研究背景：

在6G通信技术加速演进的今天，通信感知一体化（ISAC）是一项核心技术，但正面临着能耗高、频谱资源紧张、硬件成本高昂等诸多挑战。当前多数ISAC方案仍未能突破时分或频分的传统框架，未能有效考虑天线空间分集上的通感功能共存问题。智能超表面（Intelligent Metasurface, IM）以其低成本、可编程调控电磁波场的能力为实现符号级别的ISAC技术提供了重要契机。

文章概述：

在此背景下，中国移动研究院与北京大学联合研究团队提出了一种基于智能超表面的ISAC方案，创新性地在直接天线调制（Direct Antenna Modulation, DAM）框架下首次实现了 “符号级并行” 的通感融合。该方案的核心思路直观且高效：在高阶调制中，不同符号的发射幅度存在天然差异，以 16-APSK 星座为例，其包含高幅度与低幅度两类符号。传统 DAM 技术为保障通信可靠性，通常让超表面孔径增益资源全部分配在通信接收方向，导致低幅度符号对应的孔径能量出现 “利用不足” 甚至 “浪费” 的现象。如图一所示，研究团队将这部分闲置能量视为可回收的 “剩余资源”，通过超表面编码技术将其重新引导至感知方向，在不削弱通信性能的前提下，为感知链路提供额外照射能量，真正实现通信与感知的并行协同。

图文导读：

图1.系统概念图

图2.原型系统示意图

为了支撑这一核心思想，研究团队构建了完整的原型系统：智能超表面采用 1-bit 相位量化单元，通过 PIN 二极管实现两种相位状态的快速切换，由 FPGA 生成编码序列并驱动阵列，完成 DAM 所需的高速编码调制。该超表面由 32×24 个单元组成，整体尺寸约 780.8 mm×585.6 mm，单元周期 24.4 mm，介质板厚度 1.52 mm、介电常数约 2.44，这套工程参数既保证了足够的孔径增益，又有效控制了实现复杂度。系统端到端采用双接收机架构，RX1 负责通信解调，RX2 专注于感知信号采集与后续识别，从硬件层面为并行通感提供了清晰的功能分工。

图3.可用于同时感知与通信的编码设计

在编码设计层面，研究团队针对性地开发了两类具有明确物理意义的超表面模式：当发射符号位于 16-APSK 的高幅度区域时，启用通信优先编码模式，将孔径能量集中指向通信接收机，确保星座点判决的鲁棒性；当符号处于低幅度区域时，自动切换至通感并行编码模式，使超表面同时形成两束主波束 —— 一束持续对准 RX1 维持通信，另一束指向 RX2 或感知区域，承接并释放低幅度符号 “未被通信功能完全消耗” 的孔径能量。这一创新设计让通信端保持稳定的调制映射，而感知端在不额外占用时频资源的情况下，获得了显著的信号增强。实测数据验证了这一效果：通感并行编码模式下，感知通道的信号幅度提升约 2–10 dB，而通信优先编码模式下，感知端仅能接收到旁瓣等非理想因素导致的微弱泄漏信号。

该工作构建了一种面向 6G 的 “能量复用 + 编码复用” 智能超表面通感一体范式：在不额外扩展频谱、不显著增加射频链路复杂度的前提下，将高阶调制中天然存在的能量不均衡转化为可调度资源，把通信体系中闲置的能量回收给感知，通过可编程超表面在符号级实现通信与感知的同步运行。研究团队指出，该思路有望广泛应用于智能家居、智慧工厂、机器人与低空经济等场景，并可进一步拓展至太赫兹或光学等更高频段的 DAM-ISAC 系统，为下一代无线系统的环境智能化提供切实可行的设计路径。

论文第一作者是中国移动研究院赵晗汀和魏梦麟。

论文信息：

Concurrent sensing and communications based on intelligent metasurfaces

Hanting Zhao* Menglin Wei* Mingyi Li Jing Jin Qixing Wang Chunju Shao Haiyu Ding Lianlin Li*

Advanced Electronic Materials

DOI:10.1002/aelm.202500594

原文链接：https://doi.org/10.1002/aelm.202500594

期刊简介：

Advanced Electronic Materials重点发表物理：应用、材料科学：综合、纳米科技相关方向的文章。该期刊是一个跨学科论坛，在材料科学，物理学，电子和磁性材料工程领域进行同行评审，高质量，高影响力的研究。除了基础研究外，它还包括电子和磁性材料、自旋电子学、电子学、器件物理学和工程学、微纳机电系统和有机电子学的物理和物理性质的研究。