这篇文档属于类型a，即报告了一项原创性研究。以下是针对该研究的学术报告：
基于NOMA的集成感知与通信系统中的安全预编码优化研究
一、作者与发表信息
本文由Zhutian Yang（哈尔滨工业大学电子与信息工程学院）、Dongdong Li（哈尔滨工业大学）、Nan Zhao（大连理工大学信息与通信工程学院）、Zhilu Wu（哈尔滨工业大学）、Yonghui Li（悉尼大学电气与信息工程学院）和Dusit Niyato（新加坡南洋理工大学计算机科学与工程学院）共同完成，发表于IEEE Transactions on Communications（2022年12月，第70卷第12期）。研究得到了中国国家自然科学基金（NSFC）和新加坡国家研究基金会（NRF）等项目的支持。
二、学术背景
科学领域：
本研究属于无线通信与雷达感知融合（Integrated Sensing and Communication, ISAC）领域，聚焦于非正交多址接入（Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA）技术与物理层安全（Physical Layer Security, PLS）的结合。
研究动机：
随着6G网络的发展，ISAC技术通过共享频谱和硬件资源实现通信与感知一体化，但通信信号在感知波形中传输时易被恶意目标窃听，尤其是NOMA用户的弱信道信号因高发射功率更易泄露。现有研究多关注通信速率或感知性能优化，而NOMA-ISAC系统的安全问题尚未充分解决。
研究目标：
提出一种多天线NOMA-ISAC系统的安全传输方案，通过联合预编码优化最大化用户总保密速率，同时满足感知目标的最低信噪比（SNR）要求。
三、研究流程与方法
系统建模
- 场景：多天线基站（BS）服务K个NOMA用户，同时检测潜在窃听目标（视为恶意节点）。
- 信号设计：发射信号包含用户数据预编码向量（ω_k）和人工干扰（ω_jam），通过叠加NOMA信号实现双重功能（通信与感知）。
问题建模
- 优化目标：最大化总保密速率（Sum Secrecy Rate），约束条件包括：
- NOMA用户的解码顺序（SIC约束）；
- 用户速率阈值（κ_th）和感知回波SNR阈值（γ_th）；
- 总发射功率限制（P_t）。
- 非凸性处理：原问题因目标函数和约束条件非凸，通过逐次凸近似（Successive Convex Approximation, SCA）转化为凸优化问题，结合泰勒展开和二阶锥（SOC）约束。
算法设计
- 迭代算法：通过SCA将问题分解为凸子问题，利用CVX工具箱求解，迭代更新预编码向量直至收敛。
- 关键技术：
- 人工干扰设计：干扰信号功率优先于用户信号解码，增强抗窃听能力（见公式(5)）；
- 波束成形优化：联合调整用户和干扰的预编码方向，使感知波束聚焦目标方向。
性能验证
- 仿真参数：路径损耗指数α=3，噪声功率σ²=-110 dBm，用户距离d=(150,75,50,100)米。
- 对比方案：与OMA-ISAC方案比较，验证NOMA在频谱效率和安全性上的优势。
四、主要结果
保密性能提升
- 在发射功率P_t=10 dBm、天线数L=18时，总保密速率达54.3 bit/s/Hz（P_t=100 mW时提升至64.1 bit/s/Hz）。
- 人工干扰有效性：窃听目标对弱信道用户（如UE-1）的截获速率显著降低（图4）。
感知性能保障
- 回波SNR严格满足γ_th要求，波束成形方向精准指向目标（图7）。
NOMA优势
- 在相同条件下，NOMA-ISAC的总保密速率比OMA-ISAC高约30%（图5），且支持更多用户接入。
五、结论与价值
科学价值：
- 首次提出NOMA-ISAC系统的安全预编码优化框架，解决了感知波形携带通信信息的安全隐患。
- 通过SCA和SOC约束，为非凸联合优化问题提供了高效求解方法。
应用价值：
- 为6G网络中ISAC的部署提供了安全增强方案，尤其适用于无人机通信、车联网等高敏感场景。
六、研究亮点
- 创新性方法：
- 将人工干扰与NOMA解码顺序动态结合，通过波束成形实现通信-感知-抗窃听三功能协同。
- 性能突破：
- 在保证感知精度的同时，显著提升保密速率，突破了传统ISAC安全性能瓶颈。
七、其他贡献
- 开源意义：算法代码可通过CVX实现，为后续研究提供可复现基础。
- 扩展性：方案可结合智能反射面（RIS）或毫米波技术，进一步优化频谱效率。
以上报告完整呈现了研究的背景、方法、结果与价值，符合学术文献的规范表述。