博士生陈康建在China Communications期刊发表 ISAC波形设计论文

2026 年 6 月，博士生陈康建在戚晨皓教授的指导下，撰写的第一作者论文“Waveform Design for ISAC: Integrating Random Communication and Dedicated Sensing Signals”被SCI期刊China Communications录用。China Communications（中国通信）是中国通信学会（CIC）和IEEE通信学会（IEEE ComSoc）共同主办的SCI期刊，是国内无线通信领域的旗舰刊物之一。论文第一作者是博士生陈康建同学，通讯作者是陈康建的导师戚晨皓教授。

通信感知一体化（Integrated Sensing and Communications，ISAC）通过共享频谱、天线阵列、射频链路和信号处理等软硬件资源，在同一系统中同时实现通信和感知功能，是面向未来无线网络的重要技术方向。在ISAC系统中，波形设计是决定通信与感知性能的关键问题。然而，通信波形需要承载随机变化的用户信息，而感知波形通常是具有低旁瓣自相关特性的结构化信号，二者在设计目标和信号特性上存在显著差异。因此，如何设计兼顾通信服务质量和目标探测性能的ISAC波形，是提升ISAC系统整体性能的关键。

图1 通信感知一体化场景图

为此，论文聚焦于多用户通信与目标感知共存场景下的双功能ISAC波形设计问题，如图1所示。现有双功能ISAC波形设计方法主要可分为集成式和分离式两类。集成式ISAC波形设计方法通常需要直接优化高维空时信号矩阵，设计复杂度较高。分离式ISAC波形设计方法将随机通信信号与专用感知信号相结合，能够降低设计复杂度，但由于实际感知波形会受到随机通信符号的影响，容易造成感知性能下降。针对这一问题，论文提出了一种增强分离式双功能ISAC波形设计框架，将波形设计分解为空域波束成形和时域信号设计两个部分，在保持较低设计复杂度的同时，通过专用感知信号设计减轻随机通信信号对感知性能的影响，从而提升目标检测能力。

基于上述模型，论文建立了一个峰值旁瓣噪声比（Peak-to-Side-plus-Noise Ratio，PSNR）最大化问题，在满足多用户信干噪比（Signal-to-Interference-plus-Noise Ratio，SINR）约束和发射功率约束的条件下，联合优化通信波束成形、感知波束成形和专用感知信号。为解决该非凸分式优化问题，论文提出了一种两步波形设计方案。第一步，在满足通信用户SINR约束的前提下，分配通信与感知之间的发射功率，并最大化感知方向上的波束成形增益。第二步，在给定随机通信信号的条件下，提出了一种基于矩阵提升的分式规划算法，对专用感知信号进行设计。该算法通过矩阵提升处理PSNR目标函数中的四次型结构，并结合二次分式变换、惩罚项方法、主化最小化方法和交替最小化方法进行迭代求解。

图2 不同波形的匹配滤波输出对比图

如图2所示，论文对不同波形的匹配滤波输出进行了比较。通信专用方案由于直接使用随机通信符号进行感知，旁瓣水平较高；现有分离式双功能方案通过引入专用感知信号改善了旁瓣水平，但未充分考虑随机通信信号对实际感知波形的影响。相比之下，本文提出的增强分离式双功能ISAC波形设计方案能够显著降低匹配滤波输出的旁瓣水平，使目标峰值更加突出，从而有利于弱目标检测。

图3 不同波形的检测性能对比图

如图3所示，论文进一步比较了不同波形在目标检测概率方面的性能。仿真结果表明，在相同通信约束和发射功率条件下，本文提出的波形设计方案能够获得比现有方案更高的检测概率，尤其在主目标与次目标功率差异较大的场景下，仍能保持较强的弱目标检测能力。这说明所提方法能够有效缓解随机通信信号对感知性能造成的不利影响。

该研究通过设计专用感知信号以适配并补偿通信信号的随机性，有效提升了 ISAC 系统的感知性能和目标检测能力，为通感一体化波形设计提供了新的参考思路。