3GPP的通感用例和需求分析-1

通感一體這個(gè)概念，已經(jīng)被炒熱了很長(zhǎng)一段時(shí)間了。最近有一位讀者，剛剛離開了大廠去創(chuàng)業(yè)，他的方向是感通一體。無(wú)論是通感，還是感通，都是把通（通信）和感（感知）進(jìn)行融合，都是在進(jìn)行資源共享，讓系統(tǒng)更加智能地提供所需的服務(wù)。

今天我們就從3GPP標(biāo)準(zhǔn)的角度，來(lái)了解一下通感場(chǎng)景的一些用例和需求分析。

01、3GPP 通感一體的標(biāo)準(zhǔn)制定組

三年前，也就是2022年，3GPP就在SA WG1組啟動(dòng)了通感一體的可行性研究。如下圖所示為3GPP所有Group的列表，我們目前在學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)都是出自圖中最左側(cè)TSG RAN也就是研究無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)（Radio Access Network）的組所指定的規(guī)范，例如RAN4和RAN5是我們?cè)谇懊娴膶W(xué)習(xí)中最常接觸的。

而SA WG1是屬于TSG SA這個(gè)大的組別，SA的意思是指Service & System Aspects。SA WG1（SA1）的主要目標(biāo)是考慮和研究新的和增強(qiáng)的服務(wù)、特性和功能，并確定3GPP規(guī)范應(yīng)滿足的任何相應(yīng)的第1階段（Stage 1）要求。 這些服務(wù)要求記錄在由SA1負(fù)責(zé)的規(guī)范性標(biāo)準(zhǔn)中。

此外，隨著系統(tǒng)的不斷發(fā)展，SA1 還要考慮不同服務(wù)及其互通的要求。 互通方面既包括3GPP標(biāo)準(zhǔn)所提供服務(wù)的互通，也包括與3GPP外部網(wǎng)絡(luò)和標(biāo)準(zhǔn)的互通。SA WG1還考慮服務(wù)運(yùn)營(yíng)、計(jì)費(fèi)和記賬方面的問(wèn)題。因此，通感一體的研究就在SA1中進(jìn)行了，我們今天要學(xué)習(xí)的標(biāo)準(zhǔn)是3GPP TR 22.837 V19.4.0的Technical Report：

02、通感一體的基本概念

首先，3GPP中的通感一體的英文叫法是ISAC（Integrated Sensing and Communication），那么感通一體是否就可以叫做ICAS（Integrated?Communication and?Sensing）？通信（Communication）我們都很熟悉了，sensing（感知）是什么意思呢？根據(jù)3GPP的闡述，sensing是指獲取環(huán)境和/或環(huán)境內(nèi)物體特征信息的技術(shù)，它使用無(wú)線電波來(lái)確定物體的距離（范圍）、角度或瞬時(shí)線速度等。無(wú)線感知服務(wù)依賴于分析無(wú)線感知信號(hào)的傳輸、反射和散射。

雖說(shuō)字面上通感和感通是相同的兩個(gè)字的組合，但順序的不同就產(chǎn)生了很大的差別。通感是在通信的基礎(chǔ)上做感知，感通是在感知的基礎(chǔ)上做通信，兩者要克服的技術(shù)壁壘不同，應(yīng)用的場(chǎng)景也會(huì)有不同。

以下探討的是通感用例的場(chǎng)景，包括：

? 智能家居、高速公路、鐵路、工廠以及關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施周圍預(yù)定義安全區(qū)域的物體和入侵者檢測(cè)

? 無(wú)人機(jī)、車輛、AGV的防撞和軌跡跟蹤

? 汽車操縱和導(dǎo)航

? 公共安全搜救

? 降雨監(jiān)測(cè)和洪水

? 健康和運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)

03、智能家居入侵者檢測(cè)需求分析

對(duì)于智能家居場(chǎng)景中的入侵者檢測(cè)，由于室內(nèi)物體或人體的活動(dòng)，可以通過(guò)開啟5G終端設(shè)備例如CPE來(lái)進(jìn)行，CPE可以發(fā)射5G信號(hào)，也會(huì)接收并測(cè)量反射信號(hào)，并將其作為感知信息，報(bào)給5G網(wǎng)絡(luò)或在本地進(jìn)行處理。通過(guò)分析和收集多普勒頻移、幅度變化和相位變化等感知信息，可以檢測(cè)室內(nèi)物體或人體的行為。

那么當(dāng)有入侵者闖入時(shí)，入侵警報(bào)就可以發(fā)送到業(yè)主的智能手機(jī)上，業(yè)主隨即可以報(bào)警求助，財(cái)產(chǎn)得以保護(hù)。

此用例對(duì)于系統(tǒng)的潛在需求是什么呢？

5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)為運(yùn)營(yíng)商提供一種機(jī)制，以授權(quán)UE進(jìn)行感知，例如基于位置。

5G系統(tǒng)應(yīng)支持UE根據(jù)可信第三方的請(qǐng)求執(zhí)行感知測(cè)量過(guò)程。

5G系統(tǒng)應(yīng)提供機(jī)制，使運(yùn)營(yíng)商僅根據(jù)協(xié)議收集或公開可信第三方請(qǐng)求的傳感信息。

5G系統(tǒng)應(yīng)支持UE使用從其他UE接收的信號(hào)執(zhí)行感知測(cè)量過(guò)程。

5G系統(tǒng)應(yīng)支持UE在授權(quán)或非授權(quán)頻段執(zhí)行感知測(cè)量過(guò)程。

5G系統(tǒng)應(yīng)能夠提供具有以下KPI 的感知服務(wù)：

智能家居入侵檢測(cè)傳感結(jié)果性能要求

我們來(lái)理解一下表格中的術(shù)語(yǔ)：置信度（Confidence level）：describes the percentage of all the possible measured sensing results that can be expected to include the true sensing result considering the accuracy.?描述的是考慮到準(zhǔn)確度，所有可能的測(cè)量傳感結(jié)果中可以預(yù)期包含真實(shí)傳感結(jié)果的百分比。

直白地說(shuō)，就是所有感知到的數(shù)據(jù)結(jié)果中，有百分之多少是可信的。這里的置信度要求是95%。有了置信度，后面的指標(biāo)才有意義。定位估計(jì)精度（Accuracy of positioning estimate）：describes the closeness of the measured sensing result (i.e. position) of the target object to its true position value. It can be further derived into a horizontal sensing accuracy – referring to the sensing result error in a 2D reference or horizontal plane, and into a vertical sensing accuracy – referring to the sensing result error on the vertical axis or altitude.描述了目標(biāo)物體測(cè)量到的感知結(jié)果（即位置）與其真實(shí)位置值的接近程度?？梢赃M(jìn)一步分為水平感知精度——指二維參考面或水平面上的感知結(jié)果誤差；以及垂直感知精度——指垂直軸或高度上的感知結(jié)果誤差。速度估計(jì)精度（Accuracy of velocity estimate）：describes the closeness of the measured sensing result (i.e. velocity) of the target object’s velocity to its true velocity.?描述的是測(cè)量目標(biāo)物體速度的傳感結(jié)果（即速度）與其真實(shí)速度的接近程度。感知分辨率（Sensing Resolution）：describes the minimum difference in the measured magnitude of target objects (e.g. range, velocity) to be allowed to detect objects in different magnitude.描述的是能夠測(cè)量的目標(biāo)物體的距離、速度的最小差異，以便能夠檢測(cè)到不同量級(jí)的物體。最大感知服務(wù)延遲（Max sensing service latency）: time elapsed between the event triggering the determination of the sensing result and the availability of the sensing result at the sensing system interface.觸發(fā)感知結(jié)果決定的事件與感知系統(tǒng)接口上感知結(jié)果可用之間經(jīng)過(guò)的時(shí)間。

刷新率（Refreshing rate）: rate at which the sensing result is generated by the sensing system. It is the inverse of the time elapsed between two successive sensing results.傳感系統(tǒng)產(chǎn)生傳感結(jié)果的速率。它是兩個(gè)連續(xù)傳感結(jié)果之間時(shí)間間隔的倒數(shù)。

漏檢率（Missed detection probability）：is the conditional probability of not detecting the presence of target object/environment when the target object/environment is present. This probability is denoted by the ratio of the number of events falsely identified as negative, over the total number of events with a positive state. It applies only to binary sensing results.是當(dāng)目標(biāo)物體/環(huán)境存在時(shí)，未檢測(cè)到目標(biāo)物體/環(huán)境存在的條件概率。該概率表示為被錯(cuò)誤識(shí)別為負(fù)值的事件數(shù)與正值事件總數(shù)之比。此方法僅適用于二元傳感結(jié)果。二元的意思就是檢測(cè)結(jié)果只有兩種可能的情況，比如存在或不存在。

誤報(bào)率（False alarm probability）：is the conditional probability of falsely detecting the the presence of target object/environment when the target object/environment is not present. This probability is denoted by the ratio of the number of events falsely identified as being positive, over the total number of events with a negative state. It applies only to binary sensing results.是指在目標(biāo)物體/環(huán)境不存在的情況下，錯(cuò)誤地檢測(cè)到目標(biāo)物體/環(huán)境存在的條件概率。該概率表示為被錯(cuò)誤識(shí)別為正狀態(tài)的事件數(shù)與所有負(fù)狀態(tài)事件數(shù)之比。它僅適用于二元傳感結(jié)果。所以在這個(gè)用例中，UE充當(dāng)感知發(fā)送器和/或感知接收器，其他情況也可能適用。根據(jù)上面的表格，對(duì)于智能家居的入侵檢測(cè)感知的性能需求為：

場(chǎng)景：室內(nèi)智能家居的入侵檢測(cè)置信度：95%定位估計(jì)精度：≤ 10米（水平/垂直）速度估計(jì)精度：無(wú)感知分辨率：無(wú)最大感知服務(wù)延遲：<1000 ms刷新率：<1s漏檢率：<5%誤報(bào)率：<2%

04、高速公路上行人/動(dòng)物入侵檢測(cè)需求分析

針對(duì)如下圖所示的高速公路上行人和動(dòng)物的入侵場(chǎng)景。目前，高速公路監(jiān)控系統(tǒng)主要基于路邊的基礎(chǔ)設(shè)施配備的傳統(tǒng)傳感器（如雷達(dá)、攝像頭），但道路監(jiān)控系統(tǒng)仍然存在許多問(wèn)題，例如，它只對(duì)路側(cè)進(jìn)行部分覆蓋，并且雷達(dá)可能用于單一用途，需要在同一位置部署不同類型的交通雷達(dá)，以滿足感興趣的區(qū)域各自的感知用例和要求。

如果路邊的基站已經(jīng)用于提供5G通信覆蓋，那么這些5G無(wú)線信號(hào)還可用于感知環(huán)境來(lái)進(jìn)行物體檢測(cè)。

假設(shè)行人、動(dòng)物和車輛的尺寸和典型速度如下表所示。在高速路上行進(jìn)的車輛中突然從車窗掉下一部手機(jī)，與此同時(shí)，高速公路附近農(nóng)場(chǎng)里的一些動(dòng)物正向道路靠近。周圍越來(lái)越多的車輛以極快的速度駛過(guò)。行人和動(dòng)物被檢測(cè)到，并被精準(zhǔn)地密切跟蹤。 在基站的感知區(qū)域內(nèi)， 3GPP感知數(shù)據(jù)從RAN傳輸?shù)?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/1590252.html">核心網(wǎng)，在核心網(wǎng)中進(jìn)一步處理成感知結(jié)果。移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商A將感知結(jié)果發(fā)布給路監(jiān)部門和地圖提供商。地圖提供商將弱勢(shì)行人和動(dòng)物的位置添加到高清動(dòng)態(tài)地圖中，并向接近車輛發(fā)出預(yù)警信息。或者，路邊單元（RSU）連接到交通指揮中心進(jìn)行管控。路邊單元向接近車輛發(fā)出預(yù)警信息。路監(jiān)部門工作人員立即響應(yīng)，啟動(dòng)臨時(shí)交通管理，并迅速趕赴現(xiàn)場(chǎng)，取回手機(jī)，并將動(dòng)物驅(qū)離公路。

上述案例，利用了基站區(qū)域覆蓋、遠(yuǎn)距離感知，鳥瞰高速公路環(huán)境監(jiān)控能力，可以提高高速公路管理和安全監(jiān)管的精度和效率。潛在的系統(tǒng)需求如下：

系統(tǒng)應(yīng)能夠支持基站進(jìn)行感知。

系統(tǒng)應(yīng)能夠支持選擇合適的基站進(jìn)行感知，例如基于基站的位置、感知能力以及可信第三方應(yīng)用請(qǐng)求的感知服務(wù)信息。

系統(tǒng)應(yīng)能夠支持配置基站感知操作的方法（例如授權(quán)、感知激活和/或去活、感知持續(xù)時(shí)間、感知精度、目標(biāo)感知位置區(qū)域） 。

系統(tǒng)應(yīng)能夠支持基站將3GPP傳感數(shù)據(jù)傳輸到核心網(wǎng)的方法。

系統(tǒng)應(yīng)能夠支持使核心網(wǎng)處理3GPP感知數(shù)據(jù)以獲取感知結(jié)果的手段。

根據(jù)運(yùn)營(yíng)商的策略，系統(tǒng)應(yīng)向可信第三方開放合適的API，以提供有關(guān)感知結(jié)果的信息。

系統(tǒng)應(yīng)能夠支持可信第三方應(yīng)用請(qǐng)求的感知服務(wù)的計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)收集（例如考慮服務(wù)類型、感知精度、目標(biāo)區(qū)域、持續(xù)時(shí)間）。

根據(jù)運(yùn)營(yíng)商的政策，網(wǎng)絡(luò)可為運(yùn)營(yíng)商提供安全手段，向可信第三方公開所需感知服務(wù)區(qū)域位置的感知服務(wù)可用性信息（例如，感知服務(wù)是否可用以及支持的 KPI ）。

系統(tǒng)應(yīng)能夠支持以下KPI：

場(chǎng)景：戶外高速公路上的行人/動(dòng)物入侵檢測(cè)置信度：95%定位估計(jì)精度：≤ 1米（水平）；垂直不適用速度估計(jì)精度：無(wú)感知分辨率：無(wú)最大感知服務(wù)延遲：<5000 ms刷新率：<0.1s漏檢率：<5%誤報(bào)率：<5%

（未完待續(xù)）