特约评论：关于集成传感与通信技术最新进展的专题刊——第三部分

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

　　第一部分：关于特刊
这是关于“集成感知与通信（ISAC）最新进展”的三部分特刊（SI）的第二部分。该特刊旨在捕捉这一新兴领域从理论研究向标准化和实际应用的快速发展和日益成熟的过程。本特刊接受的63篇论文被分为6组，分别为：1）基本性能界限与优化；2）波形设计与时频信号处理；3）空间信号处理与硬件感知的ISAC；4）网络与资源分配；5）与新兴通信技术结合的ISAC；6）数据驱动方法与ISAC应用。我们建议读者参阅本特刊的第一部分客座社论，以获取特刊的总体概述[A1]。第二部分论文的贡献总结如下，对应于第3）和第4）组论文。

第二部分：空间信号处理与硬件感知的ISAC
为了推进频分ISAC和反向散射技术的集成，Ma等人[A2]研究了一种基于高扫描率时隙阵列天线和逆散射方法的频分集成感知与反向散射通信系统。该系统通过将标签调制在开路和短路状态之间来实现定位、标签识别和反向散射通信，从而提取结构和天线模式，并通过最大比率合成方法评估比特误码率（BER）。仿真和实验证实了在操作频带内该系统的准确感知和稳健通信能力。

针对近场安全无人机网络，Zhao等人[A3]提出了一种ISAC框架，其中地面基站（BS）在感知和干扰窃听者的同时，利用人工噪声与无人机进行通信。利用近场多普勒位移，通过扩展卡尔曼滤波器估计并精确定位窃听者的三维运动，并通过联合波束成形-轨迹优化在确保感知准确性的同时最大化保密速率。Guo等人[A4]引入了Panoptic，这是一种新型毫米波ISAC架构，它能够在共享的硬件、频率和时间资源上实现真正的联合通信和感知。通过使用压缩旁瓣成形技术，该系统能够保持对目标用户的强通信波束，同时嵌入伪随机旁瓣扰动以提取空间信息。在60 GHz无线电上的实验结果显示，Panoptic能够实现低反射体定位误差，并且在误码率（BER）上的下降可以忽略不计，证明了其在实际毫米波ISAC应用中的有效性。

利用雷达导出的空间先验信息，Yang等人[A5]开发了一种基于深度展开的雷达辅助信道估计网络（Radar-CEnet），适用于车辆毫米波大规模MIMO。该架构将先验信息集成到卷积神经网络中，以提高在高移动性条件下的估计性能，而基于MAML（Massive Matrix Approximation Learning）的程序则实现了快速的环境适应。仿真表明，Radar-CEnet在准确性和收敛速度上均优于传统估计网络。Shao等人[A6]提出了一种极化成形天线（PA）架构，通过联合利用极化和空间多样性来提高ISAC性能。PA可以动态调整极化和机械方向，从而实现灵活的信道重构。他们开发了一种双时间尺度的ISAC协议，其中用户定位指导慢时间尺度的天线位置和旋转优化，而快时间尺度的极化成形则适应用户设备方向。仿真结果证实，与传统的天线配置相比，基于PA的系统显著提高了定位精度和通信总速率。

Iman等人[A7]提出了一种基于WiFi的ISAC框架，用于无线胶囊内窥镜技术，可在人体内实现实时高分辨率视频传输。该系统集成了微型相机、超宽带共形天线和低延迟WiFi通信模块，利用ISAC优化动态体内的感知和数据传输。在真实的组织模拟条件下的实验表明，该技术实现了可靠的视频传输，验证了其在连续胃肠监测以及医疗物联网（IoMT）中的实时诊断、远程医疗和远程医疗领域的潜力。

针对异步双向操作问题，Zhao等人[A8]提出了一种基于子空间的超分辨率感知框架，适用于时钟不同步的ISAC。该方法通过对快照间的时间偏移进行对齐，通过静态路径参考补偿残留偏移，并使用复增益序列恢复技术进行杂波抑制的角度-延迟估计。这将传统的基于MUSIC（Multiple Signal Detection and Combination）的估计方法扩展到了异步场景，提高了对相位错位和时钟漂移的鲁棒性。Wu等人[A9]研究了一种基于RIS（Receptive基于Surface）辅助的全双工ISAC架构，其中基站同时服务于上行和下行用户并感知目标。他们在感知和自干扰约束下联合设计RIS相位移动和收发器波束成形，并采用交替优化方法结合用户功率控制、接收滤波和RIS配置。结果是一种实用的协同设计，能够在单一集成系统中协调多用户通信和目标检测。Zeng等人[A10]研究了全息波束成形技术在可重构全息表面（RHS）辅助ISAC系统中的应用。他们指出了超表面天线阵列内部相互耦合对全息ISAC的显著影响，这会导致不希望出现的旁瓣和感知精度下降。为了解决这一重要问题，他们首次提出了一个电磁一致的全息ISAC模型，使用耦合偶极子近似以封闭形式描述相互耦合效应。随后，他们开发了一种高效的全息波束成形算法，通过抑制旁瓣显著提高了ISAC系统的性能。

为了推导出指导硬件感知设计的界限，Sheemar等人[A11]研究了全息联合通信和感知在RHS上的应用。他们提出了三维角度估计界限和一个多目标公式，通过基于MM（Mixed Matrix）的交替更新算法联合改进速率和感知保真度，为下一代全息JCAS（Joint Communication and Sensing）提供了蓝图。

第三部分：网络与资源分配
为了促进ISAC中的快速稳定资源分配，Qi等人[A12]提出了Future Resource Bank（FRBank），该框架结合了离线和在线交易以及超额预订机制，为单个移动用户（MU）和感知联盟提供服务。基本思想是结合离线和在线交易及超额预订，以平衡稳定性和适应性。他们提出了两种机制：离线的角色友好型双赢匹配（offRFW2 M）用于稳定合同，以及在线的有效备份双赢匹配（onEBW2 M）用于动态重新分配。

针对低空经济（LAE）应用，Huang等人[A13]提出了一种名为A-MDS-OFDM-IM的自适应ISAC波形，结合了最大距离可分（MDS）编码、索引调制（IM）和OFDM技术，以共同提高可靠性、频谱效率和感知分辨率。在无人飞行器（UAV）辅助的单静态ISAC系统中，该波形将子载波划分为调制组和优化组，以实现可靠传输和自适应波形设计。他们基于交替方向乘子法（ADMMs）开发了一个优化框架，以联合最小化误码率（BER）、峰对旁瓣电平（PSL）和峰对平均功率比（PAPR），相比传统OFDM方案实现了更优的性能。在Cang等人的[A14]研究中，探讨了移动边缘计算（MEC）辅助的多静态ISAC系统，其中设备和基站协作执行目标检测。论文提出了一种两阶段协议：设备首先将任务卸载到MEC服务器进行感知，然后服务器在设备和基站同时传输感知信号时计算这些任务。为了提高能源效率，他们构建了一个优化问题，以最小化总能耗。Deng等人在[A15]中研究了鲁棒隐蔽ISAC网络的能源效率，特别关注了不完美信道状态信息（CSI）的实际挑战。他们将能源高效波束成形设计构建为一个非凸分数规划问题，旨在在保证低检测概率的同时最大化能源效率。Xu等人[A16]提出了一种空地ISAC系统，其中无人机主动照射目标，而地面接入点（AP）被动感知回波。他们引入了一种基于最大后验比测试的两步检测方案，利用先验信息并在边缘服务器进行融合决策，同时联合优化无人机位置和预编码，以实现感知与用户服务的平衡。Yang等人[A17]提出了一个基于RIS的协作框架，其中RIS作为参考点。通过动态调整RIS相位来减轻多径干扰，该框架提高了测量精度。基于费舍尔信息理论，他们分析了三维RIS辅助感知，并表明增加观测时间、优化RIS相位和选择协作节点可以有效降低位置误差界限，满足SHM（Synthetic Heterogeneous Measurement）的精度要求。Liu等人[A18]分析了合作集成感知和通信的关键部署挑战，并提出了一种具有自适应波束管理的系统设计。该方法平衡了参考路径和回声路径，应用了阈值引导的干扰抑制，并使用多带原型实现了网络感知的实用框架。Wang等人在[A19]中建立了一个理论框架，用于量化ISAC网络中无设备协作的定位性能极限。一个关键贡献是推导出一种理论上最优的线性融合方法，该方法结合了来自多个收发器的独立位置估计，并根据其有效费舍尔信息确定最优权重。Wang等人[A20]提出了一种分布式向量量化变分自编码器（D-VQVAE）框架，用于蜂窝无MIMO ISAC系统中的联合目标定位和速度估计。该方法在AP使用分布式编码器和码本进行本地信号压缩，并在中央解码器进行融合估计，有效平衡了感知精度和前传效率。Liao等人[A21]开发了一种基于下行导频的蜂窝无MIMO ISAC系统，利用上行CSI从协作AP传输预设计的正交下行导频，用户利用导频进行信道估计，AP利用回波进行定位。此外，他们提出了两种功率分配方案：一种基于连续凸逼近（SCA）的优化，用于在功率约束下最小化信道估计误差和定位均方误差（MSE）；另一种使用所有可用AP功率的全功率方案。Peng等人[A22]提出了一个结合语义通信（SC）和ISAC的语义驱动集成多模态感知和通信（SIMAC）框架，以克服单模态感知和任务解耦的限制。该框架采用多模态语义融合（MSF）网络（使用视觉变换器ViT和复杂卷积神经网络CNN）进行语义提取和融合，以及基于LLM的语义编码器（LSE）和GPT-2进行信道自适应编码，以及面向任务的语义解码器（SSD）进行距离、角度和图像重建。

致谢
客座社论团队衷心感谢所有作者提交的高质量论文，以及所有审稿人投入的时间和精力来改进手稿。他们还要感谢Janine Bruttin、David Love教授和Petar Popovski教授对特刊成功的慷慨支持。

附录：相关文章
F. Liu等人，“客座社论：集成感知与通信特刊——第一部分”，IEEE J. Sel. Areas Commun., 第44卷, 2025年, doi: 10.1109/JSAC.2025.3648895.
D. Ma等人，“利用高扫描率时隙阵列天线和逆散射方法的频分集成感知与反向散射通信系统”，IEEE J. Sel. Areas Commun., 2025年, doi: 10.1109/JSAC.2025.3607880.
J. Zhao, S. Xue, K. Cai, X. Mu, Y. Liu, 和 Y. Zhu，“用于安全无人机网络的近场集成感知与通信”，IEEE J. Sel. Areas Commun., 2025年, doi: 10.1109/JSAC.2025.3608737.
H. Guo, R. Shen, F. Kosterhon, 和 Y. Ghasempour，“Panoptic：具有压缩旁瓣成形功能的真正联合毫米波通信与感知”，IEEE J. Sel. Areas Commun., 2025年, doi: 10.1109/JSAC.2025.3609763.
J. Yang, B. Ai, W. Chen, S. Yang, N. Wang, 和 C. Yuen，“基于深度展开的感知辅助信道估计与不完美雷达阵列”，IEEE J. Sel. Areas Commun., 2025年, doi: 10.1109/JSAC.2025.3610425.
X. Shao等人，“极化成形天线增强感知与通信：建模与优化”，IEEE J. Sel. Areas Commun., 2025年, doi: 10.1109/JSAC.2025.3610487.
U. R. Iman, I. A. Shah, Z. U. Abdin, A. A. Hasnain, 和 H. Yoo，“无线胶囊内窥镜中的集成感知与通信：一种基于WiFi的实时视频传输方法”，IEEE J. Sel. Areas Commun., 2025年, doi: 10.1109/JSAC.2025.3610479.
J. Zhao, Z. Lu, J. Andrew Zhang, J. Zhou, W. Li, 和 T. Gu，“基于子空间的超分辨率感知用于时钟不同步的双向ISAC”，IEEE J. Sel. Areas Commun., 2025年, doi: 10.1109/JSAC.2025.3610494.
Z. Wu等人，“RIS辅助全双工ISAC系统中相位移动和收发器波束的联合设计”，IEEE J. Sel. Areas Commun., 2025年, doi: 10.1109/JSAC.2025.3610802.
S. Zeng等人，“具有相互耦合效应的全息波束成形用于集成感知与通信”，IEEE J. Sel. Areas Commun., 2025年, doi: 10.1109/JSAC.2025.3612921.
C. K. Sheemar, W. U. Khan, G. Alexandropoulos, J. Querol, 和 S. Chatzinotas，“具有Cramér-Rao界限的全息联合通信与感知”，IEEE J. Sel. Areas Commun., 2025年, doi: 10.1109/JSAC.2025.3613282.
H. Qi, M. Liwang, S. Hosseinalipour, L. Fu, S. Zou, 和 W.以下是上述文章的中文翻译：

倪，“ISAC的未来资源银行：实现个人和团体的快速稳定双赢匹配”，《IEEE选择领域通信杂志》，2025年，doi: 10.1109/JSAC.2025.3608114。
黄勇、吴刚、杨鹏、刘志、肖勇和邱德权，“一种适用于低空ISAC的自适应MDS编码OFDM波形：设计与优化”，《IEEE选择领域通信杂志》，2025年，doi: 10.1109/JSAC.2025.3607898。
仓勇、陈敏和杨志，“MEC辅助的多静态ISAC系统的合作检测”，《IEEE选择领域通信杂志》，2025年，doi: 10.1109/JSAC.2025.3608751。
邓丹、李晓、邓德伟、Nallanathan A.和Niyato D.，“增强型隐蔽ISAC系统的能量效率优化”，《IEEE选择领域通信杂志》，2025年，doi: 10.1109/JSAC.2025.3610566。
徐亮、夏伟、朱勇、朱强和冯伟，“基于MAPRT检测器的空地ISAC系统：无人机联合部署与预编码”，《IEEE选择领域通信杂志》，2025年，doi: 10.1109/JSAC.2025.3610423。
杨军、文长凯和李晓、金松，“RIS辅助的合作ISAC网络用于结构健康监测”，《IEEE选择领域通信杂志》，2025年，doi: 10.1109/JSAC.2025.3610805。
刘刚等，“ISAC的合作感知：挑战、系统设计、波束管理和性能验证”，《IEEE选择领域通信杂志》，2025年，doi: 10.1109/JSAC.2025.3611941。
王志军、唐阿和王晓，“ISAC网络中的无设备定位：性能限制与基于Fisher信息的合作定位”，《IEEE选择领域通信杂志》，2025年，doi: 10.1109/JSAC.2025.3610408。
王志、Wong V. W. S.和Schober R.，“联合定位和速度估计的ISAC合作系统”，《IEEE选择领域通信杂志》，2025年，doi: 10.1109/JSAC.2025.3613283。
廖军、朱浩、陈锋、王军和陈晨，“基于下行导频的无蜂窝集成感知和通信系统的功率与资源分配”，《IEEE选择领域通信杂志》，2025年，doi: 10.1109/JSAC.2025.3610401。
彭勇、向磊、杨凯、姜峰、王凯和吴东，“SIMAC：一种语义驱动的集成多模态感知与通信框架”，《IEEE选择领域通信杂志》，2025年，doi: 10.1109/JSAC.2025.3610398。