[論文レビュー] Dual Security for MIMO-OFDM ISAC Systems: Artificial Ghosts or Artificial Noise

Yinchao Yang, Prabhat Raj Gautam+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 23, 2026

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ひとこと要約

この論文は、CSIを持たないパッシブ感知Eveおよび通信Eveに対して、人工ノイズと人工ゴーストを用いて通信と感知の両方を防ぐMIMO-OFDMシステム用の二層デュアルセキュアISACフレームワークを設計します。

ABSTRACT

Integrated sensing and communication (ISAC) enables the efficient sharing of wireless resources to support emerging applications, but it also gives rise to new sensing-based security vulnerabilities. Here, potential communication security threats whereby confidential messages intended for legitimate users are intercepted, but also unauthorized receivers (Eves) can passively exploit target echoes to infer sensing parameters without users being aware. Despite these risks, the joint protection of sensing and communication security in ISAC systems remains unexplored. To address this challenge, this paper proposes a two-layer dual-secure ISAC framework that simultaneously protects sensing and communication against passive sensing Eves and communication Eves, without requiring their channel state information (CSI). Specifically, transmit beamformers are jointly designed to inject artificial noise (AN) to introduce interference to communication Eves, while deliberately distorting the reference signal available to sensing Eves to impair their sensing capability. Furthermore, the proposed design generates artificial ghosts (AGs) with fake angle-range-velocity profiles observable by all receivers. Legitimate receivers can suppress these AGs, whereas sensing Eves cannot, thereby significantly reducing their probability of correctly detecting the true targets. Numerical results demonstrate that the proposed framework effectively enhances both communication and sensing security, while preserving the performance of communication users and legitimate sensing receivers.

研究の動機と目的

• ISACシステムにおける通信中心の波形を用いた感知と通信セキュリティのデュアル保護を動機づける。
• 人工ノイズを用いて通信を保護し、感知参照信号を歪めて感知Eveを低下させるCSIフリーのビームフォーミング設計を開発する。
• 感知Eveを角度–遅延–ドップラー領域で誤導する人工ゴーストを導入し、感知セキュリティを強化する。
• 通信性能、通信セキュリティ、感知性能、感知セキュリティの四者間トレードオフ最適化を構 formulateする。

提案手法

• 専用の人工ノイズベクトルを含む共同ビームフォーミングを提案し、正当なユーザーを維持しつつ通信Eveを劣化させる。
• 感知Eveが受信する参照信号を歪めて彼らの感知精度を低下させる。
• 誤解像関数（ambiguity function）を介して人工ゴーストを設計し、全ての受信機が観測できる偽の角度–距離–ドップラー波形を作成する。
• 通信性能とセキュリティ、感知性能とセキュリティの指標を定義し、四者間トレードオプティゼーションを formulateする。
• 凸近似を用いて非凸問題を扱いやすくし、最適化を解く。
• OFDM信号と多アンテナCU・ターゲット・Eveを備えたモノステレオmmWave ISAC設定で動作する。

Figure 1: A monostatic ISAC system with a target $l\in\mathcal{L}$ , a communication user $k\in\mathcal{K}$ , a bistatic sensing eavesdropper $m_{r}\in\mathcal{M}_{r}$ , and a communication eavesdropper $m_{c}\in\mathcal{M}_{c}$ .

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 EveのCSIを知らなくてもISACシステムは感知と通信の両方をどう保護できるか？
• RQ2 人工ノイズと人工ゴースト技術はCSIなしで通信と感知を共同で保護できるか？
• RQ3 通信性能、通信セキュリティ、感知性能、感知セキュリティのトレードオフをどのように定量化・最適化するか？
• RQ4 ambiguity functionは正当な感知を維持しつつ感知Eveを人工ゴーストへ誘導する役割を果たすか？
• RQ5 MIMO-OFDM ISACでデュアルセキュリティの四者最適化問題を解く設計手順は？

主な発見

• 提案するデュアルセキュア設計は、正当な性能を維持しつつ通信セキュリティと感知セキュリティを両方向上させることをシミュレーションで示している。
• AN注入は通信Eveの傍受を低下させつつ、感知参照信号を歪めて感知Eveの性能を低下させる。
• 人工ゴーストは角度–遅延–ドップラー領域で感知Evesを誤導するよう設計され、真のターゲット検出確率を低下させる。
• 四者間トレードオフ最適化を凸近似で定式化・解決し、競合する目的と資源制約を管理する。
• このフレームワークは感知Eveや通信EveのCSIを必要とせず、両領域のセキュリティを改善する。

Figure 2: Illustration of the sensing security vulnerability in an ISAC system. When only the distance $d$ and the AoA angle $\theta_{l,m_{r}}$ are exposed, the sensing Eve can infer that the target lies somewhere along the dotted locus but cannot determine its exact position. If the AoD $\theta_{l,