[发明专利]I/Q域调制方法、双域调制方法和多址通信方法

说明书

本发明公开了一种依赖于空间位置的I/Q域调制方法、双域调制方法和多址通信方法，属于通信技术领域。本发明所述方法消除物理层安全通信对信道状态信息的依赖，并且实现在预期位置处的接收机能够正常通信，而在其他位置处的窃听者不能接收到信号或者只能接收到错误信号的功能。在空间的维度上提升了无线通信系统的安全能力。本发明所述多址通信方法，可以实现依据空间精确位置点对多个用户进行区分。即便当多个用户位于同一个角度域扇区内，只要这些用户所在的空间位置不同，即可利用该发明所提出的方法进行多址通信，从而进一步提高系统的空间复用率，提升系统容量。

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种依赖于空间位置的I/Q域调制方法、双域调制方法和多址通信方法。

背景技术

传统的无线通信时时面临着被窃听截获的风险。传统抗窃听截获的方法是上层加密和认证，然而随着计算能力的与日俱增，上层加密和认证技术的安全性面临着前所未有的挑战。因此，学术界和工业界提出物理层安全通信的概念，将安全关口前移至物理层，利用物理层丰富的随机性，结合物理层固有的调制编码技术，在新的维度上开展安全通信系统设计，提升系统安全性能。

在传统物理层安全通信中，常利用一些物理层的特有因素：例如信道噪声和干扰来实现安全通信目的。但是，在具体实现过程中，噪声和干扰等因素的不确定性大，难以控制利用。大多传统物理层安全通信技术还通过利用无线信道的随机性和空间差异性来实现安全通信目的，但是这通常建立在信道的互易性和信道反馈技术的基础上。然而通常情况下，信道的互易性很难得到严格的满足。例如，在频分双工（FDD）系统中，由于往返信道位于不同的频点，因此通常不满足信道互易性。即便是在时分双工（TDD）系统中，信道的快衰落特性也会破坏信道的互易性。即便是在TDD慢衰落信道中，当大量散射体存在时，由于散射体从不同方向入射会表现出不同的散射特性，因此，信道的互易性也难以得到满足。信道反馈技术也存在着不可避免的问题：高精度的信道反馈需要占用反向信道带宽，消耗大量带宽资源。信道精度不足又会严重影响系统的安全性能。信道反馈最大的问题在于窃听者可以通过窃听反向信道侦听合法通信方的信道状态信息，从而破解依赖于信道状态信息的安全通信方法。

众所周知，任何传统通信都具有时延，并且不同系统具有不同的时延。时延会对信号产生重要的影响（衰落、频偏、相位旋转等），传统通信方式中，都是通过接收端信号处理，以补偿时延对信号的影响，而没有利用时延本身的安全价值。实际上，通信时延具有很高的安全价值。首先，时延具有互易性，由光路可逆特性，电磁波正向传播时延与其反向传播时延相等。再者，通信时延具有不可窃听性，不同的系统具有不同的时延，不同的位置也会具有不同的时延。在超视距传播，或者大量散射体存在时，电波不延直线传播，时延则更不可预知。通信时延的不可窃听性确保了通信系统的安全性。

传统抗截获和反欺骗手段依赖于网络层以上的加密和认证技术，然而随着计算能力的提升，上层加密和认证技术面临着严峻的挑战。例如：秘钥管理、分配和维护困难；长秘钥造成高运算开销和资源浪费；窃听能力提升使得基于计算复杂度的上层加密方法面临威胁。为了应对这些问题，国内外提出物理层安全通信，将安全关口前移，利用物理层本身存在随机性（干扰、噪声等）来摆脱对长秘钥的依赖性。然而，现有大多物理层安全通信技术依赖于无线信道的互易性，可是信道的互易性很难得到严格的满足。现有空域物理层安全技术，例如空间波束赋形和方向调制虽可摆脱信道互易性的限制，但是仅仅能够提供角度域的安全性能，若窃听者和我方接收机位于同一方向角时，则不具有安全性。

空分多址（SDMA）通过标记不同方位相同频率的天线波束来实现频率资源复用。SDMA对通信系统性能有多方面的改善，例如，SDMA可以降低信道间干扰和多径衰落。更重要的是SDMA系统可以使系统容量成倍增加，使得系统在有限的频谱内可以支持更多的用户，从而成倍地提高频谱使用效率。结合智能天线技术，SDMA将空间进行划分，取得更多的地址，在相同时间、频率和码域资源的情况下，根据信号在空间内传播路径不同来区分不同的用户，因此可以达到更高效率的传输。然而传统SDMA只能实现角度域用户的区分，当多个用户位于同一个扇区内时，并不能通过空间波束来对多个用户进行区分。