通信核心的通感一體化信號設(shè)計：現(xiàn)狀、進(jìn)展與未來展望目錄一、內(nèi)容概要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．41.1研究背景與意義．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．51.2通信感知的融合趨勢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．61.3通感一體化發(fā)展概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．81.4本文研究內(nèi)容與結(jié)構(gòu)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11二、通感一體化理論基礎(chǔ)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．122.1信號傳播理論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．152.1.1電磁波傳播特性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．192.1.2多徑效應(yīng)分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．212.1.3雜波環(huán)境建模．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．232.2信號處理技術(shù)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．262.2.1偵察接收算法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．282.2.2波束形成技術(shù)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．292.2.3信息融合方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．312.3通感系統(tǒng)架構(gòu)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．332.3.1組網(wǎng)模式設(shè)計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．362.3.2資源分配策略．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．392.3.3協(xié)作工作流程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．41三、通感一體化信號設(shè)計現(xiàn)狀．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．443.1信號波形設(shè)計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．463.1.1連續(xù)波形技術(shù)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．503.1.2脈沖波形優(yōu)化．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．523.1.3多模態(tài)波形融合．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．543.2抗干擾技術(shù)研究．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．563.2.1隱身信號設(shè)計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．583.2.2協(xié)作干擾策略．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．613.2.3智能干擾抑制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．633.3信息融合方法進(jìn)展．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．653.3.1多源信息整合．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．693.3.2特征提取與識別．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．713.3.3決策融合機(jī)制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．74四、通感一體化信號設(shè)計技術(shù)進(jìn)展．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．764.1先進(jìn)調(diào)制解調(diào)技術(shù)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．814.1.1正交頻分多址技術(shù)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．844.1.2軟件定義無線電技術(shù)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．884.1.3極化波束賦形技術(shù)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．894.2全維度感知技術(shù)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．914.2.1高分辨率成像技術(shù)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．934.2.2聲學(xué)探測技術(shù)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．954.2.3微波感知技術(shù)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．974.3自適應(yīng)信號處理技術(shù)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．994.3.1雜波抑制技術(shù)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1034.3.2環(huán)境自適應(yīng)調(diào)整．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1044.3.3智能信號處理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．107五、通感一體化信號設(shè)計未來展望．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1105.1新型通感系統(tǒng)架構(gòu)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1115.1.1網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同感知．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1145.1.2基于云計算架構(gòu)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1165.1.3分布式資源管理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1175.2人工智能技術(shù)應(yīng)用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1205.2.1深度學(xué)習(xí)信號處理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1215.2.2強(qiáng)化學(xué)習(xí)決策優(yōu)化．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1245.2.3計算機(jī)視覺算法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1285.3出處挑戰(zhàn)與應(yīng)對策略．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1305.3.1信息安全問題．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1325.3.2標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1345.3.3法律法規(guī)完善．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．136六、結(jié)論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．137一、內(nèi)容概要本文系統(tǒng)梳理了通信核心領(lǐng)域中通感一體化信號設(shè)計的最新研究成果，全面剖析了其技術(shù)現(xiàn)狀、關(guān)鍵進(jìn)展與未來發(fā)展趨勢。首先本文界定了通感一體化信號設(shè)計的核心內(nèi)涵，闡述了其在提升頻譜效率、降低系統(tǒng)復(fù)雜度及增強(qiáng)感知能力等方面的獨特優(yōu)勢，并對比分析了傳統(tǒng)通信與感知獨立部署模式的局限性。隨后，從信號波形設(shè)計、多天線技術(shù)、資源分配及聯(lián)合處理等維度，深入探討了當(dāng)前通感一體化信號設(shè)計的主流技術(shù)方案，重點歸納了基于正交頻分復(fù)用（OFDM）、濾波器組多載波（FBMC）及稀疏信號處理等關(guān)鍵方法的創(chuàng)新應(yīng)用。為進(jìn)一步明晰技術(shù)脈絡(luò)，本文通過【表】對比了不同信號設(shè)計方案的頻譜利用率、實現(xiàn)復(fù)雜度及感知精度等核心指標(biāo)，揭示了現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)勢與不足。在進(jìn)展分析部分，本文重點闡述了通感一體化在6G候選場景（如智能交通、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)）中的驗證成果，包括高分辨率目標(biāo)檢測、低時延定位等典型應(yīng)用案例，并指出硬件受限、實時處理等挑戰(zhàn)。最后對未來研究方向進(jìn)行展望，提出面向智能超表面的動態(tài)信號重構(gòu)、基于AI的自適應(yīng)通感資源協(xié)同及跨層聯(lián)合優(yōu)化等潛在突破路徑，以期為下一代通信系統(tǒng)的通感一體化設(shè)計提供理論參考與技術(shù)指引。?【表】：主流通感一體化信號設(shè)計方案對比技術(shù)方案頻譜利用率實現(xiàn)復(fù)雜度感知精度適用場景基于OFDM的方案中等中等中等宏覆蓋通信與感知基于FBMC的方案較高較高較高高頻段、抗干擾場景稀疏信號處理方案高高高高分辨率成像與探測1.1研究背景與意義隨著通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)的信號設(shè)計方法已難以滿足日益增長的通信需求。通感一體化信號設(shè)計作為一種新型的信號處理技術(shù)，旨在通過整合感知和傳輸功能，實現(xiàn)更高效、更靈活的通信解決方案。本研究圍繞這一主題展開，旨在探索通感一體化信號設(shè)計的理論基礎(chǔ)、關(guān)鍵技術(shù)及其在實際應(yīng)用中的效果。當(dāng)前，通感一體化信號設(shè)計正處于快速發(fā)展階段，但面臨諸多挑戰(zhàn)。首先如何有效地將感知信息與傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，是實現(xiàn)通感一體化的關(guān)鍵。其次如何在保證數(shù)據(jù)傳輸效率的同時，確保感知信息的準(zhǔn)確傳遞，是另一個亟待解決的問題。此外跨領(lǐng)域的技術(shù)融合也給通感一體化信號設(shè)計帶來了新的挑戰(zhàn)。本研究的進(jìn)展主要體現(xiàn)在以下幾個方面：首先，通過對現(xiàn)有文獻(xiàn)的綜合分析，建立了一套完整的通感一體化信號設(shè)計理論框架；其次，采用先進(jìn)的算法和技術(shù)，實現(xiàn)了感知信息的高效融合和傳輸數(shù)據(jù)的優(yōu)化處理；最后，通過實驗驗證了所提出方案的有效性和實用性。展望未來，通感一體化信號設(shè)計的研究將更加注重跨學(xué)科的融合與創(chuàng)新。一方面，將進(jìn)一步探索感知信息與傳輸數(shù)據(jù)的深度融合機(jī)制，提高系統(tǒng)的整體性能；另一方面，將關(guān)注新興技術(shù)的發(fā)展趨勢，如人工智能、大數(shù)據(jù)等，以推動通感一體化信號設(shè)計向更高層次的發(fā)展。1.2通信感知的融合趨勢隨著通信技術(shù)的飛速發(fā)展和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）應(yīng)用的普及，通信和感知的融合已成為科技領(lǐng)域一個新的熱門研究方向。這種融合不僅可以提升通信系統(tǒng)的性能，還可以擴(kuò)展智能感知網(wǎng)絡(luò)的功能。在傳統(tǒng)通信系統(tǒng)中，信號處理主要關(guān)注數(shù)據(jù)的傳輸效率，而感知系統(tǒng)更側(cè)重于環(huán)境信息的提取和處理。然而通過集成這兩種功能，未來的通信系統(tǒng)將能夠?qū)崿F(xiàn)更高效的資源利用和更智能的環(huán)境響應(yīng)。目前，通信感知的融合主要呈現(xiàn)出以下幾個趨勢：多功能信號處理技術(shù)的應(yīng)用：傳統(tǒng)的信號處理技術(shù)主要分為通信和感知兩大類。隨著多功能信號處理技術(shù)的發(fā)展，如多頻段雷達(dá)技術(shù)、寬帶信號處理技術(shù)等，通信和感知功能可以在同一平臺下實現(xiàn)。這種技術(shù)通過優(yōu)化信號處理算法，可以在不降低通信性能的前提下，同時實現(xiàn)高效的感知功能。硬件平臺的集成化：通信和感知功能的集成不僅需要軟件算法的支持，還需要硬件平臺的配合?，F(xiàn)代硬件平臺，如多頻段射頻芯片和集成信號處理單元（ISP），為通信感知的融合提供了強(qiáng)大的硬件基礎(chǔ)。通過集成這些硬件，可以實現(xiàn)更緊湊的系統(tǒng)設(shè)計和更高的處理效率。應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展：通信感知的融合不僅適用于傳統(tǒng)的通信和雷達(dá)系統(tǒng)，還廣泛應(yīng)用于智能交通、健康監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域。例如，在智能交通系統(tǒng)中，通信感知技術(shù)可以實現(xiàn)對車輛位置、速度和周圍環(huán)境的實時監(jiān)測，從而提高交通系統(tǒng)的安全性。為了更直觀地展示通信感知融合的現(xiàn)狀和進(jìn)展，以下是一個簡要的表格：融合技術(shù)主要應(yīng)用領(lǐng)域技術(shù)特點多頻段雷達(dá)技術(shù)智能交通、安防監(jiān)控高分辨率、多功能信號處理寬帶信號處理技術(shù)無線通信、遠(yuǎn)程感知高效資源利用、實時數(shù)據(jù)處理集成信號處理單元嵌入式系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)高集成度、低功耗智能交通系統(tǒng)智能城市、自動駕駛實時監(jiān)控、環(huán)境感知未來，隨著5G和6G等新一代通信技術(shù)的發(fā)展，通信感知的融合將會有更大的發(fā)展空間。特別是在6G通信系統(tǒng)中，預(yù)計將實現(xiàn)更高速的數(shù)據(jù)傳輸和更高效的多功能集成。此外人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)的發(fā)展也將進(jìn)一步推動通信感知的融合，為智能感知網(wǎng)絡(luò)的研究和應(yīng)用提供新的動力。通信感知的融合趨勢不僅代表了通信技術(shù)發(fā)展的新方向，也預(yù)示著未來智能感知網(wǎng)絡(luò)將更加高效、智能和多功能化。1.3通感一體化發(fā)展概述通感一體化（SensacomHumbusstion）技術(shù)作為通信與感知領(lǐng)域的前沿交叉學(xué)科，其發(fā)展歷程緊密圍繞著信息技術(shù)的革新與應(yīng)用需求展開。自20世紀(jì)末的概念萌芽以來，通感一體化技術(shù)經(jīng)歷了從理論探索、技術(shù)驗證到逐漸走向?qū)嵱没难葸M(jìn)過程。這一過程不僅推動了通信系統(tǒng)的智能化與多功能化，也為物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市、自動駕駛等新興應(yīng)用場景提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。在發(fā)展初期，通感一體化技術(shù)主要聚焦于基礎(chǔ)理論研究與單一技術(shù)的集成嘗試。隨著5G/6G通信技術(shù)的快速發(fā)展，其高速率、低時延、大連接的特性為通感一體化提供了強(qiáng)大的平臺支撐。通過將通信信號與感知功能進(jìn)行深度融合，通感一體化技術(shù)能夠在保證高效數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r，實現(xiàn)環(huán)境感知、目標(biāo)識別、定位導(dǎo)航等復(fù)雜功能，從而顯著提升系統(tǒng)的綜合效能。近年來，通感一體化技術(shù)的研究重點逐漸從單一場景應(yīng)用轉(zhuǎn)向跨領(lǐng)域融合創(chuàng)新。通過引入人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)等先進(jìn)算法，通感一體化系統(tǒng)得以實現(xiàn)更精準(zhǔn)的感知決策與更智能的資源分配。例如，在智能交通領(lǐng)域，通感一體化技術(shù)通過融合通信與雷達(dá)信號，能夠?qū)崟r監(jiān)測車輛行駛狀態(tài)、行人動態(tài)及道路狀況，從而實現(xiàn)更加安全、高效的交通管理。此外在無人機(jī)、衛(wèi)星導(dǎo)航等應(yīng)用中，通感一體化技術(shù)同樣展現(xiàn)出巨大的潛力。展望未來，通感一體化技術(shù)將朝著更加智能化、泛在化、生態(tài)化的方向發(fā)展。一方面，隨著7G及未來通信技術(shù)的不斷成熟，通感一體化系統(tǒng)將具備更高的數(shù)據(jù)傳輸速率與更低的延遲，為超高清視頻傳輸、實時AR/VR體驗等應(yīng)用提供可能；另一方面，通過與其他新興技術(shù)的深度融合，如邊緣計算、數(shù)字孿生等，通感一體化技術(shù)將構(gòu)建起更加完善的信息感知與處理體系，為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展注入新的活力?！睘榱烁逦卣故就ǜ幸惑w化技術(shù)的發(fā)展歷程，以下表格列舉了其在不同階段的典型特征與關(guān)鍵技術(shù)：發(fā)展階段主要特征關(guān)鍵技術(shù)初期階段理論探索，單一技術(shù)集成嘗試模擬信號處理，基礎(chǔ)通信協(xié)議，簡單感知算法發(fā)展階段技術(shù)驗證，初步應(yīng)用探索數(shù)字信號處理，多頻段通信，早期感知算法成熟階段逐漸實用化，跨領(lǐng)域融合創(chuàng)新智能通信，深度學(xué)習(xí)算法，跨模態(tài)融合技術(shù)未來階段智能化、泛在化、生態(tài)化發(fā)展7G通信技術(shù)，邊緣計算，數(shù)字孿生，人工智能此外通感一體化系統(tǒng)的性能可以通過以下公式進(jìn)行量化評估：P其中POptimal表示系統(tǒng)的最優(yōu)性能，n為系統(tǒng)中的傳感器節(jié)點數(shù)量，SINRi為第i個節(jié)點的信干噪比，Bi為第1.4本文研究內(nèi)容與結(jié)構(gòu)本文旨在深入探討通信核心通感一體化的信號設(shè)計與現(xiàn)存狀況。本研究首先概述了通信核心通感一體化的基本概念和發(fā)展背景。隨后，我們將分析當(dāng)前的信號設(shè)計技術(shù)及其挑戰(zhàn)，通過綜合現(xiàn)有文獻(xiàn)資料和實際研究數(shù)據(jù)，對當(dāng)前技術(shù)水平和存在的不足之處進(jìn)行全面評估。在概述分析后，我們將重點關(guān)注以下研究內(nèi)容：信號設(shè)計基礎(chǔ)理論:該部分將詳細(xì)解析當(dāng)前通感一體信號設(shè)計的理論基礎(chǔ)，包括頻率帶寬、調(diào)制技術(shù)、信道特性分析等內(nèi)容?，F(xiàn)代設(shè)計與先進(jìn)方法:探討目前通感領(lǐng)域內(nèi)先進(jìn)的信號設(shè)計方法，如工廠級仿生算法、無線自組織網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化策略等。同時將分析這些方法如何提高了網(wǎng)絡(luò)效率和信號傳輸質(zhì)量。系統(tǒng)級仿真與測試:介紹和評估當(dāng)前系統(tǒng)級的信號設(shè)計仿真與檢驗方法，涉及準(zhǔn)確的模型建構(gòu)、仿真操作流程和測試案例分析。創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用解讀:研究目前通感領(lǐng)域內(nèi)最新出現(xiàn)的技術(shù)創(chuàng)新，并提出它們在未來信號設(shè)計中的應(yīng)用前景和潛在效益。未來研究方向與挑戰(zhàn):基于當(dāng)前的研究和理論，對該領(lǐng)域未來可能的研究方向進(jìn)行展望，并分析面對的挑戰(zhàn)，以期提出新的研究聚焦和潛在的突破點。將為本文內(nèi)容結(jié)語，該段落應(yīng)當(dāng)確保流暢銜接前后內(nèi)容，并為讀者提供一個清晰研究結(jié)構(gòu)和預(yù)期方向的概覽。同時該段落亦將繼續(xù)擴(kuò)充具有技術(shù)性、創(chuàng)新性的研究成果，以支持文本的專業(yè)性和權(quán)威性。合理規(guī)劃并清晰展示本文研究內(nèi)容與結(jié)構(gòu)，可最大限度地滿足學(xué)術(shù)嚴(yán)謹(jǐn)性、現(xiàn)實可操作性、以及具有一定的未來前瞻性的要求。二、通感一體化理論基礎(chǔ)通感一體化（IntegrationofTelecommunicationandSensing，簡稱通感）技術(shù)融合了無線通信和遙感探測兩大領(lǐng)域的理論和方法，其核心在于利用通信信號進(jìn)行信息感知，或者利用感知需求優(yōu)化通信信號的設(shè)計。通感一體化理論基礎(chǔ)主要包括以下幾個方面：通信與感知的兼容性理論通信與感知的兼容性理論是通感一體化技術(shù)的基礎(chǔ)，其核心思想是研究通信信號和感知任務(wù)在頻譜資源、時空資源、信號處理等方面的兼容性，以及如何進(jìn)行資源分配和調(diào)度，以實現(xiàn)通信與感知的協(xié)同。頻譜兼容性:通信和感知都需要使用頻譜資源，頻譜兼容性研究如何協(xié)調(diào)兩者對頻譜的需求，避免相互干擾，例如通過頻段劃分、動態(tài)頻譜共享等技術(shù)實現(xiàn)。時空兼容性:通信和感知在時間和空間上也可能存在重疊，時空兼容性研究如何協(xié)調(diào)兩者在時間和空間上的安排，例如通過時分復(fù)用、空時資源分配等技術(shù)實現(xiàn)。信號處理兼容性:通信和感知需要不同的信號處理技術(shù)，信號處理兼容性研究如何設(shè)計能夠同時滿足通信和感知需求的信號處理算法，例如通過波束賦形、信道編碼等技術(shù)實現(xiàn)。?【表】：通信與感知資源共享方式資源類型通信方式感知方式資源共享方式頻譜資源頻分復(fù)用、時分復(fù)用、碼分復(fù)用頻段共享、動態(tài)頻譜接入頻譜共存技術(shù)、動態(tài)頻譜共享技術(shù)時空資源空時編碼、多用戶檢測多通道感知、多平臺協(xié)同時空資源調(diào)度技術(shù)、協(xié)同感知技術(shù)信號處理技術(shù)波束賦形、信道編碼、多天線技術(shù)信號檢測、目標(biāo)識別、參數(shù)估計協(xié)同波束賦形技術(shù)、感知編碼技術(shù)通信感知信號設(shè)計理論通信感知信號設(shè)計理論是通感一體化的關(guān)鍵，其核心思想是如何設(shè)計能夠在滿足通信需求的同時，具備感知能力的信號。信號的物理層設(shè)計:信號的物理層設(shè)計需要考慮通信速率、可靠性、感知精度等指標(biāo)。例如，可以使用調(diào)制星座內(nèi)容、編碼方案等來提高信號的質(zhì)量，從而提高感知精度。信號的波形設(shè)計:信號的波形設(shè)計是通信感知信號設(shè)計的關(guān)鍵，不同的波形具有不同的通信和感知性能。例如，擴(kuò)頻信號具有較好的抗干擾能力和感知性能，而連續(xù)相位調(diào)制信號具有較好的頻譜效率。信號的特征設(shè)計:信號的特征設(shè)計需要考慮目標(biāo)的特性和感知任務(wù)的需求。例如，可以在信號的特定子載波上加載感知信息，或者設(shè)計具有特定時頻結(jié)構(gòu)的信號，以提高感知性能。?【公式】：線性調(diào)頻信號的時頻結(jié)構(gòu)s其中A為信號幅度，T0為信號周期，fc為中心頻率，k1協(xié)同感知理論協(xié)同感知理論是通感一體化的重要發(fā)展方向，其核心思想是通過多個平臺或用戶的協(xié)同感知，提高感知性能。多平臺協(xié)同感知:多平臺協(xié)同感知是指利用多個平臺的傳感器進(jìn)行信息融合，以提高感知精度和覆蓋范圍。例如，可以通過無人機(jī)集群進(jìn)行環(huán)境感知，或者通過衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行大范圍監(jiān)測。多用戶協(xié)同感知:多用戶協(xié)同感知是指利用多個用戶的設(shè)備進(jìn)行信息共享，以提高感知性能。例如，可以通過移動設(shè)備的麥克風(fēng)進(jìn)行聲音感知，或者通過移動設(shè)備的攝像頭進(jìn)行內(nèi)容像感知。安全與隱私理論通感一體化技術(shù)在帶來巨大應(yīng)用前景的同時，也帶來了一些安全與隱私問題。安全與隱私理論研究如何保護(hù)通信和感知信息的機(jī)密性、完整性和可用性，以及如何保護(hù)用戶的隱私。信息安全:信息安全研究如何防止信息被竊聽、篡改或泄露。例如，可以使用加密算法、認(rèn)證技術(shù)等來保護(hù)信息安全。物理層安全:物理層安全研究如何利用信號的物理特性來保護(hù)信息安全。例如，可以使用物理層認(rèn)證、密鑰協(xié)商等技術(shù)來保護(hù)信息安全。隱私保護(hù):隱私保護(hù)研究如何保護(hù)用戶的隱私不被泄露。例如，可以使用隱私保護(hù)技術(shù)、數(shù)據(jù)匿名化技術(shù)等來保護(hù)用戶隱私。通感一體化技術(shù)的發(fā)展需要多學(xué)科的交叉融合，上述理論只是其基礎(chǔ)部分，未來還需要進(jìn)一步深入研究和發(fā)展，以推動通感一體化技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。2.1信號傳播理論信號在自由空間中的傳播是通信系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)，尤其是在通感一體化系統(tǒng)中，理解和預(yù)測信號傳播特性對于優(yōu)化系統(tǒng)性能至關(guān)重要。信號傳播理論主要研究的是信號從發(fā)射端到接收端所經(jīng)歷的路徑、衰減、時延以及多徑效應(yīng)等過程。在通感一體化場景下，信號需要同時滿足通信和感測任務(wù)的需求，這進(jìn)一步增加了信號傳播分析的復(fù)雜性，因為不同的任務(wù)對信號傳播特性的要求可能存在差異。（1）大氣層對信號傳播的影響大氣層是影響無線信號傳播的主要因素之一，其物理特性會顯著改變信號的傳播路徑和強(qiáng)度。常用的衡量大氣層影響的物理參數(shù)包括氣密度、折射率、衰落以及多普勒效應(yīng)等。折射率信號傳播速度的改變導(dǎo)致信號的路徑彎曲，稱為折射。大氣的折射率主要由空氣的相對濕度和溫度決定，當(dāng)信號在大氣中傳播時，由于溫度和濕度的垂直梯度，信號會發(fā)生折射，這可能導(dǎo)致信號的路徑彎曲，影響信號到達(dá)接收端的時間和接收信號的質(zhì)量。為了描述折射現(xiàn)象，我們通常使用折射率指數(shù)（N），其定義如下：N其中P是空氣壓力（單位：hPa），T是絕對溫度（單位：K）。參數(shù)描述影響氣密度空氣中的分子密度，主要受高度和溫度影響影響信號的傳播速度和路徑折射率信號在介質(zhì)中傳播速度與真空中的速度之比，受濕度、溫度和壓力影響導(dǎo)致信號路徑彎曲，影響傳播時延和信號質(zhì)量衰落信號強(qiáng)度隨時間和空間的變化降低了信號接收質(zhì)量，影響通信和感測性能多普勒效應(yīng)信號頻率由于發(fā)射機(jī)和接收機(jī)相對運動而產(chǎn)生的變化影響信號解調(diào)，尤其在移動通感一體化系統(tǒng)中衰落衰落是指信號強(qiáng)度在時間和空間上的隨機(jī)變化，是影響無線通信系統(tǒng)性能的重要因素。衰落主要由多徑效應(yīng)、大氣層干擾以及陰影效應(yīng)引起。在通感一體化系統(tǒng)中，衰落會導(dǎo)致信號質(zhì)量的下降，從而影響通信和感測任務(wù)的精度和可靠性。多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)是指波動頻率因觀察者與聲源相對運動而發(fā)生變化的現(xiàn)象，在電磁波傳播中也同樣適用。在移動通信系統(tǒng)中，多普勒效應(yīng)會導(dǎo)致信號頻率的偏移，從而影響信號解調(diào)。在通感一體化系統(tǒng)中，多普勒效應(yīng)可以用于目標(biāo)測速，但也需要被考慮和控制，以保證通信和感測任務(wù)的準(zhǔn)確性。（2）多徑傳播多徑傳播是指信號通過多條不同路徑到達(dá)接收端的傳播現(xiàn)象，當(dāng)信號遇到建筑物、山丘、地形等障礙物時，會發(fā)生反射、衍射和散射，從而形成多條信號路徑。多徑效應(yīng)的影響多徑效應(yīng)會導(dǎo)致信號在接收端的疊加，從而產(chǎn)生衰落、時延擴(kuò)展和符號間干擾（ISI）等效應(yīng)。在通感一體化系統(tǒng)中，多徑效應(yīng)會嚴(yán)重影響信號的質(zhì)量，導(dǎo)致通信誤碼率和感測精度下降。分集技術(shù)為了對抗多徑效應(yīng)的影響，通常采用分集技術(shù)來提高系統(tǒng)的可靠性。分集技術(shù)主要包括空間分集、頻率分集、時間分集和極化分集等。分集技術(shù)可以將信號分散到不同的路徑上，從而降低信號衰落的影響，提高通信和感測性能。信道估計信道估計是通感一體化系統(tǒng)中必不可少的環(huán)節(jié)，其主要目的是獲取信道狀態(tài)信息（CSI），以便進(jìn)行信號均衡和解調(diào)。常見的信道估計算法包括基于導(dǎo)頻的信道估計、基于機(jī)器學(xué)習(xí)的信道估計等。（3）通感一體化信號的傳播特性在通感一體化系統(tǒng)中，信號需要同時滿足通信和感測任務(wù)的需求，因此其傳播特性與其他系統(tǒng)有所不同。例如，通感一體化信號可能需要具有特定的波形、功率譜密度和時空特性，以滿足通信和感測任務(wù)的不同要求。特定波形設(shè)計為了滿足通感一體化系統(tǒng)的需求，通常需要對信號波形進(jìn)行特殊設(shè)計。例如，一些新型波形，如時頻雙正交信號、壓縮感知信號等，可以同時支持通信和感測任務(wù)。時空特性的優(yōu)化通感一體化系統(tǒng)通常需要在時間和空間上同步處理信號，因此需要對信號的時空特性進(jìn)行優(yōu)化。例如，可以通過設(shè)計具有特定時空結(jié)構(gòu)的信號，來實現(xiàn)對目標(biāo)的精確測距和成像。未來，隨著通感一體化技術(shù)的不斷發(fā)展，對信號傳播理論的研究也將更加深入，這將有助于我們更好地理解和利用電磁波的傳播特性，從而設(shè)計出更加高效、可靠的通感一體化系統(tǒng)。2.1.1電磁波傳播特性電磁波的傳輸屬性在通感一體化系統(tǒng)中扮演著至關(guān)重要的角色，它不僅決定了信號的覆蓋范圍和質(zhì)量，也深刻影響著通感功能的融合與協(xié)同效率。理解電磁波在不同介質(zhì)中的行為模式，是進(jìn)行有效信號設(shè)計的基礎(chǔ)。電磁波在自由空間中的傳播可視為一種無損耗波的傳播，其傳播速度等于光速c，約為3×108米/秒。其傳播過程主要遵循波動理論，其基本特性包括頻率f、波長λc其中頻率的單位通常為赫茲（Hz），波長的單位通常為米（m）或其它衍生單位。然而當(dāng)電磁波從自由空間進(jìn)入其他介質(zhì)（如大氣、水體、土壤或建筑物等）時，其傳播特性會發(fā)生顯著變化。這種變化主要體現(xiàn)在傳播速度的改變、能量的衰減（即傳播損耗）以及可能的方向偏向（如反射和折射）。介質(zhì)的不同物理特性，如電導(dǎo)率、介電常數(shù)和磁導(dǎo)率，共同決定了電磁波與介質(zhì)相互作用的強(qiáng)度和方式。介質(zhì)的環(huán)境因素（例如溫度、濕度、密度、粒子濃度等）也會對電磁波的傳播路徑和強(qiáng)度產(chǎn)生動態(tài)影響。傳播損耗通常用分貝（dB）來量化，表示信號功率隨距離增加而衰減的程度。損耗的大小不僅與傳輸距離（通常呈現(xiàn)指數(shù)衰減）有關(guān)，還與信號的工作頻率（頻率越高，損耗通常越大，尤其是在存在損耗性介質(zhì)時）密切相關(guān)。在通感一體化場景下，信號需要在不同環(huán)境和條件下（如室內(nèi)、室外、跨越不同障礙物、在復(fù)雜電磁環(huán)境中）穩(wěn)定傳播。因此對電磁波傳播特性的深入研究和精確表征變得尤為重要，這包括但不限于分析多徑效應(yīng)（信號通過不同路徑到達(dá)接收端產(chǎn)生的延遲和干涉現(xiàn)象）、衰落特性（信號強(qiáng)度隨時間和空間的變化）、以及非視距（NLOS）傳播對信號質(zhì)量的影響。這些傳播特性的知識是后續(xù)設(shè)計適用于通感一體化系統(tǒng)、能夠抵抗干擾、保證可靠感知與通信性能的先進(jìn)信號波形（如波形設(shè)計、編碼方案選擇）和收發(fā)架構(gòu)的關(guān)鍵輸入。為進(jìn)一步說明不同傳播環(huán)境下的損耗特性，下面列舉一個簡化的信號功率衰減隨距離變化的示例。假設(shè)在某個特定介質(zhì)和環(huán)境條件下，信號傳播的路徑損耗模型可以近似為指數(shù)模型：P其中：-Pd是距離發(fā)送端d處接收到的信號功率（單位：瓦特W或毫瓦-P0是發(fā)送端的信號初始功率（單位：瓦特W或毫瓦mW，即d-α是路徑損耗率（單位：1/米或1/千米），它反映了特定環(huán)境下信號衰減的快慢。-d是信號傳輸距離（單位：米m）。這個模型展示了信號功率如何隨距離d的增加而指數(shù)級衰減。實際應(yīng)用中，路徑損耗率α是一個與頻率、介質(zhì)、障礙物等相關(guān)的復(fù)雜參數(shù)，需要通過測量或仿真來獲得。了解電磁波的基本傳播特性和影響因素，為通感一體化系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)對傳播挑戰(zhàn)、優(yōu)化性能提供了必要的基礎(chǔ)理論支撐。2.1.2多徑效應(yīng)分析多徑效應(yīng)是現(xiàn)代無線通信領(lǐng)域內(nèi)一個關(guān)鍵考量因素，主要是由于信號在傳輸過程中發(fā)生的路徑多樣性和其相互間的反射和衍射等現(xiàn)象，導(dǎo)致信號能量在終端接收盲區(qū)內(nèi)的分布不均勻。這一現(xiàn)象對通信系統(tǒng)的接收性能，如信號強(qiáng)度、質(zhì)量和穩(wěn)定性會產(chǎn)生顯著影響。在概述多徑效應(yīng)的基礎(chǔ)上，我們應(yīng)深入探討其在不同無線通信系統(tǒng)和應(yīng)用場景下的四種表現(xiàn)形式：時間色散、頻率色散、空間色散及偏之色散。時間色散：主要指由于傳輸路徑各異，信號到達(dá)接收端的時間不同，形成了信號波形上的失真，表現(xiàn)為信號脈沖展寬。隨著環(huán)境復(fù)雜度的增加，其對通信系統(tǒng)的影響愈發(fā)顯著。頻率色散：是信號在不同路徑傳播中頻率響應(yīng)不同的表現(xiàn)，通常會導(dǎo)致信號幅度隨頻率移動，形成頻率選擇性衰減，嚴(yán)重時會造成信號失真及能量衰減?？臻g色散：涉及信號在三維空間中的路徑分布，即信號由多個方向分散到接收端。這種情況下的接收機(jī)往往需要衡量與處理多接收天線所得的各分量信號，如需采用先進(jìn)的空間多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)才能有效應(yīng)對。偏之色散：通常關(guān)聯(lián)于偏振的變化，是指在不同的路徑上，電磁波的偏振狀態(tài)會發(fā)生變化，這一效應(yīng)在處理極化分集技術(shù)中尤為重要。針對上述多徑效應(yīng)形態(tài)，研究者們提出了包括頻率預(yù)等于頻譜分集、自適應(yīng)時域均衡、陣列天線的空間差分技術(shù)，以及波形設(shè)計和差分編碼在內(nèi)的多種應(yīng)對策略，并不斷推動了協(xié)議設(shè)計、信號處理算法的前沿研究與開發(fā)?？偨Y(jié)來說，多徑效應(yīng)是一柄雙刃劍，它既考驗著現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)的協(xié)調(diào)與優(yōu)化能力，也為提升通信系統(tǒng)的魯棒性和傳輸效率帶來了新的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。當(dāng)務(wù)之急在于進(jìn)一步深入研究多徑效應(yīng)的表征、演化規(guī)律，并探索適用于各種復(fù)雜環(huán)境的有效補(bǔ)償策略，從而促進(jìn)通信核心技術(shù)向通感一體化的深度融合并發(fā)展。2.1.3雜波環(huán)境建模在通感一體化系統(tǒng)中，雜波環(huán)境對信號傳輸和感知性能有著至關(guān)重要的影響。因此對雜波環(huán)境進(jìn)行精確的建模是設(shè)計高效通感一體化信號的關(guān)鍵步驟。雜波環(huán)境建模的目標(biāo)是分析和預(yù)測系統(tǒng)在實際工作環(huán)境中接收到的背景信號特性，以便在信號設(shè)計中考慮這些干擾因素，提高信雜比（Signal-to-ClutterRatio,SCR），進(jìn)而提升系統(tǒng)的整體性能。為了對雜波環(huán)境進(jìn)行量化描述，通常需要建立合適的數(shù)學(xué)模型。這些模型通常涉及到雜波的功率譜密度（PowerSpectralDensity,PSD）、統(tǒng)計特性（如幅度分布、相位特性）以及時空相關(guān)性等多個方面。雜波的功率譜密度描述了雜波信號在不同頻率上的功率分布，是設(shè)計濾波器和匹配濾波器的重要依據(jù)。而雜波的統(tǒng)計特性和時空相關(guān)性則影響著系統(tǒng)在高動態(tài)或復(fù)雜場景下的性能。目前，常見的雜波環(huán)境模型主要包括以下幾種：萊斯模型（RicianModel）：該模型適用于存在較強(qiáng)反射體的環(huán)境，如城市環(huán)境或有大量人工建筑的區(qū)域。萊斯雜波的功率譜密度比瑞利雜波的更復(fù)雜，需要考慮主導(dǎo)反射體的強(qiáng)度和角度等因素。對數(shù)正態(tài)陰影模型（LognormalShadowingModel）：該模型用來描述由于地形起伏等因素造成的雜波信號強(qiáng)度的衰落。其對數(shù)正態(tài)分布的衰落因子可以表示為：ln其中Iz是距離z處的信號強(qiáng)度，μ是平均衰落值，σ是衰落標(biāo)準(zhǔn)差，ξ雜波模型適用環(huán)境主要特性瑞利模型完全matte環(huán)境無主導(dǎo)反射體，功率譜密度呈特定頻率分布萊斯模型存在較強(qiáng)反射體的環(huán)境有主導(dǎo)反射體，功率譜密度更復(fù)雜對數(shù)正態(tài)陰影模型由于地形起伏等因素造成的信號衰落信號強(qiáng)度呈對數(shù)正態(tài)分布除了上述基本的雜波模型外，還有一些更復(fù)雜的模型，例如基于蒙特卡洛模擬的雜波模型，可以更精確地模擬特定場景下的雜波特性。這些模型通常需要大量的仿真數(shù)據(jù)支持，但可以提供更接近實際環(huán)境的仿真結(jié)果。在未來，隨著通感一體化技術(shù)的發(fā)展，雜波環(huán)境建模將更加注重以下方面：多傳感器融合：結(jié)合來自不同傳感器的信息，建立更全面的雜波環(huán)境模型。認(rèn)知建模：利用機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，實現(xiàn)對雜波環(huán)境的自適應(yīng)建模。動態(tài)環(huán)境建模：考慮移動物體和環(huán)境變化對雜波特性的影響，建立動態(tài)的雜波環(huán)境模型。通過不斷改進(jìn)雜波環(huán)境建模技術(shù)，可以為通感一體化信號設(shè)計提供更精確的參考，從而進(jìn)一步提升系統(tǒng)的性能和實用性。2.2信號處理技術(shù)?第二章信號處理技術(shù)在通信核心的通感一體化信號設(shè)計中，信號處理技術(shù)扮演著至關(guān)重要的角色。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，信號處理方法也在持續(xù)演進(jìn)，以適應(yīng)日益復(fù)雜的通信環(huán)境和更高的通信需求。當(dāng)前，信號處理技術(shù)主要包括調(diào)制技術(shù)、編碼技術(shù)、多路復(fù)用技術(shù)以及信號檢測與均衡技術(shù)等方面。（一）調(diào)制技術(shù)調(diào)制是將信息信號轉(zhuǎn)換為適合傳輸?shù)囊颜{(diào)信號的過程，近年來，隨著數(shù)字通信的快速發(fā)展，數(shù)字調(diào)制技術(shù)已成為主流。除了傳統(tǒng)的調(diào)制方式如振幅調(diào)制（AM）、頻率調(diào)制（FM）和相位調(diào)制（PM）外，正交振幅調(diào)制（QAM）、正交頻分復(fù)用（OFDM）等高級調(diào)制技術(shù)也得到了廣泛應(yīng)用。它們具有更高的頻譜效率和更好的抗干擾性能，能提供更好的傳輸質(zhì)量。（二）編碼技術(shù)通信中的編碼主要包括信道編碼和信源編碼，信道編碼主要用于對抗信道中的噪聲和干擾，提高信號的抗干擾性和可靠性；而信源編碼主要用于數(shù)據(jù)壓縮，以減少傳輸過程中的信息冗余。當(dāng)前，先進(jìn)的編碼技術(shù)如低密度奇偶校驗碼（LDPC）、Turbo碼以及更現(xiàn)代的極化碼等，正在廣泛應(yīng)用于通信系統(tǒng)中。（三）多路復(fù)用技術(shù)隨著通信業(yè)務(wù)量的不斷增長，如何有效利用有限的頻譜資源變得至關(guān)重要。多路復(fù)用技術(shù)是實現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵手段之一，當(dāng)前，除了傳統(tǒng)的頻分復(fù)用（FDM）和時分復(fù)用（TDM）外，碼分復(fù)用（CDM）和正交頻分復(fù)用多址接入（OFDMA）等新技術(shù)也得到了廣泛應(yīng)用。這些技術(shù)能夠顯著提高頻譜利用率和系統(tǒng)容量。（四）信號檢測與均衡技術(shù)在接收端，信號檢測與均衡技術(shù)是恢復(fù)原始信息的關(guān)鍵步驟。隨著多徑傳播和干擾等問題的出現(xiàn)，信號檢測與均衡技術(shù)變得越來越重要。當(dāng)前，基于現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術(shù)的檢測算法如最大似然檢測、迭代檢測以及均衡算法如判決反饋均衡等正在得到廣泛應(yīng)用。這些技術(shù)能夠顯著提高接收信號的質(zhì)量和通信系統(tǒng)的性能。此外隨著人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的快速發(fā)展，基于深度學(xué)習(xí)的信號處理技術(shù)也引起了廣泛關(guān)注。利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)，可以有效地解決復(fù)雜的信號處理問題，提高通信系統(tǒng)的性能。例如，深度學(xué)習(xí)可用于信號檢測、信道編碼、調(diào)制等多個環(huán)節(jié)。總體來看，隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，信號處理技術(shù)也在不斷演進(jìn)和創(chuàng)新。未來，隨著新一代通信技術(shù)如5G、6G等的快速發(fā)展，信號處理技術(shù)將面臨更大的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。因此需要持續(xù)進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和研發(fā)，以滿足未來通信系統(tǒng)的需求。公式和表格可根據(jù)具體內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計，以更直觀地展示數(shù)據(jù)和分析結(jié)果。2.2.1偵察接收算法在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，信號處理技術(shù)的核心任務(wù)之一是實現(xiàn)信息的有效獲取與準(zhǔn)確傳遞。其中偵察接收算法作為關(guān)鍵組成部分，對于提升系統(tǒng)性能和保障信息安全具有至關(guān)重要的作用。（1）傳統(tǒng)偵察接收算法概述傳統(tǒng)的偵察接收算法主要基于頻譜分析、信號檢測等基本原理，通過對接收到的信號進(jìn)行預(yù)處理，提取出有用信息。然而隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)算法在面對復(fù)雜多變的信號環(huán)境時，往往顯得力不從心。（2）深度學(xué)習(xí)在偵察接收中的應(yīng)用近年來，深度學(xué)習(xí)技術(shù)在通信領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，為偵察接收算法帶來了新的突破。通過構(gòu)建深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，可以對接收到的信號進(jìn)行自動特征提取和分類，從而實現(xiàn)對信號的快速、準(zhǔn)確識別。例如，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）能夠有效捕捉信號的時空特征；循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RNN）則擅長處理序列數(shù)據(jù)，適用于處理具有時序關(guān)系的信號。此外長短時記憶網(wǎng)絡(luò)（LSTM）等模型還能夠解決信號傳輸過程中的長距離依賴問題。（3）優(yōu)化算法與偵察接收的結(jié)合為了進(jìn)一步提高偵察接收算法的性能，優(yōu)化算法的應(yīng)用也顯得尤為重要。通過設(shè)計合理的優(yōu)化策略，如遺傳算法、粒子群優(yōu)化算法等，可以實現(xiàn)對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)整，從而提高模型的泛化能力和預(yù)測精度。此外基于機(jī)器學(xué)習(xí)的優(yōu)化方法還可以與其他技術(shù)相結(jié)合，如利用強(qiáng)化學(xué)習(xí)技術(shù)實現(xiàn)自適應(yīng)信號處理策略的制定，以應(yīng)對不斷變化的通信環(huán)境。（4）未來發(fā)展趨勢展望未來，偵察接收算法的發(fā)展將呈現(xiàn)以下趨勢：智能化程度不斷提高：隨著人工智能技術(shù)的不斷進(jìn)步，偵察接收算法將更加智能化，能夠自動識別并適應(yīng)復(fù)雜的通信環(huán)境。多模態(tài)信號融合：未來的偵察接收系統(tǒng)將更加注重多模態(tài)信號融合，如結(jié)合雷達(dá)、無線電、光學(xué)等多種傳感器的信息，以提高信號的準(zhǔn)確性和可靠性。實時性與安全性并重：在保障信息安全的同時，實時性也將成為偵察接收算法的重要考量因素。通過優(yōu)化算法和硬件設(shè)計，可以實現(xiàn)更高效的信號處理和更快速的響應(yīng)速度。偵察接收算法作為通信核心的重要組成部分，其發(fā)展前景廣闊且充滿挑戰(zhàn)。2.2.2波束形成技術(shù)波束形成技術(shù)作為通感一體化信號設(shè)計中的核心環(huán)節(jié)，通過調(diào)整陣列天線各陣元的加權(quán)系數(shù)，實現(xiàn)對空間信號的方向性聚焦與能量優(yōu)化。該技術(shù)不僅能顯著提升通信鏈路的頻譜效率與抗干擾能力，還能增強(qiáng)雷達(dá)感知的距離分辨率與角度估計精度，是實現(xiàn)通感功能協(xié)同的關(guān)鍵支撐。傳統(tǒng)波束形成方法傳統(tǒng)波束形成主要基于數(shù)據(jù)獨立準(zhǔn)則和統(tǒng)計最優(yōu)準(zhǔn)則，數(shù)據(jù)獨立準(zhǔn)則（如延遲-求和波束形成）通過固定時延補(bǔ)償實現(xiàn)信號同相疊加，計算復(fù)雜度低但靈活性不足；統(tǒng)計最優(yōu)準(zhǔn)則（如最小方差無失真響應(yīng)，MVDR）則利用信號協(xié)方差矩陣自適應(yīng)調(diào)整權(quán)值，在保證期望信號方向增益的同時抑制干擾，但需依賴準(zhǔn)確的先驗信息。其數(shù)學(xué)表達(dá)如下：w其中w為權(quán)值向量，R為協(xié)方差矩陣，aθ機(jī)器學(xué)習(xí)增強(qiáng)的波束形成近年來，深度學(xué)習(xí)與強(qiáng)化學(xué)習(xí)被引入波束形成設(shè)計，以解決傳統(tǒng)方法在動態(tài)環(huán)境中的局限性。例如，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）可實時估計空間信道狀態(tài)，生成最優(yōu)波束權(quán)值；而深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)（DRL）通過與環(huán)境交互，自適應(yīng)調(diào)整策略以平衡通信速率與感知精度。【表】對比了不同波束形成方法的性能特點：?【表】波束形成技術(shù)性能對比方法計算復(fù)雜度環(huán)境適應(yīng)性通感協(xié)同能力延遲-求和低弱低MVDR中中中CNN-based波束形成高強(qiáng)高DRL-based波束形成極高極強(qiáng)極高挑戰(zhàn)與未來方向當(dāng)前波束形成技術(shù)仍面臨三大挑戰(zhàn)：實時性瓶頸：復(fù)雜場景下的高維度矩陣運算難以滿足低時延需求；多目標(biāo)權(quán)衡：通信速率、感知精度與能耗間的動態(tài)優(yōu)化尚未統(tǒng)一；硬件約束：大規(guī)模陣列的校準(zhǔn)誤差與功耗問題限制了實際部署。未來研究將聚焦于：輕量化算法設(shè)計：如壓縮感知與稀疏陣列結(jié)合，降低計算開銷；跨層聯(lián)合優(yōu)化：將物理層波束形成與MAC層資源調(diào)度協(xié)同，實現(xiàn)全局最優(yōu)；硬件-算法協(xié)同設(shè)計：利用可重構(gòu)智能表面（RIS）等新型硬件，提升波束調(diào)控靈活性。通過上述技術(shù)的融合創(chuàng)新，波束形成有望成為通感一體化系統(tǒng)從理論走向落地的關(guān)鍵推動力。2.2.3信息融合方法在通信核心的通感一體化信號設(shè)計中，信息融合技術(shù)是實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)高效整合的關(guān)鍵。目前，信息融合方法主要包括以下幾種：基于特征提取的信息融合：該方法通過提取不同傳感器或信號的特征，然后對這些特征進(jìn)行加權(quán)融合，以獲得更全面的信息。這種方法適用于傳感器數(shù)量較多、數(shù)據(jù)類型復(fù)雜的場景。基于機(jī)器學(xué)習(xí)的信息融合：利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法對多源數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)和分析，從而實現(xiàn)信息的自動融合。這種方法可以自動識別和處理數(shù)據(jù)中的異常和噪聲，提高信息融合的準(zhǔn)確性?；谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的信息融合：通過構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，將多個傳感器的數(shù)據(jù)輸入到網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行學(xué)習(xí)，從而實現(xiàn)信息的融合。這種方法可以充分利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)大學(xué)習(xí)能力，提高信息融合的效果?；谀：壿嫷男畔⑷诤希豪媚：壿嬂碚搶Χ嘣磾?shù)據(jù)進(jìn)行處理，實現(xiàn)信息的融合。這種方法可以處理不確定性和模糊性較強(qiáng)的數(shù)據(jù)，提高信息融合的魯棒性?；诰垲惙治龅男畔⑷诤希和ㄟ^對多源數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析，將相似的數(shù)據(jù)歸為一類，從而實現(xiàn)信息的融合。這種方法可以有效減少數(shù)據(jù)維度，提高信息融合的效率?；谏疃葘W(xué)習(xí)的信息融合：利用深度學(xué)習(xí)模型對多源數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，實現(xiàn)信息的融合。這種方法可以處理大規(guī)模和高維的數(shù)據(jù)，提高信息融合的精度?；谛〔ㄗ儞Q的信息融合：通過小波變換對多源數(shù)據(jù)進(jìn)行分解和重構(gòu)，實現(xiàn)信息的融合。這種方法可以有效地處理非線性和非平穩(wěn)性較強(qiáng)的數(shù)據(jù)，提高信息融合的效果?；诳柭鼮V波的信息融合：利用卡爾曼濾波器對多源數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測和更新，實現(xiàn)信息的融合。這種方法可以有效地處理動態(tài)變化的數(shù)據(jù)，提高信息融合的穩(wěn)定性?；谧V分析的信息融合：通過譜分析對多源數(shù)據(jù)進(jìn)行頻域分析，實現(xiàn)信息的融合。這種方法可以有效地處理非平穩(wěn)性和非線性性強(qiáng)的數(shù)據(jù)，提高信息融合的效果。基于時空分析的信息融合：通過對多源數(shù)據(jù)進(jìn)行時空分析，實現(xiàn)信息的融合。這種方法可以有效地處理時間序列和空間分布性強(qiáng)的數(shù)據(jù)，提高信息融合的靈活性。2.3通感系統(tǒng)架構(gòu)通感系統(tǒng)架構(gòu)是通感一體化設(shè)計和實現(xiàn)的核心，其設(shè)計目標(biāo)在于實現(xiàn)通信與感知功能的有機(jī)融合，提升系統(tǒng)資源的利用效率和智能化水平。通感系統(tǒng)的架構(gòu)通常可以分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三個主要部分。感知層主要負(fù)責(zé)傳感器數(shù)據(jù)的采集、處理和融合，網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸和路由，應(yīng)用層則提供具體的通感服務(wù)。（1）感知層感知層是通感系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源頭，其主要任務(wù)包括傳感器部署、數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理和融合。在感知層中，傳感器節(jié)點通過不同的感知手段（如雷達(dá)、激光雷達(dá)、攝像頭等）采集環(huán)境數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)（如濾波、降噪等）提升數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。感知層的關(guān)鍵技術(shù)包括：傳感器部署技術(shù)：合理部署傳感器節(jié)點，以實現(xiàn)全面、高效的環(huán)境感知。數(shù)據(jù)采集技術(shù)：采用高效的數(shù)據(jù)采集算法，確保數(shù)據(jù)的實時性和完整性。數(shù)據(jù)處理技術(shù)：利用信號處理技術(shù)對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，去除噪聲和干擾。數(shù)據(jù)融合技術(shù)：通過多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)，提升感知結(jié)果的準(zhǔn)確性和魯棒性。（2）網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層是通感系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸和路由核心，其主要任務(wù)包括數(shù)據(jù)包的傳輸、路由選擇和資源管理。網(wǎng)絡(luò)層的設(shè)計需要充分考慮通信和感知兩種功能的傳輸需求，以實現(xiàn)高效的資源分配和協(xié)同工作。網(wǎng)絡(luò)層的關(guān)鍵技術(shù)包括：路由選擇技術(shù)：采用高效的路由算法，確保數(shù)據(jù)包的傳輸效率和可靠性。資源管理技術(shù)：動態(tài)分配網(wǎng)絡(luò)資源，以滿足通信和感知的實時需求。數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)：通過數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)減少傳輸數(shù)據(jù)的量，提升傳輸效率。（3）應(yīng)用層應(yīng)用層是通感系統(tǒng)的服務(wù)提供層，其主要任務(wù)包括提供具體的通感服務(wù)，如目標(biāo)檢測、定位、跟蹤等。應(yīng)用層的設(shè)計需要根據(jù)不同的應(yīng)用需求，提供相應(yīng)的算法和服務(wù)。應(yīng)用層的關(guān)鍵技術(shù)包括：目標(biāo)檢測技術(shù)：利用機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)算法，實現(xiàn)對環(huán)境的智能感知。定位跟蹤技術(shù)：通過多傳感器融合技術(shù)，實現(xiàn)對目標(biāo)的實時定位和跟蹤。服務(wù)提供技術(shù)：提供高效、可靠的服務(wù)，滿足不同應(yīng)用場景的需求。為了更好地理解通感系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計，【表】給出了通感系統(tǒng)架構(gòu)的典型層次結(jié)構(gòu)：層次主要功能關(guān)鍵技術(shù)感知層數(shù)據(jù)采集、處理和融合傳感器部署、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)融合網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)傳輸和路由路由選擇、資源管理、數(shù)據(jù)壓縮應(yīng)用層提供通感服務(wù)目標(biāo)檢測、定位跟蹤、服務(wù)提供此外通感系統(tǒng)的性能可以用以下公式進(jìn)行評估：P其中P表示系統(tǒng)性能，S表示感知精度，C表示通信速率，R表示資源利用率。通過優(yōu)化這些參數(shù)，可以實現(xiàn)通感系統(tǒng)的最優(yōu)化設(shè)計。通感系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計需要綜合考慮感知、網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用三個層次的功能需求，通過合理的資源配置和技術(shù)優(yōu)化，實現(xiàn)通信與感知功能的有機(jī)融合，提升系統(tǒng)的整體性能和智能化水平。2.3.1組網(wǎng)模式設(shè)計組網(wǎng)模式設(shè)計是通感一體化信號系統(tǒng)架構(gòu)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其目標(biāo)在于合理規(guī)劃與布置各類網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，并確立高效的數(shù)據(jù)傳輸路徑，以實現(xiàn)通信與感知功能的有機(jī)融合與協(xié)同。在通感一體化系統(tǒng)中，理想的組網(wǎng)模式需兼顧通信容量、感知精度以及資源利用率等多個維度。當(dāng)前，業(yè)界正積極探索多種組網(wǎng)方案，其中基于多址接入技術(shù)（如時分復(fù)用TDD、頻分復(fù)用FDD及碼分復(fù)用CDMA）的混合網(wǎng)架構(gòu)以及基于空中接口協(xié)處理機(jī)制的分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)展現(xiàn)出良好潛力。為了更直觀地展現(xiàn)不同組網(wǎng)模式下的關(guān)鍵性能指標(biāo)，【表】對比分析了當(dāng)前幾種主流的通感一體化組網(wǎng)模式。這些性能指標(biāo)主要包括系統(tǒng)的總吞吐量（Throughput）、峰值速率（PeakRate）、延遲（Latency）、節(jié)點密度（NodeDensity）以及網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性（Scalability）。?【表】主流通感一體化組網(wǎng)模式性能指標(biāo)對比性能指標(biāo)混合網(wǎng)架構(gòu)(基于TDD/FDD/CDMA混合)分布式架構(gòu)(基于空中接口協(xié)處理)無線資源融合架構(gòu)(基于信道效用最大化)總吞吐量(Gbps)10-505-3015-80峰值速率(Mbps)1G-10G500M-5G2G-20G延遲(ms)5-2010-303-15節(jié)點密度(/km2)中等高中等網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性良好優(yōu)秀優(yōu)良從表中可以看出，分布式架構(gòu)在節(jié)點密度和網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性方面具有優(yōu)勢，適合大規(guī)模、高密度的應(yīng)用場景；無線資源融合架構(gòu)在總吞吐量和峰值速率上表現(xiàn)突出，更適用于高數(shù)據(jù)率傳輸；而混合網(wǎng)架構(gòu)則憑借其靈活性和成熟的接入技術(shù)，能夠較好地平衡各項性能指標(biāo)。在信道層面，通感一體化系統(tǒng)的組網(wǎng)設(shè)計還需重點考慮多用戶共享資源帶來的信道干擾問題。若系統(tǒng)采用分布式架構(gòu)，可通過如內(nèi)容所示的資源分配框架來優(yōu)化信道接入。內(nèi)容，我們假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中共有N個用戶，系統(tǒng)總帶寬為BHz，通過動態(tài)頻譜分配（DynamicSpectrumAllocation,DSA）、功率控制（PowerControl,PC）以及干擾協(xié)調(diào)（InterferenceCoordination,IC）等聯(lián)合優(yōu)化策略，旨在最大化系統(tǒng)總信道效用U。其優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)可表述為：max式中，x為一組控制參數(shù)，包括分配給每個用戶的頻譜帶寬Bi、傳輸功率Pi以及接入資源（如時隙或碼字）等；Uix則表示第i個用戶在給定信道狀態(tài)及控制參數(shù)x下的信道效用函數(shù)，通常是吞吐量與能量的函數(shù)，如Uix=通感一體化系統(tǒng)的組網(wǎng)模式設(shè)計是一個復(fù)雜的多目標(biāo)優(yōu)化問題，需要綜合考慮多種技術(shù)因素與實際應(yīng)用需求。未來的研究將持續(xù)關(guān)注更高級的資源分配算法、智能干擾管理機(jī)制以及與人工智能、邊緣計算等技術(shù)的融合，以構(gòu)建更加高效、靈活且智能的通感一體化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。2.3.2資源分配策略在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不斷演進(jìn)和信號處理技術(shù)日趨成熟的背景下，考慮如何更高效地利用通信資源變得尤為重要。資源分配策略是核心之一，它能直接影響信號設(shè)計的效率和系統(tǒng)的性能?，F(xiàn)有的資源分配策略主要集中在以下幾個方面：頻率資源：利用分配算法的優(yōu)化，如頻譜共享、動態(tài)頻率復(fù)用（DynamicFrequencyAssignment,DFA）等方法，旨在提升頻譜利用率和減少頻譜沖突。示例算法包括（但不限于）OFDMA(OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess)和NB-IoT(NarrowbandInternetofThings)等正交頻分復(fù)用技術(shù)，以及基于AI的頻譜感知技術(shù)。功率資源：考慮能量效率考慮，依據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)的信道狀況，通過自適應(yīng)功率控制算法動態(tài)調(diào)整信號的功率輸出，以實現(xiàn)節(jié)能減排及提高系統(tǒng)覆蓋和容量。典型算法有動態(tài)功率控制（DynamicPowerControl,DPC）、鏈路自適應(yīng)（LinkAdaptation）以及混合功率控制策略。信道資源：信道資源的有效管理與利用是增強(qiáng)系統(tǒng)吞吐量和降低延遲的關(guān)鍵。多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)以及空間分集、波束成像是信道資源利用的代表。此外基于機(jī)器學(xué)習(xí)的信道建模和優(yōu)化也是當(dāng)前的一個熱門研究方向。資源分配策略的不斷優(yōu)化對于中央通信系統(tǒng)的有效運作和通信信號設(shè)計的高效實施起到至關(guān)重要的作用。在追求不斷提升的頻譜效率、能效和網(wǎng)絡(luò)性能的同時，未來資源分配策略的研究將更多地考慮協(xié)同優(yōu)化，應(yīng)對更加復(fù)雜和異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，并以更高的自動化和智能化水平融入整體網(wǎng)絡(luò)生態(tài)系統(tǒng)。同時智能算法在資源分配中的應(yīng)用將逐漸深入，從靜態(tài)規(guī)則到實時動態(tài)自適應(yīng)充分體的轉(zhuǎn)變將成為可能。利用不同資源的優(yōu)化算法結(jié)合，能夠為未來的通信系統(tǒng)提供一個更為可靠、高效的資源使用方案，為中國乃至全球通信技術(shù)的躍進(jìn)發(fā)展鋪平道路。在此背景下，相關(guān)研究的進(jìn)展和未來展望值得各行各業(yè)關(guān)注，為推動通信技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展提供強(qiáng)有力的支持。2.3.3協(xié)作工作流程在通信核心的通感一體化信號設(shè)計中，協(xié)作工作流程是確保多領(lǐng)域技術(shù)融合與高效協(xié)同的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為了實現(xiàn)通感一體化系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，必須建立一套完善的協(xié)作機(jī)制，涵蓋需求分析、系統(tǒng)設(shè)計、信號處理、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及性能評估等多個階段。以下是詳細(xì)的協(xié)作工作流程及其關(guān)鍵步驟：（1）需求分析與目標(biāo)設(shè)定首先團(tuán)隊需要對通感一體化系統(tǒng)的應(yīng)用需求進(jìn)行全面分析，明確系統(tǒng)的功能、性能指標(biāo)以及技術(shù)約束條件。這一階段的主要任務(wù)是：需求識別：通過市場調(diào)研、用戶訪談和技術(shù)評估，識別通感系統(tǒng)的核心需求。目標(biāo)設(shè)定：基于需求分析，設(shè)定系統(tǒng)的具體目標(biāo)，如通信速率、感知精度、功耗限制以及環(huán)境適應(yīng)性等。（2）系統(tǒng)設(shè)計與技術(shù)集成在需求明確后，系統(tǒng)設(shè)計團(tuán)隊將根據(jù)目標(biāo)進(jìn)行技術(shù)選型和系統(tǒng)集成。這一階段的主要工作包括：架構(gòu)設(shè)計：設(shè)計系統(tǒng)的整體架構(gòu)，包括通信模塊、感知模塊以及中央處理單元的布局。技術(shù)集成：將通信和感知技術(shù)進(jìn)行集成，確保各模塊之間的無縫協(xié)作。為了更清晰地展示系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)，可以參考以下：參數(shù)通信模塊感知模塊頻率范圍2-6GHz1-10GHz數(shù)據(jù)速率1Gbps500Mbps功耗<10mW<15mW精度99.5%99.8%（3）信號處理與優(yōu)化信號處理是通感一體化系統(tǒng)的核心，涉及信號的調(diào)制、解調(diào)、編碼、解碼以及噪聲抑制等。為了實現(xiàn)高效的信號處理，需要：信號調(diào)制：選擇合適的調(diào)制技術(shù)，如OFDM（正交頻分復(fù)用）或多載波調(diào)制，以實現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)傳輸。噪聲抑制：采用先進(jìn)的信號處理算法，如自適應(yīng)濾波和干擾消除技術(shù)，以降低噪聲對信號質(zhì)量的影響。信號的調(diào)制和噪聲抑制效果可以通過以下公式進(jìn)行量化：SIR其中SIR表示信噪比（Signal-to-InterferenceRatio），Psignal表示信號功率，P（4）網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與協(xié)議設(shè)計通感一體化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)需要支持多模態(tài)數(shù)據(jù)的融合與傳輸。這一階段的主要任務(wù)是：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌涸O(shè)計合適的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如星型、環(huán)形或網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，以滿足系統(tǒng)的實時性和可靠性需求。協(xié)議制定：制定統(tǒng)一的通信協(xié)議，確保各模塊之間的高效數(shù)據(jù)交互。（5）性能評估與迭代優(yōu)化在系統(tǒng)設(shè)計完成后，需要對系統(tǒng)的性能進(jìn)行全面評估，并根據(jù)評估結(jié)果進(jìn)行迭代優(yōu)化。這一階段的主要工作包括：性能測試：通過仿真和實驗，測試系統(tǒng)的通信速率、感知精度、功耗以及環(huán)境適應(yīng)性等關(guān)鍵指標(biāo)。優(yōu)化改進(jìn)：根據(jù)測試結(jié)果，對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，以提高其整體性能和穩(wěn)定性。通過以上協(xié)作工作流程，可以確保通感一體化系統(tǒng)在設(shè)計和實施過程中始終處于高效、協(xié)同的狀態(tài)，從而實現(xiàn)技術(shù)融合的最佳效果。三、通感一體化信號設(shè)計現(xiàn)狀通感一體化信號設(shè)計作為5G及未來6G網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一，近年來得到了廣泛的關(guān)注和研究。目前，通感一體化技術(shù)已經(jīng)在多個領(lǐng)域展現(xiàn)出其獨特的優(yōu)勢和應(yīng)用前景，如智慧城市、自動駕駛、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等。然而通感一體化信號設(shè)計仍面臨諸多挑戰(zhàn)，包括信號資源分配、干擾抑制、性能優(yōu)化等。3.1信號資源分配在通感一體化系統(tǒng)中，信號資源分配是一個核心問題。由于通信和感知任務(wù)對信號質(zhì)量的需求不同，如何合理分配信號資源以最大化系統(tǒng)性能成為研究的熱點。目前，研究者們提出了多種信號資源分配策略，包括恒定功率分配、智能功率分配、動態(tài)資源分配等。恒定功率分配策略假設(shè)通信和感知任務(wù)對信號功率的需求相同，通過恒定功率分配來滿足系統(tǒng)的需求。該策略簡單易實現(xiàn)，但在實際應(yīng)用中可能導(dǎo)致性能下降。智能功率分配策略則根據(jù)通信和感知任務(wù)的需求動態(tài)調(diào)整信號功率。這種策略可以提高系統(tǒng)性能，但實現(xiàn)起來較為復(fù)雜。動態(tài)資源分配策略則更加靈活，可以根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)和任務(wù)需求動態(tài)調(diào)整信號資源。這種策略可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能，但需要更復(fù)雜的算法支持。【表】展示了不同信號資源分配策略的比較：策略優(yōu)點缺點恒定功率分配簡單易實現(xiàn)性能下降智能功率分配提高系統(tǒng)性能實現(xiàn)復(fù)雜動態(tài)資源分配靈活，可進(jìn)一步提高性能需要復(fù)雜的算法支持3.2干擾抑制在通感一體化系統(tǒng)中，干擾是一個嚴(yán)重的問題。由于通信和感知任務(wù)使用的頻譜相同，相互之間的干擾難以避免。為了抑制干擾，研究者們提出了多種干擾抑制技術(shù)，包括干擾消除、干擾協(xié)調(diào)、干擾避免等。干擾消除技術(shù)通過設(shè)計特定的信號波形和使用干擾消除算法來消除干擾信號。這種技術(shù)的優(yōu)點是可以完全消除干擾，但實現(xiàn)起來較為復(fù)雜。干擾協(xié)調(diào)技術(shù)通過協(xié)調(diào)通信和感知任務(wù)的信號發(fā)射時間和功率，減少相互之間的干擾。這種技術(shù)的優(yōu)點是簡單易實現(xiàn)，但可能無法完全消除干擾。干擾避免技術(shù)則通過動態(tài)調(diào)整信號參數(shù)，避免干擾信號的干擾。這種技術(shù)的優(yōu)點是可以自適應(yīng)地調(diào)整信號參數(shù)，但需要復(fù)雜的算法支持。3.3性能優(yōu)化通感一體化信號設(shè)計的最終目標(biāo)是優(yōu)化系統(tǒng)性能，為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，研究者們提出了多種性能優(yōu)化方法，包括資源分配優(yōu)化、波束賦形優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋬?yōu)化等。資源分配優(yōu)化通過優(yōu)化信號資源的分配，提高系統(tǒng)的總性能。這種方法的優(yōu)點是可以顯著提高系統(tǒng)性能，但需要復(fù)雜的算法支持。波束賦形優(yōu)化通過優(yōu)化信號波束的方向和形狀，提高系統(tǒng)的信號質(zhì)量和感知精度。這種方法的優(yōu)點是可以顯著提高系統(tǒng)的性能，但需要復(fù)雜的算法支持。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋬?yōu)化通過優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的覆蓋范圍和傳輸效率。這種方法的優(yōu)點是可以顯著提高系統(tǒng)的性能，但需要復(fù)雜的算法支持?！竟健空故玖速Y源分配優(yōu)化的一個基本模型：max其中di表示第i個用戶的距離，D表示系統(tǒng)的最大距離，xi表示第通感一體化信號設(shè)計在資源分配、干擾抑制和性能優(yōu)化等方面取得了一定的進(jìn)展，但仍面臨諸多挑戰(zhàn)。未來，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，通感一體化信號設(shè)計有望實現(xiàn)更大的突破和應(yīng)用。3.1信號波形設(shè)計通信核心的通感一體化系統(tǒng)對信號波形的設(shè)計提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。信號波形作為信息的載體，其設(shè)計直接關(guān)系到通信質(zhì)量和傳感性能。當(dāng)前，通感一體化信號波形設(shè)計主要面臨著如何在有限的頻譜資源內(nèi)同時滿足通信和傳感的需求，以及如何提升信號的抗干擾能力和隱蔽性等問題。（1）線性調(diào)頻（LFM）信號st-Eisthesignalenergy,-Trep-f0-βisthemodulationindex.ThefractionalbandwidthBfracofanLFMsignalisgivenby:ParameterDescriptionTypicalValueESignalenergy1WTRepetitioninterval10nsfCenterfrequency2GHzβModulationindex50MHzBFractionalbandwidth0.025（2）認(rèn)知雷達(dá)波形TheAWMwaveformcanberepresentedas:st-sitisthe-Eiistheenergyofthei-Trep,i-fiisthecenterfrequencyofthei-?itisthemodulationfunctionofthe（3）未來的研究方向盡管現(xiàn)有的通感一體化信號波形設(shè)計已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)展，但隨著系統(tǒng)復(fù)雜性和應(yīng)用需求的不斷增長，未來仍存在許多挑戰(zhàn)和機(jī)遇。以下是一些潛在的研究方向：多模態(tài)信號融合：設(shè)計能夠融合多種信號波形的復(fù)合信號，以進(jìn)一步提升系統(tǒng)的通感一體化能力。智能化波形設(shè)計：利用深度學(xué)習(xí)等技術(shù)，實現(xiàn)波形的自適應(yīng)優(yōu)化，以應(yīng)對復(fù)雜的電磁環(huán)境。低截獲概率波形：開發(fā)具有低截獲概率特性的信號波形，以增強(qiáng)系統(tǒng)的隱蔽性。3.1.1連續(xù)波形技術(shù)長久以來，連續(xù)波形技術(shù)主要用于提供一種能保證信號傳輸穩(wěn)定性和連續(xù)性的設(shè)計方案。傳統(tǒng)上，它主要采用正弦波和脈沖信號作為標(biāo)準(zhǔn)波形，這些波形的簡單性和易于生成特點，是早期通信系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)。不過這種基于線性階段的波形設(shè)計在復(fù)雜多變的環(huán)境下面臨挑戰(zhàn)，諸如頻率選擇性衰減等問題，限制了系統(tǒng)性能的進(jìn)一步提升。隨著非線性信號處理技術(shù)的發(fā)展，連續(xù)波形技術(shù)正在逐步改進(jìn)。如今的通信系統(tǒng)廣泛利用數(shù)字信號處理technique-to-recognize和頻譜分析method等方法來提高波形的適應(yīng)性。此外其他的進(jìn)步還涉及幅頻響應(yīng)和使用數(shù)字波形編碼技術(shù)等，以確保信號的完整性和抵御各種噪聲干擾的能力。?進(jìn)展近年來，連續(xù)波形技術(shù)提出了更加創(chuàng)新的解決方案，以適應(yīng)該領(lǐng)域內(nèi)的快速變革：信號處理技術(shù)的集成化：目前的通訊設(shè)備將更高級別的信號處理技術(shù)集嵌入通訊邏輯中，比如自適應(yīng)信號處理與自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)。這些技術(shù)可以根據(jù)當(dāng)下通信環(huán)境的特性進(jìn)行動態(tài)配置。新材料與器件的使用：隨著新材料、新器件的發(fā)展，如高級芯片和靈活的頻率變換器件，為連續(xù)波形技術(shù)提供了更加高效的實施手段。這些組件不僅提升了系統(tǒng)集成度和穩(wěn)定性，更能適應(yīng)不同的通信需求。仿真和測試框架的成熟：運用蒙特卡洛仿真和DSP測試設(shè)備等模擬工具，可以更精確地預(yù)測連續(xù)波形在實際應(yīng)用中的表現(xiàn)，并據(jù)此優(yōu)化設(shè)計。信號的低功耗設(shè)計趨勢：考慮到未來通信系統(tǒng)中高頻率的數(shù)據(jù)傳輸和設(shè)備的持續(xù)運行，如何在不斷提升性能的前提下降低功率損耗成為新的研究熱點。?未來展望展望未來，連續(xù)波形技術(shù)在通信領(lǐng)域?qū)⒄宫F(xiàn)出更大潛力和多樣化應(yīng)用。高可靠性和適應(yīng)性將成為設(shè)計重點：隨著物聯(lián)網(wǎng)和邊緣計算的興起，對核心傳輸信號的要求極致苛刻，意味著未來的通信系統(tǒng)必須能夠自適應(yīng)如此多樣化的環(huán)境。人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)在波形設(shè)計中的應(yīng)用前景廣闊：利用人工智能中的算法分析和預(yù)測信號的可變性，以更好地定制和優(yōu)化波形，可能在未來幾年成為行業(yè)新常態(tài)。量子通信技術(shù)的發(fā)展提供了新的波形設(shè)計可能性：將來，隨著量子通信技術(shù)的逐漸成熟，連續(xù)波形設(shè)計需與這些新原理相結(jié)合，以應(yīng)對量子密鑰分發(fā)和量子隱形傳態(tài)等新興需求。總結(jié)起來，通過不斷的技術(shù)革新，連續(xù)波形技術(shù)將繼續(xù)成為通信系統(tǒng)核心中一支不可忽視的力量，領(lǐng)先未來。每次的升級與改進(jìn)，都是為了賦予這項技術(shù)更強(qiáng)的適應(yīng)能力，為廣泛且高效的數(shù)據(jù)通信鋪平道路。3.1.2脈沖波形優(yōu)化脈沖波形優(yōu)化是實現(xiàn)通感一體化信號設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其目標(biāo)在于通過調(diào)整脈沖的結(jié)構(gòu)參數(shù)，平衡信令質(zhì)量、能耗與抗干擾能力。現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，脈沖波形的選取不僅影響信號傳輸?shù)乃俾屎涂煽啃裕€關(guān)系到傳感器與通信功能的協(xié)同效率。為了應(yīng)對日益復(fù)雜的電磁環(huán)境，研究人員致力于探索更為先進(jìn)的脈沖波形，以期在保證通信帶寬的同時，提升信號隱蔽性與抗干擾性能。（1）傳統(tǒng)脈沖波形及其局限性傳統(tǒng)的脈沖波形主要包括矩形脈沖、高斯脈沖和傅里葉變換極限（FTL）脈沖等。以高斯脈沖為例，其時間帶寬積為1，具有較好的時間-頻域局部化特性。然而傳統(tǒng)脈沖波形在通感一體化場景中存在以下局限性：能量效率較低：高斯脈沖在時域和頻域的分布相對均勻，導(dǎo)致在有限帶寬內(nèi)能量分散，難以滿足低功耗物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的需求?？垢蓴_能力不足：在密集的無線環(huán)境中，傳統(tǒng)脈沖容易受到其他信號的干擾，導(dǎo)致誤碼率上升。（2）先進(jìn)脈沖波形設(shè)計近年來，為了克服傳統(tǒng)脈沖的不足，研究人員提出了多種優(yōu)化設(shè)計方案。其中具有代表性的是調(diào)制脈沖波形和稀疏脈沖波形。2.1調(diào)制脈沖波形調(diào)制脈沖波形通過將傳統(tǒng)脈沖波形與特定調(diào)制技術(shù)相結(jié)合，顯著提升了信號的魯棒性。以正交頻分復(fù)用（OFDM）脈沖為例，其通過將寬帶信號分解為多個并行的窄帶子載波，有效降低了峰均功率比（PAPR），同時提高了頻譜利用率。數(shù)學(xué)表達(dá)式為：p其中Ik為調(diào)制符號，τk為脈沖時間延遲，Tb2.2稀疏脈沖波形稀疏脈沖波形通過在時域和頻域引入非均勻分布的脈沖，減少了信號的非零點數(shù)量，從而降低了能耗并增強(qiáng)了抗干擾能力。稀疏脈沖的設(shè)計通?；趬嚎s感知理論，其表達(dá)式為：p其中Ω為稀疏索引集，an為脈沖幅度系數(shù)，??【表】：不同稀疏脈沖波形性能對比脈沖類型帶寬效率(%)能耗降低(%)抗干擾能力應(yīng)用場景高斯脈沖5010一般傳統(tǒng)通信OFDM脈沖7030較高第五代移動通信基于壓縮感知脈沖8560很高低功耗物聯(lián)網(wǎng)脈沖波形優(yōu)化在通感一體化信號設(shè)計中扮演著至關(guān)重要的角色。未來的研究將繼續(xù)探索新型脈沖波形，特別是在超寬帶和智能化通信領(lǐng)域，以實現(xiàn)更高效的通感協(xié)同。3.1.3多模態(tài)波形融合（一）引言隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，通信領(lǐng)域的通感一體化信號設(shè)計已成為研究熱點。本文旨在探討通信核心的通感一體化信號設(shè)計的現(xiàn)狀、進(jìn)展及未來展望，并重點關(guān)注多模態(tài)波形融合方面的相關(guān)內(nèi)容。（二）現(xiàn)狀當(dāng)前，通感一體化信號設(shè)計面臨多種挑戰(zhàn)，包括多模態(tài)信號的協(xié)同處理、高效數(shù)據(jù)傳輸與可靠通信的均衡等。在多模態(tài)波形融合方面，由于不同通信模式（如射頻、毫米波、光波等）的特性差異，融合過程存在明顯的技術(shù)難點。目前，研究人員主要通過信號處理技術(shù)將多種模態(tài)的波形進(jìn)行有效整合，以提高信號質(zhì)量和傳輸效率。（三）進(jìn)展在通感一體化信號設(shè)計的多模態(tài)波形融合方面，近期取得了如下進(jìn)展：理論研究與模型構(gòu)建：研究者提出了多種融合算法和模型，包括基于深度學(xué)習(xí)的多模態(tài)波形融合框架，實現(xiàn)了不同模態(tài)信號的智能協(xié)同處理。技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用實踐：在算法優(yōu)化的基礎(chǔ)上，實際通信系統(tǒng)中的應(yīng)用案例逐漸增多，如智能物聯(lián)網(wǎng)、自動駕駛等領(lǐng)域，多模態(tài)波形融合技術(shù)顯著提升了通信的可靠性和效率。多模態(tài)波形融合是通感一體化信號設(shè)計的重要組成部分，目前的研究集中在將不同模態(tài)的通信信號（如射頻、毫米波、可見光等）進(jìn)行有機(jī)融合，以提高信號的抗干擾能力、傳輸效率和可靠性。具體的研究內(nèi)容包括：融合算法研究：針對多模態(tài)信號的特性和差異，開發(fā)高效、穩(wěn)定的融合算法，實現(xiàn)不同模態(tài)信號的協(xié)同處理。融合模型構(gòu)建：構(gòu)建適用于多模態(tài)波形融合的理論模型，指導(dǎo)實際系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。實際應(yīng)用探索：在智能物聯(lián)網(wǎng)、自動駕駛等領(lǐng)域開展多模態(tài)波形融合技術(shù)的應(yīng)用實踐，驗證融合技術(shù)的有效性和優(yōu)越性。表格：多模態(tài)波形融合的關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)描述應(yīng)用領(lǐng)域融合算法實現(xiàn)不同模態(tài)信號的協(xié)同處理物聯(lián)網(wǎng)、自動駕駛等模型構(gòu)建構(gòu)建適用于多模態(tài)融合的理論模型通信系統(tǒng)設(shè)計與優(yōu)化此外在多模態(tài)波形融合過程中，還需解決信號同步、資源分配等關(guān)鍵技術(shù)問題。未來，隨著算法優(yōu)化和硬件性能的提升，多模態(tài)波形融合將在通感一體化信號設(shè)計中發(fā)揮更加重要的作用。（四）未來展望隨著通信技術(shù)的不斷進(jìn)步和需求的日益增長，通感一體化信號設(shè)計的多模態(tài)波形融合將面臨更廣闊的發(fā)展空間。未來的發(fā)展趨勢包括：算法持續(xù)優(yōu)化：通過引入新的理論和方法，不斷優(yōu)化多模態(tài)波形融合算法，提高信號質(zhì)量和傳輸效率?？珙I(lǐng)域合作：加強(qiáng)跨學(xué)科合作，推動多模態(tài)波形融合技術(shù)在通信、物聯(lián)網(wǎng)、自動駕駛等領(lǐng)域的深度融合與應(yīng)用。標(biāo)準(zhǔn)化與產(chǎn)業(yè)化：推動多模態(tài)波形融合技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程，加速其在通信產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用與普及。多模態(tài)波形融合作為通感一體化信號設(shè)計的重要組成部分，將在未來發(fā)揮更加重要的作用，推動通信技術(shù)的發(fā)展。3.2抗干擾技術(shù)研究在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，抗干擾技術(shù)的研究至關(guān)重要，尤其是在核心的通感一體化信號設(shè)計中。隨著無線通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，干擾源日益增多，從自然噪聲到人為干擾，其對信號質(zhì)量的影響不容忽視。?當(dāng)前抗干擾技術(shù)概述目前，主要的抗干擾技術(shù)包括屏蔽、濾波、均衡和自適應(yīng)處理等。屏蔽技術(shù)通過物理手段阻止干擾源的侵入，如使用金屬屏蔽罩或電磁屏蔽材料。濾波技術(shù)則通過設(shè)計低通濾波器來濾除特定頻率的干擾信號，均衡技術(shù)通過調(diào)整接收機(jī)的參數(shù)，使得信號在傳輸過程中受到的失真得到補(bǔ)償。自適應(yīng)處理技術(shù)則能夠?qū)崟r監(jiān)測并調(diào)整信號處理策略，以應(yīng)對不斷變化的干擾環(huán)境。?抗干擾技術(shù)的進(jìn)展近年來，隨著微電子技術(shù)和信號處理理論的進(jìn)步，抗干擾技術(shù)在通感一體化信號設(shè)計中的應(yīng)用取得了顯著進(jìn)展。例如，基于機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能的干擾檢測與分類方法，能夠更準(zhǔn)確地識別和定位干擾源。此外多天線技術(shù)（MIMO）和空時碼（STBC）等空間域干擾抑制方法也在不斷提高通信系統(tǒng)的抗干擾能力。?未來展望未來，抗干擾技術(shù)的發(fā)展將更加注重智能化和自適應(yīng)性。通過引入深度學(xué)習(xí)等先進(jìn)算法，實現(xiàn)干擾源的智能檢測和預(yù)測，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的抗干擾能力。同時隨著5G、6G等新一代通信技術(shù)的普及，對高帶寬、低時延和高可靠性的要求將進(jìn)一步提升，這也將推動抗干擾技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展。技術(shù)類別技術(shù)名稱描述屏蔽技術(shù)金屬屏蔽罩使用金屬材料制成的屏蔽層，阻止電磁波的侵入濾波技術(shù)低通濾波器設(shè)計用于濾除特定頻率干擾信號的電子設(shè)備均衡技術(shù)自適應(yīng)濾波器根據(jù)信道條件動態(tài)調(diào)整濾波器系數(shù)，減少干擾影響自適應(yīng)處理技術(shù)機(jī)器學(xué)習(xí)算法利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行干擾檢測和分類，提高抗干擾能力抗干擾技術(shù)在通感一體化信號設(shè)計中扮演著至關(guān)重要的角色，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，我們有理由相信未來的通信系統(tǒng)將更加穩(wěn)健和可靠。3.2.1隱身信號設(shè)計在通信與感知一體化（通感一體化）系統(tǒng)中，隱身信號設(shè)計是提升系統(tǒng)生存能力的關(guān)鍵技術(shù)之一。其核心目標(biāo)是在保證通信與感知功能的前提下，盡可能降低信號被敵方截獲或檢測的概率，從而實現(xiàn)“低可截獲”（LPI）與“低可探測”（LPD）特性。當(dāng)前，隱身信號設(shè)計主要從波形設(shè)計、功率控制、波形編碼及動態(tài)調(diào)制等維度展開，并已取得階段性進(jìn)展。（1）波形設(shè)計與優(yōu)化隱身信號的波形設(shè)計需兼顧通信速率、感知分辨率與隱蔽性。傳統(tǒng)線性調(diào)頻（LFM）信號因其時寬帶寬積大、匹配濾波后信噪比高而被廣泛應(yīng)用，但其恒定包絡(luò)特性易被頻譜檢測設(shè)備識別。為此，研究者提出基于非線性調(diào)制的波形設(shè)計方法，如正弦調(diào)頻（SFMC）、偽隨機(jī)相位編碼（PRPC）等，通過引入隨機(jī)性或時變參數(shù)降低信號特征的可預(yù)測性。例如，SFMC信號的瞬時頻率可表示為：f其中fc為載波頻率，Δf為頻偏，T（2）動態(tài)功率控制功率控制是隱身設(shè)計的另一核心手段，通過動態(tài)調(diào)整發(fā)射功率，可使信號功率低于環(huán)境噪聲或背景雜波閾值，從而避免被敵方接收機(jī)檢測。常見的功率控制策略包括：自適應(yīng)功率調(diào)整：根據(jù)信道狀態(tài)信息（CSI）實時調(diào)整發(fā)射功率，確保在滿足通信誤碼率（BER）要求的前提下最小化輻射功率。功率譜密度（PSD）掩蔽：將信號的PSD控制在自然噪聲或干擾信號的頻譜掩蔽范圍內(nèi)，例如：P其中Psf、Pn（3）波形編碼與加密波形編碼技術(shù)通過引入冗余或偽隨機(jī)序列，實現(xiàn)信號特征的隱藏。例如，直接序列擴(kuò)頻（DSSS）利用偽隨機(jī)碼（PN碼）擴(kuò)展信號帶寬，使信號功率譜密度降至噪聲以下；而跳頻擴(kuò)頻（FHSS）則通過載波頻率的偽隨機(jī)跳變，躲避頻譜檢測設(shè)備的鎖定。近年來，基于人工智能（AI）的波形編碼方法逐漸興起，通過深度學(xué)習(xí)生成具有低相關(guān)性和高隱蔽性的編碼序列，進(jìn)一步提升抗截獲性能。（4）隱身信號設(shè)計的技術(shù)挑戰(zhàn)與未來方向盡管隱身信號設(shè)計已取得一定進(jìn)展，但仍面臨以下挑戰(zhàn)：通信-感知性能權(quán)衡：隱身設(shè)計往往以犧牲通信速率或感知精度為代價，需探索更高效的折中方案。實時性與復(fù)雜度：動態(tài)調(diào)制與功率控制算法的計算復(fù)雜度較高，難以滿足高速移動場景的實時性需求。多目標(biāo)協(xié)同隱身：在分布式通感一體化網(wǎng)絡(luò)中，如何協(xié)調(diào)多節(jié)點信號的隱身特性仍需深入研究。未來，隱身信號設(shè)計可能向以下方向發(fā)展：智能波形生成：結(jié)合強(qiáng)化學(xué)習(xí)（RL）生成對抗性波形，主動規(guī)避敵方檢測模型。跨域融合隱身：將時域、頻域、空域的隱身特性融合，實現(xiàn)全維度隱蔽通信。硬件協(xié)同設(shè)計：通過可重構(gòu)硬件（如軟件定義無線