浙江大学信电学院博士生何映晖的研究工作在ACM MobiCom ’23发表

近日，第29届移动计算和网络年度国际会议（Annual International Conference on Mobile Computing and Networking，MobiCom）公布了论文接收结果。由浙江大学信电学院、网络空间安全学院、香港科技大学等多家单位合作完成的论文“SenCom: Integrated Sensing and Communication with Practical WiFi”入选。浙江大学信电学院博士研究生何映晖、网络空间安全学院博士研究生刘建伟是该论文的共同第一作者。浙江大学信电学院余官定教授、网络空间安全学院韩劲松教授是该论文的共同通信作者。该论文的合作者还包括香港科技大学李默教授、浙江大学任奎教授。

MobiCom是国际公认的计算机网络研究领域方向的顶级会议，也是中国计算机学会（CCF）推荐的A类会议，受到来自学术界和工业界的广泛关注。本届会议只接收了92篇论文。 

研究背景：

感知与通信是当代信息系统的两大核心。通信一体化（Integrated Sensing and Communication，ISAC）融合两者，同时实现通信和感知的功能，并使两者相辅相成，达到双赢，已成为信息通信领域极具前途的发展方向。然而，设计全新的ISAC系统，开发、部署和运营的成本巨大，很难快速普及应用。于是，研究团队思考在传统和已有的无线通信系统上实现ISAC的可能性。然而，这些系统的设计往往是以通信为目的，在覆盖、粒度、时效性等方面难以满足感知任务的需要。 

研究成果：

研究团队基于现有商用WiFi，提出一种向前兼容的通感一体化系统SenCom，能够在不同的WiFi通信模式下进行信道状态信息（Channel State Information，CSI）校准，并为上层传感应用提供统一的、满足感知需求的CSI测量。通过搭建原型机并进行真实世界的实验，研究团队证明SenCom可以支撑各种感知任务，同时对WiFi通信性能几乎没有影响，展示了在现有无线通信系统中实现ISAC的可行性。

图1：SenCom的应用场景

图2：SenCom原型机与实验场景 

高质量CSI：由于通信系统采用了多种通信模式、波束成形技术，因此即使对于相同环境下的同一感知目标，采集到的CSI也不同。为了解决该问题，研究团队提出了一种CSI校准方案。该方案不仅包含了一个CSI的转化公式，可以将不同通信模式下CSI的分布进行统一，还包含了一个用于抑制波束成形的补偿公式。图3展示了经过校准后的CSI与主动式、纯被动式感知系统的CSI质量之间的差异。可以发现，校准后CSI的质量接近主动式感知系统的CSI质量，并且远高于纯被动式感知系统的CSI质量。

足够的CSI：由于通信包数目随着场景内通信需求的变化而变化，因此基于通信包采集到的CSI不稳定。为了解决该问题，研究团队采用了拟合重采样方案来获取等间隔的CSI样本，从而支撑上层感知应用。并且提出了一种激励策略来触发额外数据包，并且通过推导最优激励速度的闭式解来平衡感知和通信性能。图3验证了SenCom输出的CSI能够满足上层感知应用对于CSI采样率的需求。图4展示了部署SenCom前后的通信性能对比。可以发现，在部署SenCom后，通信性能几乎没有受到影响。

此外，研究团队还测试了两类典型感知应用：动作分类任务（WiFall）和计步任务（WiStep）。图4、5分别展示了WiFall、WiStep的性能对比。可以发现，SenCom的性能远超纯被动式感知系统，并且能够实现接近于主动感知系统的性能。