5G-A通識(shí)課第3課|既是基站，又是雷達(dá)

前文說到5G-A相比5G初期版本最大的殺手锏是新增的通感一體（ISAC，integrated sensing and communication）能力。

之所以被稱為殺手锏，是因?yàn)橥ǜ幸惑w第一次在通信基站上，實(shí)現(xiàn)了非通信的能力——感知，通感一體的感字即來源于此。

何謂感知？

感知簡(jiǎn)單理解就是感受外界的能力，比如通過眼睛看、通過耳朵聽、通過手觸摸等等。

而若想讓非生物體具備感知能力，一般需要通過各類傳感器來實(shí)現(xiàn)，比如攝像頭、溫度傳感器、震動(dòng)傳感器等。

但5G-A基站并不需要外置傳感器來感受外界，而是靠自身與生俱來的優(yōu)勢(shì)——電磁波。

電磁波是一種非常神奇的東西，雖然它看不到摸不著，但自從它在100多年前被發(fā)現(xiàn)以來，就開始被人類廣泛用于信息通信，如今則在空氣中密密麻麻的以光速在手機(jī)、平板電腦、智能家電等所有電子設(shè)備與通信基站、無線路由器等電信設(shè)備間飛奔著，承載了人類幾乎有的無線通信涉及的信息，包括移動(dòng)通信、WiFi上網(wǎng)、無線電廣播、衛(wèi)星通信等等。

此外，電磁波還是雷達(dá)探測(cè)物體的主要載體。雷達(dá)的原理就是通過發(fā)射電磁波抵達(dá)被探測(cè)物體，并根據(jù)反射回來的電磁波計(jì)算物體所處方位與速度。所以雷達(dá)才被叫做radar（radio detection and ranging，radio就是無線電即電磁波）。

所以說，無線通信和雷達(dá)探測(cè)所使用的載體本身就是相同的——電磁波，區(qū)別在于5G的電磁波用來承載數(shù)據(jù)，雷達(dá)的電磁波用來探測(cè)物體。

而通信基站和雷達(dá)，在移動(dòng)通信進(jìn)入5G時(shí)代這個(gè)節(jié)點(diǎn)，在核心技術(shù)上出現(xiàn)了關(guān)鍵的交匯。

這是因?yàn)?G超高速率的實(shí)現(xiàn)，其中的核心因素就是天線技術(shù)的升級(jí)——即采用了新型的超大規(guī)模陣列天線（Massive MIMO天線）。

在使用該天線時(shí)，由上百個(gè)獨(dú)立天線單元組成的天線陣列（上圖中一個(gè)個(gè)小方格），可以將多路獨(dú)立信號(hào)像激光波束那樣在空間上隔離開來發(fā)送和接收，互不干擾，這種技術(shù)被稱為波束賦形。

因此5G基站才可以實(shí)現(xiàn)多路數(shù)據(jù)并行同時(shí)傳輸，大幅提升網(wǎng)絡(luò)吞吐率。

而大規(guī)模天線陣列本身就是一項(xiàng)已經(jīng)成熟應(yīng)用于雷達(dá)領(lǐng)域的技術(shù)。在軍事領(lǐng)域已廣泛使用的相控陣?yán)走_(dá)，同樣由于使用了大規(guī)模的獨(dú)立天線單元，才實(shí)現(xiàn)了用來探測(cè)物體的電磁波在空間中能通過波束賦形技術(shù)同時(shí)發(fā)射，進(jìn)而根據(jù)不同波束觸達(dá)被探測(cè)物體并反射回來的時(shí)間計(jì)算物體的方位與移動(dòng)速度。

因此，很好理解，只要略加改造，5G天線就可以直接用來“降維打擊”實(shí)現(xiàn)陣列雷達(dá)的功能。

而通感一體就是這樣的技術(shù)。

新型的5G-A通感一體天線，為了實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的波束賦形，相比傳統(tǒng)5G天線增加了一倍的天線單元，在犧牲非常低的數(shù)據(jù)傳輸能力（不到10%）后，可以在正常開展5G通信業(yè)務(wù)的同時(shí)，用一部分資源進(jìn)行雷達(dá)探測(cè)，實(shí)時(shí)識(shí)別移動(dòng)物體的方位與速度。

通感一體技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，對(duì)于移動(dòng)通信來說，可以說具有劃時(shí)代的意義。因?yàn)槌藗鬏敂?shù)據(jù)，移動(dòng)基站第一次有了非通信的感知能力，而且這種能力與5G基站簡(jiǎn)直是絕配。

因?yàn)楝F(xiàn)網(wǎng)5G基站部署密度非常高，也就是說，幾乎在任何需要雷達(dá)探測(cè)的場(chǎng)景，都可以找到對(duì)應(yīng)的5G基站，將傳統(tǒng)5G天線替換為5G-A通感一體天線后，就可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)感知功能。

那感知能力有什么用呢？

用處簡(jiǎn)直不要太大。目前需求迫切的場(chǎng)景有兩個(gè)：

在低空?qǐng)鼍?/strong>，敏感區(qū)域的5G基站只要開通5G-A功能，就變成了一片無人機(jī)識(shí)別區(qū)域，任何違規(guī)飛入的無人機(jī)，都可以第一時(shí)間被識(shí)別告警，形成了一個(gè)電子圍欄區(qū)域。而就算不是為了做“黑飛”監(jiān)控，隨著低空經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城區(qū)內(nèi)部大量的通感一體基站，也可以作為低空無人機(jī)管理的有效手段，實(shí)時(shí)呈現(xiàn)出當(dāng)前城市空域內(nèi)無人機(jī)數(shù)量、位置、速度等等，輔助空管。