[发明专利]一种联合空间和方向维度的安全调制方法

说明书

本发明属于无线通信技术领域，具体的说是一种联合空间和方向维度的安全调制方法。本发明将改进的接收端空间调制技术与方向调制技术结合，使得天线的索引传递一部分信息比特，并且使得这部分比特无法被窃听者获得，使得不管窃听者与合法接收者位置是否一样，窃听者的误码率都将显著高于合法用户。因此本发明较原有的方向调制技术，可以有效得提升系统的安全性。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体的说是一种联合空间和方向维度的安全调制方法。本发明涉及接收端空间调制(Receive Spatial Modulation,RSM)技术，随机频率分集阵列(Random Frequency Diverse Array,RFDA)技术和方向调制(DirectionalModulation，DM)技术。

背景技术

方向调制技术是一种新兴的物理层安全技术，引起了学术界和工业界的广泛关注。作为一项发送端技术，它可以使得发射机在期望的方向发射正确的信号，而非期望方向的发射信号会产生畸变。因此，当窃听者不在期望方向时，即使收到的信号功率高，也无法对信息进行恢复。方向调制这种发射信号与方向有关的特点增强了物理层的安全性。

然而之前关于方向调制的研究大都建立在相控天线阵列基础上，在这些研究中，通常会默认窃听者与合法接收者方向角不一样。但在实际的应用场景中，窃听者同样有可能位于期望方向，使得信息的传输不再安全。一种将随机频率分集阵列和方向调制结合的技术(Directional Modulation with Random Frequency Diverse Array,DM-RFDA)很好得解决了这个问题，使得即使窃听者与合法接收者在同一方向，只要位置不同一样可以实现安全传输。

然而，它也存在一些缺陷，DM-RFDA默认窃听者与合法用户信道不一样(也即位置不一样)，但是在实际的场景中，窃听者有可能可以获知合法用户的位置，从而可以使得接收端尽可能靠近合法用户接收端，那么窃听者将可以接收到正确的信号。

发明内容

本发明的目的，就是提供一种联合空间和方向维度的安全调制方法，通过在DM-RFDA中引入接收端空间调制技术，使得天线的索引传递一部分信息比特。传统接收端空间调制技术不能直接应用于DM-RFDA系统中，因此本发明提出了一种改进的空间调制算法。该算法使得天线索引传输的信息比特无法被窃听者获得，使得不管窃听者与合法用户位置是否一样，窃听者的误码率都将显著高于合法接收者。

基于接收端空间调制及随机频率分集的方向调制信号合成的具体过程包括：

S1、发射机对合法用户的每个接收端进行角度和距离测量。

S2、发射机每个阵元的载波频率在一定带宽内进行随机映射，则发射机阵列的导向向量表示为

其中，θ是接收端的方向角，r是接收端与天线阵的距离，f_n,n＝0,1,...,N_a-1是第n根天线的载波频率，N_a是发射机天线数，φ_n(θ,r,f_n),n＝0,1,...,N_a-1为第n根天线阵元的相位偏移。

S3、合法用户的第i个接收端的位置为其中N_b为合法用户接收端的数量，每个接收端只有一根天线，且每个接收端可以协作通信。则第i个接收端信道为合法用户的信道可表示为

S4、将RSM运用到方向调制中，则一部分信息比特由接收端天线索引传递，一部分信息比特由幅度相位调制(amplitude-phase modulation APM)传递。当希望合法用户的第i个接收端天线被激活时，RSM符号可表示为