整合感知與通訊（Integrated sensing and communication），通常縮寫為 ISAC，探討無線電系統如何同時傳輸數據並感知其物理環境的各個方面。ITU 將 ISAC 列為 IMT-2030 的六大使用場景之一。這項正式認可使其成為 6G 的重要研究領域，但這並不意味著未來的每個基地台都會變成通用雷達，也不意味著隱私和頻譜問題已經得到解決。
通訊與感知使用相關物理原理
通訊接收機透過解析調製的無線電信號來恢復信息。感知系統則檢查傳輸信號如何與物體、運動和環境相互作用。反射、延遲、角度和多普勒效應可以揭示距離、方向或運動狀態。
目前，通訊系統和雷達系統通常使用獨立的硬件、頻譜和波形。整合的核心在於資源是否能更高效地共享或更緊密地協調。基地台已經在傳輸結構化信號，並且可能擁有對感知有用的天線陣列、計時和位置知識。
共享基礎設施可以減少重複建設，但兩者的任務目標不同。通訊鏈路旨在可靠地傳輸數據，而感知功能可能需要精確的距離或速度解析度。單一波形或調度方案可能無法同時將兩者優化到極致。
「整合」的含義
整合存在於多個層級。系統可以在相鄰資源中共存並協調干擾；它們可以共享天線和處理單元等硬件；它們可以共享頻譜和時間。聯合設計可以為這兩個目標優化波形、調度和信號處理。
功能整合得越緊密，必須管理的權衡就越多。將能量分配給感知可能會降低通訊容量。適用於數據的理想波形可能會產生較差的感知模糊度。專為傳輸設計的硬件可能無法將極弱的反射信號與強烈的洩漏信號隔離開來。
一份負責的文章應明確指出整合層級，而不是假設每篇 ISAC 論文都解決了完整的系統問題。
潛在使用案例
ISAC 可支持定位、建圖、運動檢測、環境感知以及網絡與機器之間的協調。建議的應用場景包括工廠、交通、機器人、醫療保健、公共安全和智能基礎設施。
在室內工廠中，網絡可以在與機器通信的同時，幫助定位資產或檢測運動。在道路上，基礎設施和車輛可以將通訊與對周圍物體的感知相結合。在建築物中，無線電感知可以在不需要穿戴設備的情況下檢測人員的存在或運動。
這些示例具有不同的安全、解析度和隱私要求。用於占用優化的感知結果可能對控制車輛來說是不可接受的。使用案例的描述需要包含測量目標和錯誤後果。
範圍、解析度與覆蓋範圍
感知性能取決於帶寬、頻率、天線孔徑、信噪比、幾何結構和處理能力。更寬的帶寬可以提高距離解析度。更大的陣列可以提高角度解析度。更高的頻率與物體的交互方式不同，且支持更緊湊的陣列，但傳播和遮擋將變得具有挑戰性。
通訊覆蓋範圍和感知覆蓋範圍可能並不一致。即使反射信號對於感知任務來說太弱或太模糊，設備仍能接收數據。通訊系統經常管理或利用的多路徑效應，可能會使環境解析變得困難。
性能報告應標明環境、目標、距離、運動、帶寬、天線配置以及檢測概率或錯誤率。令人印象深刻的可視化效果不能替代這些詳細數據。
網絡架構與邊緣處理
感知會產生大量的數據流。原始無線電測量數據可以在基地台本地處理，在邊緣節點合併，或發送到雲端服務。放置位置會影響延遲、帶寬、隱私以及融合多個站點觀察結果的能力。
多站點感知可以提高覆蓋範圍並減少模糊，但這需要同步和校準。來自不同供應商的基礎設施必須在接口和數據含義上達成一致。由於傳感器、設備和物體不斷改變位置，移動性增加了另一層複雜度。
網絡可能需要在不暴露不必要的原始信息的情況下，將感知結果提供給應用程序。這表明訪問控制、數據模型和目的限制是架構上的要求。
隱私與社會接受度
無線電感知甚至在人員未主動使用設備時，也能揭示其存在、運動、位置或活動模式。這種能力產生了與普通數據通訊不同的隱私問題。
系統應定義誰可以請求感知、需要什麼解析度、同意或通知如何運作、結果保留多久以及如何檢測濫用。當運動模式具有唯一性時，匿名化可能很困難。安全控制必須保護指令和感知輸出。
技術標準無法解決所有法律和社會決定，但在系統設計過程中必須考慮隱私和安全。在廣泛部署後再添加政策會更困難且更不易被信任。
安全、可靠性與錯誤解析
感知系統在不確定性下進行推論。反射信號可能會被遮擋、合併或被誤認為另一個物體。根據使用案例的不同，偽陰性（漏檢）和偽陽性（誤檢）可能導致截然不同的成本。
安全至上的應用需要定義運行條件、置信度、冗餘和後備方案。通訊可用性不能證明感知的準確性。網絡可能需要指示環境何時超出了驗證條件。
機器學習可以提高解析能力，但它繼承了 AI 系統的數據和魯棒性問題。評估應包括不尋常的材料、擁擠的場景、干擾以及隨時間變化的情況。
頻譜與共存
將通訊信號用於感知可以提高頻譜效率，但它也改變了干擾和訪問的考量。監管機構保護現有服務並定義允許的排放。感知應用可能需要跨時間或帶寬的觀察，這可能與通訊調度衝突。
共存可能涉及蜂窩系統、雷達、Wi-Fi、衛星鏈路和被動科學服務。全球 6G 生態系統需要在尊重區域分配的同時實現協調。
關於 ISAC 「不使用額外頻譜」的說法應仔細審查。共享頻譜仍然可能帶來機會成本、功率、佔空比和協調要求。
標準化問題
ITU 的 IMT-2030 框架為 ISAC 提供了一個通用的使用場景標籤。技術要求和評估指南可以定義相關能力和測試環境。詳細的系統工作可能會涉及程序、接口、測量和服務暴露。
標準需要決定哪些部分必須互操作。原始感知算法可能保持特定於實現，而請求、結果、授權和質量指標可能需要通用定義。設備參與和校準也需要仔細界定範圍。
Release 20 研究及隨後的 3GPP 規範性工作為在確定詳細機制之前比較架構提供了路徑。並非每項研究提案都會成為首批 6G 規範的一部分。
如何評估 ISAC 演示
- 識別通訊任務和感知任務。
- 檢查頻率、帶寬、天線、範圍和環境。
- 尋找感知指標：解析度、檢測概率、定位誤差或其他定義的結果。
- 詢問通訊和感知是同步運行還是分時段運行。
- 檢查權衡：使用了多少通訊容量或能量？
- 識別處理是在本地、邊緣還是雲端完成。
- 尋找關於隱私、授權和安全性的假設。
- 確定系統是遵循草案、已發布的規範還是專有的研究設置。
現實展望
ISAC 具有前景，因為網絡已經擁有分佈式無線電基礎設施和日益強大的信號處理能力。早期應用可能會出現在基礎設施、環境和商業價值可控的場景中，例如工業場地或交通走廊。
廣泛的消費級使用將需要明確的利益、可負擔的硬件、可靠的性能和值得信賴的治理。某些感知功能可能會在 6G 全面部署之前，通過 5G-Advanced 或專用系統出現。
最強大的 ISAC 工作將把物理測量與應用需求聯繫起來，同時使限制透明化。當共享能產生更好的整體系統時，整合才有價值，而不僅僅是因為兩個功能可以使用同一個信號。
部署經濟學與公共利益評估
一個整合的無線電系統在技術上可能令人印象深刻，但仍可能無法創建有用的服務。部署經濟學取決於感知是否複用現有天線和計算資源、是否需要更密集的站點、是否消耗稀缺的無線電時間或是否需要校準硬件。維護同樣重要：用於定位或安全的系統可能需要隨著建築物、車輛和無線電條件的變化而定期驗證。
最強大的早期案例可能具有明確的所有者、可控的地理範圍和可衡量的結果。工廠可以在部署感知前後比較停機時間、安全事故或物料流。交通營運商可以沿定義的走廊測量檢測範圍和誤報率。這些設置使得評估結果價值並確定設備、數據和響應程序的責任成為可能。
公共利益評估增加了另一組問題。無線電感知可以在沒有傳統攝像頭的情況下觀察運動，但這並不使 resulting 信息變得匿名或無害。治理應說明感知目的、保留期限、訪問規則以及對自動化結論提出異議的程序。當公共或共享空間被感知時，人們可能需要看到明顯的通知。
性能報告需要同時提供通訊和感知指標。試驗應展示感知準確度如何隨網絡負載而變化，以及通訊容量在感知需求增加時如何變化。偽陽性、漏檢和不確定性與解析度同樣重要。能耗應包括無線電、傳輸和處理，而非僅僅是空中信號。
這些測試有助於區分可複用的平台能力與專門的安裝部署。如果 6G 系統提供通用的授權、質量和結果接口，應用開發者就可以跨多個供應商的設備進行構建。如果每次部署都需要專有的校準和數據格式，即使底層無線電技術運作良好，採用的速度也會較慢。
來源與延伸閱讀
最後審閱日期：2026年9月12日。標準和研究計劃會變動；請關注鏈接的主來源以獲取最新的正式狀態。