近日，南方科技大学电子与电气工程系刘凡助理教授、袁伟杰助理教授课题组针对6G通信感知一体化技术进行了系统研究，并取得了一系列进展，相继在IEEE Journal on Selected Areas in Communications、IEEE Transactions on Signal Processing和IEEE Transactions on Wireless Communications等无线通信与信号处理期刊上发表5篇论文，并输出多项工业界标准提案及白皮书。
下一代无线通信系统将使智慧城市、智能工业、车联网、远程医疗等新兴技术的实现成为可能。这些新兴技术都有一个共同特点，即同时需要高质量的无线通信能力和稳健且高精度的感知能力。因此，通信感知一体化(Integrated Sensing and Communications, ISAC)被广泛认为是6G网络的关键使能技术。该技术能够在通信与感知之间共享频谱、硬件平台，乃至基带波形和信号处理，从而提升系统的频谱效率、能量效率和硬件效率。进一步地，还可以通过通感两种功能的互相辅助、互相增益来提升彼此的性能。
近日，刘凡助理教授受邀在通信领域期刊IEEE Journal on Selected Areas in Communications发表了题为"Integrated Sensing and Communications: Toward Dual-Functional Wireless Networks for 6G and Beyond"的综述论文[1]。该文是业界首篇全面阐述通感一体的技术性综述论文，涉及到通感一体的发展历史、技术背景、用例与标准化进展、信息论、信号处理、网络架构等多个方面，受到业界广泛关注与好评。刘凡助理教授为该文第一作者，南科大为第一单位。北京邮电大学博士后崔原豪为论文通讯作者。
通信感知一体化中的核心问题是一体化波形设计，即设计一种双功能发射波形，使之能够在进行高速率通信的同时，具有高精度的感知能力。传统通感一体波形设计方法多采用波束图样逼近方法，或波形相似性约束方法，无法直接提升系统的感知精度指标。为此，课题组提出一种针对多天线多用户下行通感一体化场景的基站端波形优化方法，在最小化感知精度的克拉美-罗下界的同时，保证多用户的通信服务质量。该优化问题为非凸问题。研究表明，该优化问题在单用户场景下具有最优解析解，在多用户场景下具有隐藏的凸性(Hidden Convexity)，进而可以由半正定松弛(Semidefinite Relaxation)方法在多项式时间内得到全局最优解，显著提升了系统的目标角度估计精度。该研究成果[2]以"Cramér-Rao Bound Optimization for Joint Radar-Communication Beamforming"为题发表在信号处理顶级期刊IEEE Transactions on Signal Processing上，刘凡助理教授为第一作者，南科大为第一单位。中国科学院数学与系统科学研究院刘亚锋副研究员为论文通讯作者。
通信感知一体化中的另一难题是如何在一个统一的理论框架下对通信与感知性能进行分析。为解决这一问题，课题组进一步考虑了基于空间扩展的正交时频空间调制(SS-OTFS)架构的通感一体化波形设计，可以将待感知目标信息、通信符号、通信与感知信道三者统一在时延-多普勒域中进行等效表征。在SS-OTFS框架下，通信与感知问题可以简化为时延-多普勒域上的检测与估计问题。本项工作针对雷达感知提出了一系列波束跟踪，角度估计，以及功率分配算法；分析了通信符号的成对差错概率(Pairwise Error Probability)，并由此提出一种符号级预编码方案来进一步增强通信与感知性能。该研究成果[3]以"A Novel ISAC Transmission Framework based on Spatially-Spread Orthogonal Time Frequency Space Modulation"为题发表在通信顶级期刊IEEE Journal on Selected Areas in Communications上，南科大访问学生李双洋（现为澳洲西澳大学博士后）为第一作者，袁伟杰助理教授为通讯作者，南科大为通讯单位。
论文链接：
[1] https://ieeexplore.ieee.org/document/9737357
[2] https://ieeexplore.ieee.org/document/9652071
[3] https://ieeexplore.ieee.org/document/9724198
[4] https://ieeexplore.ieee.org/document/9171304
[5] https://ieeexplore.ieee.org/document/9791349
[6] https://ieeexplore.ieee.org/document/9947033
工业界技术报告链接：
[7] https://www.imt2030.org.cn/html//default/zhongwen/chengguofabu/yanjiubaogao/list-2.html?index=2
[8] https://www.china-cic.cn/upload/202202/24/b9f23a4c8b1640babd34a7526beadbc5.pdf