[发明专利]一种基于多播频控阵天线选择方法

说明书

本发明提供了一种基于多播频控阵天线选择方法，引入频控阵方向调制技术，通过优化波束形成矢量，采用最小化发射功率，满足合法用户信干噪比和发射天线数约束优化准则，保证合法用户能够正常接收保密信息，最小化发射天线数目，除此之外，设计人工噪声投影矩阵，使得除合法用户外其他地方增加人工干扰，避免窃听者窃听保密信号，从而有效保障了通信安全。本发明使得频控阵方向调制具有较好的去耦合作用，保证所有目标合法用户群能够正确获得保密信息，使得人工噪声随机产生，不影响合法用户群的情况下，干扰窃听用户，使得窃听用户难以解调出信息。

技术领域

本发明涉及天线阵列的方向调制，尤其是一种频控阵的天线选择方法，适用于利用频控阵结合人工噪声进行多播天线选择无线安全通信。

背景技术

基于多播方向调制系统(如图1所示)，有若干个合法用户群，每个群中有若干个合法用户，需要将不同的信息传输给相应的合法用户群，注意，多播的设置包括广播，即单组播，只有一个群，以及的情况将单个信息传输到每个接收用户，即每个群只有一个合法用户。

通常情况下，窃听者都是被动窃听，使用零分贝的接收天线，那么发射端无法估计出窃听者的位置，安全通信即防止未知位置上的窃听者截获保密信息。

引入频控阵方向调制实现无线保密通信，频控阵，即不同的发射阵元之间存在较小的频率增量，这使得频控阵的波束模式同时依赖于角度和距离参数。由于频控阵的距离和角度的二维依赖性，因而广泛应用于方向调制保密通信中。

人工噪声的引入使得合法用户不受人工噪声的影响，而窃听者的信干噪比将大大降低，使得窃听者很难解调出保密信息。

基于总功率固定，期望在满足合法用户期望信干噪比的约束下，发射保密信息功率最小化，那么可以有更多的功率分配给人工噪声，增加人工噪声对窃听用户的干扰，使其难以截获保密信息。另外，随着天线越来越小，越来越便宜，在这种情况下，基站的发射天线选择变得越来越有吸引力。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于多播频控阵天线选择方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案的步骤如下：

步骤1：设置初始化参数；

设置初始化参数包括：初始化参数为第k个合法用户群第m个合法用户与发射基站之间的距离，为第k个合法用户群第m个合法用户与正北方向的夹角角度；初始化信源天线数为N；每根天线的最大频率偏移量为ΔF，信号参考载频为f_c，天线间距选择d＝c/2f_c，防止会出现栅瓣，导致空间模糊；初始化阵列天线之间的间距，其中，c表示电磁波传播速率；

步骤2：在带宽范围内，产生随机频偏；

在带宽约束下，随机选取频率偏移Δf_n＝η_nΔF,n＝1,2,...,N，η_n是标准正态分布；

步骤3：根据产生的载波频率偏移，计算目标合法用户的导向矢量；

令第k个合法用户群作为目标合法用户群，k＝1,2,...,K，其中K为合法用户群的总数，计算目标合法用户群的频控阵导向矢量：

其中，c是光速，为电磁波路径损耗，M_k为第k个群合法用户总数，f_c为载波；

步骤4：根据最小化发射功率以及合法用户信干噪比和发射天线数约束，建立优化目标函数；

建立最小化发射功率，满足合法用户信干噪比和发射天线数约束优化目标函数：