通信世界网消息（CWW）随着5G技术的不断发展，毫米波和空间天线技术推动了在5.5G进行基于5G架构的通信感知融合架构研究。在未来6G通信系统中，更高的频段（毫米波、太赫兹甚至可见光）、更宽的频带带宽都将为通信系统集成无线感知能力提供可能。未来网络将利用通信感知融合技术实现对目标的检测、定位、识别、成像等感知功能，获取周边环境信息，智能精确地分配通信资源，挖掘潜在通信能力，增强用户体验。
近年来，通信感知融合技术研究成为业界关注的重点课题。2021年5月IMT-2030（6G）推进组在《6G总体愿景及潜在关键技术白皮书》中预测，通信感知融合技术是5.5G/6G潜在关键技术之一。2021年7月，IMT-2020(5G)推进组成立通信感知任务组，集合通信产业力量共同探讨5.5G通感相关的场景、技术、试验和标准。2021年9月IMT-2030（6G）推进组发布《通信感知一体化研究报告》，系统论述通信感知融合需求、场景、关键技术等。在标准研究方面，定位技术作为5G时代感知服务的代表，已经在3GPP进行了R15-R17的标准化工作。同时，在3GPP SA2，华为、小米等公司正在积极推进R18/R19融合通信感知（HCS，Harmonized Communication and Sensing）的网络架构及感知业务（SS，Sensing Service）研究。
根据现阶段研究共识，未来通信感知融合系统不仅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，同时还可以通过服务接口的形式将感知数据等提供给上层应用，从而更好地为大众及行业提供优质、便捷、人性化的服务与应用。因此，在未来网络架构整体开放化、智能化、虚拟化的宏观趋势下，通信感知融合技术与5.5G网络深度融合组网势必成为实现通信感知融合业务及应用的必经之路。
本文将重点探讨通信感知一体化网络架构中的关键问题。首先，系统探讨了与5.5G网络融合的通信感知融合网络架构、接口及网元功能；其次，介绍了端到端通信感知融合网络信令流程；最后，探讨基于通信感知融合应用场景。通过此文为通信感知融合能力在运营商网络中的技术演进、网络部署、应用探讨提供相关参考。
通信感知融合网络架构针对5.5G通信感知融合架构的能力开放架构研究，业内尚未形成统一观点，处于研究探讨阶段。但目前基于已知研究进展及标准推进方向，主流观点归纳如下：最大化复用5GC功能网元/接口；新增具备控制、计算能力的通信感知功能网元；与5GC位置感知系统平滑演进；提供能力开放功能。
复用5GC接口架构
通信感知融合系统架构方案如图1所示，该方案复用现有5GC接口及架构，同时新增具备感知功能的5GC功能网元，即通信融合感知功能网元。该功能网元负责感知功能的管控、感知信息的计算和开放。
图1 通信感知融合系统架构方案
管控主要体现为对AMF感知功能等进行管理控制；计算主要表现为对上报的感知信息进行智能化计算；开放主要体现为感知信息和数据对网络内部或网络外部开放。
在控制面，控制面网元AMF功能增强，具备通信感知功能。同时，在通信融合感知功能网元的南向及北向新增控制面接口，包括与NEF对外能力开放的Nx接口、调用5GC能力的Ny接口，并复用现有N2接口。
Nx接口用于外部应用或网络内部NF通过NEF调用感知功能、感知结果上报；
通过Ny接口，实现通信融合感知功能网元对AMF感知功能的控制；通过N2接口，实现AMF对gNB感知功能的控制，AMF将通信融合感知网元功能的控制指令转发给gNB。
在用户面，复用N3、N6接口。基于N3接口将gNB感知数据上报，基于N6接口将gNB获取的感知数据转发给融合感知功能网元。
独立于传统5GC接口架构
通信感知融合系统架构方案如图2所示，该方案独立于现有5GC接口及架构。在该架构中新增具备感知功能的5GC功能网元，即通信融合感知功能网元，该功能网元负责感知功能的管控、感知信息的计算和开放。同时，专门定义gNB和通信融合感知功能网元之间的直接接口Nx、通信融合感知功能网元与传统5GC没有直接接口。
图2 通信感知融合系统架构方案
通过Nx接口，通信融合感知功能网元向gNB发送感知控制指令，gNB向通信融合感知功能网元上报感知信息。
通信感知融合典型信令流程复用5GC接口架构典型信令流程
基于上述通信感知融合网络架构，复用5GC接口架构典型信令流程如图3所示。
图3 复用5GC接口架构通信感知融合典型信令流程
步骤000：UE向第三方应用AF发送感知业务请求，触发基于通信感知融合的能力开放网络信令流程。
步骤1：第三方应用AF为感知数据业务需求方，发送感知数据能力开放请求至5GC能力开放网元NEF，请求消息中携带AFID（AF标识）、APPID（应用标识）、UE Identifier（UE标识）、Sensing Data Type（感知数据类型）、业务要求等。
步骤2：能力开放网元NEF为感知数据业务的开放锚点，与UDM进行感知请求的权限协商。
步骤3：NEF将第三方应用发出的感知数据能力开放请求转发至通信感知融合功能网元。
步骤4：通信感知融合功能网元根据感知数据能力开放请求中携带的UE标识等，寻址UE所属AMF。
步骤5:AMF基于业务类型附加通信感知的感知距离、分辨率、上报周期等相关通信感知控制信令，将第三方应用发出的感知数据能力开放请求转发至gNB。
步骤6:gNB通过无线环境感知探测获取感知数据，根据感知数据能力开放请求中携带的Sensing Data Type等信息，通过无线测距、多维感知、感知探测等无线感知技术获得感知数据。同时gNB将获得的感知数据携带在感知数据能力开放请求响应消息中返回给AMF，AMF通过UPF返回给通信感知融合功能网元。
步骤7:通信感知融合功能网元针对感知数据进行整合及计算后，携带在感知数据能力开放请求响应消息中返回给能力开放网元NEF，能力开放网元NEF将Sensing Data（感知数据）能力开放给第三方应用AF。
步骤001:第三方应用AF将获得的感知数据通过感知业务响应返回给UE。
独立于传统5GC接口架构典型信令流程
基于上述通信感知融合网络架构，独立于传统5GC接口架构典型信令流程如图4所示。
图4 独立于传统5GC接口架构通信感知融合典型信令流程
步骤1：NEF接收来自AF的感知请求，并选择通信感知融合功能网元。
步骤2：通信感知融合功能网元基于感知请求生成感知控制命令，并发给选择的gNB。
步骤3：gNB搜集并获取通信感知数据。
步骤4~6：通信感知融合功能网元对gNB上报的感知数据进行处理计算得到感知服务数据，通过北向接口提供给AF。
通信感知融合能力应用探讨通过无线通信对感知信息进行传递和汇聚，通过能力开放将感知信息开放，可以拓展感知服务的广度、深度，提高感知服务的时效性。基于通信感知融合的能力开放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及应用，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基于通信感知能力开放的服务及应用。
高精度定位
通信感知一体化系统可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。通过能力开放的高精度定位既可以服务于通信系统本身，也可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。
高分辨率成像
通信感知一体化系统可基于通信与感知融合技术，提供高分辨率成像服务。在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，可利用多角度、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。
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，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。
通信感知融合技术是5.5G/6G潜在关键技术之一。为实现网络通信感知一体化应用场景，通信感知技术与5.5G网络架构和功能需要深度融合组网。
