在一个日益充满对抗的电磁环境中，各国正竞相加强对设施、场所、关键基础设施和边境的防御，并防范诸如无人飞行器（UAV）之类的新威胁。随着对手利用频谱拥堵、电子战和新兴的反太空能力，仅凭弹性通信已不足以应对。

未来的防御架构将需要能够在同一频谱资源内，同时且智能地进行通信和感知的网络。集成感知与通信（ISAC）代表了这一演进过程中的关键一步。

目标

军事频谱优势是指能够为友军控制和利用电磁频谱（EMS），同时拒止对手使用，从而确保跨陆、海、空、天和网络空间的安全可靠行动。这对于现代通信、情报和武器系统至关重要，是美军联合全域指挥与控制（JADC2）计划的关键赋能因素。

频谱的分配和使用存在制约——既有物理层面的，也有政策层面的。根据负责为美联邦使用分配频率的美国国家电信与信息管理局（NTIA）的说法：“直到最近，先进技术始终略微领先于对频谱的需求。随着频谱需求的增长，技术开发出了能够在更高的未使用频段执行相同功能或提高频谱效率及重用现有频率的无线电设备。如今，频谱需求正在快速增长，这既源于现有服务（如蜂窝无线电和用于提升航空安全性的精密着陆系统）的扩大使用，也源于新用途的发展，例如个人通信服务、数字音频广播、先进电视和卫星声音广播。”

军方也在扩大对其所分配频谱的使用。只需想想在使用无线能力方面的进步——例如控制无人飞行器以及获取情报、监视和侦察（ISR）数据。

这正是ISAC演进的关键所在。通过将感知功能与先进的无线通信融合，ISAC能够在陆基和天基互联的领域内实现分布式态势感知，而无需依赖专用的雷达频谱。换言之，处于对抗空间的部队可以利用来自5G网络和战术无线电等通信系统的发射信号来探测、识别和跟踪威胁。

对于国防部门及更广泛的国防界而言，ISAC提供了一条增强现有传感器和雷达系统、提高频谱效率并强化对抗环境中韧性的途径。原生人工智能（AI）网络架构进一步实现了自适应频谱机动、实时干扰抑制和自主优化——这些能力对于保卫本土和轨道资产至关重要。

应对ISAC挑战

“雷达系统需要电磁频谱来感知和跟踪物理目标。通信系统（例如5G/6G）需要电磁频谱来交换数字信息。通过ISAC，其理念是重新利用通信网络以实现感知功能，”诺基亚联邦解决方案公司首席技术官史蒂夫·沃格尔桑表示。

为此，诺基亚联邦解决方案公司、AT&T和德克萨斯理工大学（TTU）正在位于德克萨斯州拉伯克市里斯国家安全综合体内的、以ISAC加速为特色的关键基础设施电信生态系统孵化器进行合作。“感知，类似于雷达，涉及使用与专用雷达类似算法处理接收到的信号。因此，5G硬件可以与修改后的软件一起使用，以执行该感知处理，”TTU关键基础设施安全研究所高级技术管理主任布伦达·康纳博士表示，“我们正在研究能量感知的目标检测（例如，有一个目标点）、跟踪（例如，该目标点正在移动）、分类（例如，该目标点是无人机还是车辆）和鉴别（例如，该目标是否为威胁），以保护关键基础设施，如微电网、石油和天然气以及水/废水处理设施。”

康纳表示，集成感知与通信的激动人心之处在于，同一频谱频率可以同时用于蜂窝通信和感知。例如，正交频分复用（OFDM）波形的集成感知和无线接入网调度器可以分配资源单元，而不是让类似雷达的感知与蜂窝通信竞争。这是一个非常高效的频谱共享能力。

沃格尔桑表示，ISAC可以通过多种方式重新利用通信网络来实现感知，包括被动感知（传感器检测并表征来自通信网络的现有发射信号，以寻找来自物体的反射或识别控制信号，例如无人机控制信号）；将感知功能集成到通信网络（例如5G/6G）中（网络系统监听反射信号，很像雷达）；或者从网络和/或用户设备中提取并分析关键性能指标，这些指标可以指示发射器或物理目标的存在和位置。

更简单地说：“我们使用一部分频谱进行感知，一部分进行通信，在时间和频率上进行切片，”他说。

实际上，ISAC有时利用现有能力；在其他情况下，会添加新的传感器来监测现有信号。有时也可能添加新的发射器或在现有发射器上添加新信号，沃格尔桑表示。6G正在将ISAC标准化以实现多供应商互操作性，并作为6G电信发展的一部分探索优化。将ISAC与人工智能（AI）融合是6G的基石，使网络能够使用共享频谱和硬件，在动态对抗环境中同时实现通信和感知。AI优化了这种集成，增强了实时检测、跟踪和资源管理。

“在5G/6G的背景下，这是迈向人工智能无线接入网（AI RAN）的步骤，”沃格尔桑说，“这有可能使您能够在网络中部署模型来进行第一级分析，减少信息流。在初始应用场景中增加态势感知，解决方案有些分析在边缘进行，有些在更中心的位置进行……无论是仅仅跟踪某物还是触发缓解措施。”

沃格尔桑表示，ISAC作为一个概念，更多体现在防御方面。“在初始应用场景中增加态势感知，最大的推动力更多是基于美国本土，以保护关键基础设施、重大活动、边境……我认为这项技术将首先在美国基础设施保护方面得到完善，然后才能扩展到更具战术性的环境中。”

使用ISAC为军队带来现实效益。任何将态势感知扩展到专用雷达装置范围之外的能力——例如当部队在对抗空间推进时——都能提供潜在攻击的预警。利用现有通信设备随时具备这种能力，意味着无需携带额外装备。并且，例如，升级这些通信设备中的软件是快速且具有成本效益的。

美军“金穹”中的ISAC

“金穹”是一项计划中的多层导弹防御系统，旨在保护美国免受弹道导弹、高超音速导弹和巡航导弹的攻击。其设想了一个由数千颗配备传感器和拦截器的卫星组成的星座，以提供全球“助推段”防御。通过“可扩展本土创新企业分层防御”不定交付/不定数量合同载体——为期10年，价值1510亿美元——TTU获得了一份专注于最低防御层（称为“有限区域防御”）的合同。诺基亚联邦也包含在SHIELD IDIQ合同载体中。

“我们专注于利用电信ISAC功能来感知威胁关键基础设施的物体，例如无人机和车辆，重点关注偏远能源受限环境，”康纳说。“我们还在创新开放ISAC处理接口，该接口将向启用人工智能的融合层（例如用于态势感知的通用作战图）提供感知数据流。实际上是启用人工智能的融合功能，它将吸收来自电信感知能力提供的信息，并结合其他信息，以确定适当的应对措施。”

沃格尔桑和康纳解释说，这个ISAC解决方案意味着诺基亚的无线接入网（RAN）将提供一个应用程序接口，提供代表检测到的物体移动的感知数据集。TTU的人工智能融合引擎将处理来自诺基亚RAN的感知数据流，可能会结合其他数据，执行物体分类，例如判断是车辆还是无人机。

“有很多复杂的信息需要组织，以便能够被理解，”康纳说。“我们如何才能提高效率，无论是感知本身还是您如何共享这些信息。”

沃格尔桑表示，ISAC的潜力不仅限于提供物体接近的预警。“它可以包括寻找无人机的指挥与控制信道；它可以包括从（敌对）移动网络中提取数据。有一些技术可以从网络本身获取信息。”

结论

对于国防界而言，ISAC提供了一条增强现有导弹防御传感器、提高频谱效率并强化对抗环境中韧性的途径。原生人工智能网络架构进一步实现了自适应频谱机动、实时干扰抑制和自主优化——这些能力对于保卫本土和轨道资产至关重要。

行业研究和公私合作对于完善这些能力至关重要。随着电磁战场的日益复杂，感知与通信的集成可能被证明是实现频谱优势和确保下一时代导弹防御中“有限区域防御”任务成功的关键。