欧盟委员会“地平线2020”的6G旗舰项目Hexa-X的研究团队对6G无线定位与感知的现状与挑战作了简要分析。

高性能定位和传感需要在基础设施充分覆盖、不同信号路径的分辨率以及每个可解析路径的几何参数的最终估计精度相结合。图1显示了包括全球导航卫星系统（GNSS）和超宽带（UWB）等不同的无线电技术，它们在不同环境下可实现的精度以及所选用例的要求。由于GNSS仅限于户外应用，UWB仅限于短距离应用，4G、5G和6G就提供了一个“桥梁”。可以说，5G的主要进步是对大规模MIMO的引入和毫米波频谱的使用。大规模MIMO提供高角分辨率，但由于延迟分辨率相对较小和多路径丰富的传播信道，在6 GHz以下频段仍表现出有限的定位性能。相比之下，毫米波通信（30-300 GHz，尽管5G仅使用24-53 GHz左右的较低毫米波频段）为定位提供了独特的机会，特别是在与大规模阵列（通常是模拟阵列或模拟/数字混合阵列）结合时。在6G中，预计将利用更高的毫米波频段（100-300 GHz），具有更多的可用频谱，可以实现厘米级精度。

让我们首先回顾一下为什么5G和6G毫米波系统有望提供上述出色的性能的原因。首先，使用更高的载波频率会导致更良性的传播信道，它与几何形状更密切相关，传播集群的数量相对较少。其次，更高的载波频率允许传输更大的连续带宽（在5G中高达400 MHz），与带宽限制在几十MHz的较低频率相比，提供了更好的延迟分辨率。第三，对于固定的物理足迹，可以在用户设备（UE）和基站（BS）侧安装更多的天线单元，从而实现精细的波束赋型并提供增强的角分辨率。这些好处的代价是覆盖范围减少、对阻塞和硬件损伤的敏感性以及比sub-6 GHz频段5G网络部署的功耗更高。

与此同时，移动通信系统也有了一些重要的发展，为定位和感知提供了互补的机会。首先，通感一体化ISAC）的重要性日益增加，重用硬件和可能的信号用于感知和通信功能，互惠互利。其次，可重构智能表面（RIS）的部署，主要是无源设备，可以修改传播环境以提高各种关键性能指标（KPIs）。第三，引入其他基于MIMO的技术，如无蜂窝大规模MIMO、全息MIMO和超大型MIMO（XL-MIMO）。第四，算法的进步，例如使用人工智能（AI）来解决基于模型的方法难以解决的某些类别的问题，以及新颖的定位和映射方法、分析工具和信号设计。

其中的一些进展，包括建模、提高覆盖率和可识别性的推动因素以及提高准确性的推动因素，如图2所示。

对6G无线定位与传感的展望

在全球范围内开展多项开发6G基本核心技术的举措下，将需要使用以下介绍的几种模型和方法。主要趋势如下：

①从定位到方位和速度：常规定位只考虑了UE的3D位置。6G肯定会包括3D UE方向，因为用户会有阵列。此外，为了确保长积分类型的高信噪比操作，多普勒和微多普勒处理将是有益的，将可以推断用户和物体的速度。

②利用多种载波频率：人们非常重视较低和较高的毫米波频率作为准确定位和感知的主要推动力，但我们不应忽视10 GHz以下的载波，它提供更好的能源效率和覆盖范围，而分辨率可以来自大口径部署。

③AI的兴起：宜非常强调基于模型的信号处理。然而，在存在模型不确定性或算法缺陷的情况下，数据驱动的方法可能导致破坏性和强大的设计和算法。随着分辨率的提高，我们有机会推断物体、人物和材料的更精细的细节和属性，这类似于图像处理。

④ISAC：使用通用硬件和可能的通用波形进行通信和感知（包括定位）将提供重要的跨功能优势，例如减少架空波束对准或无需专用无线电发射的雷达传感。

⑤新的天线结构：在用户和基础设施方面，6G正在考虑许多不同的天线和部署方案，所有这些都对定位和感知产生影响。分布式基础设施节点之间的相位一致性将释放最终性能，尽管在实践中实现起来非常具有挑战性。

虽然上述并非详尽无遗，但这份简短的清单以及强调的模型、方法和挑战有望引发新的研究问题，带来新的方法，并最终帮助实现6G用例所需的极致性能。基于几十年的经验，我们可以自信地说，无线电定位和感知的黄金时代才刚刚开始。