[发明专利]一种基于随机时序四维圆环阵的保密通信系统

说明书

本发明公开了一种基于随机时序的四维圆环阵保密通信系统。其基本结构包括圆环天线阵列、移相器、时间调制器、伪随机时序生成器、环形器、功率放大器、发射合成功分器、接收共用功分器、发射机和接收机等器件。本发明最大的创新在于使用了随机时间调制，使期望方向上天线增益不发生变化而非期望方向上的天线增益随机变化。可作用于所有基于幅度相位的调制系统，如BPSK、QPSK等。引入了圆环阵列，可以实现全向的保密通信。相比已有的基于四维天线阵的保密通信方式，此方法提供了一种新的随机时间调制方式，使得在非期望方向上只能收到随机杂乱的信号，弥补了现有系统安全性不足的问题,并且可以实现全空域的保密通信。本发明用于无线通信系统中。

技术领域

本发明属于无线通信领域，它特别涉及利用经随机时间调制的圆环四维阵进行全向的保密通信。

背景技术

无线通信技术飞速发展使得数据失密所造成的后果也愈发严重，保密通信是一种通信方式，是对要传送的信息内容采取调制加密技术，从而隐蔽信息的真实内容，使非法截收者不能理解通信内容的含义。国内外对于无线通信系统的保密性的相关研究主要分为安全通信的上层技术和安全通信的物理层安全技术，物理层安全通信主要是通过物理结构的方法从而实现窃听用户难以发现、难以解调无线通信系统收发的信息内容，常用物理层保密通信的实现方式包括：波束形成及预编码方案、人工噪声实现方案以及中继传播实现方式。另外、添加合作干扰机、应用层加密算法与无线信道特性相结合、发送端天线选择等方法也多有提及。

1987年，Farhat N H,Bai B在Proceedings of IEEE,1987,75(6):842-844发表的题为“Phased-array antenna pattern synthesis by simulated annealing”中介绍一种具有固定主瓣宽度低旁瓣方向图的技术，但即使旁瓣再低仍有可能被高灵敏度接收机截获；西安交大在CN106131824A中公开了一种无线通信网络联合信号反馈与人工噪声物理层安全通信方法，该发明通过引入人工噪声的方法干扰非法窃听者收到正确信息，但该方法导致合法接受者必须提前发出人工噪声，然后在接收信号后消除，增加了系统的复杂性；在专利号为CN109246048A的发明专利中提出了一种基于深度学习的物理层安全通信方法和系统，但该方法需要事先经过神经网络训练并且在发射和接收时都需要算法调制和解调；Zhu Q在“A directional modulation technique for secure communication based on4D antenna arrays”中分析了四维天线阵方向调制的基本原理，并通过仿真和实验验证了四维天线阵方向调制技术，讨论在模拟信号(AM调制)和数字信号(BPSK调制)的情况下，四维天线阵在不同方向上信号的频谱及一定带宽下的误码率；在题为《基于圆环四维天线阵的物理层保密通信研究》的硕士论文中设计了一款圆环四维天线阵并应用于保密通信，电子科技大学在CN102857280中公布了一种基于四维天线阵的保密通信系统及方法，但现有的基于四维天线阵的保密通信系统在非期望方向上发射信号的幅度相位失真是固定的，可以使用一些较为简单的技术手段加以破解。

发明内容

本发明鉴于上述技术背景而实现，目的在于提供一种基于随机时序四维圆环阵的保密通信系统。其新颖性在于在单位时间内随机地导通固定数目的天线单元，使得在期望方向上获得不失真的信号，而在非期望方向上只能收到随机杂乱的信号。适用于所有基于幅度相位调制方式，如BPSK，QPSK和QAM等数字信号的调制。本方案提供了一种新的四维天线阵保密通信思路，弥补了现有系统安全性不足的问题。

本发明的基本方案见附图1：