[论文解读] Secure Beamforming for ISAC Systems Under Communication Eavesdropper and Sensing Eavesdropper

Tian Zhang, Zhirong Su+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 13, 2026

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一句话总结

本文研究在存在通信和感知窃听者的情况下用于ISAC的安全波束赋形，旨在最大化系统保密率并使用感知安全与性能约束，采用基于SCA与SDR的算法。

ABSTRACT

Due to great efficiency improvement in resource and hardware space, integrated sensing and communication (ISAC) has gained much attention. In the paper, the physical layer security (PLS) of ISAC system under communication eavesdropper together with sensing eavesdropper is investigated. The system secrecy rate is maximized by transmit beamforming design of communication and sensing signals when taking sensing security, sensing performance and transmit power constraint into consideration. To deal with the formulated non-convex optimization problem, the successive convex approximation (SCA) together with the first-order Taylor expansion and semidefinite relaxation (SDR) is utilized. Additionally, it is theoretically validated that the SDR does not yield sub-optimality in the paper. Thereafter, an iterated joint secure beamforming algorithm against communication and sensing eavesdroppers is proposed. Simulation results validate the effectiveness and advance of the proposed scheme.

研究动机与目标

• 通过考虑来自通信窃听者和感知窃听者的保密威胁来推动安全ISAC的发展。
• 在感知安全性与感知性能约束下，制定非凸优化以最大化系统保密率。
• 开发一个结合SCA与SDR的迭代算法，能够实现可证明的最优（秩-1）波束赋形解。
• 通过多种功率、天线和信道情景的仿真，展示有效性与收敛性。

提出的方法

• 用多天线DFRC基站同时发送通信与感知信号来建模ISAC下行链路。
• 以保密速率为目标函数：SR = ∑_k [R_u,k − R_t,k]^+，在SCNR和功率约束下。
• 利用一阶泰勒展开的SCA以及逆对数/指数替代将非凸问题线性化/凸化。
• 对秩-1约束采用半正定松弛（SDR），并给出该问题SDR紧性证明。
• 提出一个迭代安全波束赋形算法（算法1），在每一步更新辅助变量并求解一个凸的SDP。

实验结果

研究问题

• RQ1 在ISAC中当通信和感知窃听者都存在时，如何最大化下行系统保密率？
• RQ2 需要哪些感知安全性与感知性能约束来保证感知与通信服务的隐私？
• RQ3 在ISAC安全的SCA框架中，能否在不引入次优性的情况下应用SDR以获得秩-1解？
• RQ4 在不同的发射功率、天线数与窃听威胁条件下，所提方案的性能如何？
• RQ5 在功率与安全约束下，感知性能与通信保密性之间的权衡如何？

主要发现

• 所提SCA+SDR算法在若干迭代内收敛（在仿真中大约四次迭代后表现出稳定性）。
• 感知窃听的SCNR约束有效界定感知泄漏，确保感知安全；没有该约束的方案会失败。
• 在所提设计下，增加基站发射功率与天线数量通常提升系统保密率。
• 在给定功率下，感知性能与通信保密性之间存在权衡：收紧感知要求可能降低可实现的保密率。
• SDR松弛是紧的；得到的Q_k矩阵为秩-1，避免额外的重构步骤。