[发明专利]一种基于波束成形的动态方向调制方法

说明书

本发明属于通信技术中的阵列信号处理领域，具体涉及一种基于波束成形的动态方向调制方法。本发明的方法是通过求解的权值顺序改变产生不同的天线辐射来进行动态方向调制，并通过一个合适的参数来衡量不同组权值的好坏，再进行筛选以提高动态方向调制的性能。本发明使用自更新方向调制，只用算法计算一次天线权值，降低了算法复杂度，同时在工程应用上，很大程度上降低了存储空间；同时定义了一个合适的度量参数对自更新的所有权值进行了衡量，通过对优质解的筛选能提高动态方向调制的性能。

技术领域

本发明属于通信技术中的阵列信号处理领域，具体涉及一种基于波束成形的动态方向调制方法。

背景技术

在过去十几年，通信及信息技术的飞速发展，使信息化成为现代社会的主要时代特征。各种通信技术层出不穷，使得无线通信领域无声地融入生活的各方面。由于无线电传输信息的广播特性，当利用无线通信带来不受地域约束的便利的同时，通信信息也容易被第三方接收。通信安全技术发展相对滞后，传统无线安全基本依靠两种方法：一类是直接移植有线通信系统中建立在高层协议上以密码学为基础的方法；另一类是采用序列扩频/跳频、超宽带等低截获率传输技术。这些方法“治标”没有“治本”，没有根本解决信号辐射泄漏带来的问题。只有从无线信道的本质和特点出发，搜索寻找解决无线通信开放性问题的办法才是解决无线安全问题的根本出路。

随着无线通信技术的发展，物理层安全的研究逐渐得到人们的重视。方向调制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。方向调制系统能够使非目标方向的的信号星座图产生失真。根据目标方向星座图的变化，可以将方向调制系统分为静态系统和动态系统。在静态系统中，非目标方向的星座图失真是恒定的。而在动态系统中，非目标方向的失真是随着信息流动态变化的。动态方向调制具有更高的安全性。

传统的动态方向调制，如正交矢量法，进行动态方向调制时，按符号速率更新目标方向信道矩阵的正交矩阵的零域，这就需要每次都用算法求解一次天线权值，复杂度很大。而本文采用权值自更新的方法。权值自更新法就是只通过算法求解一次天线权值，然后将这些权值不断变换顺序，再与天线排列有关的权值相结合产生多组权值用于动态方向调制。并且为了解决变换权值导致产生的较差的方向调制性能，对所有权值综合出的权值用一个特定的参数进行衡量，筛选出性能好的集中进行动态方向调制，是一种低复杂度、高性能的动态方向调制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于波束成形的动态方向调制。本发明考虑的是通过设计低复杂度的方法来适用于工程设计，同时在实现动态方向调制的基础上要提高动态方向调制的性能。

本发明的核心思想是通过求解的权值顺序改变产生不同的天线辐射来进行动态方向调制，并通过一个合适的参数来衡量不同组权值的好坏，再进行筛选以提高动态方向调制的性能。

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 (n＝1,2...N),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°，相位中心点设定为阵列中心。

本发明的技术方案是：