[发明专利]基于单边带时间调制阵列的物理层保密通信系统

说明书

本发明公开了一种基于单边带时间调制阵列的物理层保密通信系统，包括N个发射天线单元、N个高功率放大器、N个时间调制模块、1个射频状态控制器、N个准周期状态控制序列、1个N路等功率分配网络、1个调制器、1个信号发生器、1个本振、1个接收天线、1个低噪声放大器、1个解调器、1个数字信号处理器。其中，准周期状态控制序列由两个不完全相同的周期性状态控制序列和一个二进制伪随机序列组成。N个准周期状态控制序列分别控制N个时间调制模块的工作状态。本发明通过合理设计N个时间调制模块的准周期状态控制序列，既可实现高精度波束扫描，又可实现高性能方向调制，具有结构简单，保密性能通信性能优越等特点。

技术领域

本发明涉及天线工程技术领域，尤其涉及一种基于单边带时间调制阵列的物理层保密通信系统。

背景技术

1878年，英裔美国发明家David Edward Hughes利用发射器将无线电传送数百米远，揭开了无线通信技术辉煌发展的序幕。自此以后，无线通信系统取得了惊人的进步。同时，信息失密所造成的后果也愈发严重。因此，无线通信系统的信息安全问题受到不同领域学者的高度重视。在传统相控阵系统中，传输信息在期望方向和非期望方向上仅存在幅度和相对延迟的差别。理论上，在充分长的时间内，高灵敏度接收机总能正确地解调任意方向上的传输信号，从而窃取有用信息。为了防止高灵敏度接收机造成的信息失密，不少学者提出了阵列天线方向调制技术。然而，传统相控阵天线中，数字移相器的量化误差极大地影响方向调制性能，而高精度数字移相器又面临成本高昂，结构复杂等挑战。

近年来，基于时间调制阵列的物理层保密通信受到广泛关注。2014年，中国学者Q.Zhu在论文“Directional modulation based on 4-D antenna arrays”提出了利用周期性时间调制序列实现方向调制的初步思想。同年，意大利学者P.Rocca在论文“4-D arraysas enabling technology for cognitive radio systems”将这一技术应用于认知无线电系统，极大地提高其保密性能。随着方向调制研究的不断深入，中国学者K.Chen发现，Q.Zhu和P.Rocca采用方向调制技术随机性较差，在充分长的观测周期内，容易被窃听接收机破解。因此，K.Chen在论文“Hybrid directional modulation and beamforming forphysical layer security improvement through 4-Dantenna arrays”中改进了方向调制技术，提高了保密性能。然而，为了满足日益增长的保密性能需求，阵列天线需要同时具备波束扫描和方向调制性能。现有文献常采用具有单刀单掷开关的调制模块。在这些研究中，时间调制技术仅实现了方向调制性能，波束扫描仍需借助复杂的高精度数字移相器。

基于以上分析，现有时间调制技术不能同时实现波束扫描和方向调制性能，而借助高精度移相器获得的波束扫描技术，势必增加系统硬件复杂度。因此，提出一种同时实现波束扫描和方向调制性能的低复杂度保密通信系统是十分必要的。本发明公开了一种基于单边带时间调制阵列的物理层保密通信系统，通过合理设计系统架构及准周期状态控制序列，突破了时间调制技术无法同时实现高精度波束扫描和高性能方向调制的技术难点，与现有技术相比，降低了硬件复杂度，提高了保密性能，有望广泛应用于新一代低成本、高性能无线通信系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于单边带时间调制阵列的物理层保密通信系统。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种基于单边带时间调制阵列的物理层保密通信系统，包括N个发射天线单元、N个高功率放大器、N个时间调制模块、1个射频状态控制器、N个准周期状态控制序列、1个N路等功率分配网络、1个调制器、1个信号发生器、1个本振、1个接收天线、1个低噪声放大器、1个解调器、1个数字信号处理器，其中N为正整数。