[论文解读] Towards Integrated Sensing and Communications for 6G: A Standardization Perspective

Aryan Kaushik, Rohit Singh+9 more|arXiv (Cornell University)|Aug 2, 2023

Advanced Wireless Communication Technologies被引用 5

一句话总结

本文从标准化视角全面探讨了6G时代的融合感知与通信（ISAC），提出ISAC作为统一无线感知与通信的核心6G技术。文章概述了智能超表面和OTFS波形设计等关键技术，识别了共存性、互操作性与安全性等关键挑战，同时展望了人工智能驱动的ISAC及在智慧城市、工业领域与自主系统中的未来研究方向。

ABSTRACT

The radio communication division of the International Telecommunication Union (ITU-R) has recently adopted Integrated Sensing and Communication (ISAC) among the key usage scenarios for IMT-2030/6G. ISAC is envisioned to play a vital role in the upcoming wireless generation standards. In this work, we bring together several paramount and innovative aspects of ISAC technology from a global 6G standardization perspective, including both industrial and academic progress. Specifically, this article provides 6G requirements and ISAC-enabled vision, including various aspects of 6G standardization, benefits of ISAC co-existence, and integration challenges. Moreover, we present key enabling technologies, including intelligent metasurface-aided ISAC, as well as Orthogonal Time Frequency Space (OTFS) waveform design and interference management for ISAC. Finally, future aspects are discussed to open various research opportunities and challenges on the ISAC technology towards 6G wireless communications.

研究动机与目标

• 分析融合感知与通信（ISAC）在国际电联无线电通信部门（ITU-R）IMT-2030框架内作为关键6G应用场景的作用。
• 识别并解决ISAC中关键的集成挑战，包括共存性、互操作性与安全性问题。
• 综述智能超表面与OTFS波形设计等关键技术，以支持ISAC。
• 概述6G无线网络中ISAC的未来研究方向与标准化需求。
• 展示ISAC在智慧城市、工业4.0/5.0及自动驾驶车辆中的前瞻性应用场景。

提出的方法

• 分析国际电联无线电通信部门（ITU-R）IMT-2030建议与标准化路线图，将ISAC定位为6G的基础技术。
• 综述工业界与学术界在ISAC方面的进展，包括采用正交时频空间（OTFS）调制的波形设计。
• 提出基于智能超表面的ISAC作为可重构、智能无线环境的关键使能技术。
• 研究在ISAC系统中，感知与通信信号共存时的干扰管理技术。
• 评估人工智能与机器学习在实现智能、自优化ISAC网络中的作用。
• 提出跨异构网络与设备的感知与通信共存协作框架。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何将ISAC标准化并整合进6G生态系统，以支持统一的感知与通信？
• RQ2 在ISAC系统中，感知与通信共存的关键技术挑战是什么？
• RQ3 智能超表面如何提升6G网络中ISAC的性能？
• RQ4 在时变与多径环境中，哪些波形设计策略（如OTFS）对ISAC最为有效？
• RQ5 ISAC中的主要安全与隐私风险是什么？如何通过标准化与协议设计加以缓解？

主要发现

• ISAC已被国际电联无线电通信部门（ITU-R）正式采纳为IMT-2030/6G的关键应用场景，凸显其在未来无线系统中的核心地位。
• OTFS波形设计可在多普勒丰富且时变的信道中实现稳健的ISAC性能，显著提升感知与通信的可靠性。
• 智能超表面可实现动态、可重构的波前调制，显著增强ISAC的覆盖范围与定位精度。
• ISAC中感知与通信的共存需要先进的干扰管理与频谱共享协议，以避免性能下降。
• 由于通信与感知数据的融合，ISAC中的安全与隐私风险显著增加，亟需强化的加密与访问控制机制。
• 未来的ISAC系统将利用人工智能实现自主决策、实时数据融合与自优化网络行为，广泛应用于智慧城市、工业自动化与自动驾驶车辆。