[发明专利]一种基于交叉熵迭代的多用户太赫兹阵列安全调制方法

说明书

本发明具体涉及一种基于交叉熵迭代的多用户太赫兹阵列安全调制方法，属于保密通信技术领域。包括射频链路可编程放大、交叉熵迭代、模拟波束赋形以及数字波束赋形，具体为：1）通过可编程放大器控制发射天线权重，实现天线权重最优化；2）数模混合波束赋形，利用交叉熵迭代优化，选择出旁瓣低的天线组合完成模拟波束赋形，并根据迫零准则设计数字波束赋形，消除多用户波束间的干扰；3）信号发送与接收，实现太赫兹多用户安全通信。该方法使非目标用户方向星座图分散程度最高的同时大幅降低方向图旁瓣能量，在QPSK调制下窃听用户的误符号率保持在0.75，无法正确解调出目标用户信号，拥有良好的物理层安全性能。

技术领域

本发明涉及一种基于交叉熵迭代的多用户太赫兹阵列安全调制方法，属于保密通信技术领域。

背景技术

随着无线通信技术的不断发展，人们对无线通信传输速率的要求越来越高。未来的无线通信系统需要满足多个方面的需求，即更大的数据量、更高的数据速率、更远的通信距离、更低的通信延迟和更多的网络用户，而现在6GHz以下的微波频段，频谱资源紧张，很难满足人们日益增长的通信需求。太赫兹频率在0.1THz到10THz之间，带宽非常大，将提供更高的传输速率，但由于太赫兹系统的开放传输特性，如果窃听接收机足够灵敏的话，仍然能从太赫兹的旁瓣泄漏中获取信息，太赫兹MIMO通信系统面临着严峻的安全问题。

传统的保密通信方案着眼于上层的安全加密算法以及用户间设立的复杂协议，这些安全措施计算成本高，在异构用户间使用不够灵活，且随着窃听者的算力逐渐提高，面临着被破解的风险。相较之下，物理层安全策略不占用过多计算资源，避免密钥分发和管理等问题，能够适应如物联网等计算资源受限的应用场景。

物理层安全通信目前在这两个方面推进研究：一个方面是着力于信息论，探究物理层在实现信号安全传输时的安全信道容量，实现让安全信道容量增大，窃听信道容量不断减小；另一个方面是着力于实际通信系统的研究，提出了很多物理层安全通信系统，包括基于相控阵的物理层安全通信系统、基于切换天线的物理层安全通信系统和基于正交矢量法的物理层安全通信系统，但都存在信号旁瓣能量过高，安全性不足的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有物理层安全通信方法存在信号旁瓣能量过高，安全性不足的问题，提出了一种基于交叉熵迭代的多用户太赫兹阵列安全调制方法，该方法将方向图旁瓣能量作为目标函数，利用交叉熵进行迭代和优化，得到多用户太赫兹数模混合波束赋形矩阵，从而实现旁瓣能量低的物理层安全通信，提升了物理层太赫兹通信的安全性。

为了达到上述目的，本发明采取如下技术方案：

所述多用户太赫兹阵列安全调制方法，该方法依托多用户太赫兹阵列系统，该系统包括：发射机、目标用户、窃听用户、接收机以及信道；

所述发射机包含模拟波束赋形装置、数字波束赋形装置、可编程放大器及发射天线阵列；

其中，发射天线阵列共包含根天线，且天线之间的距离为，，为载波波长；

所述信道为二维x-y平面太赫兹信道，且为接收机与发射机之间的可视路径链路，在方向角的信道为(1)：

(1)

其中，可视路径链路，即Line of Sight，简称LOS；

所述目标用户的数量为个，分别位于发射机的方向角上；

所述窃听用户位于非目标用户方向上；

所述发射机与个目标用户之间的个信道组成传输信道矩阵，其中，上标T表示共轭转置；

其中，发射机模拟波束赋形装置的天线权重取值为或，的不同取值代表安全通信不同的波束赋形模式，在共根天线的天线权重中，有根天线取值为，根天线取值为；