[發(fā)明專利]用于安全保密無線通信的分布式多天線跳空收發(fā)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210405923.6
• 申請(qǐng)日: 2012-10-22
• 公開（公告）號(hào): CN102970068A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 殷勤業(yè);賈曙喬;左莎琳;董柳青;尹詩媛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B7/08
• 分類號(hào): H04B7/08;H04B7/06;H04L27/34
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 朱海臨

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)，特別涉及一種用于無線通信中安全保密的分布式多天線跳空收發(fā)方法。

背景技術(shù)

無線通信技術(shù)的快速發(fā)展使得人們幾乎可以不用架設(shè)任何線纜而與身處不同位置的他人自由地通話，甚至視頻通話和視頻會(huì)議，極大地便利了人類社會(huì)生活。然而，基于同樣的原理，偵聽方也無需借助于任何線纜而獲取他人通信的內(nèi)容，所以無線通信的安全性和保密性就成為了通信領(lǐng)域最為關(guān)注的問題，這一問題在軍事通信中尤為突出。

目前廣泛使用的跳頻技術(shù)是軍事與民用無線通信中最常用的安全保密技術(shù)措施，具有良好的傳輸能力和安全保密性。跳頻通信的工作機(jī)理是通信時(shí)不斷改變傳輸?shù)妮d波頻率，使得通信具有明顯的擴(kuò)頻增益；通信雙方事先約定好跳頻圖案，只有收發(fā)雙方同步地按照跳頻圖案進(jìn)行調(diào)制和解調(diào)，才能正確的傳輸信息。通常情況下跳頻圖案是保密的，而且偵聽方也很難做到與發(fā)方完全同步，所以偵聽方難以截獲或偵聽到通信的內(nèi)容。

但實(shí)際中，跳頻通信存在難以克服的技術(shù)問題。跳頻的保密性和擴(kuò)頻增益需要在載波跳速快，跳幅大的條件下獲得，而載波頻率需要通過依靠系統(tǒng)的慣性工作的鎖相環(huán)鎖定，因此跳頻的跳速和頻率跳幅均受到鎖相環(huán)路的慣性(帶寬)限制。同時(shí)，無線通信的發(fā)射和接收天線的長(zhǎng)度與載波頻率有關(guān)，載波頻率的變化意味著發(fā)射和接收天線長(zhǎng)度也要隨之變化。然而短時(shí)間內(nèi)大幅度調(diào)整天線的長(zhǎng)度是很困難的。所以跳頻通信載波頻率的跳速和跳幅也會(huì)受到天線物理尺寸變化的制約。上述兩方面就導(dǎo)致了跳頻通信的擴(kuò)頻增益和保密性在實(shí)際中難以保證。同時(shí),跳頻機(jī)制顯然會(huì)使得日趨匱乏的頻譜資源問題變得更為尖銳。

另外，跳頻僅僅是利用了頻譜上的擴(kuò)頻增益，并沒有真正應(yīng)用無線通信的特點(diǎn)-“多徑”，而無線通信中更值得利用的是信號(hào)的空譜。所以，一個(gè)重要的想法是利用分布式天線MIMO，盡量使用豐富的空間譜資源，獲得可靠且截獲率低的物理層無線通信傳輸模式。

目前國內(nèi)外對(duì)多天線收發(fā)技術(shù)的研究主要是圍繞兩個(gè)方面展開的。一個(gè)是從頻域能量分布的角度研究的，包括窄帶波束形成，定向傳輸。還有一個(gè)是從安全保密的角度研究的。而有關(guān)無線通信物理層安全保密的研究，大多是基于跳頻的思想，即將跳頻與無線信道的一些特性聯(lián)系在一起，進(jìn)行安全保密通信。這兩方面的問題歸納起來：一是不能擺脫頻譜的限制，總試圖從頻譜的角度擴(kuò)展頻譜解決問題；二是沒有建立起空譜的概念。之所以空域的概念沒被普遍理解，是因?yàn)槟壳斑€沒有有效描述空域信號(hào)的模型。甚至連一個(gè)簡(jiǎn)潔正確合理描述信道的模型也沒有。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明從基本的無線傳播模型出發(fā)，考慮信號(hào)能量在空間的分布，從而建立起了空譜的概念。在此基礎(chǔ)上，提出了一種用于無線通信中安全保密的分布式多天線跳空收發(fā)方法，可使得期望接收方獲得正確的信息而偵聽方在沒有參加訓(xùn)練或未獲得跳空?qǐng)D案的情況下無法有效地截獲信息，解決了無線通信中的信道傳輸能力和安全保密性不足的問題。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的：

一種用于安全保密無線通信的分布式多天線跳空收發(fā)方法，采用發(fā)方和期望接收方均配備多天線的無線安全傳輸模型，其特征在于，包括如下步驟：

（1）訓(xùn)練階段：

a、收發(fā)雙方提前約定好要進(jìn)行通信的時(shí)間和訓(xùn)練信號(hào)，發(fā)方依據(jù)訓(xùn)練圖案通過開關(guān)切換每次選擇一根天線用來發(fā)射信號(hào)；

b、期望接收方采用多天線陣列接收信號(hào)并進(jìn)行內(nèi)積相關(guān)檢測(cè)，通過訓(xùn)練得到收方多天線接收加權(quán)向量；

其中，發(fā)射天線陣列由J根發(fā)射天線組成，每根發(fā)射天線都對(duì)應(yīng)接收方的一組接收加權(quán)向量W_n，n＝1,2,…,J，所以需要對(duì)每一根發(fā)射天線進(jìn)行單獨(dú)的上述訓(xùn)練；

訓(xùn)練結(jié)束后，期望接收方獲得了對(duì)應(yīng)于J根發(fā)射天線的J組接收加權(quán)向量W_n，n＝1,2,…,J，即接收加權(quán)跳空?qǐng)D案；

（2）應(yīng)用階段：

a、首先，發(fā)方采用某一種調(diào)制方式將要發(fā)送的比特信息映射為星座圖上的符號(hào)并調(diào)制到射頻，依據(jù)發(fā)方跳空?qǐng)D案順序從天線陣列中選擇發(fā)射天線；

b、期望接收方采用多天線陣列在訓(xùn)練階段的位置處接收信號(hào)，依據(jù)發(fā)方跳空?qǐng)D案，在接收加權(quán)跳空?qǐng)D案中選擇相應(yīng)的W_n對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行加權(quán)并進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)，形成規(guī)整的星座圖。

上述方案中，所述發(fā)方的發(fā)射天線切換是利用電子開關(guān)實(shí)現(xiàn)的。

所述的發(fā)射天線構(gòu)成不規(guī)則的分布式天線陣列且各陣元間距離大于波長(zhǎng)。

與現(xiàn)有的保障無線通信安全的跳頻擴(kuò)頻和直序擴(kuò)頻等方法相比，本發(fā)明的有益效果是：