3GPP ISAC NR 感測評估框架

性能極限分析與端到端鏈路驗證

一、前言

感測性能評估方法論是整合感測與通訊（Integrated Sensing and Communication, ISAC）標準化工作的核心。3GPP 在 Release 19 完成 ISAC 通道建模研究並於 2025 年 6 月 RAN#108 會議核准 TR 38.901 擴充 [1][4][5] 之後，立即於同次會議批准新的研究項目 RP-251861 [6]，聚焦於 gNB 單站感測（gNB mono-static sensing）的性能評估與 RAN-CN 程序設計。此一承接安排反映了 3GPP 的標準化邏輯：先確立通道與干擾模型，再以統一的指標體系衡量不同訊號和演算法的性能，最後才推進規範化訊號設計。

在此背景下，評估框架的建立成為 2025 至 2026 年 RAN1 工作小組的核心任務之一。3GPP 服務需求規範 TR 22.837 [2] 與 TS 22.137 [3] 雖已給出量化性能目標，但如何將這些服務層要求轉換為可操作的物理層評估指標，以及如何選擇合適的基準訊號和處理演算法，仍有大量技術工作待完成。2026 年初以來，多篇直接呼應 3GPP 評估框架的研究成果陸續發表，從理論極限分析到端到端鏈路模擬，為 Release 20 工作小組提供了具體的參考數據。

本篇報導以 RAN#108 核准的研究項目為出發點，梳理 NR 訊號結構下的感測性能極限分析、端到端鏈路驗證結果，以及架構層面的對應研究進展，目的在呈現 3GPP ISAC 標準化工作在評估方法論上的現狀與待解問題。

二、版本時程表

表 1 整理 3GPP ISAC 相關研究項目的時程節點，反映 Release 19 研究成果的移轉與 Release 20 評估工作的啟動。

Release	關鍵里程碑	時程
Release 19	ISAC 通道建模 SI 完成，TR 38.901 擴充核准（RP-251567）[1][4][5]	2025 年 6 月，RAN#108
Release 20	gNB 單站感測性能評估 SI 核准（RP-251861）[6]；SA2 架構研究（TR 23.700-14）啟動	2025 年 6 月，RAN#108 啟動
Release 21	預計進入規範化工作項目（Normative WI）；6G ISAC Day 1 功能確認	依官方公告

三、官方定位

RP-251861 [6] 研究項目的工作範疇涵蓋三條主線。第一，以 gNB 下行 CP-OFDM 波形搭配定位參考訊號（Positioning Reference Signal, PRS），在城市大型小區航空載具（Urban Macro-Aerial Vehicle, UMa-AV）場景下進行性能評估 [4]，連接通道建模成果與物理層訊號設計的選擇。第二，研究 RAN 與核心網路之間支援 ISAC 所需的程序與信令，確保感測結果能透過標準化介面傳遞至應用層。第三，研究 gNB 單站感測的網路架構，與 SA2 工作小組的 TR 23.700-14（即 RP-251861 所稱之 FS_Sensing_ARC/SP-250401）形成跨層協調。

性能評估的量化目標直接援引 TR 22.837 [2] 與 TS 22.137 [3] 所定義的服務需求，主要指標包括：偵測率（Detection Probability, Pd）不低於 70%，誤警率（False Alarm Rate, Pfa）不高於 5%，以及公尺級三維定位精度。這套指標體系的設計兼顧了雷達工程慣例與通訊系統標準化的可操作性，為後續討論提供了明確的收斂判據。3GPP 於 RAN#108 會議核准 ISAC for NR 研究項目 [6]，納入 Release 20 工作計畫，研究成果將直接決定 Release 21 規範化工作項目的技術路線。

四、物理層（RAN）

4.1  性能極限：Cramér-Rao 界分析

感測估測的理論下界由Cramér-Rao 下界（Cramér-Rao Lower Bound, CRLB）描述。2026 年 3 月完成的研究 [7] 系統性地分析了 5G NR 訊號在 UAV 單站感測場景中所能達到的距離與速度估測精度，基準訊號採用 PRS，評估場景與 3GPP UMa-AV 假設一致 [4]。研究顯示，單一時槽（single-slot）條件下，PRS 的時域資源配置並非針對都卜勒頻移分辨率最佳化——由於 OFDM 符元索引的時域分布變異量較小，速度估測的 CRLB 在單時槽情形下無法達到 TS 22.137 [3] 的規格目標，需仰賴多時槽聯合處理才能滿足要求。距離估測方面，單一時槽即可達到規格要求，精度主要受系統頻寬制約。因此，PRS 作為感測導引訊號時，單時槽模式存在系統性的速度估測性能瓶頸。

研究進一步分析跨多個連續時槽累積 PRS 訊號的效果。等效增加觀測時長後，速度估測的 CRLB 可顯著收緊，並在多時槽情形下達到 TS 22.137 的規格要求。研究亦提出一種兩階段迭代距離-速度聯合估測器，在遠距場景中穩定達到 CRLB，解決了傳統最大概似估測器（Maximum Likelihood estimator, ML）因閾值效應（threshold effect）而性能驟降的問題。此結果為 Release 20 提供了關鍵設計指引：若沿用 PRS 作為感測訊號，多時槽聯合處理是不可缺少的系統設計要素。

4.2  端到端鏈路驗證

理論分析需要端到端鏈路模擬加以呼應。2026 年 4 月公開的研究 [8] 以完整的 5G NR 下行 CP-OFDM 波形搭配 PRS，依循 3GPP UMa-AV 場景假設 [4]，建立了一條從通道估測、距離-都卜勒（Range-Doppler）處理到恆虛警率偵測（Constant False Alarm Rate, CFAR）、角度估測乃至三維定位的完整信號處理鏈。模擬結果顯示，在標準場景設定下系統可達到 Pd ≥ 70%、Pfa ≤ 5%，符合 TS 22.137 [3] 所訂定的最低性能需求。進一步分析指出，性能的主要限制因子包括：多路徑雜波對 CFAR 閾值的干擾、低仰角目標因天線陣列增益衰減導致的誤偵測，以及低徑向速度目標因接近零都卜勒背景而難以區分。

研究同步公開了名為5GNRad 的開源可重製模擬器，作為 3GPP 評估工作的透明基準實作，使不同研究組能在相同假設下進行橫向比較。3GPP 評估工作依賴各廠商提交的模擬結果，若缺乏公開的基準實作，不同提案的比較便難以達到方法論一致性。綜合上述結果，在不修改現行 NR 空中介面規範的前提下，既有訊號確實能夠滿足 Release 20 初步性能目標，但多時槽聯合處理與完整的信號處理鏈設計是不可省略的前提條件。

五、架構層（SA）

在架構層面，RP-251861 [6] 明確要求研究 RAN 與核心網路之間的感測信令程序。在 gNB 單站感測模式中，基地台以下行傳輸的同頻帶反射訊號推導感測結果，並須透過 N2 介面將結果上報存取和行動管理功能（AMF），再由核心網路分發至授權應用。現行 5G 核心網路架構並未為此定義專屬的感測資料通道，SA2 工作小組的 TR 23.700-14 研究因此聚焦於兩個問題：感測結果的資料格式與品質指標如何定義，以及如何在嚴格的延遲約束下將感測結果及時傳遞至 UAV 偵測應用。

SA2 的另一討論方向是：現有的 AMF、工作階段管理功能（SMF）等核心網路實體是否足以承擔感測資料路由，或需要引入新的感測管理功能實體。部分學術文獻提出了感測協調功能（Sensing Coordination Function）或感測資料服務框架（Sensing Data Service Function）等架構概念，但這些命名均屬學術提案，尚未經 3GPP SA2 正式採納，最終命名以 TR 23.700-14 的官方定義為準。RAN 與 SA 工作小組的協調機制亦成為關注焦點：gNB 感測能力的觸發與調度在訊號層面由 RAN1 管理，但在服務流程層面需要 SA2 的程序支撐，兩者的介面設計對系統整體延遲具有直接影響。

六、展望

Release 20 評估研究的走向，將在未來一至兩年內決定 Release 21 規範化工作的技術路線。目前 RAN1 工作小組在訊號設計上存在兩種路線的張力：其一是沿用現有 NR 參考訊號（PRS、CSI-RS 等），輔以多時槽聯合處理；其二是針對感測應用設計專屬參考訊號，以最佳化模糊度函數（ambiguity function）的距離-速度分辨率，從根本上消除第 4.1 節 CRLB 分析揭露的性能瓶頸。前者修改現有規範的代價較低；後者提供理論最優解，但需在空中介面引入新型訊號，相容性與規範複雜度的代價較高。

研究結果顯示，在多時槽估測條件下，PRS 與專屬設計訊號的性能差異趨於縮小 [7]，使多時槽聯合處理路線在現階段具有明顯推進優勢，因其與 Release 20 研究框架的相容性最佳，廠商既有硬體亦較易適配。預計 2026 下半年 RAN1 會議將匯總各廠商評估結果，形成路線共識。與此同時，學術界近期對 FR3（Frequency Range 3, FR3，7–24 GHz）的 ISAC 潛力展示出日益濃厚的興趣，包括層次式波束對齊策略與雷達即服務（radar-as-a-service）的架構構想。FR3 的 3GPP 標準化工作尚處研究初期，Release 20 為 gNB 感測評估建立的方法論基礎，預計將成為日後 FR3 ISAC 工作的重要參照框架。

資料來源

[1]  6G SNS-JU Tracker：3GPP RAN#108 全體會議報告摘要（布拉格，2025 年 6 月），記錄 RAN#108 核准 ISAC for NR 研究項目（RP-251861），納入 Release 20 工作計畫。verticals-tracker.sns-ju.eu/standards-tracker/standardisation-updates/summary-report-3gpp-plenaries-108-prague-czech-republic-9

[2]  3GPP TR 22.837：ISAC 服務需求研究技術報告，定義 32 個使用案例（規範性 Pd/Pfa 需求詳見 TS 22.137 [3]）。3gpp.org/DynaReport/22.837.htm

[3]  3GPP TS 22.137：感測服務需求規範，規定 UAV 偵測距離、速度與定位精度指標。                                       3gpp.org/DynaReport/22.137.htm

[4]  3GPP TR 38.901：NR 通道模型技術報告，Release 19 新增 ISAC 感測目標與雜波擴充。  3gpp.org/DynaReport/38.901.htm

[5]  3GPP RP-251567（RAN#108）：核准 TR 38.901 ISAC 感測通道模型擴充，完成 Release 19 ISAC SI。3gpp.org/ftp/tsg_ran/TSG_RAN/TSGR_108/Docs/RP-251567.zip

[6]  3GPP RP-251861（RAN#108）：核准 ISAC for NR 新研究項目，涵蓋 gNB 單站感測評估、RAN-CN 程序及網路架構研究。3gpp.org/ftp/tsg_ran/TSG_RAN/TSGR_108/Docs/RP-251861.zip

[7]  Fernandez et al., "Integrated sensing and communications in the 3GPP New Radio: sensing limits," arXiv:2603.28318（2026 年 3 月）。arxiv.org/abs/2603.28318

[8]  Blandino et al., "Evaluation of gNB Monostatic Sensing for UAV Use Case," arXiv:2604.02205（2026 年 4 月），附 5GNRad 開源模擬器。arxiv.org/abs/2604.02205