[发明专利]用于安全保密无线通信的分布式多天线跳空收发方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术，特别涉及一种用于无线通信中安全保密的分布式多天线跳空收发方法。

背景技术

无线通信技术的快速发展使得人们几乎可以不用架设任何线缆而与身处不同位置的他人自由地通话，甚至视频通话和视频会议，极大地便利了人类社会生活。然而，基于同样的原理，侦听方也无需借助于任何线缆而获取他人通信的内容，所以无线通信的安全性和保密性就成为了通信领域最为关注的问题，这一问题在军事通信中尤为突出。

目前广泛使用的跳频技术是军事与民用无线通信中最常用的安全保密技术措施，具有良好的传输能力和安全保密性。跳频通信的工作机理是通信时不断改变传输的载波频率，使得通信具有明显的扩频增益；通信双方事先约定好跳频图案，只有收发双方同步地按照跳频图案进行调制和解调，才能正确的传输信息。通常情况下跳频图案是保密的，而且侦听方也很难做到与发方完全同步，所以侦听方难以截获或侦听到通信的内容。

但实际中，跳频通信存在难以克服的技术问题。跳频的保密性和扩频增益需要在载波跳速快，跳幅大的条件下获得，而载波频率需要通过依靠系统的惯性工作的锁相环锁定，因此跳频的跳速和频率跳幅均受到锁相环路的惯性(带宽)限制。同时，无线通信的发射和接收天线的长度与载波频率有关，载波频率的变化意味着发射和接收天线长度也要随之变化。然而短时间内大幅度调整天线的长度是很困难的。所以跳频通信载波频率的跳速和跳幅也会受到天线物理尺寸变化的制约。上述两方面就导致了跳频通信的扩频增益和保密性在实际中难以保证。同时,跳频机制显然会使得日趋匮乏的频谱资源问题变得更为尖锐。

另外，跳频仅仅是利用了频谱上的扩频增益，并没有真正应用无线通信的特点-“多径”，而无线通信中更值得利用的是信号的空谱。所以，一个重要的想法是利用分布式天线MIMO，尽量使用丰富的空间谱资源，获得可靠且截获率低的物理层无线通信传输模式。

目前国内外对多天线收发技术的研究主要是围绕两个方面展开的。一个是从频域能量分布的角度研究的，包括窄带波束形成，定向传输。还有一个是从安全保密的角度研究的。而有关无线通信物理层安全保密的研究，大多是基于跳频的思想，即将跳频与无线信道的一些特性联系在一起，进行安全保密通信。这两方面的问题归纳起来：一是不能摆脱频谱的限制，总试图从频谱的角度扩展频谱解决问题；二是没有建立起空谱的概念。之所以空域的概念没被普遍理解，是因为目前还没有有效描述空域信号的模型。甚至连一个简洁正确合理描述信道的模型也没有。

发明内容

本发明从基本的无线传播模型出发，考虑信号能量在空间的分布，从而建立起了空谱的概念。在此基础上，提出了一种用于无线通信中安全保密的分布式多天线跳空收发方法，可使得期望接收方获得正确的信息而侦听方在没有参加训练或未获得跳空图案的情况下无法有效地截获信息，解决了无线通信中的信道传输能力和安全保密性不足的问题。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种用于安全保密无线通信的分布式多天线跳空收发方法，采用发方和期望接收方均配备多天线的无线安全传输模型，其特征在于，包括如下步骤：

（1）训练阶段：

a、收发双方提前约定好要进行通信的时间和训练信号，发方依据训练图案通过开关切换每次选择一根天线用来发射信号；

b、期望接收方采用多天线阵列接收信号并进行内积相关检测，通过训练得到收方多天线接收加权向量；

其中，发射天线阵列由J根发射天线组成，每根发射天线都对应接收方的一组接收加权向量W_n，n＝1,2,…,J，所以需要对每一根发射天线进行单独的上述训练；

训练结束后，期望接收方获得了对应于J根发射天线的J组接收加权向量W_n，n＝1,2,…,J，即接收加权跳空图案；

（2）应用阶段：

a、首先，发方采用某一种调制方式将要发送的比特信息映射为星座图上的符号并调制到射频，依据发方跳空图案顺序从天线阵列中选择发射天线；

b、期望接收方采用多天线阵列在训练阶段的位置处接收信号，依据发方跳空图案，在接收加权跳空图案中选择相应的W_n对接收到的信号进行加权并进行相关检测，形成规整的星座图。

上述方案中，所述发方的发射天线切换是利用电子开关实现的。

所述的发射天线构成不规则的分布式天线阵列且各阵元间距离大于波长。

与现有的保障无线通信安全的跳频扩频和直序扩频等方法相比，本发明的有益效果是：