[发明专利]一种天线子集方向调制方法

说明书

本发明属于通信技术中的阵列信号处理领域，运用在需要进行防窃听通信的传输中，具体说的是一种新型的天线子集方向调制方法。本发明利用EVM挑选出星座点在非期望方向恶化程度最大的几组相位反向的天线子集，可以使星座点在非期望方向的畸变达到最大，从而更好地实现防窃听。本发明的核心思想是利用EVM挑选出在非期望方向星座点畸变达到最大的几组相位反相的天线子集。

技术领域

本发明属于通信技术中的阵列信号处理领域，运用在需要进行防窃听通信的传输中，具体说的是一种新型的天线子集方向调制方法。

背景技术

无线通信技术的发展和应用给生活带来了很大的方便，由于无线通信是一个开放的系统，它在带来方便的同时，安全性也是一个值得考虑和解决的问题。随着对信息安全要求的提高，以及窃听技术的不断发展，传统的安全方法受到越来越大的挑战，传统的安全技术亟待增强。物理层安全技术研究方向涉及的内容是在窃听接收机与期望接收具有相同的无线通信信号解调方法的条件下，如何在物理层实现无线通信信息安全的传输给接收机，而不是借助上层加密技术或保密通信协议等方法实现无线通信信息在物理层的安全传输。物理层安全技术目前成为通信安全领域的研究热点。

传统的无线通信发射机发射的信号在各个方向上仅存在信噪比的差异，信号的格式完全一致，位于非期望方向的窃听者使用高灵敏度的接收机就能够实现保密信息的截获，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。方向调制信号具有很强的方向性，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。

方向调制系统能够使非目标方向的信号星座图产生失真。对于具有N根天线的均匀相控线阵来说，如果从中随机选取M根非对称天线作为天线子集进行相位的反转，其余天线的相位保持不变。无论如何选取天线子集，在期望方向总能综合出想要的星座图，而在非期望方向信号星座图会出现不同程度的畸变(如附图1所示)。

发明内容

本发明的目的是，为了达到更好的畸变效果和提高天线的利用率，提出了一个新的思路：利用EVM挑选出星座点在非期望方向恶化程度最大的几组相位反向的天线子集，可以使星座点在非期望方向的畸变达到最大，从而更好地实现防窃听。本发明的核心思想是利用EVM挑选出在非期望方向星座点畸变达到最大的几组相位反相的天线子集。

本发明的技术方案是：

一种新型的天线子集方向调制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将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；

S2、在天线端形成发射信号，具体方法为：

S21、通过合理设置模拟相控阵天线移相器相位值，来补偿不同天线到达期望方向的相移，表示形式如公式1所示：

其中，θ_T表示期望方向；为传播常数，λ为发射信号波长；表示第k个阵元到阵列中心相位参考点的距离。

S22、在具有N根天线的均匀线阵中，随机选取k组需要进行相位反转的天线子集，其中每组天线子集包含M根非对称天线。由此可以得到天线发射端的信号为：

其中b(k,x)代表发送第x个星座点时随机选取的第k组相位反相的天线子集。h′(θ_T)表示进过相位反转后模拟相控阵天线移相器相位值，其表示形式和相移值的表示形式如下所示：