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电气工程与系统科学 > 信号处理

arXiv:2510.03749 (eess)
[提交于 2025年10月4日 ]

标题: 面向安全ISAC波束赋形:需要多少专用感知波束?

标题: Towards Secure ISAC Beamforming: How Many Dedicated Sensing Beams Are Required?

Authors:Fanghao Xia, Zesong Fei, Xinyi Wang, Nanchi Su, Zhaolin Wang, Yuanwei Liu, Jie Xu
摘要: 在本文中,研究了多用户多窃听者集成感知与通信(ISAC)系统中的感知辅助安全通信。 保密通信信号和专用感知信号由基站(BS)联合传输,以同时服务用户并感知空中窃听者(AEs)。 在AEs的信噪比加干扰比(SINR)和感知信杂比加噪声比(SCNR)约束下,制定了一个总速率最大化问题。 开发了一种基于分数规划的交替优化算法来解决这个问题,适用于完全数字阵列,其中依次凸近似(SCA)和半定松弛(SDR)被用来处理非凸约束。 此外,通过最坏情况下的秩界分析了专用感知波束的最小数量,在此基础上,所提出的波束成形设计进一步扩展到混合模拟-数字(HAD)阵列架构,其中通过流形优化解决了单位模约束。 仿真结果表明,仅需少量感知波束即可同时实现感知和干扰AEs,所提出的方案始终优于强基线方案,同时也揭示了通信与感知之间的权衡。
摘要: In this paper, sensing-assisted secure communication in a multi-user multi-eavesdropper integrated sensing and communication (ISAC) system is investigated. Confidential communication signals and dedicated sensing signals are jointly transmitted by a base station (BS) to simultaneously serve users and sense aerial eavesdroppers (AEs). A sum rate maximization problem is formulated under AEs' Signal-to-Interference-plus-Noise Ratio (SINR) and sensing Signal-to-Clutter-plus-Noise Ratio (SCNR) constraints. A fractional-programming-based alternating optimization algorithm is developed to solve this problem for fully digital arrays, where successive convex approximation (SCA) and semidefinite relaxation (SDR) are leveraged to handle non-convex constraints. Furthermore, the minimum number of dedicated sensing beams is analyzed via a worst-case rank bound, upon which the proposed beamforming design is further extended to the hybrid analog-digital (HAD) array architecture, where the unit-modulus constraint is addressed by manifold optimization. Simulation results demonstrate that only a small number of sensing beams are sufficient for both sensing and jamming AEs, and the proposed designs consistently outperform strong baselines while also revealing the communication-sensing trade-off.
评论: 13页,12图
主题: 信号处理 (eess.SP)
引用方式: arXiv:2510.03749 [eess.SP]
  (或者 arXiv:2510.03749v1 [eess.SP] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2510.03749
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来自: Xinyi Wang [查看电子邮件]
[v1] 星期六, 2025 年 10 月 4 日 09:28:47 UTC (2,545 KB)
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