[发明专利]基于波束成形的高阶方向调制方法

说明书

本发明属于通信技术中的阵列信号处理领域，运用在进行需要进行防窃听通信的高速率传输中，实现方法是基于波束成形的高阶方向调制。本发明提供一种基于波束成形的高阶方向调制方法。本发明方法是是在对于高阶调制的时候利用波束成形的增益放大倍数实现不同幅度的调制,并且尽量逼近传统的波束成形增益。使用方向调制的方法进行阵元权值的更新替代基带调制，同时保证了期望方向的安全性和波束成形增益的非降低性。

技术领域

本发明属于通信技术中的阵列信号处理领域，运用在进行需要进行防窃听通信的高速率传输中，实现方法是基于波束成形的高阶方向调制。

背景技术

随着无线通信技术在不同行业中的广泛应用，通信信息在传输过程中的安全性问题越发引起人们的关注。传统的解决方案都是采用密钥和安全传输协议来保证通信信息的安全性，但随着窃听者计算能力的增强和新型无中心网络的发展，传统方式的安全方案受到越来越多的挑战。物理层安全是近年来在香农信息论基础上发展起来的利用无线通信系统自身的特点来解决传输信息安全性的研究热点，如人工噪声辅助物理层安全通信系统、基于编码技术的物理层安全通信系统和基于博弈理论的协作物理层安全通信系统。

传统的无线通信发射机都是在基带实现数字通信信息的调制,然后上变频到射频,调制射频信号经过放大器激励发射天线或天线阵辐射通信信息。以这种方式发射的无线通信信号,窃听接收机在旁瓣中接收信号包含的信息与主瓣期望接收机接收信号相同,唯一的不同之处在于接收信号的信噪比不同,如果窃听接收机足够的灵敏度仍然可以从接收信号中解调出有用的通信信息。针对这一情况来，近年来，研究者将多天线收发阵列应用于物理层安全通信领域，提出了方向调制技术。该技术利用无线通信系统中多天线发射阵列直接在天线端综合出具有方向特性的数字调制信号，从信号调制角度解决通信信息在传输过程中的安全性问题。发射的无线通信信号在期望方位接收信号星座点之间的相对相位关系与基带数字调制信号相同，合法用户可以正常解调接收信号；而非期望方位窃听接收机接收信号星座点之间的相对相位关系产生畸变，窃听者无法从接收信号中解调通信信息。

传统的方向调制技术一般利用相控阵天线的N根天线不同相移值的变化在天线远端综合出想要的星座图，现阶段的方向调制一般是在恒包络的条件下进行有限的调制，而为了实现更高阶的星座图调制，需要考虑不同幅度的调制和不同相位点的调制问题，本文提出一个新的思路，通过波束成形增益实现不同幅度的调制，同时尽量减少损失由于方向调制带来的增益损失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于波束成形的高阶方向调制方法。本发明方法是是在对于高阶调制的时候利用波束成形的增益放大倍数实现不同幅度的调制,并且尽量逼近传统的波束成形增益。

为了方便理解，首先介绍本发明使用的模型：

本发明用于在空间中实现阵列增益和方向调制的安全性结合，基本模型为阵列天线在远场所形成的电磁场值：其中，代表传输方向的波数矢量，和代表接收点位置矢量和各个阵元距离值。

对于全向天线阵元单个天线的方向图AP_n(θ)＝1,同时在线阵中使用半波长作为阵元间距,所以天线的远场E可以定义为公式其中，θ是信号入射角，法线设定为90^o，相位中心点设定为阵列中心，n＝1,2...N。

一种基于波束成形的高阶方向调制方法，具体步骤如下：

S1、建立不同于传统波束成形的天线远场模型：在方向调制(DM)中，G_n随着D_m的变化进行不停的更新，同时将当成一个新的复数增益G_n'来控制波束成形网络同时代替基带D_m进行调制，其中，N为天线阵列数，θ是信号入射角；

S2、将高阶调制星座图分为幅度AMP和相位PHASE两部分，即单个星座点值为AMP(x)e^jPHASE(x)，其中，x为第x个星座点，AMP为针对最外围幅度进行归一化后的幅度；