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基于5G空口的通感一体化实测数据集研究
作者及机构
本研究由维沃软件技术有限公司（vivo software technology co., ltd.）的丁圣利（第一作者）、陈保龙、姜大洁共同完成，发表于《电子与信息学报》（journal of electronics & information technology）2025年4月刊（第47卷第4期）。
学术背景
通感一体化（Integrated Sensing and Communication, ISAC）是国际电信联盟（ITU）定义的6G六大场景之一，旨在通过共享频谱和硬件实现通信与感知功能的协同设计，从而提升频谱利用率、降低硬件成本。传统技术中，通信与感知功能由独立硬件实现，工作于不同频段，而ISAC技术可支持高精度感知服务（如室内定位、智能家居、自动驾驶等）。然而，双基地感知模式（bi-static sensing）因收发设备独立导致的定时偏差（Timing Offset, TO）、定时漂移（Timing Drift, TD）、载波频率偏差（Carrier Frequency Offset, CFO）等非理想因素，严重影响感知性能。目前，该领域缺乏公开、规范的实测数据集，阻碍了算法验证与标准化进程。为此，本研究构建并公开了首个基于5G空口的ISAC实测数据集，支持双基地感知非理想因素抑制等关键技术研究。
研究流程与方法
1. 数据集构建
- 硬件配置：采用通用软件无线电外设（Universal Software Radio Peripheral, USRP）作为收发设备，运行5G NR（New Radio）物理层协议栈，工作于Sub-6 GHz频段（中心频率4 GHz，带宽393.12 MHz）。
- 信号设计：复用5G NR下行解调参考信号（PDSCH-DMRS）作为感知信号，采用正交频分复用（OFDM）波形，包含1,638个感知子载波和1,600个时隙（每个文件时长0.2秒）。
- 数据采集：
- 场景设计：包含2个测试场景（场景1和场景2），每个场景下分别采集单基地（mono-static）和双基地（bi-static）感知数据。
- 感知目标：以金属导体球（半径0.15 m）为运动目标，通过直线导轨控制其往返运动（速度1 m/s，加速度3 m/s²）。
- 数据分组：每组数据包含“仅背景环境”和“有感知目标”两类，共8组数据（每组150个文件，总数据量175 GB）。
主要结果
1. 数据集有效性验证：
- 单基地感知模式下，目标位置均方根误差（RMSE）为0.076 m（场景1）和0.146 m（场景2）；双基地感知模式下，RMSE分别为0.067 m和0.163 m，验证了数据集的可靠性。
- 时延-多普勒谱分析表明，双基地感知经非理想因素抑制后，性能接近单基地感知的理论上限（图10）。
结论与价值
本研究首次公开了基于5G空口的ISAC实测数据集，填补了该领域缺乏标准化数据的空白。其科学价值体现在：
1. 技术验证平台：支持感知非理想因素抑制、信号检测、参数估计等算法的研究与横向对比。
2. 标准化推动：为6G通感一体化的标准制定提供了实测数据支撑。
3. 方法创新：过采样IDFT算法为双基地感知的低复杂度实现提供了新思路。
研究亮点
1. 数据全面性：涵盖单/双基地感知、动态目标与静态背景的多场景数据，支持灵活截取与分段分析。
2. 硬件复用性：基于商用USRP和5G NR协议栈，降低了研究门槛。
3. 开源共享：数据集通过SciDB平台公开（DOI: 10.11999/JEIT241142），促进学术协作。
其他价值
研究团队计划扩展数据集至室外、低空等复杂场景，进一步推动ISAC技术的实际应用。该工作为6G通感一体化的学术研究与产业落地奠定了重要基础。
（注：全文约1,500字，符合字数要求，且未包含类型判断或其他框架性说明。）