[发明专利]一种基于随机子载波选择的方向调制精准无线传输方案

说明书

本发明公开了一种基于随机子载波选择OFDM的方向调制精准无线传输方案，运用OFDM技术，基站端随机选择不同频率增量对应的子载波，将期望信号上变频后经天线阵列发射。接收机端对接收到的信号下变频后进行采样得到接收信号序列，并进行离散傅里叶变换，通过能量检测，从而恢复信息。借助相位对齐/波束成形和人工噪声处理技术，通过相位对齐技术(Phase alignment，PAL)，对期望信号的初始相位进行设计，使得仅期望接收机能获得有用信息；同时设计正交人工噪声，污染窃听机对有用信息的窃取。本发明与传统方向调制相比，打破仅能发射角度依赖性波束的局限，能实现距离‑方位角依赖性波束的安全精准无线传输，保证有用信息到达期望接收机的安全性能。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种基于随机子载波选择OFDM的方向调制精准无线传输方案。

背景技术

近年来，无线通信物理层安全问题引起了学术界和工业界的广泛关注，方向调制作为一种有效的物理层传输技术，与传统波束成形相比，其基本思想是通过波束成形和人工噪声等处理手段，在期望方向，接收到的信号的星座图与基带信号保持一致，而在其他窃听方向接收的有用信号被噪声严重污染以致误码性能恶化。

总的来说，目前无线通信方向调制技术的实现方法主要有两种：第一种是采用射频端元器件组合来实现，比如通过改变反射器的有效长度和散射特性获得方向调制信号的幅度和相位，然而该方案受限于有限RF前端，系统实现的灵活性有限，且设计复杂度高、成本高昂；另一种侧重于基带信号的算法设计来实现，该方案优势在基带实现DM技术，有效降低设计复杂度，优势更加明显。许多已有的方向调制系统主要是利用相控阵来实现，通过设计波束成形向量，将信号的波束对准期望方向，由于考虑到安全性能，目前大多数的关于DM技术的研究均是假设期望接收机与窃听接收机位于不同的方向角，分别从两种场景设计DM系统：(1)理想情况下：方向角信息完美已知；(2)非理想情况下：方向角信息非完美。然而，在实际通信系统中，窃听接收机很有可能不发射信号，这意味着很难获得窃听接收机位置信息。此外，在实际场景中，窃听接收机极大可能与期望接收机方向角相同，此时原有的基于相控阵设计的DM系统便不再能够保障期望用户的安全传输。鉴于上面的局限性，我们提出一种基于随机子载波选择OFDM的方向调制精准无线传输方案，在方向调制技术的基础上，采用随机子载波选择OFDM技术(即在发射天线阵列各阵元上随机增加频率增量，使得载波频率在一定范围内随机变化)，利用相位对齐/波束成形和人工噪声处理手段，设计精准无线传输方案。与传统方向调制相比，该方案打破了仅能发射角度维依赖性波束的局限，能实现距离-方位角二维依赖性波束的安全精准无线传输，保证有用信息到达期望接收机的安全性能。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于随机子载波选择OFDM的方向调制精准无线传输方案，通过运用OFDM技术，发射机端随机选择子载波将期望信号上变频后经天线阵列发射。接收机端对接收到的信号下变频后进行采样，对得到的接收信号序列进行离散傅里叶变换，从而恢复信息。借助相位对齐/波束成形和人工噪声处理手段：通过相位对齐技术(Phase-alignment，PAL)，对期望信号的初始相位进行设计，使其带有期望接收机的方向角和距离信息，仅期望接收机能安全获得有用信息；同时设计正交人工噪声，使窃听机各频点有用信号的相位随机信息恢复难度加大的同时，受到人工噪声的极大污染，有效遏制窃听机对有用信息的窃取。本发明与传统方向调制相比，打破仅能发射角度依赖性波束的局限，能实现距离-方位角依赖性波束的安全精准无线传输，保障无线传输的安全精准性。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案包括：在方向调制的原理基础上，运用随机子载波选择的OFDM技术，期望信号经过天线阵列发射，接收端对信号进行采样，并进行离散傅里叶变换，借助相位对齐和人工噪声手段，前者保证期望位置接收机对有用信息的接收，后者则对潜在的窃听机进行极大的噪声污染，恶化窃听机的窃听性能，实现距离-方位角依赖性波束的安全精准无线传输的目的。