[发明专利]一种阵列流形误差条件下方向调制信号鲁棒性的设计方法

说明书

本发明揭示了一种阵列流形误差条件下方向调制信号鲁棒性的设计方法，该方法包括以下步骤：S1：设计鲁棒性方向调制信号通信系统；S2：根据S1步骤中得到的方向调制信号期望方位，综合出期望的数字基带调制符号需求、旁瓣区域安全性能要求以及旁瓣区域峰值电平约束建立理想阵列流形条件下方向调制信号综合优化问题；S3：根据S2步骤中得到的优化问题的目标函数和约束条件，确保在期望方位综合出数字基带调制符号约束条件的鲁棒性。该技术方案在算法设计中考虑阵列流形矢量最大误差条件下方向调制信号性能的鲁棒性约束，能够在算法设计过程中容忍实际相控阵阵元之间位置信息误差，降低了方向调制信号发射机相控阵的加工精度需求。

技术领域

本发明涉及一种阵列流形误差条件下方向调制信号鲁棒性的设计方法，可用于无线通信技术领域。

背景技术

随着无线通信技术在各种行业中的广泛应用，通信信息在传输过程中的安全性问题越来越引起人们的关注。由于无线信道开发性的特点，窃听接收机可以与合法用户一样接收到包含相同通信信息的无线电波。传统的解决方案都是基于密钥和安全传输协议的方式来保证通信信息的安全性，但随着窃听者计算能力的增强和新型无中心网络不便于密钥的管理和分配的原因，传统的安全问题解决方案受到越来越多的挑战。物理层安全通信是近年来在香农信息论基础上发展起来的利用无线通信系统自身的特点来解决传输信息安全性的研究热点。由于这种无线通信信息安全传输方式不依赖于上层加密方案受到学者越来越多的关注。

M.P.Daly在IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION，VOL.57，NO.9,2009上发表了“Directional modulation technique for phased array”文中提出了一种基于相控阵的方向调制物理层安全通信信号，采用数字通信信息直接控制相控阵射频端的相移器，在射频端完成通信信息的数字信号调制功能。这样发射的信号在空间不同方位接收信号具有不同的调制信号星座图，在期望方向合法用户接收信号星座图与传统基带数字调制信号相同，采用普通的数字通信接收机就可以正常的解调接收信号；而在非期望方位接收信号星座点之间的相对相位关系产生畸变，窃听接收机从接收信号中无法解调出有用的通信信息。在此基础上，不同的文献和专利从方向调制信号的综合算法、安全性能指标、实际系统的设计等角度阐述方向调制信号在物理层安全通信领域的广泛应用。

现有的基于相控阵的方向调制设计文献和专利中都假设相控阵阵元之间的相对位置关系精确已知，方向调制信号发射机具有精确的阵列流形矢量的先验知识。但在实际情况下阵元之间的相对位置信息存在误差，方向调制信号发射机并不具有相控阵阵列流形矢量的精确信息，导致基于精确阵列流形矢量信息的方向调制信号综合算法综合出的方向调制信号并不能满足系统设计的需求。需要设计能够容忍阵列流形误差的鲁棒性方向调制信号综合算法。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提出一种阵列流形误差条件下方向调制信号鲁棒性的设计方法。

本发明的目的将通过以下技术方案得以实现：一种阵列流形误差条件下方向调制信号鲁棒性的设计方法，该方法包括以下步骤：

S1：设计鲁棒性方向调制信号通信系统，得到方向调制信号的期望方位；

S2：根据S1步骤中得到的方向调制信号的期望方位，在期望方位综合出期望的数字基带调制符号需求、旁瓣区域安全性能要求以及旁瓣区域峰值电平约束建立理想阵列流形条件下方向调制信号综合优化问题；

S3：根据S2步骤中得到的优化问题的目标函数和约束条件，在阵列流形误差下对S2步骤中的约束条件改进，确保在期望方位综合出数字基带调制符号约束条件的鲁棒性；采用柯西-施瓦茨不等式缩放理想阵列流形条件下的优化问题中约束条件，得到鲁棒性方向调制信号优化问题；