[论文解读] Positioning and Sensing in 6G: Gaps, Challenges, and Opportunities
本文提出了一套6G集成定位与感知的统一愿景，识别了关键应用场景、性能需求，以及当前5G能力与未来6G需求之间的关键差距。提出将通信、感知、定位与计算（JRC2LS）联合设计作为核心使能技术，利用大带宽、大规模MIMO、智能反射面（RIS）和先进信号处理技术，实现分米级精度和低时延感知，同时将硬件损伤和恶劣传播条件视为主要挑战。
Among the key differentiators of 6G compared to 5G will be the increased emphasis on radio based positioning and sensing. These will be utilized not only for conventional location-aware services and for enhancing communication performance, but also to support new use case families with extreme performance requirements. This paper presents a unified vision from stakeholders across the value chain in terms of both opportunities and challenges for 6G positioning and sensing, as well as use cases, performance requirements, and gap analysis. Combined, this motivates the technical advances in 6G and guides system design.
研究动机与目标
- 识别并分析6G网络中需要极端定位与感知性能的关键应用场景。
- 定义下一代定位与感知服务的性能需求，特别是定位精度、时延、可用性、分辨率和完整性。
- 对当前5G能力与所设想的6G系统需求之间进行全面的差距分析。
- 突出集成射电信号波形与基础设施（如RIS、大规模MIMO）在实现通信、感知、定位与计算联合处理（JRC2LS）中的作用。
- 识别并解决毫米波和亚太赫兹频段中硬件损伤和恶劣无线信道条件等基本挑战。
提出的方法
- 通过对比5G最先进（SOTA）的定位与感知性能与6G应用场景需求，开展差距分析。
- 提出6G中集成通信、感知、定位与计算（JRC2LS）的联合波形与硬件设计方案。
- 采用基于无线电的技术，如TDoA、AoA/AoD、RTT，以及OTFS/OFDM波形，实现高精度定位与感知。
- 分析硬件损伤（相位噪声、串扰、非线性失真）对定位与感知精度的影响。
- 评估FR1、FR2及亚太赫兹频段的传播信道特性，包括多径可分辨性与多普勒扩展。
- 引入基础设施参考节点（IRNs）与数字孪生技术，以支持环境感知的无线资源管理与波束成形。
实验结果
研究问题
- RQ1哪些6G应用场景需要超越当前5G能力的极端定位与感知性能？
- RQ2与5G相比，6G定位与感知服务在具体KPI（精度、时延、可用性、分辨率）方面有何特定需求？
- RQ3当前定位与感知SOTA技术与6G应用场景需求之间存在哪些基本技术差距？
- RQ4相位噪声与串扰等硬件损伤如何降低6G系统中的定位与感知性能？
- RQ5在毫米波与亚太赫兹频段中，恶劣传播环境对精确感知与定位提出了哪些挑战？
主要发现
- 在三个关键KPI上存在显著性能差距：定位精度（亚米级）、时延（亚100ms）和可用性（99.999%）。
- 感知需求超过当前SOTA水平，尤其在复杂环境中检测小型或非辐射目标的精度与分辨率方面。
- 相位噪声与非线性失真等硬件损伤显著降低测距与波束宽度估计精度，需采用动态补偿机制。
- 在毫米波与亚太赫兹频段，由于多普勒扩展增加与快速衰落，信道条件更加动态，需更频繁的信道更新与鲁棒建模。
- 大带宽与大规模MIMO阵列可提升多径可分辨性与定位精度，但需先进信号处理与校准技术以减轻损伤影响。
- 可重构智能表面（RIS）与联合通信-感知波形（如JRC2LS）被确定为实现6G低时延、高精度感知与定位的关键使能技术。
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