[发明专利]基于多波束协作的天基安全调制方法

说明书

本发明公开的一种基于多波束协作的天基安全调制方法，属于无线通信技术中的物理层安全领域。本发明实现方法为：通过控制多个波束在地面相交得到一个较小的多波束交汇区域，并设定为安全服务区域，显著缩小窃听威胁隐藏范围，实现卫星波束对服务用户的小范围精准覆盖；此外本发明在波束赋型和方向调制的基础上联合人工噪声，通过每发送一个符号对各个天线阵列上添加人工噪声的天线进行随机选择，将随机性引入到非期望方向上的星座图中，并通过设置噪声窗口保证添加人工噪声只对非安全区域用户造成干扰，进而实现在多波束叠加区域上星座图不变的情况下，非叠加区域的星座图产生随机变化，提升安全区域通信的抗窃听能力。

技术领域

本发明涉及一种基于多波束协作的天基安全调制方法，属于无线通信技术中的物理层安全领域。

技术背景

随着无线通信技术的迅猛发展，无线通信系统在有效性和可靠性方面得到了质的提高，广泛应用于生产生活的各个领域，极大的满足了人们日益增长的通信需求。然而，随着对信息安全要求的提高，以及窃听技术的不断发展，无线通信系统所具有的广播特性使其信号在通信过程中容易受到非法用户窃听、干扰等威胁，面临着比传统有线通信系统更加严峻的安全挑战，尤其对于信号传输距离远、波束覆盖面积大的卫星通信系统而言，其安全性问题已成为其应用发展的瓶颈。

传统卫星通信系统的安全方案着眼于上层的安全加密算法以及用户间设立的复杂协议，这些安全措施计算成本高，在异构用户间使用不够灵活，且随着窃听用户密码破译能力和计算能力的逐渐提升，面临着被破译的风险，难以满足卫星通信系统的安全需求。相较之下，物理层安全具有轻量级与免密钥等特点，是一种利用无线介质的物理特性而非计算复杂度来保障无线通信的安全性的方法，不会占用过多计算资源，能够适用于星上计算能力受限的卫星通信场景。

物理层安全技术在通信领域已有了广泛的应用，特别是在依赖于多天线系统信道的差异性、随机性以及互易性和波束成型、天线选择、人工噪声辅助等策略提高网络安全性方面取得了巨大的成果，在对系统安全性进行显著提升的同时，也能满足一定的带宽、功率、设计复杂度和开销等条件。但由于星地传输距离远，信号在传播过程中依然存在较大的窃听威胁，特别是星地下行链路，由于卫星波束地面覆盖范围广，窃听威胁隐藏范围大，而存在着较大的安全隐患。

发明内容

针对卫星波束地面覆盖范围广，窃听威胁隐藏范围大，安全性不足的问题，本发明主要目的是提供一种基于多波束协作的天基安全调制方法，通过控制多个波束在地面相交得到一个较小的多波束交汇区域，并将多波束交汇区域设定为安全服务区域，显著缩小窃听威胁隐藏范围，实现卫星波束对服务用户的小范围精准覆盖；此外本发明在波束赋型和方向调制的基础上联合人工噪声，通过每发送一个符号对各个天线阵列上添加人工噪声的天线进行随机选择，将随机性引入到非期望方向上的星座图中，进而实现在多波束叠加区域上星座图不变的情况下，非叠加区域的星座图产生随机变化，提升安全区域通信的抗窃听能力。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的一种基于多波束协作的天基安全调制方法，包括如下步骤：

步骤1、设计包含多个阵列的信号发射系统，实现星地间多波束协作通信。

针对卫星波束地面覆盖范围广，窃听威胁隐藏范围大，安全性不足的问题，通过设计通过控制多个波束在地面相交得到一个较小的多波束交汇区域，并将多波束交汇区域设定为安全服务区域，实现卫星波束对服务用户的小范围精准覆盖，缩小窃听威胁隐藏范围。