[发明专利]一种基于多播频控阵方向调制的稳健波束形成方法

说明书

本发明提供了一种基于多播频控阵方向调制的稳健波束形成方法，引入频控阵方向调制技术，通过优化波束形成矢量，在满足目标合法用户群的条件下，最小发送有用功率信号，并使得非目标合法用户群收不到不属于其的信号，除此之外，在总功率一定情况下，最小有用信号功率，既可将更多功率分配给人工噪声，又在可能存在窃听者的位置上增加人工干扰，避免窃听者窃听信号，从而有效保障了通信安全。

技术领域

本发明涉及天线阵列的方向调制，适用于利用频控阵结合人工噪声稳健波束成形方向调制合成方法的无线安全通信。

背景技术

基于多路广播方向调制系统(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，同时保证其他合法用户群接不到不属于自己的信息。除此之外，还要防止可能位置上的窃听者窃听保密信息。

当前基于相控阵的方向调制技术能够实现方向上的保密通信，即在合法用户方向达到很高信噪比，同时在其他方向信噪比很低。但是若窃听者和合法用户处于相同的方向上，则无法实现保密通信。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于随机频偏策略的频控阵稳健性优化的安全通信方法，通过引入频控阵技术，优化波束成形技术，并结合使用人工噪声，使得目标合法用户群能够接收到相应信息，同时，其他合法接收机群接不到不属于自己的信息。除此之外，在可能窃听者位置，增加干扰信号，保证可能位置的窃听者不能窃听保密信号，从而有效保障了通信安全。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

(1)在预先设定频率偏移范围约束下，产生随机频率偏移；

(2)根据载波频率分别计算目标合法用户群和非目标合法用户群的导向矩阵；

(3)将非目标合法用户矩阵进行奇异值分解，得到非目标合法用户群零空间；

(4)根据目标合法用户群导向矩阵，在目标合法用户群最小期望功率约束和非目标合法用户群零空间约束下，得到最优波束形成矢量；

(5)根据得到的最优波束形成矢量计算出发送有用信号的功率，将其余功率分配给人工噪声；

(6)根据合法用户群的位置计算合法用户群导向矩阵，并将其进行奇异值分解，得到合法用户群零空间；

(7)根据窃听者可能位置及其误差，计算其导向矩阵，结合合法用户群零空间，计算得到人工噪声投影矩阵；进而得到发送第k个合法用户群的基带信号。

所述的步骤(1)产生随机频率偏移Δf_n,n＝0,1,...N-1，N为信源天线数。

所述的步骤(2)令第k个合法用户群作为目标合法用户群，k＝0,1,…，K-1，K为合法用户群的总数；计算目标合法用户群和非目标合法用户群的频控阵导向矩阵，和H_l,-_k＝[H_l,0,...,H_l,k-1,H_l,k+1,...,H_l,K-1]，其中，为信号衰减，M_k为第k个群合法用户总数，分别表示第k个合法用户群第m个合法用户与信源天线之间的距离及其连线与正北方向的夹角角度，阵列天线之间的间距d＝c/2(f₀+ΔF)，c表示电磁波传播速率，每根天线的最大频率偏移量为ΔF，信号参考载频为f₀。

所述的步骤(3)对非目标合法用户导向矩阵奇异值分解，得到

所述的步骤(4)计算最优波束形成矢量其中，