网元的上
下文信息，以使得其他网元可通过查询发现和选择合适的感知网元。
针对信令拥塞情况，需要考虑支持SF和UE之间的控制信令可以转到用户面进行传输。
问题2：感知能力定义和注册上报
问题描述
移动通信网络的感知能力由核心网感知网元SF能力、无线接入网感知设备（包括基站和UE）组
成，需研究：
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● 感知网元SF的能力定义；
● 感知网元SF能力上报：面向移动通信网络潜在支持的感知业务需求，所请求的感知业务应由
合适的感知网元来执行。因此在感知任务到达感知网元SF之前，感知网元SF需要将自身与感知业务相
关的能力信息注册到NRF，使得后续其它核心网网元（如AMF（Access and Mobility Management
Function，接入和移动性管理功能）、NEF（Network Exposure Function，网络能力开放功能））
可以基于感知业务的类型、需求信息、区域限制信息等，选择能力适合的感知网元SF服务于该感知业
务。然后感知网元SF进行感知设备的选择、感知业务的控制、感知测量数据的处理等工作；
● 感知设备的能力定义；
● 感知设备能力上报：感知设备指感知信号发送设备，或者接收感知信号并做相应测量的设备。
移动通信网络中参与感知业务的感知设备，如感知终端设备UE、感知基站等，需要将自身与感知业务
相关的能力信息上报给核心网（如SF），使得后续其它核心网网元（如SF）可以基于感知业务的类型
和需求信息等，选择能力适合的感知设备服务于该感知业务，从而进行相应的感知信号的发送、感知
信号的测量和感知测量数据的上报。
需求
网络应支持获取网络中拥有感知相关功能的网元能力。
关键问题3: 感知节点的选择
问题描述
移动通信网络中的感知节点包括感知网元、感知设备（包括基站和终端）、以及其它增强以支持
网络感知能力的网元（例如AMF），感知需求包括面向目标地理位置或目标对象的感知，那么网络需
面向感知任务选择合适的感知节点。选择感知节点需考虑感知节点的位置、能力、负载、鉴权或授权
信息。由于感知业务可能涉及隐私，网络在收到感知请求后首先需要执行鉴权或授权。终端、网络内
部网元、或应用触发感知流程，将感知需求传递到感知网元，感知网元独立或与其他网元交互完成鉴
权或授权、感知网元选择、感知设备选择等。需研究：
● 如何发现和选择感知网元：网络中可能会因为分区域管理、或者分感知业务类型管理等原因而
部署了多个感知网元实例，那么感知业务发起时，核心网网元（如AMF或NEF）需要基于感知业务的
类型、需求信息、区域限制信息等，选择能力适合的感知网元SF服务于该感知业务；
● 如何发现和选择选择感知设备：网络中面向某一感知需求有不同的潜在感知设备，并且这些潜
在可选的感知设备可能具备不同感知能力、感知或通信负载情况。感知业务发起时，首先，感知网元
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SF需要基于感知业务的类型、感知业务请求方信息、感知需求信息等，决定使用的感知方法，包括：
基站A发基站B收，或者基站发UE收，或者基站A自发自收，或者UE发基站收，或者UE自发自收，或
者UE A发UE B收等。其次，感知网元基于所决策的感知方法和感知设备能力选择适合的感知设备服
务于该感知业务，从而进行感知信号的发送、感知信号的测量和感知测量数据的上报。特别的，对于
室内感知的场景，基站可能部署在感知目标的室外，或有墙壁等障碍阻隔，与UE以及感知目标之间无