3GPP的通感用例和需求分析-5

本期是通感用例的最后一篇，有關(guān)健康監(jiān)測的用例分析?？赡芎芏嗳硕紩a(chǎn)生疑惑，佩戴一個手環(huán)來進行健康監(jiān)測難道不是更直接嗎？哪還需要什么5G網(wǎng)絡(luò)，簡直小題大做。

隨著我國和其他很多國家逐漸步入老齡化社會，單靠一個手環(huán)來監(jiān)測健康狀況是遠遠不夠的。例如某些老人不愿意為穿戴式傳感器充電或更換電池，并且在摘下后還需要提醒他們重新佩戴。而且佩戴在身上的傳感器常常讓他們感到不舒服，尤其是在睡覺時或炎熱的天氣里。5G基站設(shè)備就可以提供一種非接觸式的感知服務(wù)，同時也有通信服務(wù)，讓老人居住的場所例如養(yǎng)老院，能利用空中無處不在的無線電波來進行實時監(jiān)測以及定制化服務(wù)，例如跌倒、睡眠呼吸異常等。更加有利于護理人員和家人隨時了解情況。

01、非侵入式睡眠監(jiān)測服務(wù)用例

與可穿戴設(shè)備相比，5G系統(tǒng)的無線信號非常豐富，并且無處不在。無需任何可穿戴設(shè)備即可監(jiān)測人類睡眠狀況。因為人體的存在、運動甚至呼吸都會影響無線信號的傳播，在接收端表現(xiàn)為波形強度的波動、相移等。

通常，當人們睡眠時，有規(guī)律的胸部起伏會在檢測到多普勒效應(yīng)時引起目標物體的額外振動 ，這在雷達中被定義為微多普勒效應(yīng)。室內(nèi)環(huán)境中人們的呼吸影響3GPP無線信號傳播。通過觀察微多普勒效應(yīng)，可以計算出人們每分鐘的呼吸頻率。下圖展示了通過Transmitter（可以是室內(nèi)小型基站，也可以是5G CPE）和5G UE之間傳播的無線信號將如何受到目標感知物體的影響。

基站（或 CPE）與用戶的手機（5G 終端）協(xié)調(diào)執(zhí)行感知測量過程?；竞?G終端可以充當發(fā)射器和接收器，反之亦然。接收器測量5G無線信號，例如，檢測到的傳輸路徑數(shù)量、微多普勒頻移等，并將其收集為3GPP感知數(shù)據(jù)。3GPP感知數(shù)據(jù)在本地處理得到感知結(jié)果，例如呼吸頻率提供給5G網(wǎng)絡(luò)。5G網(wǎng)絡(luò)處理3GPP感知數(shù)據(jù)得到感知結(jié)果，并將感知結(jié)果提供給睡眠監(jiān)測應(yīng)用服務(wù)器。

通過監(jiān)測人們的呼吸，即呼吸頻率和呼吸停止持續(xù)時間，應(yīng)用服務(wù)器可以向用戶提供是否正在經(jīng)歷睡眠呼吸暫停的指示，這也可以幫助診斷某些疾病的早期癥狀，方便用戶調(diào)整生活方式，例如減肥或戒煙，以避免病情惡化。

呼吸頻率是指每分鐘呼吸的次數(shù)。成年人靜息狀態(tài)下的正常呼吸頻率為每分鐘12至20次。靜息狀態(tài)下，呼吸頻率低于每分鐘12次或高于每分鐘25次均被視為異常。

呼吸停止時長是指睡眠呼吸暫?；颊咄Ｖ购粑臅r間，可以是10秒到2分鐘甚至更長時間。我們以呼吸停止時長=10秒為例，作為向應(yīng)用服務(wù)器上報事件的觸發(fā)條件。當用戶觸發(fā)該感知服務(wù)時，感知系統(tǒng)會監(jiān)測到該特殊事件并上報給應(yīng)用服務(wù)器。

5G系統(tǒng)應(yīng)能夠提供具有以下KPI的無線感知服務(wù)：

場景：室內(nèi)睡眠監(jiān)測置信度：95%人體運動速度精度：0.033Hz（對應(yīng)2次/分鐘）；定位估計精度：不適用速度估計精度：不適用距離感知分辨率：不適用?速度感知分辨率：不適用最大感知服務(wù)延遲：60s刷新率：60s漏檢率：≤5%誤報率：≤5%

02、非侵入式健康監(jiān)測服務(wù)連續(xù)性用例

某養(yǎng)老院安裝了一套5G系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠通過養(yǎng)老院內(nèi)的設(shè)施提供通信和感知功能。部署的5G系統(tǒng)包含多個傳感設(shè)備，例如基站，用于提供連接和感知功能。這些傳感設(shè)備可以對目標進行無線感知，例如，跌倒/活動檢測，或?qū)σ粋€或多個人的生命體征，例如心率或呼吸頻率進行無線感知。

基站相互協(xié)作，來確保感知“目標”用戶的服務(wù)連續(xù)性。例如，某位老人相當虛弱，需要不間斷地持續(xù)監(jiān)測他的健康狀況。 當前他正被位于其房間附近的室內(nèi)基站A感知到，并且正移出基站A的感知區(qū)域，接近基站B的感知區(qū)域?；続和基站B以這樣的方式協(xié)作，確?；綛在基站A停止對老人的無線感知之前啟動對這個老人的無線感知。當老人同時處于基站A和B的覆蓋范圍內(nèi)時，兩個基站可以協(xié)作同時進行無線感知。同樣，當老人決定去基站C覆蓋的花園散步時，基站C會無縫地繼續(xù)對老人進行感知。5G網(wǎng)絡(luò)會收集和處理3GPP感知數(shù)據(jù)（例如，檢測某些運動模式），然后將感知結(jié)果提供給自動監(jiān)測健康異常的感知應(yīng)用程序。如果檢測到健康異常，例如，老人摔倒，則會觸發(fā)警報，指示健康狀況以及被監(jiān)測用戶的位置。

這一用例要求5G系統(tǒng)應(yīng)支持對可能在大于單個傳感發(fā)射器的覆蓋范圍的傳感區(qū)域內(nèi)移動的目標進行連續(xù)感知。5G 系統(tǒng)應(yīng)支持通過多個傳感設(shè)備同時對目標進行無線感知。5G網(wǎng)絡(luò)可為運營商提供安全手段，向可信第三方公開所需傳感服務(wù)區(qū)域位置的傳感服務(wù)可用性信息。

03、走失老人搜救用例

某位患有阿爾茨海默病的老人走失，不知該如何返回。尋找此人的時間越長，他受傷或出現(xiàn)健康問題的可能性就越大，例如脫水、骨折，甚至更糟的是死亡。在我居住的小區(qū)，就曾有一位這樣的老人走失掉進了正在施工的一個土坑內(nèi)，家人只能通過小區(qū)內(nèi)有限的幾個監(jiān)控攝像頭的畫面大致判斷他可能的去向，瘋找了一天后發(fā)現(xiàn)老人時，老人已經(jīng)奄奄一息。

隨著基站部署密度的提升以及大量支持5G的終端設(shè)備，5G已覆蓋大多數(shù)區(qū)域。這些基站信號和終端設(shè)備信號也可用于感知環(huán)境，從而實現(xiàn)檢測。與沒有3GPP感知能力相比，可以更快地定位到個人。此用例需要精確的3軸定位。搜救人員可以使用傳統(tǒng)方法、無人機和具有3GPP感知功能的UE來進行搜尋。5G系統(tǒng)應(yīng)能夠提供具有以下KPI的感知服務(wù)：

場景：室內(nèi)外搜救置信度：99%定位估計精度：≤0.5米（水平）；≤1米（垂直）速度估計精度：≤1.5 m/s（水平）；≤1.5 m/s（垂直）距離感知分辨率：3m?速度感知分辨率：5 m/s（水平/垂直）最大感知服務(wù)延遲：1s刷新率：≥10Hz漏檢率：≤3%誤報率：≤3%

04、后記

有關(guān)通感的用例還在持續(xù)的發(fā)展中，并不僅限于上述幾篇的內(nèi)容。近日，3GPP正在圍繞5G-A R20立項和6G RAN WG Study Item研究范疇展開討論。其中仍然包括對通感的相關(guān)研究（RAN1）：

Study?on?Integrated Sensing and Communication(ISAC) for NR

通感會讓我們的生活朝著更加便利、智能和高效的方向發(fā)展。期待它會給5G帶來更多的應(yīng)用價值和經(jīng)濟效益。

相關(guān)主題鏈接：

3GPP的通感用例和需求分析-4

3GPP的通感用例和需求分析-3

3GPP的通感用例和需求分析-2

3GPP的通感用例和需求分析-1