[发明专利]一种基于频控阵人工噪声方向调制的时不变安全通信方法

说明书

本发明提供了一种基于频控阵人工噪声方向调制的时不变安全通信方法，首先确定频控阵频率补偿矢量，更新离散时间间隔并计算波束矢量和人工噪声投影矩阵，将导向矢量更新时间点与波束矢量和人工噪声投影矩阵更新时间点代入平均保密速率，计算最优的波束矢量和人工噪声投影矩阵更新频率；利用最优更新频率对应的时间点计算得到频控阵信号。本发明能够保证保密速率的时不变性，同时易于硬件实现，达到无线安全通信的目的。

技术领域

本发明涉及多天线阵列的方向调制，适用于利用频控阵和人工噪声进行无线安全通信。

背景技术

引入频控阵方向调制实现无线保密通信，由于频控阵的距离和角度的二维依赖性，能够实现角度和距离上的双重控制，保证更高精度的物理层无线安全通信，目前对频控阵方向调制多集中在单个合法用户的波束矢量优化，以及频率补偿的设计。

人工噪声的引入使得合法接收机不受人工噪声的影响，而窃听接收机的信人工噪声和噪声比将大大降低，使得窃听者很难解调出保密信息。

通常，期望保密性能时不变，即合法接收机区域保密速率高，窃听接收机区域保密速率低且都不随时间变化。但是，采用频控阵方向调试优化波束矢量，需要克服时不变的问题，来保证无线安全通信。

由于波束矢量和人工噪声投影矩阵都不可能连续更新，通常更高的更新频率产生更好的保密速率，然而，高的更新速率导致更高的实现代价，所以需要计算波束矢量和人工噪声投影矢量更新时间，既要满足保密速率的时不变性要求，同时也要使得更新速率易于硬件实现。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于频控阵人工噪声方向调制的时不变安全通信方法，保证保密速率的时不变性，同时易于硬件实现，达到无线安全通信的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

1)确定频控阵频率补偿矢量f＝[f₀,f₁,...f_n...f_N-1]^T，其中，N表示频控阵的阵元数；

2)根据实际需要，定义时间周期长度为T，将时间周期长度T分成L间隔，更新离散时间间隔波束矢量和人工噪声投影矩阵更新时间点l＝1,2,....,L；

3)将代入波束矢量公式和人工噪声投影矩阵公式得到和作为在区间的波束矢量和人工噪声投影矩阵其中，h(f,θ,r,t)＝[h₀,...,h_n,...,h_N-1]为频控阵导向矢量，n＝0,1,...,N-1，h_L(t)＝h(f,θ_L,r_L,t)为合法接收机频控阵导向矢量的简写，θ和r分别为接收机的方位角和距离，d为频控阵的阵元间距，c为光速，I_N为N维的单位矩阵；

4)定义ΔT_s作为导向矢量时间间隔，K＞＞1，导向矢量更新时间点k＝1,2,..,K；

5)将导向矢量更新时间点与波束矢量和人工噪声投影矩阵更新时间点代入平均保密速率

其中，R(t)为合法接收机与窃听接收机保密速率之差，和分别表示合法接收机和窃听接收机的保密速率，SANR_L(t)为合法接收机的信号与人工噪声和噪声比，SANR_E(t)为窃听接收机的信号与人工噪声和噪声比，h_L(t)为合法接收机的导向矢量，h_E(t)为窃听收机的导向矢量，和表示合法接收机和窃听者的信道噪声功率，α为功率分配因子，P_s为发射功率；分析其不同更新频率下的平均保密速率，得到最优的波束矢量和人工噪声投影矩阵更新频率；