芯耀
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本期是通感用例的最后一篇，有關(guān)健康監(jiān)測(cè)的用例分析?？赡芎芏嗳硕紩?huì)產(chǎn)生疑惑，佩戴一個(gè)手環(huán)來(lái)進(jìn)行健康監(jiān)測(cè)難道不是更直接嗎？哪還需要什么5G網(wǎng)絡(luò)，簡(jiǎn)直小題大做。
隨著我國(guó)和其他很多國(guó)家逐漸步入老齡化社會(huì)，單靠一個(gè)手環(huán)來(lái)監(jiān)測(cè)健康狀況是遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(jué)時(shí)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(shí)也有通信服務(wù)，讓老人居住的場(chǎng)所例如養(yǎng)老院，能利用空中無(wú)處不在的無(wú)線電波來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(hù)理人員和家人隨時(shí)了解情況。
01、非侵入式睡眠監(jiān)測(cè)服務(wù)用例
與可穿戴設(shè)備相比，5G系統(tǒng)的無(wú)線信號(hào)非常豐富，并且無(wú)處不在。無(wú)需任何可穿戴設(shè)備即可監(jiān)測(cè)人類睡眠狀況。因?yàn)槿梭w的存在、運(yùn)動(dòng)甚至呼吸都會(huì)影響無(wú)線信號(hào)的傳播，在接收端表現(xiàn)為波形強(qiáng)度的波動(dòng)、相移等。
通常，當(dāng)人們睡眠時(shí)，有規(guī)律的胸部起伏會(huì)在檢測(cè)到多普勒效應(yīng)時(shí)引起目標(biāo)物體的額外振動(dòng) ，這在雷達(dá)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(wú)線信號(hào)傳播。通過(guò)觀察微多普勒效應(yīng)，可以計(jì)算出人們每分鐘的呼吸頻率。下圖展示了通過(guò)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(wú)線信號(hào)將如何受到目標(biāo)感知物體的影響。
基站（或 CPE）與用戶的手機(jī)（5G 終端）協(xié)調(diào)執(zhí)行感知測(cè)量過(guò)程?；竞?G終端可以充當(dāng)發(fā)射器和接收器，反之亦然。接收器測(cè)量5G無(wú)線信號(hào)，例如，檢測(cè)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(cè)應(yīng)用服務(wù)器。
通過(guò)監(jiān)測(cè)人們的呼吸，即呼吸頻率和呼吸停止持續(xù)時(shí)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(shí)長(zhǎng)是指睡眠呼吸暫停患者停止呼吸的時(shí)間，可以是10秒到2分鐘甚至更長(zhǎng)時(shí)間。我們以呼吸停止時(shí)長(zhǎng)=10秒為例，作為向應(yīng)用服務(wù)器上報(bào)事件的觸發(fā)條件。當(dāng)用戶觸發(fā)該感知服務(wù)時(shí)，感知系統(tǒng)會(huì)監(jiān)測(cè)到該特殊事件并上報(bào)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(wú)線感知服務(wù)：
場(chǎng)景：室內(nèi)睡眠監(jiān)測(cè)置信度：95%人體運(yùn)動(dòng)速度精度：0.033Hz（對(duì)應(yīng)2次/分鐘）；定位估計(jì)精度：不適用速度估計(jì)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(bào)率：≤5%
02、非侵入式健康監(jiān)測(cè)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(guò)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(gè)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(duì)目標(biāo)進(jìn)行無(wú)線感知，例如，跌倒/活動(dòng)檢測(cè)，或?qū)σ粋€(gè)或多個(gè)人的生命體征，例如心率或呼吸頻率進(jìn)行無(wú)線感知。
基站相互協(xié)作，來(lái)確保感知“目標(biāo)”用戶的服務(wù)連續(xù)性。例如，某位老人相當(dāng)虛弱，需要不間斷地持續(xù)監(jiān)測(cè)他的健康狀況。 當(dāng)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。基站A和基站B以這樣的方式協(xié)作，確?；綛在基站A停止對(duì)老人的無(wú)線感知之前啟動(dòng)對(duì)這個(gè)老人的無(wú)線感知。當(dāng)老人同時(shí)處于基站A和B的覆蓋范圍內(nèi)時(shí)，兩個(gè)基站可以協(xié)作同時(shí)進(jìn)行無(wú)線感知。同樣，當(dāng)老人決定去基站C覆蓋的花園散步時(shí)，基站C會(huì)無(wú)縫地繼續(xù)對(duì)老人進(jìn)行感知。5G網(wǎng)絡(luò)會(huì)收集和處理3GPP感知數(shù)據(jù)（例如，檢測(cè)某些運(yùn)動(dòng)模式），然后將感知結(jié)果提供給自動(dòng)監(jiān)測(cè)健康異常的感知應(yīng)用程序。如果檢測(cè)到健康異常，例如，老人摔倒，則會(huì)觸發(fā)警報(bào)，指示健康狀況以及被監(jiān)測(cè)用戶的位置。
這一用例要求5G系統(tǒng)應(yīng)支持對(duì)可能在大于單個(gè)傳感發(fā)射器的覆蓋范圍的傳感區(qū)域內(nèi)移動(dòng)的目標(biāo)進(jìn)行連續(xù)感知。5G 系統(tǒng)應(yīng)支持通過(guò)多個(gè)傳感設(shè)備同時(shí)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行無(wú)線感知。5G網(wǎng)絡(luò)可為運(yùn)營(yíng)商提供安全手段，向可信第三方公開(kāi)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(shí)間越長(zhǎng)，他受傷或出現(xiàn)健康問(wèn)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(jìn)了正在施工的一個(gè)土坑內(nèi)，家人只能通過(guò)小區(qū)內(nèi)有限的幾個(gè)監(jiān)控?cái)z像頭的畫(huà)面大致判斷他可能的去向，瘋找了一天后發(fā)現(xiàn)老人時(shí)，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(hào)和終端設(shè)備信號(hào)也可用于感知環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。與沒(méi)有3GPP感知能力相比，可以更快地定位到個(gè)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(wú)人機(jī)和具有3GPP感知功能的UE來(lái)進(jìn)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(chǎng)景：室內(nèi)外搜救置信度：99%定位估計(jì)精度：≤0.5米（水平）；≤1米（垂直）速度估計(jì)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(bào)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(xiàng)和6G RAN WG Study Item研究范疇展開(kāi)討論。其中仍然包括對(duì)通感的相關(guān)研究（RAN1）：
Study?on?Integrated Sensing and Communication(ISAC) for NR通感會(huì)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(huì)給5G帶來(lái)更多的應(yīng)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。
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