[發明專利]一種聯合空間和方向維度的安全調制方法

有效

• 申請號: 201711334740.9
• 申請日: 2017-12-14
• 公開（公告）號: CN108039901B
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 肖燕平;肖悅;王金福;張紅燕
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H04L1/06
• 分類號: H04L1/06
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 孫一峰

本發明屬于無線通信技術領域，具體的說是一種聯合空間和方向維度的安全調制方法。本發明將改進的接收端空間調制技術與方向調制技術結合，使得天線的索引傳遞一部分信息比特，并且使得這部分比特無法被竊聽者獲得，使得不管竊聽者與合法接收者位置是否一樣，竊聽者的誤碼率都將顯著高于合法用戶。因此本發明較原有的方向調制技術，可以有效得提升系統的安全性。

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，具體的說是一種聯合空間和方向維度的安全調制方法。本發明涉及接收端空間調制(Receive Spatial Modulation,RSM)技術，隨機頻率分集陣列(Random Frequency Diverse Array,RFDA)技術和方向調制(DirectionalModulation，DM)技術。

背景技術

方向調制技術是一種新興的物理層安全技術，引起了學術界和工業界的廣泛關注。作為一項發送端技術，它可以使得發射機在期望的方向發射正確的信號，而非期望方向的發射信號會產生畸變。因此，當竊聽者不在期望方向時，即使收到的信號功率高，也無法對信息進行恢復。方向調制這種發射信號與方向有關的特點增強了物理層的安全性。

然而之前關于方向調制的研究大都建立在相控天線陣列基礎上，在這些研究中，通常會默認竊聽者與合法接收者方向角不一樣。但在實際的應用場景中，竊聽者同樣有可能位于期望方向，使得信息的傳輸不再安全。一種將隨機頻率分集陣列和方向調制結合的技術(Directional Modulation with Random Frequency Diverse Array,DM-RFDA)很好得解決了這個問題，使得即使竊聽者與合法接收者在同一方向，只要位置不同一樣可以實現安全傳輸。

然而，它也存在一些缺陷，DM-RFDA默認竊聽者與合法用戶信道不一樣(也即位置不一樣)，但是在實際的場景中，竊聽者有可能可以獲知合法用戶的位置，從而可以使得接收端盡可能靠近合法用戶接收端，那么竊聽者將可以接收到正確的信號。

發明內容

本發明的目的，就是提供一種聯合空間和方向維度的安全調制方法，通過在DM-RFDA中引入接收端空間調制技術，使得天線的索引傳遞一部分信息比特。傳統接收端空間調制技術不能直接應用于DM-RFDA系統中，因此本發明提出了一種改進的空間調制算法。該算法使得天線索引傳輸的信息比特無法被竊聽者獲得，使得不管竊聽者與合法用戶位置是否一樣，竊聽者的誤碼率都將顯著高于合法接收者。

基于接收端空間調制及隨機頻率分集的方向調制信號合成的具體過程包括：

S1、發射機對合法用戶的每個接收端進行角度和距離測量。

S2、發射機每個陣元的載波頻率在一定帶寬內進行隨機映射，則發射機陣列的導向向量表示為

其中，θ是接收端的方向角，r是接收端與天線陣的距離，f_n,n＝0,1,...,N_a-1是第n根天線的載波頻率，N_a是發射機天線數，φ_n(θ,r,f_n),n＝0,1,...,N_a-1為第n根天線陣元的相位偏移。

S3、合法用戶的第i個接收端的位置為其中N_b為合法用戶接收端的數量，每個接收端只有一根天線，且每個接收端可以協作通信。則第i個接收端信道為合法用戶的信道可表示為

S4、將RSM運用到方向調制中，則一部分信息比特由接收端天線索引傳遞，一部分信息比特由幅度相位調制(amplitude-phase modulation APM)傳遞。當希望合法用戶的第i個接收端天線被激活時，RSM符號可表示為