通信感知一体化（Integrated sensing and communication），通常缩写为 ISAC，旨在探索无线电系统如何同时传输数据并感知物理环境。ITU 将 ISAC 列为 IMT-2030 的六大使用场景之一。这一官方认可使其成为 6G 研究的重要领域，但这并不意味着未来的每个基站都会变成通用雷达，也不意味着隐私和频谱问题已经得到解决。
通信与感知使用相关的物理原理
通信接收机通过解析调制无线电信号来恢复信息。感知系统则研究发射信号如何与物体、运动和环境相互作用。反射、延迟、角度和多普勒频移可以揭示距离、方向或运动状态。
目前，通信系统和雷达系统通常使用独立的硬件、频谱和波形。一体化研究探讨的是资源是否可以更高效地共享或更紧密地协调。基站已经发射结构化信号，并可能拥有对感知有用的天线阵列、定时和位置信息。
共享基础设施可以减少重复建设，但两者的任务目标不同。通信链路旨在可靠地交付数据，而感知功能可能需要精细的距离或速度分辨率。单一的波形或调度方案可能无法同时优化这两个目标。
“一体化”的含义
一体化存在于多个层面。系统可以在相邻资源中共存并协调干扰；可以共享天线和处理等硬件；可以共享频谱和时间。联合设计则可以针对这两个目标优化波形、调度和信号处理。
功能集成得越紧密，必须权衡的因素就越多。将能量分配给感知可能会降低通信容量。最适合数据的波形可能会导致感知模糊度较高。为传输设计的硬件可能无法将微弱的反射信号与强烈的漏信号隔离。
一篇负责任的文章应当明确集成级别，而不是假设每篇 ISAC 论文都解决了完整的系统问题。
潜在应用场景
ISAC 可支持定位、建图、运动检测、环境感知以及网络与机器之间的协调。建议的应用场景包括工厂、交通、机器人、医疗、公共安全和智能基础设施。
在室内工厂中，网络可以在与机器通信的同时，帮助定位资产或检测移动。在道路上，基础设施和车辆可以将通信与对周边物体的感知相结合。在建筑物中，无线电感知可以在无需佩戴设备的情况下检测人员的存在或移动。
这些示例具有不同的安全、分辨率和隐私要求。用于占用优化且有效的感知结果，对于控制车辆来说可能是不可接受的。用例描述需要包含测量目标和误差后果。
量程、分辨率与覆盖范围
感知性能取决于带宽、频率、天线孔径、信噪比、几何结构和处理能力。更宽的带宽可以提高距离分辨率。更大的阵列可以提高角度分辨率。更高的频率与物体的相互作用方式不同，并支持小型化阵列，但传播和遮挡将成为挑战。
通信覆盖和感知覆盖可能不匹配。即使反射信号太弱或太模糊而无法进行感知任务，设备仍能接收数据。通信系统通常管理或利用的多径效应，可能会增加环境解读的难度。
性能报告应标明环境、目标、距离、运动、带宽、天线配置以及检测概率或误差率。引人注目的可视化效果不能替代这些细节。
网络架构与边缘处理
感知会产生巨大的数据流。原始无线电测量数据可以在基站本地处理，在边缘节点合并，或发送到云服务。放置位置影响延迟、带宽、隐私以及融合多个站点观测结果的能力。
多站点感知可以提高覆盖范围并减少模糊，但需要同步和校准。来自不同供应商的基础设施必须在接口和数据含义上达成一致。由于传感器、设备和物体不断改变位置，移动性增加了另一层复杂度。
网络可能需要在不暴露不必要的原始信息的情况下，将感知结果提供给应用程序。这意味着访问控制、数据模型和用途限制将成为架构要求。
隐私与社会认可
即使在人员未主动使用设备时，无线电感知也能揭示其存在、移动、位置或活动模式。这种能力引发了与普通数据通信不同的隐私问题。
系统应定义谁可以请求感知、需要什么样的分辨率、同意或通知机制如何运作、结果保留多久以及如何检测滥用。当运动模式具有唯一性时，匿名化可能很困难。安全控制必须同时保护指令和感知输出。
技术标准无法解决所有法律和社会决策，但在系统设计期间必须考虑隐私和安全。在广泛部署后再添加政策会更困难，且可信度较低。
安全、可靠性与误判
感知系统在不确定性下做出推断。反射可能会被遮挡、合并或被误认为是另一个物体。根据用例的不同，漏报（假阴性）和误报（假阳性）的代价截然不同。
安全至上的应用需要定义运行条件、置信度、冗余和回退方案。通信可用性并不能证明感知精度。网络可能需要指示环境何时超出验证条件。
机器学习可以提高解读能力，但继承了 AI 系统的相关数据和鲁棒性问题。评估应涵盖特殊材料、拥挤场景、干扰以及随时间变化的情况。
频谱与共存
将通信信号用于感知可以提高频谱效率，但也会改变干扰和接入的考量。监管机构保护现有服务并定义允许的发射标准。感知应用可能需要跨时间或带宽的观测，这可能与通信调度产生冲突。
共存可能涉及蜂窝系统、雷达、Wi-Fi、卫星链路和被动科学服务。全球 6G 生态系统在尊重地区分配的同时需要实现协调统一。
对于 ISAC “无需额外频谱”的说法应谨慎审查。共享频谱仍可能带来机会成本、功率、占空比和协调要求。
标准化问题
ITU 的 IMT-2030 框架为 ISAC 提供了一个通用的使用场景标签。技术要求和评估指南可以定义相关能力和测试环境。详细的系统工作可能会涉及流程、接口、测量和服务开放。
标准需要决定哪些部分必须互操作。原始感知算法可能仍由具体实现决定，而请求、结果、授权和质量指标可能需要通用定义。设备参与和校准也需要仔细界定范围。
Release 20 研究及随后的 3GPP 规范工作为在确定具体机制前比较架构提供了路径。并非每个研究提案都会成为首批 6G 规范的一部分。
如何评估 ISAC 演示
- 识别通信任务和感知任务。
- 检查频率、带宽、天线、量程和环境。
- 寻找感知指标：分辨率、检测概率、定位误差或其他定义结果。
- 询问通信和感知是同步运行还是在独立时间片中运行。
- 检查权衡：使用了多少通信容量或能量？
- 识别处理是在本地、边缘还是云端。
- 寻找关于隐私、授权和安全的假设。
- 确定系统遵循的是草案、已发布规范还是专有的研究设置。
现实前景
ISAC 具有前景，因为网络已经拥有分布式的无线电基础设施和日益强大的信号处理能力。早期应用可能会出现在基础设施、环境和商业价值可控的领域，如工业场地或交通走廊。
广泛的消费者使用需要明确的利益、实惠的硬件、可靠的性能和值得信赖的管理。一些感知功能可能会在 6G 全面部署之前，通过 5G-Advanced 或专用系统出现。
最强大的 ISAC 工作将把物理测量与应用需求联系起来，同时使限制可见。当共享能产生更好的整体系统，而不仅仅是因为两个功能可以使用同一个信号时，一体化才具有价值。
部署经济学与公共利益评估
一个一体化无线电系统在技术上可能令人印象深刻，但仍可能无法创建有用的服务。部署经济学取决于感知是复用现有天线和计算资源，还是需要更密集的站点、消耗稀缺的无线电时间或需要校准硬件。维护同样重要：用于定位或安全的系统可能需要定期验证，因为建筑物、车辆和无线电条件会发生变化。
最强有力的早期案例可能具有明确的所有者、可控的地理范围和可衡量的结果。工厂可以在部署感知前后比较停机时间、安全事故或物料流。交通运营商可以测量定义走廊内的检测范围和误报率。这些环境使得量化结果并确定设备、数据和响应程序的责任成为可能。
公共利益评估增加了另一组问题。无线电感知可以在没有传统摄像机的情况下观察移动，但这并不意味着产生的信息是匿名的或无害的。治理应当声明感知目的、保留期限、访问规则以及对自动化结论提出异议的流程。当公共或共享空间被感知时，人们可能需要可见的通知。
性能报告需要同时提供通信和感知指标。试验应展示感知精度如何随网络负载而变化，以及通信容量如何随感知需求增加而变化。误报、漏检和不确定性与分辨率同样重要。能量使用应包括无线电、传输和处理，而不仅仅是空中的信号。
这些测试有助于区分可复用的平台能力与专用安装。如果 6G 系统开放通用的授权、质量和结果接口，应用程序开发人员就可以在来自多个供应商的设备上进行构建。如果每次部署都需要专有的校准和数据格式，即使底层无线电技术运行良好，普及速度也会较慢。
来源与进一步阅读
最后审查日期：2026年9月12日。标准和研究计划在不断变化；请关注链接的主源以获取最新的正式状态。