第六代移動通訊的感官覺醒：解析 6G ISAC 通感一體化的波形設計與多維度驗證挑戰

在通往 6G 的技術路徑上，一個最具顛覆性的概念正在成形：通訊感知一體化（Integrated Sensing and Communication, ISAC），或稱為關聯通訊與感測（JCAS），過去行動通訊網路（傳輸數據）與雷達系統（偵測物體）是兩條平行線，佔用不同的頻譜，使用不同的硬體；然而 6G 試圖打破這道牆，讓未來的基地台與終端裝置在傳送 8K 視訊的同時，也能精確地感知周圍環境的幾何形狀、物體速度甚至材質特徵。

這不僅僅是節省硬體成本，更開啟了「數位雙生（Digital Twin）」的上帝視角，想像一下工廠內的 6G 網路不需要額外的感測器，就能實時追蹤每一台機器人的位置；道路上的 6G 訊號能直接偵測行人，協助自動駕駛車輛避障。

然而，這對測試驗證提出了物理學上的終極挑戰：如何驗證同一個波形（Waveform）在「傳輸速率」與「感測解析度」之間的權衡？ 當通訊通道發生衰落時，感測精度會如何劣化？本文將深入探討如何利用物體回波產生技術、高頻寬通道模擬與高動態運動平台，構建 6G ISAC 的全方位實驗室驗證環境。

波形的雙重身分：ISAC 訊號的物理層挑戰

通訊與感測的資源博弈

ISAC 的核心技術難題在於波形設計，通訊追求的是高頻譜效率與低誤碼率（BER），通常採用正交頻分多工（OFDM）等技術；而雷達感測追求的是高距離解析度與速度估計，通常依賴線性調頻（FMCW）或脈衝訊號，將兩者融合，代表必須在時域、頻域與空間域上進行極致的資源分配。

根據 Rohde & Schwarz 與中國移動研究院的聯合研究，目前的主流方向是利用 OFDM 波形本身進行感測，或者設計全新的統一波形，這要求測試設備必須具備「雙重解調」能力：既要能像手機一樣解調通訊數據，又要能像雷達一樣分析回波的延遲與都普勒頻移，這對於傳統的訊號產生器與分析儀而言，是前所未有的訊號處理負載。

實驗室中的「虛擬物體」產生

要驗證基地台的感測能力，我們不能指望在實驗室裡真的開一輛車或飛一台無人機來當目標，我們需要的是「產生電子式目標」，R&S AREG800A 汽車雷達回波產生器在此展現了跨界的強大能力，雖然它原本是為車用雷達設計，但其優異的射頻前端架構使其成為 6G ISAC 研究的首選。

R&S AREG800A 汽車雷達回波產生器：具備直觀觸控介面，是現代雷達測試系統的強大核心，支援從 24 GHz 到 81 GHz 的全頻段測試。

AREG800A 可以接收來自待測物（ISAC 基地台或終端）的發射訊號，並在內部疊加精確的距離延遲、都普勒頻移與雷達截面積（RCS）衰減，然後將其作為「回波」發射回去，這使得研發人員可以在微波暗室中，精確模擬出一個距離 100 公尺、以 60 km/h 移動的虛擬物體，並驗證 ISAC 演算法是否能準確定位該物體，同時維持通訊鏈路的穩定。

6G 的時空通道：ACE9600 在非地面網路 (NTN) 與太赫茲頻段的角色

從地面延伸至太空的複雜鏈路

6G 的另一個特徵是非地面網路（NTN）的深度整合，衛星將成為網路的一部分，當 ISAC 應用擴展到低軌道（LEO）衛星時，問題變得更加複雜，衛星與地面終端之間的高速相對運動會產生巨大的都普勒效應，且訊號需穿過電離層與對流層。

dBM ACE9600 衛星與無線通訊通道模擬器提供了高達 600 MHz 的瞬時頻寬，這對於模擬 6G 的寬頻訊號至關重要。結合 SATGEN 衛星軌道建模軟體，ACE9600 可以動態模擬 LEO 衛星過頂時的連續相位變化與傳播延遲。這讓工程師能夠驗證：當衛星作為一個「天基感測器」時，大氣衰減與多路徑效應（Multipath）會如何影響其對地面目標的成像解析度。

圖中為 ACE9600 通道模擬器，用於處理來自 R&S SMW200A 向量訊號產生器的低軌道衛星（LEO）/5G NTN (Non-Terrestrial Network）訊號，並將該訊號輸入至其中一個通道，透過 ACE Client 控制軟體，可加入各種鏈路與硬體損耗，模擬真實世界的運行條件；經 R&S FSW 頻譜分析儀顯示 ACE9600 處理後的輸出訊號，使用者可觀察這些損耗對訊號星座圖（Constellation）及其他訊號特性的影響，滿足衛星通訊、NTN 設計工程師與系統整合商的測試需求。

→ 5G NTN Link Emulation and Hardware-in-the-Loop Test Flyer

驗證多路徑環境下的感測極限

在城市峽谷或室內工廠環境中，多路徑反射是通訊的干擾，但對 ISAC 而言，多路徑卻包含了環境特徵資訊，ACE9600 支援每通道最多 12 條獨立路徑的模擬，這允許研究人員測試 ISAC 系統是否能利用多路徑訊號來「看見」視距外（NLOS）的物體，或者驗證其演算法是否能有效濾除雜波（Clutter）以鎖定真實目標。

動態載具上的感測器：SANLAB 運動平台與 HIL 整合

當感測器本身在劇烈晃動

未來的 ISAC 節點將廣泛部署於無人機、自駕車與工業機器人上，靜態測試無法反映載具運動對波束成形（Beamforming）的影響，當無人機在強風中劇烈晃動時，其天線陣列的指向會發生偏差，這直接影響通訊品質與感測精度。

為了補足這一環節，必須引入 SANLAB 的六自由度（6DOF）運動平台，將 ISAC 的射頻前端（如 R&S FE44S）安裝於 SANLAB 平台上，並透過硬體在環（HIL）介面與控制軟體連動，平台可以模擬無人機的俯仰（Pitch）、滾轉（Roll）與偏航（Yaw），而 R&S AREG800A 則同步調整回波訊號的相位與都普勒頻移。

物理運動與射頻訊號的微秒級同步

這種測試的核心在於「同步」，SANLAB 平台的高頻寬響應能力（基於電動伺服致動器）確保了物理姿態能即時跟隨模擬模型，透過這種測試配置，研發人員可以回答關鍵問題：「在 3G 的機動過載下，ISAC 系統還能保持對目標的亞米級定位精度嗎？」 這是從理論演算法走向實際產品部署的必經之路。

頻譜共存與干擾管理：確保 ISAC 不成為干擾源

擁擠頻譜中的生存之道

6G ISAC 預計將使用 FR2（毫米波）甚至 FR3（7-24 GHz）頻段，這些頻段可能已存在其他衛星通訊或雷達系統，ISAC 訊號本質上是一種寬頻輻射，若控制不當，極易干擾現有服務。

利用 R&S FSW 訊號與頻譜分析儀，配合 OHB GIDAS 的頻譜監測概念，可以進行嚴格的頻譜共存測試，FSW 的寬頻解調能力可用於分析 ISAC 波形的旁瓣洩漏（Out-of-band Emission），而 GIDAS 的偵測邏輯則可用於驗證 ISAC 系統是否具備「頻譜感知」能力——即在偵測到其他主用戶訊號時，自動調整頻率或波束方向以避免干擾。

在實驗室中預演 6G 數位雙生世界

6G ISAC 代表了無線通訊與雷達感測的終極融合，它將物理世界與數位世界緊密地編織在一起，要實現這一願景，單一維度的測試已不再足夠，我們需要一個融合了 「目標模擬（R&S AREG800A）」、「通道模擬（dBM ACE9600）」與 「物理動態模擬（SANLAB 6DOF）」的全域驗證環境，奧創系統科技（Ultrontek）整合了這些頂尖技術，為 6G 研發者提供了一個能將數學模型轉化為物理實境的開發平台，透過這種多物理場的聯合驗證，我們不僅是在測試一個通訊設備，而是在預演未來智慧城市的感知神經網路，確保其在任何極端環境下都能精準運作。

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6G 感官覺醒：ISAC 通感一體化波形設計與多物理場驗證