面向6G的太赫茲通信感知一體化

李玲香，謝郁馨，陳 智，李少謙

(電子科技大學 通信抗干擾技術國家級重點實驗室，四川 成都 611731)

0 引言

隨著對帶寬和數據速率需求的日益增長，無線通信正向太赫茲高頻段與大帶寬發(fā)展，站間距越來越小，終端與基站彼此“看見”的概率越來越高，越來越滿足無線感知應用的條件。這些趨勢和人們對智慧應用的需求促進了面向6G的太赫茲通信感知一體化技術的研究。

太赫茲(Terahertz,THz)頻段(0.1～10 THz)被設想為支持未來6G超寬帶無線系統(tǒng)的關鍵通信技術之一。太赫茲頻段具有器件體積小、感知能力強、擁有Tbit/s的超高數據速率、高安全性等特征[1]。而使能系統(tǒng)的小型化，可支持無線感知功能和無線通信功能在單個系統(tǒng)中的集成，支持感知功能和通信功能相互促進與增強，從“共存”走向“互惠”，從局域(室內)走向廣域(室外)[2]。

具體而言，曾經的通信和感知技術分別使用不同的波形，資源(頻譜資源、硬件設備等)利用率低。太赫茲通信感知一體化技術正在進行感知通信融合，感知技術和通信技術共同利用波形、頻譜、天線、系統(tǒng)等軟/硬件資源，實現更高效資源利用率、更準確的感知輔助通信(波束管理、波束追蹤等)和更靈敏的通信輔助感知(定位增強、姿勢識別等)。此外，通信感知一體化從簡單多維感官的交融互通(手勢識別等)發(fā)展到了融合通信的廣域感通(感通賦能智慧城市、車聯(lián)網等)。

1 6G發(fā)展規(guī)劃與愿景

1.1 發(fā)展規(guī)劃與愿景

5G無線通信系統(tǒng)正在實現從互聯(lián)的人到萬物互聯(lián)。人們設想未來的6G無線通信系統(tǒng)將進一步實現萬物“智聯(lián)”，即移動通信網絡將會連接大量“智能”的通信設備；而這些通信節(jié)點將同時具有感知其周圍環(huán)境、周圍用戶狀態(tài)(運動/靜止)的能力，并能夠與周圍節(jié)點進行通信以交換感知信息形成通信信息網絡[3]。此外，人工智能(Artificial Intelligence,AI)與感知功能結合可使物理生物世界與數字世界相融合，從而通信網絡能夠具有類似于人類的認知能力。6G將通過互聯(lián)的人、互聯(lián)的物和互聯(lián)的智能開啟“智能互聯(lián)網”的新時代。

在未來的6G系統(tǒng)中，一方面，整個通信系統(tǒng)可以充當傳感器，探測無線電波的傳輸情況(反射、散射等)，以更好地感知物理環(huán)境，提供例如車聯(lián)網、虛擬現實技術等廣泛的新服務；另一方面，通過感知獲得的高精度定位、成像和環(huán)境重建等信息可以改善通信性能，例如用于更準確的波束成形、更快的波束故障恢復以及更少的信道狀態(tài)信息(Channel State Information，CSI)估計開銷[4]。

1.2 6G關鍵特征

6G就像一個遍布通信鏈路的分布式神經網絡，融合生物物理世界與數字世界，它不再是單純的比特傳輸管道，而是能夠感知萬物、聯(lián)接萬物，從而實現物聯(lián)智能[5]。因此，6G將成為傳感器和機器學習的網絡，其數據中心即神經中樞，機器學習遍布全網，這就是未來萬物智能網絡世界的圖景。

6G有如下幾個關鍵特征。

(1) 原生AI

原生AI是一種基于AI能力的價值建構體系，讓智能應用從AI的架構中成長起來。隨著無線通信的發(fā)展，每100 m2就有超過千數的設備接入，這使得通信信息網絡十分龐雜繁復，如何進行資源管理和網絡管理成為亟需解決的問題。原生AI可以幫助啟用并改善空口算法，包括但不限于流量和信道預測，減少開銷以及發(fā)射/接收鏈路設計[6]。此外，AI還可以將其他服務和信息集成到空中接口中，例如有關位置和環(huán)境的信息，設備相機捕獲的圖像以及內部傳感器捕獲的數據，有效進行資源管理和網絡管理。

(2) 感通一體化

感通一體化指在未來的智能網絡中，感知與通信技術將集成在同一系統(tǒng)中，并且能同時進行感知與通信應用。感知技術和通信技術相融合，感知和通信功能的集成實現許多蜂窩網絡運營商提供的新服務，例如更好的運輸管理、更好的定位服務和公共安全。此外，基于感知技術提供的生物、物理環(huán)境信息，也優(yōu)化了無線通信網絡系統(tǒng)的AI服務質量。

(3) 地面與非地面一體化網絡

地面與非地面一體化網絡是指通信網絡將從地面延展至空域、海域乃至深空、深海，形成不同層次集合的一體化網絡。在未來6G中，衛(wèi)星輔助地面通信將成為6G無線通信系統(tǒng)中重要的一環(huán)。通信感知一體化技術促進不同層次“空、天、地、海”通信系統(tǒng)的形成與發(fā)展。3GPP也于近年初始化了衛(wèi)星通信的標準以輔助未來的地面通信[7]。

(4) 極致連接

極致連接指設備、基站等具通信感知功能器件連接密度將呈指數級增長，形成超密集智能網絡。更高的通信速率、低于0.1 ms的延時、無處不在的通信設備連接、數十倍增長的連接密度和集成的AI使得如車輛通信、虛擬現實/增強現實、個人健康監(jiān)測、姿勢識別等應用成為現實。

(5) 原生可信

原生可信指無線通信網絡信息傳輸的數據信息安全性和隱私性。之前通信系統(tǒng)的研究主要集中于網絡吞吐量、可靠性和延遲[8]，而無線通信的安全性和隱私問題在某種程度上被忽略了。由于數據安全和隱私問題與用戶的生活密切相關，因此保護數據安全和隱私已成為以人為本的6G通信的重要組成部分。未來6G無線通信系統(tǒng)將致力于構建一個安全、高度隱私的生態(tài)鏈，保護用戶的隱私安全[9]。

(6) 可持續(xù)發(fā)展和人類生活

可持續(xù)發(fā)展和人類生活主要關注大規(guī)模智能應用生活中的能效和節(jié)能方案。長期以來，能源效率(定義為比特/焦耳)一直是無線的重要設計目標，對于6G網絡設計，能源效率將繼續(xù)保持甚至成為更重要的要求。在6G中，除了提高能效外，還應考慮網絡的生命周期能耗，并考慮各種可再生能源。

1.3 無線通信與無線感知融合

通信載波向更高頻發(fā)展、感知技術向更低頻發(fā)展，促進了無線通信技術和感知技術的融合。6G移動通信將具有智能網絡感知功能，可提供高分辨率的定位、感知運動、成像和環(huán)境重建等功能以改善通信性能，同時開辟更廣泛的網絡服務場景為構建未來智能數字世界奠定基礎。

在實際應用場景中，如表1所示，感知通信融合技術根據感知者和目標對象的關系，往往分為3種方式：主動式、被動式和交互式。

表1 感知通信融合方式比較

在6G時代，交互式融合是通信感知一體化的發(fā)展方向，感知和通信功能的集成將極大地提高資源利用率并且相互促進，實現生物世界、物理世界與數字世界的融合。

2 基于太赫茲的通信感知一體化

在過去的無線通信領域研究中，由于太赫茲收發(fā)器的短缺，產生太赫茲信號并開發(fā)太赫茲通信系統(tǒng)具有挑戰(zhàn)性，然而隨著技術的發(fā)展，太赫茲通信技術被設想在未來幾年內成為現實，且將在6G時代變得成熟[10]。

太赫茲頻段也將以其獨特的特性和優(yōu)勢，使得面向6G的太赫茲通信感知一體化系統(tǒng)設計成為現實。

2.1 一體化模式

通信感知一體化模式可從資源和功能兩方面劃分為：資源一體化、功能一體化和資源功能一體化[11]。

2.1.1 資源一體化

資源一體化指通信技術和感知技術設計的軟、硬件資源在不同層次上集成，主要包括頻譜資源和設備資源。具體可分為以通信為中心的設計、以感知為中心的設計和聯(lián)合設計系統(tǒng)[12]。

以通信為中心的設計：在此類系統(tǒng)中，感知是通信系統(tǒng)的附加組件，設計的優(yōu)先級是通信功能，目的是利用通信波形通過目標回波獲取感知信息，這需要更強大的硬件和算法以支持感知功能[13]。可以通過提高通信標準、更好地利用通信波形等手段，來達到雷達感知的目的。在這種系統(tǒng)中，通信性能幾乎不會受到影響，但感知性能可能會取決于環(huán)境且難以優(yōu)化。例如用于車輛網絡和感知移動網絡的IEEE 802.11ad JCR系統(tǒng)，它們分別使用單載波和多用戶MIMO-OFDM通信信號，兩者都是雙功能感知通信系統(tǒng)。

以感知為中心的設計：此類系統(tǒng)旨在通過調制或在已知感知波形中加入信息信令實現通信目的[14]。由于感知信號在很大程度上保持不變，因此此種系統(tǒng)下的感知近乎最佳，但獲得的數據速率十分有限，若想進一步提高通信性能，那么原本的感知功能就會受損。在應用中，索引調制能夠將信息嵌入到雷達信號參數的不同組合中，不會改變雷達的基本波形和信號結構，且對雷達功能的影響可忽略不計，因此受到廣泛關注。對于MIMO-OFDM、CAESAR和FH-MIMO雷達，可以通過頻率選擇/組合和/或天線選擇/排列來實現。

聯(lián)合設計：此類系統(tǒng)能在感知和通信性能之間提供可調權衡的聯(lián)合設計，且不受任何現有通信或感知標準的限制。

2.1.2 功能一體化

功能一體化是在軟、硬件資源彼此獨立的情況下，實現基于信息共享的功能協(xié)同。簡而言之就是，感知輔助通信和通信輔助感知兩種功能的實現。

感知輔助通信：通過感知提供的環(huán)境信息可以提高信道估計的準確性，顯著降低開銷，并且基于感知的信道獲取避免了重復的信道估計過程。此外感知能夠輔助波束對準，通過感知獲得的用戶位置信息和環(huán)境圖有助于識別大型物體引起的鏈路阻塞，并提高通信吞吐量。

通信輔助感知：通過通信功能進行感知信息共享，實現分布式協(xié)同感知，增強感知功能。此外，通過通信功能獲得感知目標先驗信息，以提升感知性能，例如定位增強、更靈敏的姿勢識別等應用。

未來功能一體化的發(fā)展，一是如何讓通信技術促進感知應用；二是合作感知，讓感知應用同時具備通信功能。

2.1.3 資源功能一體化

面向6G的太赫茲通信感知一體化技術的最終目標是實現資源功能一體化，達到頻譜共享、設備共享、功能協(xié)同的目的。例如，在3GPP中定義的4G/5G無線通信系統(tǒng)信道測量信號，不僅能實現信道測量功能，也可以通過終端側的信道估計合作感知為無線通信提供支持。

未來面向6G的無線通信系統(tǒng)，將更加依賴對周圍環(huán)境的感知數據，實現高效可靠的通信；感知技術也將更加依賴通信網絡，實現高分辨率高精準度的感知，因此資源功能并行的一體化發(fā)展，是未來智能網絡最合理的訴求。

2.2 太赫茲在通信感知一體化方面的優(yōu)勢

當面向6G的通信感知一體化的浪潮涌來，太赫茲為什么會受到諸多關注？本節(jié)將從通信和感知兩個角度進行簡要論述。

2.2.1 太赫茲通信優(yōu)勢

(1) 超寬帶無線通信

相比起毫米波波段和紅外波段，太赫茲頻段高達Tbit/s級的傳輸速率、小于0.1 ms的延時，可以滿足6G時代超高數據速率低延時要求[15]。如圖1所示，典型應用例如在超高數據速率小型蜂窩小區(qū)中，太赫茲通信設備可以支持較小范圍(以m為單位)內靜態(tài)和移動用戶的帶寬密集型應用，例如增強現實和全息遙控等。同時，太赫茲頻段可以滿足接入點的前傳/回傳容量需求，是成本高昂的有線部署的可行替代方案。

圖1 頻譜示意及簡要應用圖Fig.1 Spectrum diagram and brief application diagram

(2) 高安全性

無線通信的安全性通常是指防竊聽和干擾的功能。一方面，太赫茲信號波束相比于毫米波波束較窄，當竊聽者位于發(fā)射波束之外時，無法接收到太赫茲信號，甚至無法注意到太赫茲信號傳輸；另一方面，結合擴頻技術，太赫茲通信對干擾者不可見，并且在無線環(huán)境中太赫茲信號有良好的抗干擾性能。

(3) 天氣因素、閃爍效應影響低

太赫茲波由于頻率高波長短，可以穿過空氣中的細小顆粒，更好地抵抗天氣影響，而紅外波或可見光波即使在晴朗天氣下也會大大衰減。

此外，由于地面附近的熱氣和湍流，空氣中時間和空間上溫度和壓力的不均勻性會產生閃爍效應，自由空間光通信鏈路的最大傳輸距離受到閃爍效應的影響較大，而太赫茲波則更不易受到影響。

2.2.2 太赫茲感知優(yōu)勢

除了上述的通信優(yōu)勢而外，太赫茲技術用于感知的其他優(yōu)勢如圖2所示。

圖2 不同頻段感知通信融合對比Fig.2 Comparison of integrated communication and sensing on different frequency bands

(1) 人體健康

日常生活中，大到雷達、通信基站，小到手機，都會產生電磁輻射。超過一定的強度和持續(xù)時間的電磁輻射會造成電磁污染，進而對人體健康產生威脅。

CT在感知的過程中，都會產生極大的電磁輻射，雖然能達到較好的感知精度和準確性，但是電磁輻射帶來的影響使得其無法為人們日常使用。相比之下，厘米波、毫米波和太赫茲頻段的危害遠遠小于CT系統(tǒng)，因此能夠滿足人們日常需求，而不對人體造成危害。

(2) 便攜度

相比于不可能隨身攜帶的CT機和雷達，太赫茲頻段頻率高達THz級別，波長介于0.03～3 mm之間，發(fā)射天線陣列和接收天線陣列尺寸小于毫米波天線陣列，能夠滿足人體便攜要求。

(3) 覆蓋范圍

無線通信和感知信號最初是為不同的應用而設計優(yōu)化的，通常不能直接應用到彼此的功能上。CT和雷達的頻段和波形限制了通信性能，遠遠無法滿足實際通信要求；厘米波段雖能使提供更好的覆蓋，然而由于波長受限，感知精度無法滿足部分高精度感知的應用需求。

(4) 感知精度、分辨率

5G時代定位精準度要求范圍在1 m左右，毫米波能夠滿足要求[16]。6G時代，姿勢識別等應用要求精度低至厘米級乃至毫米級，厘米波已無法達到如此高的分辨率和精準度。

相比于厘米波，太赫茲波波長減小了幾個數量級，使得感知精度和分辨率極高，雖無法達到雷達和CT系統(tǒng)的精度，但已能滿足日常應用需求。

(5) 能效

太赫茲波傳播過程中會經歷較大的路徑損耗，這使得其能效較厘米波更低。除了使用超大規(guī)模MIMO(Multi-Input Multi-Output)之外，太赫茲技術往往需要更大的功率和能耗來抵抗損耗。但是，太赫茲技術的能效仍遠遠優(yōu)于CT系統(tǒng)。

2.3 太赫茲通信感知一體化的應用場景

6G無線移動通信將具有智能網絡感知功能，面向6G的通信感知一體化系統(tǒng)將提供高分辨率的定位、微動作識別、成像和環(huán)境重建等功能以改善通信性能，同時開辟更廣泛的網絡服務場景為構建未來智能數字世界奠定基礎[17]。

如圖3所示，將這些應用簡單概括為四類：高精度定位追蹤、AI輔助制圖定位、增強感知以及姿勢識別/運動識別。

圖3 太赫茲通信感知一體化的應用場景Fig.3 Application scenarios of terahertz integrated communication and sensing

2.3.1 高精度定位追蹤

借助面向6G的太赫茲通信感知一體化系統(tǒng)，可為需要高精度(毫米級)的本地化服務提供支持，例如無人機自動對接、機器人協(xié)作等場景。

此外，未來6G中的定位追蹤任務會將目標坐標作為指令，還可以通過人工智能或通信技術從生物、物理環(huán)境和任務特定目標之間的某些聯(lián)系中解釋某些語義信息。例如，執(zhí)行上茶服務的機器人，需要理解任務目標的面前是茶幾，那么茶幾就是放置茶杯的理想位置。在這種情況下系統(tǒng)就需要學習目標物理位置并理解語義，這對于未來的無線定位追蹤系統(tǒng)十分重要。

2.3.2 AI輔助制圖定位

除了高精度的定位追蹤服務，聯(lián)合映射定位還可以使設備經過訓練以具有類似人的認知能力。

例如，機器人可以通過感知獲得房間中人的位置以及相對的家具位置(映射)，然后在AI的支持下，計算出路徑以將目標傳遞給人類；車聯(lián)網中的汽車可以通過互聯(lián)的智能感知網絡獲得路上車輛行人的位置，進行路線規(guī)劃和及時避讓。

2.3.3 增強感知

面向6G的太赫茲通信感知一體化系統(tǒng)進行的通信感知，可在便攜式設備中實現，使人們隨時隨地都能“看到”人眼極限之外，例如在未來智能醫(yī)院中，便攜式醫(yī)療設備可持續(xù)獲得有關血管、器官狀態(tài)以及其他不可視生命體征信息(哮喘、心律不齊、低血糖等)。

對于此類應用，需要非常高的感知范圍和分辨率，分別依賴于太赫茲頻段數十GHz的帶寬和數千個天線元件。感知設備可以是支持6G的移動電話、可穿戴設備或可植入人體皮膚醫(yī)療設備等。借助這些設備，就可達到增強人類感知能力的效果，從而有助于在黑暗里、皮膚下等場景中收集信息。

此外，在可見度較低的環(huán)境(夜晚、霧氣或眩光)下，無線成像技術也可以方便地應用于增強型感知眼鏡和車輛設備中，從而極大地方便了行人和車輛。除了空間檢測和成像外，更高頻率將使頻譜應用成為可能。

2.3.4 姿勢/運動識別

太赫茲頻段將實現更高的分辨率和準確性以捕獲更精細的活動和姿勢。具有驚人計算能力的人工智能技術也開啟了姿勢/運動識別新時代，在可預見的未來，智能姿勢/運動識別系統(tǒng)的感知將不僅限于單個家庭，而是在大型復雜的室內環(huán)境中進行。除了用戶終端(智能電話及其他)之外，室內蜂窩傳輸點或基站也將用作感知功能，它們將共同用于感知周圍環(huán)境，因此融合感知性能將大大提高。

基于感知和機器學習聯(lián)合能力的無設備姿勢識別/運動識別可促進患者或老年人的非接觸式用戶界面發(fā)展和無攝像頭監(jiān)督應用，從而及時識別出緊急情況進行警告，還可以保護隱私。

3 一體化技術發(fā)展趨勢與挑戰(zhàn)

太赫茲通信感知一體化系統(tǒng)雖然能夠實現高精度定位追蹤、增強感知等諸多應用，但是感通融合的道路仍充滿著諸多難點。接下來，介紹面向6G的太赫茲通信感知一體化的技術發(fā)展趨勢與挑戰(zhàn)。

3.1 感知與通信的基礎差異

盡管感知通信系統(tǒng)具有集成的潛力，但它們之間還是存在一些顯著差異。本文總結了感知和通信系統(tǒng)之間的基本差異，這些差異帶來了通信感知一體化系統(tǒng)設計中的諸多挑戰(zhàn)[18]。

(1) 典型信號波形

傳統(tǒng)的感知信號通常是未經調制的大帶寬信號，峰值平均功率比(Peak to Average Power Ratio，PAPR)低。

而通信信號是由未調制導頻與已調制符號的組合，擁有較高PAPR，復雜多樣。

(2) 信號結構

感知信號結構分為兩種：脈沖和連續(xù)波。

信號在相干處理間隔內重復每個脈沖重復間隔，以增加接收信號功率并進行多普勒頻率估計。

通信信號結構通常基于數據分組，且沒有重復，數據分組長度和間隔可隨時間變化，并且信號可能會在時域、頻域和空域占用不連續(xù)資源。

(3) 時鐘同步

發(fā)射和接收機在大多數感知系統(tǒng)中都被設定為時鐘鎖定，包括單靜態(tài)、雙靜態(tài)和多靜態(tài)系統(tǒng)。

通信系統(tǒng)中并置的發(fā)射機和接收機共享相同的定時時鐘，非并置節(jié)點通常不共享。

(4) 性能指標

感知系統(tǒng)的感知性能一般由檢測概率、Cramer-Rao下限(Cramer-Rao Lower Bound，CRLB)、互信息(Mutual Information，MI)以及模糊函數衡量，具體場景需要具體分析。

通信系統(tǒng)的性能指標為通信容量、數據速率、頻譜效率、信干噪比、誤碼率(Bit Error Ratio，BER)。

3.2 一體化器件設計

在太赫茲頻段，波長與器件尺度相比擬，各級元件間的耦合不可避免且更趨突出。強耦合使得寄生參數變大、種類增多，導致器件性能急劇下降、難以預期。

如何建立亞波長尺度復雜邊界條件下的共口徑器件場理論物理模型，如何實現整體器件亞波長強耦合情況下感知、通信有機互聯(lián)和高效隔離，進而實現感知、通信器件的共口徑設計，是太赫茲通信感知一體化系統(tǒng)設計面臨的首要挑戰(zhàn)。

3.3 一體化信號設計

通信感知一體化信號設計的主要挑戰(zhàn)是通信和感知不同的性能指標要求，例如通信的主要目標是使頻譜效率最大化，而用于感知目標的最佳波形設計則是準確性和高分辨率。通信信號以最大化信息承載能力為目的，通常需要經過調制傳輸并基于數據分組。相比之下，感知信號通常以定位和跟蹤精度且能夠得到簡單的感知參數估計為目的，具有以下特性：低PAPR以實現高效功率放大器；陡峭和狹窄主瓣的波形模糊函數可實現高分辨率。

太赫茲頻段的通信感知一體化信號設計，還應考慮太赫茲頻段的特有性質，例如：路徑損耗極高、分子吸收特性、信號傳播路徑稀疏性、載波頻率偏移、相位噪聲高以及多普勒頻移擴展變大等[19]。這對帶外發(fā)射等指標提出了更高的要求。此外，還需要充分考慮隨距離變化的頻譜窗口，以獲得適用于特定傳輸距離的太赫茲波形。這些差異使通信感知一體化信號的聯(lián)合設計成為一項有趣且具有挑戰(zhàn)性的任務。

3.4 感知輔助的高效通信與組網技術

太赫茲6G通信具有更高的數據傳輸速率、嚴重的路徑損耗等特點。為了增強覆蓋，太赫茲波束方向性高、寬度極窄，這造成了波束對準困難、波束搜索復雜度高、波束管理難度大等問題[20]。由于感知通信技術的融合，通過感知提供的環(huán)境信息可以輔助波束對準及追蹤，可顯著降低開銷、避免重復的信道估計過程。通過感知信息進行信道預測，主動切換波束，提高太赫茲通信的可靠性。

探索太赫茲網絡的通信覆蓋范圍是一個重點，干擾是影響太赫茲網絡覆蓋距離的關鍵因素。與低頻通信不同，太赫茲傳播模型、信道模型、分子吸收模型更加復雜，太赫茲傳播特性不僅和距離相關，還具有頻率選擇性，這使得太赫茲網絡干擾建模與分析變得更加困難。此外，定向天線的使用導致“耳聾效應”，使得鄰居節(jié)點發(fā)現困難。而感知能力給太赫茲組網帶來了新的增量，對系統(tǒng)干擾、節(jié)點位置、網絡狀態(tài)變化的感知，大大降低了網絡環(huán)境的不確定性，避免了復雜的空間搜索，使得在最短的時間內發(fā)現和預測所有可靠通信的鄰居節(jié)點成為可能。

3.5 通信輔助的分布式協(xié)同感知技術

未來6G無線通信中，太赫茲通信技術將與其他低頻段通信網絡融合組網，廣泛應用于各種現實場景，搭載太空衛(wèi)星、空中無人機、飛艇等平臺，作為無線中繼設備，應用于空天地海多層次一體化通信[21]，并融合感知技術，成為未來社會智能信息融合連接的重要支撐。

網絡節(jié)點具備通信感知一體化功能后，能夠感知所處的物理空間，獲得空間中物體的類型、物體對網絡的影響等信息。同時，通過通信網絡，網絡節(jié)點與附近的一個或多個接入點建立連接，與其他節(jié)點實現信息共享；通過信息的融合，網絡可獲得全局感知信息，進而使能更大的感知視野和任務響應速度。

3.6 智能資源管理

面向6G的太赫茲通信感知一體化系統(tǒng)性能優(yōu)化涉及復雜多維資源的處理及優(yōu)化問題，如時域、頻域、空域、碼域資源，射頻器件資源，基帶信號處理單元等；此外，一體化系統(tǒng)性能優(yōu)化涉及多目標性能優(yōu)化問題，且優(yōu)化問題本身還不明朗，隨感知任務及感知環(huán)境變化而改變。針對這類高維數多約束的非線性組合優(yōu)化問題，機器學習等方法在性能增強或計算復雜度降低方面具有獨特的優(yōu)勢。

將AI應用到空口傳輸設計、無線資源管理、網絡安全、應用增強以及網絡架構等各個方面，形成多層深度集成的智能網絡設計，從而達到較好效果。例如太赫茲信號衰減嚴重且衍射能力較弱，因此太赫茲出現阻塞的概率極高。而構造序列標記并利用智能監(jiān)督學習等方法來預測并獲取最優(yōu)主動切換基站信息，可以防止由阻塞導致的突然鏈路斷開，提高通信鏈路的可靠性。

4 結束語

5G無線通信系統(tǒng)正在實現從互聯(lián)的人到萬物互聯(lián)，而未來的6G無線通信系統(tǒng)將進一步實現萬物“智聯(lián)”，助力人類走進虛擬與現實深度融合的全新時代。與面向人的網絡不同，未來移動通信網絡將會連接大量“智能”的通信設備，這些通信節(jié)點將同時具有感知其周圍環(huán)境的能力，并能夠與周圍節(jié)點進行通信以交換感知信息形成通信信息網絡。

雷達探測理論表明，擴大感知帶寬或者提升工作頻率(波長減小)可直接提升感知精度；同時，香農信息論表明，擴大通信帶寬可直接提升傳輸速率。工作頻率在0.1～10 THz的太赫茲頻段，比5G毫米波的帶寬高50倍；比厘米波工作頻率提升至少一個數量級。太赫茲等更高頻段的使用除了能支持超高速數據傳輸，還能加強對環(huán)境和周圍信息的獲取能力，無線感知通信也因此在頻段(太赫茲)和收發(fā)機設計等方面逐漸趨近。

6G的特征與感知通信一體化訴求、通信感知一體化系統(tǒng)應用太赫茲技術的優(yōu)勢等都表明，資源功能一體化的模式和太赫茲技術的應用是感知通信一體化技術必不可少且極具潛力的發(fā)展方向。未來研究需要進一步克服的是感知和通信本身的基礎差異、一體化器件以及信號的融合設計等問題，突破感知輔助的高效通信與組網技術以及通信輔助的分布式協(xié)同感知技術。此外，人工智能的發(fā)展為感知通信一體化技術提供了全新的思路；融合人工智能的感通算一體化技術也是未來的重要發(fā)展趨勢。