5G-Advanced通感融合仿真評(píng)估方法研究報(bào)告

研究報(bào)告要點(diǎn)

通信與感知融合是通信產(chǎn)業(yè)界共識(shí)5G-A未來(lái)重要演進(jìn)技術(shù)方向之一，為通信網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新應(yīng)

用提供重要基礎(chǔ)能力。通感融合仿真評(píng)估方法研究是通感技術(shù)方案性能評(píng)估的重要前提。

本研究報(bào)告分析了5G-A通感融合仿真評(píng)估指標(biāo)，面向單站感知和雙站感知模式，研究基

于3GPPTR38.901通信信道建模的通感融合系統(tǒng)級(jí)仿真大尺度衰落和小尺度衰落建模方法、

通感融合信道空間一致性和移動(dòng)特性、以及鏈路級(jí)CDL通感融合建模方法。同時(shí)提供了產(chǎn)業(yè)界

面向5G-A通感融合在典型場(chǎng)景下的最新仿真評(píng)估結(jié)果。為后續(xù)5G-A通感融合技術(shù)方案性能

評(píng)估和標(biāo)準(zhǔn)化提供重要參考。

IMT-2020(5G)推進(jìn)組

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目錄

概述P1

5G-A通感仿真評(píng)估指標(biāo)P2

5G-A通感融合信道建模方法研究P10

總結(jié)P59

附錄P62

縮略語(yǔ)P104

主要貢獻(xiàn)單位P105

IMT-2020(5G)推進(jìn)組于2013年2月由中國(guó)工業(yè)和信息化部、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、科學(xué)技術(shù)部聯(lián)合推動(dòng)成立，組織架

構(gòu)基于原IMT-Advanced推進(jìn)組，成員包括中國(guó)主要的運(yùn)營(yíng)商、制造商、高校和研究機(jī)構(gòu)。推進(jìn)組是聚合中國(guó)產(chǎn)學(xué)研用力

量、推動(dòng)中國(guó)第五代移動(dòng)通信技術(shù)研究和開(kāi)展國(guó)際交流與合作的主要平臺(tái)。

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概述

5G-A(5G-Advanced)在原有5G的移動(dòng)帶寬增強(qiáng)、超高可靠低時(shí)延、海量機(jī)器類(lèi)通信的“三角

能力”基礎(chǔ)上，將向垂直行業(yè)的更深領(lǐng)域擴(kuò)展，加強(qiáng)智能維領(lǐng)域探索，從支撐萬(wàn)物互聯(lián)到使能萬(wàn)物

智聯(lián)，為社會(huì)發(fā)展、行業(yè)升級(jí)創(chuàng)造更多價(jià)值和貢獻(xiàn)。其中，5G-A網(wǎng)絡(luò)提供的感知能力將是實(shí)現(xiàn)未來(lái)

5G-A智能網(wǎng)絡(luò)能力升級(jí)、擴(kuò)展垂直行業(yè)應(yīng)用的一個(gè)重要基礎(chǔ)能力。

通信和感知融合技術(shù)已然成為5G-A的一個(gè)重要研究方向，其利用移動(dòng)通信基礎(chǔ)設(shè)施使能感知服

務(wù)，實(shí)現(xiàn)一網(wǎng)多能，充分發(fā)揮移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)來(lái)滿足各種應(yīng)用場(chǎng)景下的感知業(yè)務(wù)性能指標(biāo)要求，同時(shí)借助

感知能力可以為通信性能帶來(lái)一定程度的提升。考慮到通感融合技術(shù)在千行百業(yè)初步具有廣泛的應(yīng)用需

求，IMT-2020(5G)推進(jìn)組在2022年發(fā)布的《5G-A通感融合場(chǎng)景需求研究報(bào)告》針對(duì)通信感知融合的四

大典型應(yīng)用場(chǎng)景，包括智慧交通、智慧低空、智慧生活和智慧網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景中的十五大典型應(yīng)用案例，深入

分析了基于移動(dòng)通信基礎(chǔ)設(shè)施使能感知業(yè)務(wù)的潛能，以及對(duì)應(yīng)場(chǎng)景下的感知業(yè)務(wù)性能指標(biāo)要求。

眾所周知，移動(dòng)通信系統(tǒng)的容量直接受到無(wú)線信道特性的影響，因此對(duì)無(wú)線信道傳播特性和模型

的研究是推動(dòng)整個(gè)移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵之一，同時(shí)也是每一代移動(dòng)通信技術(shù)研究和評(píng)估、設(shè)備研

發(fā)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和網(wǎng)絡(luò)部署的前提條件，而如何準(zhǔn)確建模復(fù)雜、易變的無(wú)線信道一直以來(lái)是移動(dòng)通信面

臨的巨大挑戰(zhàn)之一。隨著移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)引入感知能力，在其極大拓展了移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場(chǎng)景的同時(shí)，也對(duì)

傳統(tǒng)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)性能仿真評(píng)估和信道建模方法提出了挑戰(zhàn)。面向通感融合技術(shù)的信道建模不僅是對(duì)感知

的信道建模進(jìn)行研究，還要在傳統(tǒng)通信信道模型的基礎(chǔ)上考慮兩者的相關(guān)性。

感知的信道建模按照用途部分是分為不同的類(lèi)型的，根據(jù)場(chǎng)景可以分為三大類(lèi)：

●檢測(cè)、定位和追蹤

檢測(cè)、定位和追蹤的感知應(yīng)用主要是針對(duì)無(wú)源的（即被感知物體不參與到感知流程），目標(biāo)檢測(cè)

主要是依賴(lài)于目標(biāo)的移動(dòng)，即利用多普勒信息來(lái)檢測(cè)。其中，感知目標(biāo)通常是建議的“點(diǎn)”模型，即

假設(shè)感知目標(biāo)為質(zhì)點(diǎn)且不考慮體積或形狀，在此時(shí)感知的信道建模對(duì)不同感知目標(biāo)特征和區(qū)別，主要

體現(xiàn)在雷達(dá)散射截面積RCS。

●環(huán)境重構(gòu)及目標(biāo)成像

環(huán)境重構(gòu)及目標(biāo)成像的感知應(yīng)用需要對(duì)周?chē)h(huán)境中靜態(tài)散射體、準(zhǔn)靜態(tài)散射體、動(dòng)態(tài)散射體的位

置重構(gòu)、散射特性重構(gòu)，以及對(duì)靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)散射體目標(biāo)的成像。這類(lèi)應(yīng)用的信道建模需要把不同散

射體的表面材質(zhì)等特征考慮進(jìn)來(lái)。進(jìn)一步的，如精細(xì)重構(gòu)散射體（如人體）時(shí)，還需要將人體軀干再

做細(xì)分，將不同部位的特征體現(xiàn)在信道建模中。

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●手勢(shì)及姿態(tài)識(shí)別

手勢(shì)及姿態(tài)識(shí)別的感知應(yīng)用通常是在近距離分析運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的微多普勒信息。這類(lèi)應(yīng)用的信道建模

需要對(duì)手勢(shì)或姿態(tài)的整體和局部進(jìn)行精細(xì)化建模。

本研究報(bào)告對(duì)5G-A通感融合技術(shù)仿真評(píng)估指標(biāo)和通感融合信道建模方法進(jìn)行研究。其中，本研

究報(bào)告中的通感融合信道建模方法主要針對(duì)檢測(cè)、定位和追蹤類(lèi)感知應(yīng)用，環(huán)境重構(gòu)類(lèi)和姿勢(shì)識(shí)別類(lèi)

的信道建模將在后續(xù)研究和探索。

本研究報(bào)告中的通感融合信道建模方法研究包括了系統(tǒng)級(jí)仿真大尺度和小尺度建模、鏈路級(jí)信道

建模等。本研究報(bào)告凝聚了通信產(chǎn)業(yè)界關(guān)于5G-A通感融合技術(shù)場(chǎng)景下信道建模的最新方案與方法，提

供產(chǎn)業(yè)界面向5G-A通感融合在典型場(chǎng)景下的最新仿真評(píng)估結(jié)果，為后續(xù)5G-A通感融合信道模型在

后續(xù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中的標(biāo)準(zhǔn)化工作提供重要的研究基礎(chǔ)和參考。

5G-A通感仿真評(píng)估指標(biāo)

通信感知融合需要同時(shí)支持感知和通信業(yè)務(wù)。一方面面向感知應(yīng)用場(chǎng)景，需要定義感知性能指

標(biāo)，另一方面，需要在與感知業(yè)務(wù)共存場(chǎng)景下同時(shí)評(píng)估通信性能指標(biāo)。

2.1通信性能指標(biāo)

2.1.1吞吐量

單用戶吞吐量定義為單位時(shí)間內(nèi)單用戶正確接收的比特?cái)?shù)，即以用戶為粒度統(tǒng)計(jì)在單位時(shí)間內(nèi)層3

收到的SDU包含的比特?cái)?shù)，單位為bit/s或bps。

系統(tǒng)吞吐量定義為單位時(shí)間內(nèi)小區(qū)所有用戶正確接收的比特?cái)?shù)，即在單位時(shí)間內(nèi)層3收到的SDU包

含的比特?cái)?shù)除以總小區(qū)數(shù)，單位為bit/s/TRxP或bps/TRxP。

2.1.2頻譜效率

第5個(gè)百分點(diǎn)用戶頻譜效率是歸一化用戶吞吐量的CDF的5%點(diǎn)。歸一化的用戶吞吐量定義為正確

接收的比特?cái)?shù)，即單位時(shí)間內(nèi)層3收到的SDU包含的比特?cái)?shù)除以信道帶寬，單位bit/s/Hz。其中，信道

帶寬定義為：有效帶寬×頻率復(fù)用因子，其中有效帶寬是考慮上下行比例的歸一化工作帶寬。Ri(Ti)

表示用戶i正確接收的比特?cái)?shù)，Ti表示用戶i的會(huì)話激活時(shí)間，W表示信道帶寬，ri表示用戶i的（歸一

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化）用戶吞吐量，定義如下：

平均頻譜效率是所有用戶（正確接收的比特?cái)?shù)）的聚合吞吐量，即單位時(shí)間內(nèi)層3接收到的SDU中

包含的比特?cái)?shù)除以特定頻帶的信道帶寬，再除以TRxP個(gè)數(shù)，單位為bit/s/Hz/TRxP。

其中，Ri(T)表示在包含N個(gè)用戶和M個(gè)TRxP的系統(tǒng)中下行用戶i或上行用戶i正確接收的比特?cái)?shù)。

W表示信道帶寬，T表示數(shù)據(jù)接收使用的時(shí)間。平均頻譜效率SEavg是根據(jù)如下定義：

一般而言，平均頻譜效率應(yīng)與第5百分位用戶頻譜效率使用同樣的仿真方法聯(lián)合評(píng)估。頻譜效率與

許多設(shè)計(jì)因素有關(guān)。與峰值頻譜效率類(lèi)似，減少開(kāi)銷(xiāo)（包括控制開(kāi)銷(xiāo)和參考信號(hào)開(kāi)銷(xiāo)）將有助于提高

頻譜效率。

2.1.3誤塊率

誤塊率指BLER（BlockErrorRate，誤塊率），即在一定時(shí)間內(nèi)傳輸一個(gè)層2/3數(shù)據(jù)包的錯(cuò)誤概

率，具體的統(tǒng)計(jì)方式為錯(cuò)誤傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包/總生成的數(shù)據(jù)包。

2.1.4通信開(kāi)銷(xiāo)

一般而言，通信開(kāi)銷(xiāo)是指控制信號(hào)、參考信號(hào)、以及公共信號(hào)的開(kāi)銷(xiāo)OH(OverHead,開(kāi)銷(xiāo))。在

不犧牲系統(tǒng)性能的情況下，降低系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)可以提升頻譜效率和小區(qū)數(shù)據(jù)速率。如果兩種技術(shù)提供的后

處理SINR相同（即支持相同調(diào)制階數(shù)、相同編碼速率、相同層數(shù)每用戶）則通信開(kāi)銷(xiāo)越小越好。如下

圖1所示。

圖1保護(hù)帶RE、開(kāi)銷(xiāo)RE和數(shù)據(jù)RE示意圖

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表1總結(jié)了下行NR的控制和參考信號(hào)開(kāi)銷(xiāo)。

表15GNR下行開(kāi)銷(xiāo)總結(jié)

NR開(kāi)銷(xiāo)計(jì)算如下：

具體的

NRE=NRB×12×NOS為時(shí)頻資源塊中的RE個(gè)數(shù)(TDL,η*BW)；

●

TDL表示給定上下行圖案的一個(gè)周期內(nèi)用于下行傳輸?shù)腘OSOFDM符號(hào)的長(zhǎng)度，例如，

每10個(gè)時(shí)隙(NR)或10個(gè)傳輸時(shí)間間隔TTI(LTE)；

●η為頻譜利用率，BW為系統(tǒng)帶寬；

●

NRB為帶寬η*BW內(nèi)的RB數(shù)，12為1個(gè)RB內(nèi)的子載波數(shù)；

●(η*BW)是不包括保護(hù)頻帶的帶寬，一半的GP符號(hào)被視為用于下行資源，因此在計(jì)算

NOS（參見(jiàn)圖2）時(shí)應(yīng)該將其考慮在內(nèi)；

為同一時(shí)頻資源（TDL,η*BW）內(nèi)可用于下行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳輸RE數(shù)；

是在同一時(shí)頻資源（TDL,η*BW）內(nèi)用于控制信號(hào)、公共信號(hào)和參考信號(hào)的開(kāi)銷(xiāo)RE的數(shù)量；

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時(shí)頻資源塊（TDL,η*BW）如圖2所示。在該示例中，假設(shè)DL/UL的圖案是“DDDSU”，即

3個(gè)下行時(shí)隙、1個(gè)特殊時(shí)隙和1個(gè)上行時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙由14個(gè)OFDM符號(hào)組成。1個(gè)特殊時(shí)隙由10個(gè)下

行OFDM符號(hào)、2個(gè)GP符號(hào)和2個(gè)上行OFDM符號(hào)組成。一個(gè)GP符號(hào)作為下行資源，另一個(gè)GP符號(hào)作

為上行資源。因此，TDL在一個(gè)DDDSU周期（5個(gè)時(shí)隙）內(nèi)由3×14+11=53個(gè)OFDM符號(hào)組成。RE數(shù)

NRE，和將在53個(gè)OFDM符號(hào)內(nèi)計(jì)算。如果采用10個(gè)時(shí)隙作為DL/UL周期，則TDL將包括106個(gè)

OFDM符號(hào)。

圖2開(kāi)銷(xiāo)計(jì)算中時(shí)頻資源塊(Tslot,η×BW)的說(shuō)明

2.1.5通信空口時(shí)延

通信空口時(shí)延（用戶面時(shí)延）是源端發(fā)送數(shù)據(jù)包到目的端接收到數(shù)據(jù)包所消耗的時(shí)間（以毫秒為

單位）。用戶面時(shí)延定義為在網(wǎng)絡(luò)空載條件下，假設(shè)移動(dòng)臺(tái)處于激活狀態(tài)，對(duì)于給定業(yè)務(wù)在上行或下

行中成功地從無(wú)線協(xié)議層2/3SDU入口點(diǎn)向無(wú)線協(xié)議層2/3SDU出口點(diǎn)成功發(fā)送應(yīng)用層分組/消息所

需的單向時(shí)間。

3GPP5GNR用戶面時(shí)延評(píng)估是基于圖3所示流程。它考慮到了重新傳送的情況。假設(shè)初傳時(shí)延為

T0，初傳和一次重傳的時(shí)延為T(mén)1，初傳和n次重傳的時(shí)延為T(mén)n，則預(yù)期的用戶面時(shí)延為：

其中，pn為第n次重傳的概率（n=0表示僅初傳），且p0+p1+…+pN=1。重傳的概率與SINR、編碼

方式、調(diào)制階數(shù)等相關(guān)。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，通常假設(shè)p2=…pN=0(N>2)。

T(l)的確切值取決于l，l是數(shù)據(jù)包到達(dá)時(shí)一個(gè)時(shí)隙中的OFDM符號(hào)的索引。對(duì)于TDD頻帶來(lái)說(shuō)，如

果下行數(shù)據(jù)包在上行時(shí)隙到達(dá)，則需等到下一個(gè)下行時(shí)隙發(fā)送，相比下行時(shí)隙到達(dá)的數(shù)據(jù)包，等待時(shí)

間更長(zhǎng)。這種情況同樣適用于NRFDD頻帶，原因在于NR允許子時(shí)隙處理，如果數(shù)據(jù)包在時(shí)隙的后

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半部分到達(dá)，則可能需要等到下一個(gè)時(shí)隙的開(kāi)始才能進(jìn)一步處理；而如果數(shù)據(jù)包在時(shí)隙的起始部分到

達(dá)，則可能在該時(shí)隙內(nèi)處理。為了消除具體到達(dá)符號(hào)索引的影響，用戶面時(shí)延的平均值很有幫助。其

定義如下：

其中，N是構(gòu)成一個(gè)DL/UL圖案周期的時(shí)隙數(shù)，14是在一個(gè)時(shí)隙中的OFDM符號(hào)數(shù)目。

圖3用于評(píng)估的通信空口時(shí)延（用戶面時(shí)延）

2.2感知性能指標(biāo)

面向不同場(chǎng)景，感知指標(biāo)可分為多類(lèi)，各場(chǎng)景需評(píng)估的指標(biāo)側(cè)重點(diǎn)有所不同。感知性能指標(biāo)大體

上可分為如下四類(lèi)：

●通用指標(biāo)：分辨率、精確度、檢測(cè)成功率、感知空口時(shí)延、感知范圍、感知更新頻率、感知開(kāi)

銷(xiāo)等

●定位類(lèi)相關(guān)指標(biāo)：距離/速度/角度的精度

●成像類(lèi)相關(guān)指標(biāo)：徑向/橫向分辨率，峰值旁瓣比，積分旁瓣比等

●目標(biāo)識(shí)別類(lèi)相關(guān)指標(biāo)：目標(biāo)檢測(cè)成功率，目標(biāo)分辨率，多目標(biāo)識(shí)別數(shù)等

本節(jié)重點(diǎn)定義通用指標(biāo)，針對(duì)特定場(chǎng)景，如附錄中仿真場(chǎng)景，評(píng)估指標(biāo)可以此為基礎(chǔ)進(jìn)行調(diào)整或

補(bǔ)充。

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2.2.1分辨率

無(wú)線感知分辨率是指系統(tǒng)能夠區(qū)分的兩個(gè)鄰近目標(biāo)之間的最接近程度，主要從距離、速度和角度

三個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。其中距離和速度分辨率取決于波形參數(shù)（信號(hào)時(shí)寬和帶寬），角度分辨率取決于

天線波束寬度。通常情況下，無(wú)線感知系統(tǒng)只需要在距離、速度和角度中的某一維區(qū)分鄰近目標(biāo)。鄰

近目標(biāo)在上述三個(gè)維度都無(wú)法分辨的情況在實(shí)際中是較為罕見(jiàn)的。

距離分辨率是指點(diǎn)目標(biāo)之間的最小可區(qū)分距離。一般而言，決定距離分辨率的是感知信號(hào)的有效

帶寬B，有效帶寬越寬，距離分辨率越好。距離分辨率無(wú)線感知分辨率是指系統(tǒng)能夠區(qū)分的兩個(gè)鄰近目

標(biāo)之間的最接近程度，主要從距離、速度和角度三個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。其中距離和速度分辨率取決于波

形參數(shù)（信號(hào)時(shí)寬和帶寬），角度分辨率取決于天線波束寬度。通常情況下，無(wú)線感知系統(tǒng)只需要在

距離、速度和角度中的某一維區(qū)分鄰近目標(biāo)。鄰近目標(biāo)在上述三個(gè)維度都無(wú)法分辨的情況在實(shí)際中是

較為罕見(jiàn)的。

距離分辨率是指點(diǎn)目標(biāo)之間的最小可區(qū)分距離。一般而言，決定距離分辨率的是感知信號(hào)的有效

帶寬B，有效帶寬越寬，距離分辨率越好。距離分辨率R可表示為：

其中，c表示光速。

角度分辨率（約等于半功率/3dB波束寬度）是指兩個(gè)目標(biāo)處于相同距離上，最小能夠區(qū)分的角

度。它與波束寬度有關(guān)，波束越窄，角分辨率越高。為信號(hào)波長(zhǎng)，D為陣列的孔徑。角度分辨率可表

示為：

多普勒分辨率是指兩個(gè)目標(biāo)可以被準(zhǔn)確感知區(qū)分的最小多普勒頻移差距，與符號(hào)累積時(shí)間成反

比。多普勒分辨率可表示為:

其中，表示OFDM系統(tǒng)可處理的最大多普勒頻移，與OFDM符號(hào)周期Tr成反比；表示符號(hào)

累積時(shí)間，為估計(jì)累積符號(hào)數(shù)Nf與OFDM符號(hào)周期的乘積，即=Nf*Tr。

速度分辨率是指兩個(gè)目標(biāo)處于相同距離、相同回波信號(hào)強(qiáng)度上，最小可區(qū)分的多普勒頻移差值，

與載波頻率fc和符號(hào)累積時(shí)間成反比。速度分辨率可表示為：

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可表示為：

其中，c表示光速。

2.2.2精確度

無(wú)線感知精確度指被測(cè)目標(biāo)距離、速度和角度與其真實(shí)值之間的接近程度，通常采用均方根誤差

來(lái)描述。精確度一方面取決于無(wú)線感知波形及天線參數(shù)（信號(hào)時(shí)寬、帶寬及波束寬度），另一方面也

取決于回波信號(hào)的信噪比。

距離測(cè)量精度可表示為：

速度測(cè)量精度可表示為：

角度測(cè)量精度可表示為：

其中，E為信號(hào)的能量，N0為單位帶寬的噪聲功率，c為光速，SNR=E/N0為信噪比，τ=MTr

為信號(hào)持續(xù)時(shí)間（非壓縮的脈寬）。

2.2.3檢測(cè)成功率

無(wú)線感知目標(biāo)檢測(cè)是指對(duì)接收機(jī)輸出的由目標(biāo)回波信號(hào)、噪聲和其它干擾組成的混合信號(hào)進(jìn)行特

定的信號(hào)處理和門(mén)限判決，以規(guī)定的檢測(cè)概率（通常比較高）發(fā)現(xiàn)未知目標(biāo)的回波信號(hào)，而噪聲和其

它干擾則以低概率產(chǎn)生隨機(jī)虛警（通常以一定的虛警概率為條件）。無(wú)線感知的檢測(cè)概率和虛警概率

是衡量目標(biāo)檢測(cè)性能的兩個(gè)常用指標(biāo)。檢測(cè)概率Pd是指在感知接收機(jī)輸出混合信號(hào)中存在目標(biāo)回波且

目標(biāo)回波信號(hào)強(qiáng)度高于預(yù)設(shè)門(mén)限，系統(tǒng)判為目標(biāo)存在的正確概率。虛警概率Pfa指的是感知接收機(jī)輸

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出混合信號(hào)中沒(méi)有目標(biāo)回波但判決為有目標(biāo)回波的錯(cuò)誤概率。在雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)中，通常采用確保虛警

概率恒定的恒虛警檢測(cè)方法，此時(shí)，目標(biāo)檢測(cè)概率取決于目標(biāo)回波信號(hào)、噪聲和干擾信號(hào)的幅度分布

（概率密度函數(shù)）以及所選定的虛警概率。

-6

為了保證感知系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的質(zhì)量（例如在虛警概率Pfa=10的條件下發(fā)現(xiàn)概率為Pd=90%），感

知系統(tǒng)接收機(jī)必須收到足夠高的信號(hào)噪聲比。根據(jù)Shnidman經(jīng)驗(yàn)公式，感知基站在給定的發(fā)現(xiàn)概率Pd

和虛警概率Pfa條件下接收回波所需的最小信噪比SNRmin為：

其中N為脈沖累計(jì)數(shù)且N<40，

其中sign(x)是符號(hào)函數(shù)sign(x)=2U(x)-1，即x>0，sign(x)=1；X<0，sign(x)=-1。

2.2.4感知空口時(shí)延

感知空口時(shí)延指從源端發(fā)送感知信號(hào)到目的端接收到感知信號(hào)所消耗的時(shí)間（ms）。感知空口時(shí)

延定義為在網(wǎng)絡(luò)空載條件下，假設(shè)感知設(shè)備處于激活狀態(tài)，對(duì)于給定感知業(yè)務(wù)在上行或下行中成功感

知目標(biāo)所需的單向時(shí)間。

感知空口時(shí)延評(píng)估應(yīng)考慮重新傳送的情況。假設(shè)初傳感知時(shí)延為T(mén)0，初傳感知時(shí)延和一次重傳感

知時(shí)延的時(shí)延為T(mén)1，初傳感知時(shí)延和n次重傳感知時(shí)延的時(shí)延為T(mén)n，則預(yù)期的感知空口時(shí)延為：

其中，pn為第n次重傳感知的概率（n=0表示僅初傳），且p0+p1+…+pN=1。重傳感知的概率與

SINR、發(fā)送信號(hào)等相關(guān)。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，通常假設(shè)p2=…pN=0(N>2)。

2.2.5感知范圍

測(cè)距范圍包括最小可測(cè)距離和最大單值測(cè)距范圍。最小可測(cè)距離，是指感知能測(cè)量的最近目標(biāo)的

距離。最大單值測(cè)距范圍，則是被測(cè)目標(biāo)的最大作用距離，如進(jìn)行三維空間感知，則需要從三維坐標(biāo)

系上進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算。一般而言，最大無(wú)模糊測(cè)距范圍可以表示為：

測(cè)速范圍一般與感知信號(hào)時(shí)域間隔相關(guān)，一般而言，最大無(wú)模糊測(cè)速范圍可以表示為：

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角度范圍與感知信號(hào)波束域相關(guān)，一般而言，最大無(wú)模糊測(cè)角范圍可以表示為：

2.2.6感知更新頻率

感知更新頻率一般定義為感知結(jié)果更新的頻率或頻次，更快的感知頻率必然需要更多的感知資

源。特別的，在掃描感知模式中，感知更新頻率一般定義為在感知范圍內(nèi)掃描一周所需的時(shí)間。

2.2.7感知開(kāi)銷(xiāo)

類(lèi)似通信開(kāi)銷(xiāo)，感知開(kāi)銷(xiāo)可定義為僅用于感知探測(cè)而不能用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_(kāi)銷(xiāo)。

5G-A通感融合信道建模方法研究

3.1通感融合信道建模基本原理

現(xiàn)有通信系統(tǒng)中僅建模信號(hào)發(fā)射端與信號(hào)接收端間的單向多徑信道，用于描述信號(hào)發(fā)射端與信號(hào)

接收端間的信道環(huán)境特性，例如3GPPTR38.901中簇延遲線CDL信道等[1]。然而，在通感融合系統(tǒng)

中，由于感知系統(tǒng)需要通過(guò)接收感知目標(biāo)反射的感知信號(hào)對(duì)環(huán)境中的目標(biāo)進(jìn)行感知和探測(cè)，因此需要

構(gòu)建適用于通感系統(tǒng)的雙向多徑信道，包括從感知發(fā)送端到感知目標(biāo)之間的鏈路以及感知目標(biāo)到感知

接收端之間的鏈路。通感信道模型可以在現(xiàn)有通信信道模型的基礎(chǔ)上，通過(guò)引入感知系統(tǒng)相關(guān)的元素

及特征，例如雷達(dá)散射截面積RCS等信息，對(duì)通信信道模型進(jìn)行改進(jìn)，使其適用于不同的通感場(chǎng)景，

例如高速公路場(chǎng)景，無(wú)人機(jī)場(chǎng)景及其他場(chǎng)景等。

在傳統(tǒng)通信系統(tǒng)信道建模中，通信信道建模方法大致可分為三類(lèi)，即統(tǒng)計(jì)性信道模型、確定性信

道模型和半確定性信道模型。

●統(tǒng)計(jì)性信道模型：統(tǒng)計(jì)性建模方法也稱(chēng)為參數(shù)建模法，主要通過(guò)信道測(cè)量并基于無(wú)線信道的統(tǒng)

計(jì)特性建立信道模型。該方法通過(guò)對(duì)典型場(chǎng)景進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，從大量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中歸納出信道重要的

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統(tǒng)計(jì)特性，以此獲得無(wú)線信道的經(jīng)驗(yàn)公式。根據(jù)無(wú)線信道測(cè)量的側(cè)重點(diǎn)和所采取的方法，統(tǒng)計(jì)性建模

又可以分為信道沖激響應(yīng)建模和隨機(jī)信道建模。信道沖激響應(yīng)建模側(cè)重于無(wú)線信道多徑衰落，例如抽

頭延遲線模型。隨機(jī)信道建模法多用于窄帶通信系統(tǒng)的建模，主要是預(yù)測(cè)一個(gè)大范圍內(nèi)的信號(hào)強(qiáng)度變

化規(guī)律或概率密度函數(shù)。

●確定性信道模型：該方法利用無(wú)線傳播環(huán)境的具體地理信息，根據(jù)電磁波傳播理論等分析預(yù)

測(cè)無(wú)線信道模型，無(wú)需進(jìn)行大量的實(shí)測(cè)，只需利用傳播環(huán)境的詳細(xì)信息對(duì)信號(hào)的傳播進(jìn)行較準(zhǔn)確的預(yù)

測(cè)，例如地理特征、建筑結(jié)構(gòu)、材料特性等。常用的確定性建模方法包括RT(RayTracing,射線跟蹤

法)，F(xiàn)DTD(Finite-DifferenceTime-Domain,時(shí)域有限差分法)等。

●半確定性信道模型：該方法融合了統(tǒng)計(jì)性模型和確定性模型的優(yōu)點(diǎn)，模型復(fù)雜度較低，較好的

符合實(shí)際環(huán)境，對(duì)于大多數(shù)的無(wú)線信道模型能夠準(zhǔn)確的計(jì)算。在半確定性信道模型中，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)

基于確定性模型導(dǎo)出的公式進(jìn)行改進(jìn)，提升信道建模精度。常用的半確定性建模方法包括統(tǒng)計(jì)與RT結(jié)

合的方法SRH，基于隨機(jī)散射體放置與RT結(jié)合的方法SSRTH，基于數(shù)字地圖的混合信道建模方法等。

上述三類(lèi)信道建模方法比較如表2所示[2]。

表2信道建模方法比較

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當(dāng)前業(yè)界廣泛采用的3GPP標(biāo)準(zhǔn)化建模方法屬于統(tǒng)計(jì)性信道模型中的信道沖激響應(yīng)建模法，如圖4

所示，信道沖激響應(yīng)建模法對(duì)多條子徑的角度、時(shí)延和功率信息等進(jìn)行建模。例如，3GPPTR38.901

中建模了用于系統(tǒng)級(jí)仿真的快衰模型和用于鏈路級(jí)仿真的TDL和CDL模型。下面以CDL模型為例，介

紹其原理。3GPPTR38.901中對(duì)CDL模型進(jìn)行了定義，該模型適用于從0.5GHz到100GHz的頻率范

圍，最大帶寬為2GHz。CDL信道模型基于簇的概念進(jìn)行建模，由于在信道測(cè)量中信號(hào)經(jīng)過(guò)一組散射體

后到達(dá)接收機(jī)，其多徑時(shí)延、離開(kāi)角、到達(dá)角（角度信息用于表征信道模型的空間特性）等參數(shù)具有

相似的統(tǒng)計(jì)特性，因此將一組散射體建模為簇的概念。CDL信道共有五種不同的模型，分別為CDL-A

（包含23個(gè)簇），CDL-B（包含23個(gè)簇），CDL-C（包含24個(gè)簇），CDL-D（包含13個(gè)簇）以及

CDL-E（包含14個(gè)簇）模型。CDL-A、CDL-B和CDL-C模型主要用于描述NLOS場(chǎng)景信道，而

CDL-D和CDL-E模型主要用于描述LOS場(chǎng)景信道。此外，CDL信道每個(gè)簇中均建模20個(gè)徑，每個(gè)徑在

簇中心角度基礎(chǔ)上添加一個(gè)角度偏移值，用于描述每個(gè)徑的角度信息。

圖4信道沖激響應(yīng)建模法[1]

在通感融合系統(tǒng)雙向多徑信道建模中，一種可行的方案是基于3GPPTR38.901中現(xiàn)有通信信道

模型，在其基礎(chǔ)上引入感知相關(guān)特征（例如RCS等），進(jìn)而適用于通感系統(tǒng)雙向多徑傳輸。具體地，

通感信道模型中的全局坐標(biāo)系，應(yīng)用場(chǎng)景，天線模型，陰影衰落等模型可直接參考3GPPTR38.901。

大尺度路徑損耗、小尺度多徑，環(huán)境干擾建模，RCS建模等需要進(jìn)一步研究與增強(qiáng)，增強(qiáng)方向總體考

慮包括以下幾個(gè)方面：

●大尺度路徑損耗：大尺度路徑損耗包括了感知發(fā)送端與感知目標(biāo)、感知目標(biāo)與感知接收端的路

徑損耗，以及信號(hào)經(jīng)過(guò)感知目標(biāo)反射、散射引起的衰落。

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●小尺度多徑建模：感知發(fā)送端與感知目標(biāo)、感知目標(biāo)與感知接收端之間的多徑可以建模為L(zhǎng)OS

徑、NLOS徑，同時(shí)可以引入環(huán)境目標(biāo)，信號(hào)經(jīng)過(guò)環(huán)境目標(biāo)反射對(duì)感知信號(hào)接收形成干擾。感知發(fā)送端

與環(huán)境目標(biāo)、環(huán)境目標(biāo)與感知接收端之間的多徑也可以建模為L(zhǎng)OS徑、NLOS徑。當(dāng)模型中有通信目標(biāo)

時(shí)，可以選擇通信信道中的簇作為環(huán)境目標(biāo)，以建立感知目標(biāo)與通信目標(biāo)共享信道環(huán)境的相關(guān)性。

●RCS建模：感知信道建模中需要利用RCS來(lái)表征信號(hào)經(jīng)過(guò)物體產(chǎn)生衰落。研究中RCS具有建模

在大尺度路徑損耗和小尺度多徑快衰兩種選項(xiàng)。

●其他特性：類(lèi)比通信信道建模，感知信道也需要考慮空間一致性、移動(dòng)性等特性。當(dāng)感知發(fā)送

端、感知接收端、以及感知目標(biāo)發(fā)生移動(dòng)時(shí)，考慮雙向路徑的空間一致性和移動(dòng)性中相關(guān)參數(shù)的更新。

具體增強(qiáng)實(shí)現(xiàn)方式如后續(xù)章節(jié)所述。

此外，在通感信道建模時(shí)，需要考慮感知系統(tǒng)的感知方式。從無(wú)線感知模式的角度，可以根據(jù)感

知收發(fā)端是否為同一設(shè)備分為單站感知模式和雙站感知模式：

●單站感知模式：為主動(dòng)式感知，感知發(fā)送端和感知接收端部署在同一設(shè)備上，也稱(chēng)為Mono-

static或者A發(fā)A收感知模式。

●雙站感知模式：為被動(dòng)式感知，感知發(fā)送端和感知接收端部署在不同設(shè)備上，也稱(chēng)為Bi-static

或者A發(fā)B收感知模式。

其中感知發(fā)送端和感知接收端均可以是通信基站或終端。雙站感知模式和單站感知模式示意圖如

圖5所示（圖中感知信號(hào)收發(fā)端以基站為例）。在信道建模中，在不同感知模式下，相關(guān)參數(shù)的配置存

在相似性和區(qū)別特征。

圖5雙站感知模式和單站感知模式示意圖

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3.2通感融合大尺度衰落建模

在通感融合信道建模中，大尺度衰落主要描述距感知發(fā)送端一定距離的感知接收端的功率變化。

在3GPPTR38.901[1]中，通信信道大尺度衰落主要體現(xiàn)在路徑損耗，穿透損耗和陰影衰落中。由于

通感系統(tǒng)具有感知發(fā)送端到感知目標(biāo)以及感知目標(biāo)到感知接收端兩段鏈路，因此在建模路徑損耗時(shí)需

要考慮信號(hào)在兩段鏈路中的路徑損耗，并且需要考慮信號(hào)經(jīng)過(guò)感知目標(biāo)時(shí)由于反射、散射等造成的能

量損失，該特性通常由雷達(dá)散射截面積RCS來(lái)描述。在傳統(tǒng)雷達(dá)系統(tǒng)中，雷達(dá)通常需要基于LOS徑的

信號(hào)進(jìn)行目標(biāo)感知和探測(cè)，在通感系統(tǒng)中同樣考慮存在LOS徑的場(chǎng)景，因此通感大尺度衰落不需要考

慮穿透損耗建模。此外，對(duì)于陰影衰落的建模，可完全復(fù)用現(xiàn)有3GPP中的陰影衰落模型。本小節(jié)將介

紹通感信道大尺度衰落建模，主要包括LOS概率，路徑損耗建模，以及RCS建模。

需要說(shuō)明的是，RCS除考慮建模在大尺度衰落上，也有研究應(yīng)用于小尺度衰落中。因?yàn)槲矬w表面

介質(zhì)并不是絕對(duì)均勻，每個(gè)角度可能對(duì)應(yīng)不同的散射特性。如果RCS建模在小尺度衰落上，對(duì)每個(gè)感

知目標(biāo)或散射簇可以考慮分別建模RCS，每個(gè)感知目標(biāo)和散射簇分別利用路徑損耗公式計(jì)算得到路徑

損耗。最后將路徑損耗值和對(duì)應(yīng)的信道相乘并求和即可計(jì)算得到通感信道。

3.2.1LOS概率

在感知中LOS和NLOS是根據(jù)感知方（感知發(fā)送端和感知接收端）和感知目標(biāo)之間是否存在遮擋來(lái)

判斷的，如果存在遮擋，即認(rèn)為是NLOS，如果不存在遮擋，即認(rèn)為是LOS。下面給出單站感知模式和

雙站感知模式中LOS和NLOS示意圖。

1）單站感知模式中，根據(jù)信道互異性，感知發(fā)送端到感知目標(biāo)的路徑和感知目標(biāo)到感知接收端的

路徑可以認(rèn)為具有相同的LOS概率。存在以下兩種情況，如圖6所示。

圖6單站感知模式LOS和NLOS示意圖

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2）雙站感知模式中，感知發(fā)送端到感知目標(biāo)的路徑和感知目標(biāo)到感知接收端的路徑其LOS概率是

不同的，需要分別計(jì)算。存在以下四種情況，如圖7所示。

圖7雙站感知模式LOS和NLOS示意圖

在3GPPTR38.901中定義了LOS的概率（詳見(jiàn)7.4.2LOS概率），在相應(yīng)的感知場(chǎng)景中，可以沿

用該模型計(jì)算感知目標(biāo)的LOS概率。

3.2.2路徑損耗建模

在通感場(chǎng)景中，感知發(fā)送端發(fā)出的信號(hào)經(jīng)過(guò)感知目標(biāo)后到達(dá)感知接收端，其中感知發(fā)送端距感知

目標(biāo)的距離為d1，感知目標(biāo)距感知接收端的距離為d2。特別的，在單站感知模式中，雙向鏈路的距離相

同，即d1=d2。

通感系統(tǒng)路徑損耗計(jì)算公式可以基于現(xiàn)有3GPP定義的路徑損耗計(jì)算公式修改得到。現(xiàn)有3GPP定

義的路徑損耗公式描述的是發(fā)射機(jī)到接收機(jī)的單向鏈路，其中包含接收機(jī)的接收天線孔徑的影響，而

感知目標(biāo)僅反射信號(hào)。如果感知發(fā)送端到感知目標(biāo)的路徑損耗PL(d1)和感知目標(biāo)到感知接收端的路徑損

耗PL(d2)分別套用一次3GPPTR38.901中表7.4.1-1給出的路徑損耗模型，相當(dāng)于計(jì)算了兩次接收天

線孔徑的影響，而沒(méi)有計(jì)算感知目標(biāo)散射造成的影響。因此在路徑損耗計(jì)算中需要減去一次接收天線

孔徑的影響，并且引入感知目標(biāo)RCS的影響。因此，通感系統(tǒng)路徑損耗PLs(d1,d2)計(jì)算公式為[4]-[9]

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其中，PL(d1)和PL(d2)可以采用現(xiàn)有3GPP中定義的路徑損耗公式，或者采用自由空間損耗公式進(jìn)

2

行計(jì)算，λ表示波長(zhǎng)，單位為米（m），σRCS表示感知目標(biāo)的RCS，單位為平方米（m）。具體的，

PL(d1)和PL(d2)計(jì)算公式可參考表3，其中各符號(hào)定義和計(jì)算方法可參考3GPPTR38.901中表7.4.1-1。

表3單向路徑損耗計(jì)算公式[1]

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表3單向路徑損耗計(jì)算公式[1]續(xù)表

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表3單向路徑損耗計(jì)算公式[1]續(xù)表

3.2.3RCS建模

當(dāng)感知目標(biāo)接收到感知發(fā)送端發(fā)出的信號(hào)后，因其散射特性而產(chǎn)生散射回波，而在雷達(dá)場(chǎng)景中通

常使用RCS來(lái)表征其散射特性。通常情況下，RCS是視角，頻率，極化的復(fù)雜函數(shù)，即使對(duì)于簡(jiǎn)單

的目標(biāo)，觀測(cè)到的RCS也會(huì)隨雷達(dá)工作頻率以及目標(biāo)的視角發(fā)生復(fù)雜的變化。因此，可以采取不同的

RCS建模方法。

方法1：RCS建模為固定值

在該方法中將感知目標(biāo)假設(shè)為點(diǎn)目標(biāo)，無(wú)論從任何方向入射或反射，均假設(shè)RCS為定值，因此采

用特定的RCS取值。對(duì)于不同的感知目標(biāo)，通常RCS取值不同。表4給出微波頻段下不同反射物的RCS

典型值[10]。

表4微波頻段不同反射物RCS典型值

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方法2：RCS建模為服從特定概率密度函數(shù)的隨機(jī)變量

在該方法中RCS是一個(gè)服從特定概率密度函數(shù)的隨機(jī)變量，例如均勻分布、高斯分布、施威林

（Swerling）模型[10]等，其中施威林是雷達(dá)探測(cè)中常用的RCS建模方法，通常分為四種類(lèi)型，也可以

應(yīng)用在通感RCS建模中。

（1）均勻分布或高斯分布模型

根據(jù)不同的感知目標(biāo)，可以將RCS建模為均勻分布或者高斯分布，例如，表5給出均勻分布或高斯

分布時(shí)不同類(lèi)散射體的RCS取值范圍[11]。

表5不同類(lèi)散射體的RCS取值范圍

（2）Swerling模型

該模型為雷達(dá)系統(tǒng)中常用的RCS模型，主要分為SwerlingI，SwerlingII，SwerlingIII和

SwerlingIV四種類(lèi)型。通常情況下，感知接收端感知目標(biāo)時(shí)其掃描過(guò)程是周期性的。如果同一個(gè)掃

描周期內(nèi)的多個(gè)回波間具有相關(guān)性，不同掃描周期間的多個(gè)回波不具有相關(guān)性，即表明感知目標(biāo)起伏

特性變化較慢，稱(chēng)之為慢起伏，可用SwerlingI和SwerlingIII模型來(lái)描述。如果同一個(gè)掃描周期內(nèi)

的多個(gè)回波不具有相關(guān)性，即表明感知目標(biāo)起伏特性變化較快，稱(chēng)之為快起伏，可用SwerlingII和

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SwerlingIV模型來(lái)描述。不同的Swerling具有不同的概率分布特性，SwerlingI和SwerlingII模

型將RCS建模為瑞利分布，而SwerlingIII和SwerlingIV模型將RCS建模為卡方分

布，其中為感知目標(biāo)的RCS平均值。

方法3：根據(jù)感知目標(biāo)形狀和電磁波角度計(jì)算RCS

在該方法中將感知目標(biāo)近似為簡(jiǎn)單的形狀物體，根據(jù)感知目標(biāo)形狀和電磁波角度計(jì)算RCS。單站

感知模式下，文獻(xiàn)[16]提供了一些簡(jiǎn)單形狀物體（如：球體、橢球體、圓柱體、圓形平板、矩形平板

等）的RCS計(jì)算公式。雙站感知模式的RCS可以基于單站模式的RCS公式，利用單-雙站等價(jià)公式進(jìn)行

近似計(jì)算[17][18]。

對(duì)于特定感知目標(biāo)，也可以導(dǎo)入實(shí)際測(cè)試得到的感知目標(biāo)RCS方向圖進(jìn)行計(jì)算。

3.3通感融合小尺度衰落建模

3.3.1感知多徑建模

面向感知的傳輸路徑包括了從感知發(fā)送端到感知目標(biāo)的傳輸路徑，以及信號(hào)經(jīng)過(guò)感知目標(biāo)反射到

感知接收端的傳輸路徑。感知信號(hào)在傳輸過(guò)程中，部分信號(hào)經(jīng)過(guò)感知目標(biāo)，信號(hào)中攜帶感知目標(biāo)的相

關(guān)信息，而另一部分信號(hào)不經(jīng)過(guò)感知目標(biāo)，只經(jīng)過(guò)環(huán)境反射，或在雙站感知模式中的感知收發(fā)端間的

LOS徑，這些信號(hào)中不攜帶感知目標(biāo)的相關(guān)信息。經(jīng)過(guò)感知目標(biāo)的信號(hào)在雙向鏈路傳播時(shí)，信號(hào)可以

通過(guò)LOS徑在感知收發(fā)端與感知目標(biāo)間傳播，或者經(jīng)過(guò)環(huán)境目標(biāo)通過(guò)NLOS徑在感知收發(fā)端與感知目標(biāo)

間傳播。對(duì)于LOS回波，定義為3.2.1章節(jié)中單站感知模式下的LOS感知和雙站感知模式下的兩段LOS

徑的情況。對(duì)于NLOS回波信道，定位為3.2.1章節(jié)中單站感知模式下的NLOS感知和雙站感知模式下

的兩段中存在NLOS徑的情況，如圖7中的（B）（C）（D）。經(jīng)過(guò)環(huán)境目標(biāo)的信號(hào)同樣可以是LOS回

波或者NLOS回波信道。針對(duì)感知信號(hào)傳輸多徑的建模，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，可以考慮如下4種方法。本小

節(jié)中使用的圖例如圖8所示。其中環(huán)境目標(biāo)可以表示空間中的散射簇或散射體等概念。對(duì)于LOS回波，

建模為一個(gè)簇，其中的徑可根據(jù)不同方案進(jìn)一步細(xì)分。

圖8通感信道感知多徑模型圖例

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方法1：僅建模經(jīng)過(guò)感知目標(biāo)的LOS回波

在傳統(tǒng)雷達(dá)系統(tǒng)中，由于LOS徑的能量通常遠(yuǎn)大于NLOS徑的能量，雷達(dá)系統(tǒng)需要基于LOS徑進(jìn)行

感知與探測(cè)。為簡(jiǎn)化通感信道模型，與雷達(dá)系統(tǒng)類(lèi)似，該方法中考慮基于自由空間的通感信道模型，

僅對(duì)經(jīng)過(guò)感知目標(biāo)的LOS回波進(jìn)行建模，即僅建模感知收發(fā)端和感知目標(biāo)之間的LOS回波。方法1示意

圖如圖9所示，具體可分為單站感知模式和雙站感知模式兩種情況。

(a)單站感知模式(b)雙站感知模式

圖9僅建模經(jīng)過(guò)感知目標(biāo)的LOS徑示意圖

方法2：建模經(jīng)過(guò)感知目標(biāo)的LOS回波和經(jīng)過(guò)環(huán)境目標(biāo)的LOS回波

該方法在建模感知收發(fā)端和感知目標(biāo)之間的LOS回波的基礎(chǔ)上，同時(shí)建模感知收發(fā)端和環(huán)境目標(biāo)之

間的LOS回波。方法2等價(jià)于方法1的基礎(chǔ)上添加經(jīng)過(guò)環(huán)境目標(biāo)的LOS回波。方法2示意圖如圖10所示。

(a)單站感知模式(b)雙站感知模式

圖10建模經(jīng)過(guò)感知目標(biāo)的LOS回波和經(jīng)過(guò)環(huán)境目標(biāo)的LOS回波示意圖

方法3：建模經(jīng)過(guò)感知目標(biāo)的LOS回波+NLOS回波和經(jīng)過(guò)環(huán)境目標(biāo)的LOS回波

該方法中在LOS感知信道的基礎(chǔ)上添加經(jīng)過(guò)感知目標(biāo)的NLOS徑信道，即按照現(xiàn)有通信系統(tǒng)的信道

模型建模感知發(fā)送端與感知目標(biāo)間的LOS徑和NLOS徑。假設(shè)環(huán)境中存在M-1個(gè)環(huán)境目標(biāo)，則感知發(fā)送

端到感知目標(biāo)的多徑鏈路建模為1條LOS徑和M-1條NLOS徑，感知目標(biāo)到感知接收端間的多徑鏈路同

樣建模為1條LOS徑和M-1條NLOS徑。感知發(fā)送端和感知目標(biāo)間的多徑與感知目標(biāo)和感知接收端的多

徑間可以建模為下列三種匹配關(guān)系。第一種匹配關(guān)系為雙向鏈路的LOS進(jìn)行匹配，雙向鏈路的M-1條

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NLOS徑間隨機(jī)匹配。第二種匹配關(guān)系為雙向鏈路的LOS進(jìn)行匹配，雙向鏈路的M-1條NLOS徑間順序

匹配。第三種匹配關(guān)系為雙向鏈路的多徑（LOS徑加NLOS徑）間隨機(jī)匹配（即存在LOS徑和NLOS徑

匹配的情況）。建模經(jīng)過(guò)環(huán)境目標(biāo)的信道時(shí)，僅建模感知信號(hào)收發(fā)端和環(huán)境目標(biāo)之間的LOS徑信道。

此外，在雙站感知模式中，同時(shí)建模感知收發(fā)端間的LOS徑信道。方法3等價(jià)于方法2的基礎(chǔ)上添加經(jīng)

過(guò)感知目標(biāo)的NLOS回波。方法3示意圖如圖11所示（圖中經(jīng)過(guò)感知目標(biāo)的NLOS徑以單跳為例，實(shí)際

建模時(shí)不限制NLOS徑的跳數(shù)（與3GPP信道建模相同）。此外，紅色表示經(jīng)過(guò)感知目標(biāo)的LOS徑，藍(lán)

色表示經(jīng)過(guò)感知目標(biāo)的NLOS徑）。

(a)單站感知模式(b)雙站感知模式

圖11建模經(jīng)過(guò)感知目標(biāo)的LOS回波+NLOS回波和經(jīng)過(guò)環(huán)境目標(biāo)的LOS回波

方法4：建模經(jīng)過(guò)感知目標(biāo)的LOS回波+NLOS回波和經(jīng)過(guò)環(huán)境目標(biāo)的LOS回波+NLOS回波

該方法在建模經(jīng)過(guò)環(huán)境目標(biāo)的信道時(shí)除建模LOS徑外，同時(shí)建模NLOS徑，即考慮部分經(jīng)過(guò)環(huán)境目

標(biāo)的信道經(jīng)過(guò)多次散射簇的反射（多跳）后被感知接收端接收。方法4等價(jià)于方法3的基礎(chǔ)上將部分經(jīng)

過(guò)環(huán)境目標(biāo)的LOS徑修改為NLOS徑。方法4示意圖如圖12所示（圖中經(jīng)過(guò)環(huán)境中的干擾的NLOS徑信道

以雙跳為例）。

(a)單站感知模式(b)雙站感知模式

圖12建模經(jīng)過(guò)感知目標(biāo)的LOS回波+NLOS回波和經(jīng)過(guò)環(huán)境目標(biāo)的LOS回波+NLOS回波示意圖

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3.3.2小尺度衰落建模步驟

通感信道包含通信信道和感知信道，其中通信信道小尺度建模沿用3GPPTR38.901中的方法，

感知信道小尺度建模在3GPPTR38.901建模流程上進(jìn)行修改。在小尺度建模中，針對(duì)通信和感知信道

是否存在相關(guān)性，分兩種情況來(lái)建模。當(dāng)通信和感知信道存在相關(guān)性時(shí)，利用通信和感知信道共享的

環(huán)境信息，根據(jù)通信信道NLOS簇的空間位置映射出環(huán)境目標(biāo)，以此構(gòu)建通感信道關(guān)聯(lián)性模型。當(dāng)通信

和感知信道不存在相關(guān)性時(shí)，通過(guò)隨機(jī)設(shè)置環(huán)境目標(biāo)位置的方式獲取環(huán)境目標(biāo)的位置。

通感一體信道包含的通信信道和感知信道的多徑分量圖13所示。

●通信信道：包含LOS和NLOS信道。

●感知信道：包含環(huán)境目標(biāo)的感知信道和感知目標(biāo)的感知信道。

●環(huán)境目標(biāo)的感知信道：指感知發(fā)送端-環(huán)境目標(biāo)-感知接收端之間的信道，包括LOS回波和

NLOS回波信道。環(huán)境目標(biāo)為環(huán)境散射體，比如建筑物、植被等。

●感知目標(biāo)的感知信道：指感知發(fā)送端-感知目標(biāo)-感知接收端之間的信道，包括LOS回波和

NLOS回波信道。感知目標(biāo)為車(chē)輛、無(wú)人機(jī)、行人等。

圖13通感信道多徑分量示意圖例

A發(fā)A收感知模式和A發(fā)B收感知模式的多徑傳播如圖14所示，考慮經(jīng)過(guò)感知目標(biāo)和環(huán)境目標(biāo)的

LOS徑與NLOS徑。

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圖14A發(fā)A收(左)/A發(fā)B收（右）感知信道多徑傳播示意圖

3.3.2.1基于分段的小尺度信道建模方法

該方法將感知發(fā)送端到感知目標(biāo)之間的信道、感知目標(biāo)到感知接收端之間的信道進(jìn)行分段建模。

在第一段信道建模中，將感知目標(biāo)建模為接收端，而在第二段信道建模中，將感知目標(biāo)建模為發(fā)送

端，最終將兩段信道進(jìn)行級(jí)聯(lián)獲取完整的信道。在每段信道生成時(shí)，均可以建模LOS和NLOS簇，可以

刻畫(huà)感知發(fā)送端到散射體再到感知目標(biāo)，以及感知目標(biāo)到散射體再到感知接收端的信道特征。

感知信道建模流程如下所示。以下描述以基站到感知目標(biāo)、環(huán)境目標(biāo)的信道建模為例，同樣的方

法適用也適用于終端側(cè)感知。

◆步驟1:設(shè)置場(chǎng)景、網(wǎng)絡(luò)布局以及天線參數(shù)

該步驟實(shí)現(xiàn)通感信道的參數(shù)配置。

●選擇場(chǎng)景類(lèi)型，支持UMi、UMa、RMa、InH、InF、UAV、V2X等場(chǎng)景；

●定義全局坐標(biāo)系，定義水平角、俯仰角θ的方向，定義球面基向量和；

●配置基站和終端的數(shù)目；

●配置基站和終端的3D坐標(biāo)，并由此計(jì)算出每個(gè)基站和終端之間的LOS方向，,

和；

●

配置基站和終端的天線場(chǎng)方向圖Ftx和Frx，以及天線陣列的幾何形狀；

●

配置基站和終端陣列天線相對(duì)于全局坐標(biāo)系的方向，基站陣列方向由ΩBS,α（bearing

angle）、ΩBS,β（downtiltangle）和ΩBS,γ（slantangle）決定，終端陣列方向由ΩUT,α、ΩUT,β和

ΩUT,γ決定，根據(jù)陣列方向，可以將仿真空間中的全局坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為在陣列天線上的局部坐標(biāo)；

●配置全局坐標(biāo)系下終端的移動(dòng)速度和方向；

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●

配置通感系統(tǒng)的中心頻率fc和帶寬B，單位Hz；

●配置感知目標(biāo)的RCS類(lèi)別（如車(chē)輛、無(wú)人機(jī)）、數(shù)量和全局坐標(biāo)系下的移動(dòng)速度和方向；

●配置感知目標(biāo)的3D坐標(biāo)，并由此分別計(jì)算出每個(gè)感知發(fā)送端、感知接收端與感知目標(biāo)之間的

LOS方向，，和；

●配置環(huán)境目標(biāo)的RCS類(lèi)別、數(shù)量和以及全局坐標(biāo)系下的移動(dòng)速度和方向。當(dāng)環(huán)境目標(biāo)為靜止

時(shí)，速度設(shè)為0。

針對(duì)不同的仿真場(chǎng)景，步驟2~10中的參數(shù)計(jì)算或取值有所不同，包括LOS/NLOS概率計(jì)算，大尺

度參數(shù)（DS、AS、SF、K）、簇時(shí)延、角度參數(shù)等。UMi、UMa、RMa、InH、InF場(chǎng)景參考3GPP

TR38.901，UAV場(chǎng)景參考3GPPTR36.777，V2X場(chǎng)景參考3GPPTR37.885。

◆步驟2:確定傳播LOS/NLOS

每個(gè)感知發(fā)送端、感知接收端與感知目標(biāo)之間的LOS和NLOS狀態(tài)確定方法參考3.2節(jié)。

◆步驟3：計(jì)算路損

參考3.2節(jié)中的大尺度建模方法計(jì)算經(jīng)感知目標(biāo)，在感知發(fā)送端和感知接收端之間的路損。

◆步驟4:計(jì)算大尺度參數(shù)（DS、AS、SF、K）

復(fù)用3GPPTR38.901的7.5章節(jié)方法分別獲取感知目標(biāo)到感知發(fā)送端和感知接收端的DS、AS、

SF、K參數(shù)。

對(duì)于UAV場(chǎng)景，參數(shù)取值參考3GPPTR36.777；對(duì)于V2X場(chǎng)景，參數(shù)取值參考3GPPTR37.885。

當(dāng)感知目標(biāo)和終端位置一致時(shí)，感知發(fā)送端到終端的通信信道和感知發(fā)送端到感知目標(biāo)的感知信

道的大尺度參數(shù)一致。對(duì)于A發(fā)A收模式，感知發(fā)送端到終端的通信信道和感知目標(biāo)到感知接收端的感

知信道的大尺度參數(shù)一致。

◆步驟5:生成簇時(shí)延

復(fù)用3GPPTR38.901的7.5章節(jié)方法分別獲取感知目標(biāo)到感知發(fā)送端和感知接收端的簇時(shí)延參

數(shù)和，其中代表感知發(fā)送端到感知目標(biāo)的第n個(gè)簇的時(shí)延，代表感知目標(biāo)到感知接收端的

第n個(gè)簇的時(shí)延。各個(gè)簇的絕對(duì)時(shí)延在步驟12中考慮。

對(duì)于UAV場(chǎng)景，參數(shù)取值參考3GPPTR36.777；對(duì)于V2X場(chǎng)景，參數(shù)取值參考3GPPTR37.885。

對(duì)于A發(fā)A收模式，如果為L(zhǎng)OS簇，和取值一致。如果為NLOS簇，兩段信道可采用相同的

大尺度參數(shù)，但和在生成時(shí)采用不同的隨機(jī)數(shù)。

當(dāng)感知目標(biāo)和終端位置一致，通信信道和感知信道的簇時(shí)延存在相關(guān)性。如果感知發(fā)送端為基

站，基站到感知目標(biāo)的感知信道簇時(shí)延與基站到終端的通信信道簇時(shí)延一致。

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◆步驟6:生成簇功率

復(fù)用3GPPTR38.901的7.5章節(jié)方法分別獲取感知目標(biāo)到感知發(fā)送端和感知接收端的Pα,n和

Pβ,n，其中Pα,n代表感知發(fā)送端到感知目標(biāo)的第n個(gè)簇的功率，Pβ,n代表感知目標(biāo)到感知接收端的第n個(gè)

簇的功率。

對(duì)于UAV場(chǎng)景，參數(shù)取值參考3GPPTR36.777；對(duì)于V2X場(chǎng)景，參數(shù)取值參考3GPPTR37.885。

對(duì)于A發(fā)A收模式，如果為L(zhǎng)OS簇，對(duì)應(yīng)的Pα,n和Pβ,n取值一致。如果為NLOS簇，兩段信道可采用

相同的大尺度參數(shù)，但Pα,n和Pβ,n生成時(shí)采用不同的隨機(jī)數(shù)。

在生成感知目標(biāo)信道時(shí)，NLOS簇的數(shù)目與信道建模復(fù)雜度相關(guān)，可考慮以下方法來(lái)進(jìn)行建模。存

在LOS簇情況下，包括：

●選項(xiàng)1：僅保留LOS簇；

●選項(xiàng)2：僅保留LOS簇和功率最強(qiáng)的NLOS簇；

●選項(xiàng)3：保留LOS簇和所有NLOS簇。

如果不存在LOS簇，包括：

●選項(xiàng)1：不建模感知信道；

●選項(xiàng)2：僅保留功率最強(qiáng)的NLOS簇；

●選項(xiàng)3：保留所有NLOS簇。

根據(jù)保留的簇?cái)?shù)目確定步驟5~7中需要生成或保留的簇時(shí)延、功率和角度參數(shù)。

◆步驟7:生成到達(dá)角和離開(kāi)角

復(fù)用3GPPTR38.901的7.5章節(jié)方法分別獲取感知目標(biāo)到感知發(fā)送端和感知接收端的四個(gè)角

度，。如圖14所示，以A發(fā)B收為例和分

別為感知發(fā)送端（圖14基站A）到感知目標(biāo)的水平和垂直離開(kāi)角，和分別為感知發(fā)送端（圖

14中基站A）到感知目標(biāo)的水平和垂直到達(dá)角，和分別為感知目標(biāo)到感知接收端（圖14基站

B）的水平和垂直離開(kāi)角，和分別為感知目標(biāo)到感知接收端（圖14基站B）的水平和垂直到

達(dá)角。

對(duì)于UAV場(chǎng)景，參數(shù)取值參考3GPPTR36.777；對(duì)于V2X場(chǎng)景，參數(shù)取值參考3GPPTR37.885。

對(duì)于A發(fā)A收模式，如果為L(zhǎng)OS簇，對(duì)應(yīng)的與一致，〖對(duì)應(yīng)的與一致，對(duì)

應(yīng)的與一致，對(duì)應(yīng)的與一致。如果為NLOS簇，兩段信道可采用相同的大尺度參

數(shù)，但采用不同的隨機(jī)數(shù)生成各角度。

當(dāng)感知目標(biāo)和終端位置一致時(shí)，通信信道和感知信道的在簇角度上存在相關(guān)性。如果感知發(fā)送端

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為基站，基站到感知目標(biāo)的感知信道的水平、垂直離開(kāi)角與基站到終端的通信信道的水平離開(kāi)角、垂

直離開(kāi)角一致。

◆步驟8:生成環(huán)境目標(biāo)的感知信道

下面介紹兩種建模方法來(lái)生成環(huán)境目標(biāo)位置及環(huán)境目標(biāo)的感知信道。

方法1：考慮通信信道和感知信道的相關(guān)性，生成環(huán)境目標(biāo)的感知信道

該方法將通信信道的NLOS簇對(duì)應(yīng)的散射體建模成當(dāng)成環(huán)境目標(biāo)，并根據(jù)NLOS簇的角度、時(shí)延參

數(shù)映射出散射體的空間位置。為了降低環(huán)境目標(biāo)的建模復(fù)雜度，在建模中僅根據(jù)簇的信道參數(shù)，不考

慮子徑的信道參數(shù)來(lái)確定環(huán)境目標(biāo)的位置。在這種情況下，相當(dāng)于1個(gè)簇對(duì)應(yīng)1個(gè)散射體，對(duì)應(yīng)1個(gè)環(huán)境

目標(biāo)，簇和散射體的位置相同。散射體的RCS根據(jù)散射體的類(lèi)型（如建筑物、植被）確定。根據(jù)概率

分布隨機(jī)確定散射體類(lèi)型，比如散射體為建筑物的概率是50%，為植被的概率是50%。

◆步驟8.1:環(huán)境目標(biāo)的位置映射

根據(jù)通信信道中的NLOS簇的時(shí)延、AOD、ZOD、AOA、ZOA參數(shù)映射出散射體在幾何空間的實(shí)

際位置。當(dāng)感知發(fā)送端為基站時(shí)，根據(jù)基站到終端的通信信道NLOS簇參數(shù)確定散射體在全局坐標(biāo)系中

的位置坐標(biāo)。散射體的位置映射與每條徑經(jīng)歷的簇的數(shù)量有關(guān)。每條基站到終端的鏈路存在單跳或多

跳的情況，如圖15所示。在單跳情況下，NLOS信道經(jīng)歷一次簇散射達(dá)到感知接收端；在多跳情況下，

NLOS信道經(jīng)過(guò)2次或者2次以上的簇散射到達(dá)感知接收端。

圖15散射體映射示意圖

下面分單跳和多跳情況介紹計(jì)算散射體位置的方法。

（1）多跳散射體映射方法

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假定最多兩跳，根據(jù)NLOS簇的時(shí)延、AOD、ZOD計(jì)算散射體的位置，具體是一跳還是兩跳取決于

計(jì)算結(jié)果，計(jì)算方法參考QuaDRiGa[12]信道模型的實(shí)現(xiàn)。在通信簇的空間映射過(guò)程中，根據(jù)AOD/ZOD

和路徑時(shí)延計(jì)算FBS（First-bouncescatter）的位置，不考慮感知接收端的AOA/ZOA。由于LOS路徑

的相對(duì)時(shí)延為0，因此簇n對(duì)應(yīng)的總路徑長(zhǎng)度滿足下式：

其中，|r|是感知發(fā)送端和感知接端之間的距離，對(duì)應(yīng)簇n的離開(kāi)角(n,ZOD,n,AOD)，轉(zhuǎn)換到全局

坐標(biāo)系中可以得到

bn表示從TX（感知發(fā)送端）指向FBS的向量，為從TX指向散射體的單位向量。對(duì)于TX、RX

（感知接收端）和散射體構(gòu)成的三角結(jié)構(gòu)，通過(guò)余弦公式計(jì)算TX和FBS之間的距離|bn|，方式如下：

通過(guò)將cosbn替換為，得到

因此，|bn|為

進(jìn)一步地，可以得到FBS相對(duì)于TX的笛卡爾坐標(biāo)，若TX位于全局坐標(biāo)系的原點(diǎn)，則該笛卡爾坐標(biāo)

即FBS的全局坐標(biāo)。

（2）單跳散射體映射方法

方法2-1：基于NLOS簇的離開(kāi)角和到達(dá)角計(jì)算散射體的位置

利用散射簇的AOD、AOA、ZOD、ZOA四個(gè)角度確定散射體的空間位置，計(jì)算過(guò)程如下。

1）已知距離R，某條多徑的水平離開(kāi)角AOD為，垂直離開(kāi)角ZOD為，水平到達(dá)角AOA為，

垂直到達(dá)角ZOA為；

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IMT-2020(5G)推進(jìn)組

5G-Advanced通感融合仿真評(píng)估方法研究報(bào)告

2）利用水平離開(kāi)角為，垂直離開(kāi)角為可以確定發(fā)射信號(hào)射線和LOS徑之間的夾角γ，即

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