面向6G的卫星通感一体化
本文围绕6G技术展开，重点探讨了通感一体化在卫星网络中的应用与技术挑战。通感一体化被认为是6G网络的关键技术之一，能够通过空地一体化、通信感知一体化、语义通信、人工智能内生、区块链、算力网络、波形设计、波束赋形和干扰消除等多方面提升网络性能。文章指出，通感一体化在5G和6G网络中的发展具有重要意义，当前研究主要集中在星地协作的通感一体化方案、通感一体化波形设计、波束赋形技术和干扰消除等方面。尽管技术发展迅速，但通感一体化在6G中的应用仍面临诸多挑战，未来研究需要在技术融合与创新上持续突破，以实现通感一体化网络的高效运行与业务支持。
摘 老
摘 老
【关键词】 6G；通感一体化；天地一体化；波形设计；波束赋形
0 引言
尽管全球遭受了新冠疫情的影响，但人们对于5G网络建设的投入和创新应用的热情依然非常高涨。2021年，我国移动技术和服务为企业创造了高达4.5万亿美元的经济价值，占全球GDP的5%。预计到2022年，全球5G网络的总连接数将突破10亿[1]。我国5G网络建设正快速推进，截至7月末，5G基站总数已达196.8万个，占移动基站总数的18.8%[2]，并且我国是全球首个基于独立组网模式大规模建设5G网络的国家[3]。
与此同时，全球已拉开6G研发竞赛的序幕，6G研发的重点已从两年前的“场景挖掘”和“技术寻找”阶段逐步转向关键技术的深入探索与研究。2020年2月，ITU-R无线工作组5D（ITU-R WP5D）正式启动了面向2030年及6G的研发工作，致力于制定建议草案“2030年及后续IMT愿景”，并广泛征求各方面的意见，包括但不限于用户和应用趋势、综合管理技术的演变、使用情况、能力、框架和目标等。我国制定了《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》，明确提出“前瞻布局6G网络技术储备”[5]。自2019年起，科技部启动国家级6G科技研发项目，围绕“与5G/6G融合的卫星通信技术研究与原理验证”、“6G通信-感知-计算融合网络架构及关键技术”等6G核心技术方向，制定了多项专项研发计划[6]。这些举措不仅有助于我国巩固6G研发地位，更将提升我国在全球6G领域的的话语权。
各国对6G发展愿景逐步趋同，基于空天地一体化的6G网络已逐渐成为行业共识。目前，国际标准化组织已启动5G和5G-Advanced采用卫星技术的研究工作。在2022年5月，ITU-R SG4 WP2B第51次全体会议上，由中国信息通信研究院牵头，联合中信科移动、中国卫通、华为、中兴等多家单位共同制定的《IMT-2020卫星无线电接口愿景与需求报告书》已完成主体内容，标志着5G卫星技术国际标准化取得重大进展，为未来6G卫星融合系统标准化奠定了坚实基础。
与此同时，通感一体化也被视为学术界和科技界的研究热点和关键技术领域之一。当前，各界对于通感一体化的研究主要集中在地面应用层面，并对与6G地面移动通信技术的融合进行了深入探讨。相比之下，卫星与通感一体技术融合方面的研究与应用则相对滞后。本文基于6G通感一体技术的发展趋势以及6G天地一体化的未来规划，对6G环境下卫星通感一体化技术的相关关键技术和实现路径进行了深入探讨和展望。
1 通感一体化技术的发展现状和趋势
上世纪六十年代，马丁公司提出了一种方法，通过雷达间隔脉冲能够承载由地面向太空的航天器发送的信息[7]，这为通感一体化的研究提供了重要启发。在上世纪90年代后期，综合射频系统概念的提出，通过将天线孔径与射频部分整合到同一平台上，实现了雷达、电子战和其他关键功能的一体化设计。同时，通过资源管理，舰载数字阵列雷达被灵活配置，用于干扰、电子情报、通信以及其他任务。
雷达与通信在发展历程中相互交织、相互启发、相互借鉴，当前，两者的技术发展呈现出高度的一致性：致力于实现更宽频段、更大阵列以及对视距信道信号处理方式的优化，这为两者的融合设计提供了坚实的技术基础。随着下一代车联网和无线电技术的快速发展，通感一体的概念受到了众多企业和标准化组织的关注[8]。
1.1 通感一体化的现实需求
通信感知一体化是一种通过空口及协议协同设计、时频空资源共享与硬件设备协同优化等技术手段，实现通信功能与感知功能的统一化设计。该技术不仅能够保障无线网络在高质量通信交互中的性能，还能够显著提升感知精度和细化感知能力。通过这种协同优化，通信网络不仅能够实现功能的统一化设计，还能实现通信与感知功能的协同优化，使两个功能在同一个系统中实现互惠互利，从而实现网络整体性能和业务能力的显著提升。该技术的核心设计理念是实现功能的统一化设计，实现通信与感知功能的协同优化，使两个功能在同一个系统中实现互惠互利。
在有限的频谱资源、能源资料以及高密度连接等客观条件的制约下，要实现人类对"万物智联"的美好愿景，就必须通过某种方式达成感知与通信两大功能之间的资源利用效率。随着技术的不断发展，移动通信与雷达感知呈现出一种双向互动的趋势。首先，移动通信频谱与雷达感知频谱在资源利用上具有一定的趋同性；其次，随着移动通信大流量传输能力和雷达感知分辨率的提升，均提出了对大规模阵列天线技术的要求，这为移动通信与感知两大功能的基础条件的形成奠定了基础，从而使得一体化设计成为可能。
在垂直行业领域，新型技术对通信和感知提出了更高的要求，这需要通信和感知功能的有机融合，以虚拟网络的管控方式实现提升实体运行效率的目标。以数字孪生智慧城市为例，新型智慧城市建设强调地上、地下三维一体化的建设目标，对从诞生到变化、发展的全生命周期管理，这需要功能广泛的感知能力、通信能力和计算能力的有机融合，而通感一体化技术将在可以预见的未来在新型智慧城市建设方面发挥重要作用。
1.2 通感一体化的发展状况
通感一体化技术领域的学术研究已在全球范围内展开，并呈现出爆发式增长趋势。根据统计数据，完成第100份IEEE通感一体化文献的研究耗时50年（1963-2013年），而完成第4个100份IEEE文献仅需1年时间（2019-2020年）[9]。美国麻省理工大学于2022年成功开发了一种射频视觉技术RFusion，该技术通过无线电波感知被遮挡物体，在光线视觉受限的场景中展现出广泛的应用潜力，例如利用无线电波穿透墙壁进行隐藏物体探测等。我国高校在通感一体化技术研究方面持续取得突破性进展，以北京邮电大学、电子科技大学为代表的研究团队在相关领域开展深入探索。其中，北京邮电大学针对智能车联网系统，提出了一种基于感知-通信-计算融合的智能车联网构建方法与设计思路，该方法旨在提升自动驾驶车辆的协同环境感知能力，并通过引入移动边缘计算技术（MEC, Mobile Edge Computing）来降低车间感知信息传输负担，优化多车协同信息融合与处理效率，最终实现基于多车智能协同的安全自动驾驶目标[11]。
在6G技术研究领域，包括华为、诺基亚等科技企业均投入了通感一体化技术领域的研究。诺基亚认为6G网络将是一个传感器，能够创造增强的AI数字第六感觉，并于2021年发布了《B5G和6G系统的通信和感知联合设计（Joint design of communication and sensing for Beyond 5G and 6G systems）》白皮书[12]。在2020全球移动宽带论坛期间，华为将通信感知融合（HCS, Harmonized Communication and Sensing）作为5.5G产业的六大场景之一。2021年12月，华为采用5G毫米波频段的3GPP 5G信号在北京怀柔外场完成了全球首个面向5G-Advanced通信感知一体技术验证，从而为业界通感一体技术的应用和技术创新提供重要参考[12]。
该标准正在推进中，802.11bf有望成为全球首个实现无线通感一体化的通信标准。IEEE 802.11工作组于2020年9月批准了一项项目授权请求（PAR），将定义IEEE 802.11bf新任务组（TGbf）[13]。该标准将无线设备转变为传感器，用于在人与物理空间中感知信号的干扰与反射，从而收集有关人与物体的数据。在确保通信性能的前提下，该标准将增强WLAN感知功能[14]，并已明确定义了室内感知、手势识别、医疗健康、三维视觉以及车内感知等多样化应用案例[15]。
1.3 面向6G的通感一体化演进路线
（1）6G关键技术
在6G"技术探索"阶段的深入研究背景下，星地融合网络、通信感知一体化、语义通信、人工智能内生、区块链、算力网络、智简网络架构等技术已发展成为重要技术方向。其中，在"泛在覆盖"场景下展现出显著效能的通信感知一体化技术，已发展成为6G研究的热点方向。
（2）地面6G通感一体化面临的关键问题
通过融合通信与感知在多个层面进行整合，可以实现双方的互利共赢[16]。基于现有研究，地面6G通感一体化系统面临的主要挑战包括回波检测、互干扰、自干扰、同步误差以及能量积累等方面的问题[17]。图1详细列出了该系统需要解决的关键技术难题：
为了解决这一问题，需要构建通感算一体化网络体系，首先要解决通感一体化空口技术设计难题。针对6G时代卫星通感一体化演进技术路线和关键技术，需要重点研究基于星地协作的技术方案、通感一体化波形设计、通感一体化抗干扰等关键技术领域。
（3）面向6G的卫星通感一体化三阶段演进路线
图2展示了通信和感知一体化将沿着三个阶段的演进路径，逐步分为三个阶段发展，即"各自发展"、"通感融合"和"通感一体"三个阶段[18]：
在移动通信发展的4G及以前阶段，通信与感知各自独立发展，两者之间的交集极为有限。进入5G-Advanced阶段，通感一体化已被明确列入创新链产业链融合联合行动计划，被视为5G-Advanced的重要创新方向之一。通信与感知将实现功能的融合，目前仍处于通感一体化的初级阶段。3GPP Release 18将是5G-Advanced的第一个标准版本，预计将于2023年进入冻结阶段，通感一体化技术最早将在2023年正式融入移动通信标准。
在经历了5G-Advanced阶段的3GPP Release 18和19版本的完善后，通信与感知功能的融合程度得到了显著提升。在2030年6G标准化阶段（包括3GPP Release 20及其后续版本），移动通信与感知功能将实现真正的一体化协同设计，并基于原生AI技术实现通信与感知资源的智能分配，以满足 diverse行业和 various场景的通信与感知应用需求。
在中华人民共和国境内，IMT 2030（6G）技术标准工作组将通信感知整合技术被列为未来6G的重要技术候选[20]，并已开展相关技术研究工作。
2 卫星技术的发展现状和趋势
基于卫星的主要功能及其应用领域，业界对卫星进行了分类，主要包括通信卫星、定位导航卫星和遥感卫星三大类。随着卫星领域的技术革新和新型应用场景的不断涌现，卫星技术逐步具备了与地面移动通信网络融合的技术基础。
2.1 卫星技术发展现状
卫星通信、卫星定位导航、卫星遥感在业内被视为"通、导、遥"三大基础功能，在各行业均具有举足轻重的地位。回顾过去几十年卫星技术的发展历程，可以发现"通、导、遥"三者基本上是各自独立、平行发展的状态，尚未形成统一的整体，资源利用效率有待提升，信息获取的整体效能偏低，这已经成为制约信息化时代社会发展的关键因素之一，亟需进行系统性改革。
从通信容量和轨位等维度来看，通信卫星朝着地球静止轨道（GEO，Geostationary Orbit）、高通量卫星（HTS, High Throughput Satellite）和大规模非静止轨道（NGSO, Non-Geo-Stationary Orbit）星座方向持续发展。高通量卫星通过多点波束和频率复用技术，在相同频谱资源下，将整星通信容量较传统固定通信卫星提升了数倍（参考文献[21]）。从国际GEO高通量卫星容量来看，自2005年首颗IP STAR卫星入轨以来，历经四代技术演进（参考文献[22]），正朝着Tbps级别超大吞吐量时代迈进。相较于传统卫星，高通量卫星在制造、发射及发射保险费用方面与传统卫星基本持平，但数据吞量却可达到成百上千倍，因此在容量及单位带宽成本方面具有明显优势，具备与地面网络竞争的可能性（参考文献[23]）。高通量卫星通过频率复用和点波束技术，不仅提升了通信容量，还进一步优化了波束增益，有助于缩小终端设备尺寸，拓宽应用场景。采用高通量卫星通信技术可为用户提供免建中心站服务，显著降低建设及运维成本，并采用与地面移动通信网络相似的流量计费方式，这在一定程度上也降低了某些间歇性传输场景下的通信成本。从高通量卫星载荷技术角度来看，当前关键技术涵盖超大规模高性能多波束天线技术、跳波束通信技术、数字透明转发处理技术、基于微波光子的星上转发技术、灵活载荷技术及波束预编码技术等多个方面。
以星链、OneWeb等为代表的大型星网星座系统，是卫星通信技术发展的重要方向之一。其中，星链项目计划在低地球轨道部署约4.2万颗卫星，截至2022年9月4日，已成功发射3259颗[24]，累计用户数突破40万。我国已将卫星互联网纳入国家新基建规划，并向国际电信联盟ITU提出了由12922颗卫星组成的“GW-A59”星座以及“GW-2”星座的建设申请。2021年4月，中国卫星网络集团有限公司正式成立，主要职责是负责NGSO星座的运营维护工作。在该领域，多波束星载相控阵天线、星间链路以及跳波束通信技术已逐步发展成熟，成为具有较大发展潜力的关键支撑技术。以美国星链星座为例，目前在轨运行的每颗卫星均配备了四个相控阵天线，显著提升了单星的吞吐能力，单星通信容量可达17至23 Gbps。
对于遥感卫星，根据观测对象的不同，可以分为空间探测遥感卫星和对地观测遥感卫星，其中对地观测遥感卫星应用最为广泛。根据遥感器探测波段的不同，遥感技术可分为光学遥感和微波遥感。光学遥感技术的核心包括全色波段、多光谱和高光谱分辨率技术。微波遥感工作在微波波段，主要包括微波辐射计、微波散射计、雷达高度计和合成孔径雷达（SAR, Synthetic Aperture Radar）等技术，其中合成孔径雷达技术是微波遥感中的重要组成部分。遥感卫星多工作于非静止轨道的小型卫星，具有短研制周期、低成本、轻重量、发射方式灵活、部署灵活等优势，微纳遥感卫星是遥感技术发展的趋势之一。国外微纳卫星发展最为活跃，美国Planet卫星群目前是最大的微纳卫星群，能够为用户提供3~5米分辨率的可见光和近红外数据[25]。
近年来，卫星定位导航系统在政治、经济、军事等多个领域具有重要意义。航天强国持续投入资源，逐步构建自主卫星定位导航系统。截至目前，已形成四大全球导航卫星系统和两大区域卫星导航系统。其中，四大全球导航卫星系统包括美国GPS、俄罗斯GLONASS、中国北斗卫星导航系统以及欧盟的伽利略卫星导航系统等；两大区域卫星导航系统则由日本准天顶卫星系统和印度太空卫星导航系统组成。星基增强、地基增强以及通导融合被视为卫星定位导航技术的发展方向。我国北斗卫星导航系统在通信功能方面实现了革命性突破，至此，GPS III系统也具备了类似功能。完成组网后，用户可通过新型客户端与导航卫星实现短数据信息交互[26]。
2.2 卫星“通、导、遥”融合发展趋势
在垂直行业应用需求的驱动下，"通、导、遥"融合被广泛探讨为前沿课题之一。国内专家学者从天基信息实时服务系统的角度出发，提出了一个包含定位、导航、授时、遥感和通信（PNTRC）的五位一体融合构想[27-28]，并进一步建议应加速构建"通、导、遥"融合服务基础设施与平台的建设期望。在多个论坛上，业界团体组织通过集思广益的方式深入探讨了通导遥融合发展的可行性[29]。从顶层设计的角度来看，国家提出了打造全球覆盖、高效运行的通信、导航、遥感空间基础设施体系[5]的建设导向，这为"通、导、遥"融合提供了政策层面的可行性支撑。
软件定义卫星被视为卫星行业发展的新方向。当前，软件定义卫星研究的重点主要集中在软件定义无线电技术在卫星上的应用、多载荷多功能卫星以及分布式多种功能卫星这三种模式上。随着软件定义卫星技术的发展，其在多功能可重构系统架构、多任务多功能星座优化设计方法、算法组件化技术和智能化技术等方面取得显著进展[30]，这将为卫星通导遥融合技术的实现及其技术迭代提供有力支持。
2.3 面向6G的星地融合演进路线
国际电信联盟ITU所提出的6G网络体系中，融合卫星通信在内的多种网络（ManyNets）[31]充分表明这一重要地位。3GPP已启动了关于卫星通信与5G融合研究的进程，这一研究主要体现在三个技术报告TR38.811 TR38.821以及TR22.822中[32]。图3展示了3GPP关于卫星与陆地移动通信融合发展的技术路线图[33]可以看出在4G及以前阶段卫星与陆地移动通信各自独立发展；而到了5G及5G-Advanced时代卫星将与陆地移动通信实现集成3GPP正致力于5G非地面网络NTN的研究与标准化工作；在6G时代卫星将与陆地移动通信实现深度融合无论是系统架构还是空口协议等都将进行联合设计最终形成天地一体化的融合系统。
3 面向6G的卫星通感一体化
在学术界和科技界，关于通感一体化的研究领域主要局限于6G地面移动通信网络的范畴。然而，随着卫星与地面移动通信的深度融合，构建空天地一体的全球全域网络已使成为各界6G共识的焦点。因此，深入探讨面向6G的卫星通感一体化技术具有重要的理论和应用价值。在后续内容中，将对未来的6G卫星通感一体化及其关键技术进行深入探讨和展望。
3.1 星地协作的通感一体化方案
6G通信感知一体化架构具备多维感知与连接能力，进一步加强垂直领域应用的升级。在6G时代，更强移动宽带（FeMBB）、极可靠低时延通信（ERLLC）、广覆盖高时延高移动性通信（LDHMC）、超大规模机器类通信（umMTC）以及极低功率通信（ELPC）等五大典型应用场景[32]，均需要6G网络实现全域协同感知。
（1）卫星通感算一体网络架构
空天地一体化的6G时代将要带来比5G及其演进阶段更多样的应用场景，同时需要满足多维极致性能需求。这一要求需要将传统定位、探测、成像等无线感知功能与无线传输功能深度融合，同时借助算力网络进行辅助计算处理，实现感知通信计算的交叉融合[33]。
卫星感知计算融合网络主要由中心网云、通感一体化网元和分布式终端三个主要组成部分构成。其中，中心网云主要职责包括核心网和应用软件的集成部署，具体部署于天基和地基数据集群中；通感一体化网元主要指6G通信基站，包括天基的星载基站和地面基站，通过星地协作的方式，共同负责分布式终端的信息感知、传输和计算任务；而分布式终端则特指具备通感一体功能的6G终端，主要分为移动终端和固定终端两大类，其中移动终端又可分为手持型、车载型和机载型等多种类型。通过建立卫星感知计算一体化的网络架构，不仅能够实现感知与通信功能的全面可靠联结，还能够进一步实现通信与感知功能的协同互惠。
图4 给出了卫星通感算一体网络架构，其主要特点表现在：
高低轨协同：高低轨卫星分别在算力、功率、时延等方面具有各自的优势，通过智能协同，从而满足多种应用场景的需求。
动态分簇：以满足通感一体在特定场景下的高算力需求，LEO轨道卫星之间可动态分簇，通过聚合计算资源来满足算力需求。
计算感知网络（CAN, Computing-Aware Network）：基于广泛分布的计算节点，通过网络连接感知和处理多维资源，实现服务的自动化管理。该网络能够感知和整合应用、网络、计算资源以及用户需求等多维资源，并实现算力和网络资源的协同调度，使应用能够灵活调用不同位置的计算资源，实现边缘计算与云计算的协同联动，从而最大化用户体验并优化计算和网络资源利用率。
在卫星平台中，多种计算架构的组合构成了异构计算的基础。采用异构计算方案后，能够显著提升卫星整体的计算能力和计算资源利用率，这一方法在文献[35]中得到了验证。
6G卫星通感算一体化网络架构为构建内生智能新型网络提供了理论支撑，充分支持各节点通过通信、计算和感知能力实现星地分布式学习、星地群智协同和云-边-端一体化算法部署，为泛在智能化网络覆盖提供原生支持，同时原生支持各类AI应用，构建6G新生态，实现以用户为中心的业务体验。
6G卫星通感算一体化是一种开创性的新型网络形态，基于星地协同架构，实现了通信资源、感知资源和计算资源的高效整合与优化协同，以满足6G线通信与感知功能服务及新型应用的系统需求。在星地一体的虚拟化平台上部署网络智能和控制中心，通过总线实现网络信息的全局感知。同时，将感知、通信信息以及资源调度需求分配至各网络节点，建立通感共识，从而显著提升网络性能。
（2）新型分布式协同感知技术
6G技术预计将在6 GHz以下频段、毫米波频段、太赫兹频段以及可见光频段实现深度融合组网，通过各频段间的动态协同，有效提升整体网络服务质量，并减少网络能耗[36]。该系统由卫星、飞行器以及地面设施构成的空天地海多层次通感一体化通信网络，为社会智能信息融合提供了坚实支撑。新型分布式协同感知系统由具备通感一体功能的智能体终端、通感一体接入网（包括地面基站和星载基站）以及部署于卫星和地面设施的核心网和应用系统组成。每个网络节点都具备通感一体功能，不仅拥有感知、通信能力，还具备所需的计算能力，包括终端端侧计算能力、地面及星载基站的边缘计算能力，以及核心网和应用系统的计算能力等。
在感知资源受限的场景下，单个网络节点难以达到最佳感知性能。为了解决单点感知资源受限的问题，多点组网协同感知的方法被用来提升网络感知性能，成为多节点网络化感知的发展趋势[18]。多个网络节点在分布式部署下，能够感知周围物体的类型及其对网络的影响等信息。通过多节点感知数据融合，可以减少测量的不确定性，从而提升感知性能。另一方面，还可以通过与更多网络节点建立连接并实现信息共享，通过相互分享感知结果，建立感知信息的共识。图5展示了新型分布式协同感知技术示意图：
3.2 新型通感一体化波形设计
通信和感知系统在长期的发展进程中呈现出平行发展的态势。在信号波形、信号带宽、动态范围、多频勒频移以及峰均功率比（PAPR, Peak to Average Power Ratio）等维度上存在显著差异。然而，随着移动通信技术的不断发展，尤其是向着毫米波及更高频段迈进，通信和感知在硬件和频谱资源等方面逐渐形成了融合的基础。
在通信感知融合框架中，通过统一波形架构设计实现感知信号与通信信号的共享硬件资源[37]。通感一体化波形设计的目的是实现通信感知硬件资源与频谱共享的协同发展，在同一信号处理平台上实现感知与通信功能的统一。该设计方式一方面能够有效降低感知信号与通信信号之间的电磁干扰，减少雷达与通信双系统运行能耗，提升系统集成度并降低建设成本。另一方面，这种设计能够提高资源利用率，同时在完成目标物信息感知的同时，实现通信功能的完美对接。
然而，通感一体化波形设计在应对多样化场景时，需要面对灵活适应性通信感知一体化波形的构建挑战，这种设计需要在通信信号的随机性与感知信号的强自相关性之间进行权衡关系的优化。同时，该设计需要与数据链路层和网络层的调度机制相协调，这要求在实现过程中充分考虑多节点组网能力的提升，以确保整体通信系统的高效运行。
新型一体化波形设计以通信与感知功能整合为目标，并融合AI技术，通过场景应用结合，实现通信与感知信号权重的智能匹配，从而自动生成所需波形。图6展示了新型通感一体化波形设计图示。新型通感一体化波形F_w由通信功能波形及其权重F_c的乘积，以及感知波形及其权重F_r的乘积进行叠加构成。与地面移动通信基站相比，星载基站呈现出动态特征显著，其接入终端及应用场景随业务类型不断更新，因此引入了F_c和F_r权重的动态调节机制，通过AI算法对应用场景进行智能分析并动态优化，从而实现对通信与感知性能的自动适配，确保在全场景下F_w波形具备良好的适用性。在以通信为主导的应用场景下，通过保持通信性能的同时，赋予波形感知能力，利用AI算法进行性能迭代和动态调整，直至满足场景业务需求；在以感知为中心的应用场景下，采用类似方法动态调节通信与感知性能权重。在通信与感知同等重要时，通过功能联合设计，利用通感一体化信号波形的智能优化，满足业务需求[30]。
相关研究认为，未来的天地融合的6G卫星系统将具备内生智能特性[32]，从而实现自主识别应用层业务类型。通过链路层和网络层的调度匹配，系统将生成满足业务需求的通感参数，并在物理层实现通感互信息加权的新型通感一体化波形。同时，天地融合的6G移动通信网络将从以5G及以前的网络为中心的模式，向以用户为中心的模式转变，支持多连接、多节点组网形式的业务开展。
3.3 通感一体化波束赋形技术
对于通信感知一体化系统中的波束赋形技术，需要兼顾通信性能与感知性能的双重性能，阵列天线的波束赋形技术通过优化天线空间分布，有效提升通信传输效率和信号检测精度[20]。在MIMO雷达通信一体化系统中，通感一体化系统可分为通信与感知天线分隔以及通信与天线共用两种基本模式进行功能划分。具体而言，在通信与感知天线隔离部署模式下，系统将天线资源划分为独立的功能模块，其中一组天线专门用于雷达信号处理，另一组则专注于下行通信数据的传输；而在通信与感知天线共享共用模式下，所有天线则协同完成感知探测任务与下行通信数据的传输。图7展示了两种模式下的天线部署方案。
在通信与感知分隔部署的场景下，基站的雷达天线采用14根，通信天线采用6根，在通信与感知分隔部署的场景下进行波束赋形仿真。图8展示了多波束模式下的波束赋形仿真结果，表明在多波束模式下，天线共用部署方案具有较高的峰值。通过图9的单波束模式仿真结果可以看出，在单波束模式下，天线共用部署方案的主瓣与旁瓣的比值更高。因此，在波束性能与下行信噪比（SINR）方面，通信感知天线共用部署方案显著优于天线分隔部署方案。加权优化问题可实现性能与原问题接近的同时，计算复杂度显著降低，这一特性为通信系统设计提供了良好的性能/复杂度折优方案[39]。
3.4 通感一体化干扰消除技术
在6G天地整合的背景下，通感一体化网络将部署大量智能节点，这些节点的动态部署将引发无线环境的复杂化和多变化，通感无线信号的互干扰难以避免。干扰消除技术将被视为6G卫星通信感知一体化的关键技术。
通感一体化系统的天线设置主要由两部分构成：一部分是负责持续接收回波信号的阵列天线，另一部分是根据上行和下行通信需求动态调整收发状态的阵列天线，以有效解决感知最小距离问题[18]。基于上述假设条件，6G通感一体化系统面临两个主要挑战：第一，天线间的收发干扰，即系统内部的自干扰问题，这是制约系统性能提升的关键因素；第二，收发状态切换过程较为复杂，导致系统在应对环境干扰方面面临更大的挑战。
针对上述两个挑战，提出如下思路：
对于天线收发互干扰问题，内部全双工技术是一种潜在的解决方案。采用内部全双工技术，可以实现同频段内同时接收和发射电磁波信号，其核心技术机制体现在对自干扰的抑制能力上。从当前技术产业的发展水平来看，小功率、小规模天线单站全双工技术已经具备了实用化的基础[40]，其潜在的技术发展前景非常广阔。通过预先对天线间的收发响应矩阵进行测量，可以实现数字自干扰的消除和双天线间的正交波束赋形设计。在此基础上，结合收发天线的物理隔离技术，可以有效抑制通感一体化的双天线系统之间的互干扰。
针对复杂多变的环境干扰问题，基于码分复用的通感一体化信号处理技术是一种潜在的可行方案。通过正交码本的码分增益性能，能够有效抑制电磁环境干扰，降低误码率。在此基础上结合信道估计技术可恢复通信信号特征，利用串行干扰消除方法可进一步降低或减弱通感一体化信号接收信号处理之间的互干扰，从而使通信和感知性能互惠互利。
另外，信号处理的核心是对信号施加线性/非线性变换的叠加组合[18]。采用机器学习具备能力，可以学习信号处理的模型，进而区分有用信号与干扰信号，实现基于机器学习的通感一体化信号处理的高效去除干扰的技术。
4 结束语
6G网络本质上可以被视为一个巨大的传感器，而通感一体化则被视为6G网络发展过程中的一个关键方向。本文通过系统梳理地面通感一体化与卫星通导遥融合的现状及发展趋势，提出了卫星通感一体化作为研究重点的合理依据，并从星地协同的通感一体化方案、通感一体化波形设计、通感一体化波束赋形以及干扰消除技术等多个维度，深入探讨了面向6G的卫星通感一体化潜在方案和技术。基于此，未来可以进一步开展相关领域的深入研究。