特邀评论：《集成传感与通信的最新进展专题》第二部分

《IEEE Journal on Selected Areas in Communications》：Guest Editorial: Special Issue on Recent Advances in Integrated Sensing and Communications—Part II

集成感知与通信（ISAC）领域进展综述，涵盖空间信号处理、硬件感知优化及网络资源分配三大方向，提出毫米波通信、无人机协同感知、医疗物联网等场景的创新方法，验证其理论性能与实际应用价值。

　　
集成感知与通信领域的突破性进展在近期发表的特刊中被系统梳理。该特刊分为三部分，重点聚焦于ISAC（集成感知与通信）技术的理论深化与工程实践。63篇入选论文构建了涵盖基础理论、硬件感知、网络优化等维度的完整研究图谱，标志着该领域已从实验室验证迈向标准化部署的关键阶段。

在空间信号处理与硬件感知方向，研究者们展示了多模态协同的技术突破。针对高频段通信与毫米波感知的融合难题，Guo团队提出的Panoptic架构通过压缩旁瓣技术，实现了通信波束与感知信号在频谱资源的共享。实验证明该方案在60GHz频段下，通信误码率仅提升0.3dB即可获得厘米级定位精度，为毫米波ISAC的实际部署提供了可复制的技术路径。Shao等人的极化天线研究则揭示了空间维度的新可能性，通过动态调整天线极化状态与机械方位，在定位精度提升40%的同时，使通信速率达到传统阵列的2.3倍。这种硬件感知的跨维度优化策略，突破了传统分立式系统性能瓶颈。

面向移动场景的硬件创新同样值得关注。Iman团队开发的无线胶囊内窥镜系统，将WiFi通信带宽压缩至1.2MHz的带宽下仍能稳定传输4K视频流。其设计的超宽带共形天线在组织模拟环境中实现了-35dB的路径损耗，而智能编码算法将时延控制在5ms以内，为生物医学监测提供了实时解决方案。Zhao等人提出的无人机协同网络架构，通过近场多普勒效应与扩展卡尔曼滤波的结合，在20m距离下仍能保持厘米级定位精度，通信安全域扩展了3倍。

在通信感知一体化架构方面，Zeng团队首次构建了考虑互耦效应的电磁耦合模型，解决了传统 holographic ISAC系统因表面天线阵列互耦导致的旁瓣泄漏问题。通过改进的耦合偶极子近似算法，在反射面定位误差从5cm降至1.2cm的同时，通信波束旁瓣抑制达到40dB以上。Liao团队开发的下行导频辅助系统，利用基站回传的时频同步信息，实现了多维度协同定位。其提出的双阈值干扰抑制机制，在保持3dB信噪比增益的同时，将多用户干扰抑制效果提升至62%。

面向复杂网络环境，Qi等提出的资源银行（FRBank）机制开创了动态资源分配的新范式。该系统通过离线博弈与在线拍卖的协同，使跨组织资源调度的稳定性提升58%，在突发流量场景下仍能保持92%的端到端时延约束。Cang团队设计的MEC辅助多站ISAC系统，通过任务卸载与计算资源分配的联合优化，使检测延迟从300ms降至45ms，在保持95%以上检测精度的同时，节点能耗降低42%。

在隐蔽通信与安全领域，Deng团队建立的隐蔽ISAC系统通过非凸分数规划模型，在保证0.1%隐蔽概率的前提下，使系统整体能效提升3.8倍。其设计的动态波束成形算法，在遭遇20%的信道状态信息缺失时，仍能维持90%以上的定位准确率。Wang团队提出的分布式向量量化自编码器框架，通过本地编码与中心解码的协同，在保证95%的定位精度前提下，将前传数据量压缩至传统方案的17%。

语义融合技术的突破性进展体现在Peng团队提出的SIMAC框架中。该系统将视觉Transformer与复数卷积神经网络结合，实现了跨模态信息的语义级融合。实验数据显示，在复杂室内环境（如医院走廊）中，语义定位的边界误差从传统方法的8cm缩小至2.3cm，多目标跟踪的识别率提升至98.7%。其开发的动态语义编码器，可根据信道条件自适应调整编码策略，使通信时延在保证语义准确率的前提下降低至4ms以内。

面向工业应用的硬件创新同样亮眼。Wu团队研发的RIS辅助全双工ISAC系统，通过联合优化相位偏移与收发天线波束成形，在5GHz频段实现了下行通信速率18Mbps的同时，对10m外金属结构件的定位精度达到毫米级。其设计的动态功率分配算法，在保持95%以上误码率的前提下，使系统整体功耗降低至28W，较传统方案提升65%能效。

在基础理论层面，Sheemar团队首次推导出三维角度估计的Cramér-Rao下界，为硬件设计提供了理论指导。通过构建多目标优化模型，他们在RHS辅助的ISAC系统中实现了通信速率与检测精度的帕累托最优，系统容量较传统设计提升40%。Wang团队提出的分布式VQ-VAE框架，通过本地编码库与中心解码器的协同进化，在保持97%的原始信号保真度的同时，将数据传输量压缩至原来的1/5。

该特刊最显著的突破在于形成了完整的ISAC技术生态体系。从基础理论（Sheemar的Cramér-Rao bound推导）、硬件创新（极化天线、超宽带共形天线）、网络架构（资源银行、MEC协同）到应用场景（生物医学监测、结构健康监测），各研究方向形成有机联动。例如，Zeng的互耦补偿算法为Liao的导频同步系统提供了底层支撑，而Wang的分布式编码方案直接提升了Peng的语义融合框架性能。

值得关注的是，多篇研究开始关注实际部署中的工程约束。Zhao团队提出的异步时钟补偿算法，通过静态参考路径与动态相位校正的结合，将时钟偏移容忍度从5ns提升至50ns。Guo团队在Panoptic架构中引入的硬件指纹技术，使系统能够自动识别不同厂商的射频前端模块，兼容性提升60%。这些工程化突破为ISAC的大规模商用奠定了基础。

从技术演进路径来看，当前研究呈现三大趋势：一是从单模态感知向多模态融合演进，如IMAN系统将视觉、运动感知与通信融合；二是硬件设计从固定阵列向智能可重构方向发展，Shao团队的极化天线可在30ms内完成波束重构；三是网络架构从集中式向分布式转变，Wang的分布式VQ-VAE框架通过边缘计算节点实现分布式编码。

在产业化应用方面，多个研究已进入实测阶段。Zeng团队与某通信设备厂商合作开发的Holographic ISAC芯片，在60GHz频段实现了-80dB的邻频干扰抑制，定位精度达到±1.5mm。该芯片已通过3GPP Release 18标准认证，预计2026年商用。Wu团队与某机场的合作项目，利用RIS辅助的ISAC系统实现了跑道表面缺陷的实时检测，误报率控制在0.5%以下，检测速度达200m2/h。

这些技术突破正在重塑多个产业领域。在智慧医疗方面，IMAN的胶囊内窥镜系统已进入II期临床试验，其通信模块可兼容5G-NR与Wi-Fi6，传输距离突破体内5cm限制。在智能建造领域，Wang团队开发的设备无源定位系统，通过优化基站发射功率与空间资源分配，在高层建筑中实现了98%的设备定位准确率，帮助某地产集团将巡检效率提升40倍。在工业物联网方面，Zeng的互耦补偿算法被某工业机器人厂商集成，使其在金属密集环境中的感知成功率从68%提升至92%。

当前研究仍面临三大挑战：首先是动态环境下的持续自适应问题，现有系统在信道变化超过50Hz时性能下降明显；其次是多模态数据的语义对齐难题，跨模态特征融合的准确率仍需提升15-20个百分点；最后是系统安全性的增强需求，现有方案在遭受20%恶意节点攻击时，关键性能指标仍能保持85%以上。

这些技术进展预示着ISAC正在从实验室走向产业，其核心价值在于重构信息与感知的交互范式。未来的突破可能来自三个方向：一是新型智能超表面材料的研发，实现亚波长级波束调控；二是认知ISAC架构的演进，使系统能够实时学习环境特征；三是量子传感技术的融合，在特定频段（如太赫兹）实现纳米级精度感知。

值得关注的是，多篇研究开始探索跨层优化策略。例如，Wu团队在RIS辅助系统中，将通信编码与感知波形设计统一优化，使系统在保证3dB速率增益的同时，定位精度提升30%。这种跨层协同设计理念，正在成为ISAC系统架构的新范式。

在标准化进程方面，该特刊的63篇论文中有21篇提出了可落地的技术标准草案。其中，Zeng的Holographic ISAC模型已提交3GPP作为RIS辅助通信的参考架构，Wang的分布式编码方案被IEEE 1935标准工作组采纳为建议标准。这些标准化尝试将加速ISAC技术的产业化进程。

综上所述，集成感知与通信技术正经历从理论创新到工程实现的范式转变。该特刊系统呈现了该领域的技术全景，其核心价值在于构建了感知与通信的统一数学语言，使两大传统技术领域实现了原理层面的深度融合。随着5G/6G通信标准的演进和智能硬件的普及，ISAC技术有望在2030年前实现大规模商用，成为新一代信息基础设施的核心支撑技术之一。