[发明专利]一种基于松弛相位约束的鲁棒方向调制安全传输方法

说明书

本发明涉及一种松弛相位约束的鲁棒方向调制安全传输方法，属于松弛相位约束的鲁棒方向调制技术。本发明方法采用四进制相移键控QPSK的方式，在有界的信道误差下构造了鲁棒方向调制的基本数学模型。利用凸优化CVX工具箱求解最优权矢量，计算并观察不同信噪比以及不同角度误差情况下用户的平均误符号率。最后可得出，无论是遍历信噪比还是角度估计误差，鲁棒调制所带来的信噪比均优于传统方法。

技术领域

本发明涉及松弛相位约束的鲁棒方向调制技术，适用于视距信道下期望用户与发射机之间的方位角估计值存在有界误差的情况下，确保目标用户收到期望幅度和相位的符号同时扭曲在非期望方向上的接收信号。从而进一步降低了有用信号被信道中的窃听用户截获的概率，增强了信号的安全传输性能。

背景技术

无线通信在军事和民用领域逐渐发挥着越来越大的作用，然而无线通信的广播特性给无线通信的安全带来前所未有的挑战，单纯依靠传统的密码加密不能满足物理层安全的需要。针对物理层安全通信的方向调制技术作为传统高层加密的补充，有效提高了无线通信的信息安全性，近年来收到了广泛关注。相控阵发射机的基本结构如图 1所示。但实际系统中的通道幅度相位误差、阵元位置误差、角度测量误差等各种因素的影响，导致无线通信系统的安全性和可靠性降低。因此，研究鲁棒方向调制技术具有重要的理论意义和实际价值。

传统的固定相位和松弛相位的方法并不适用于用户方位角存在误差的情况。如图2所示，我们在合法用户方位角估计存在误差的情况下解决私密信息安全传输的问题。当用户波达角存在有界误差时，利用传统方法会加大期望用户的平均误符号率，且角度估计误差越大，给用户误符号率造成的影响会更明显进而导致系统性能急剧下降。针对上述问题，松弛相位约束的鲁棒方向调制技术被提出，它能够克服合法用户的方位角估计误差对保密信号的安全传输所带来的影响。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种为了满足高速高效的数据传输，本方法调制采用四进制相移键控(Quadrature Phase Shift Keying,QPSK)的方式，在有界的信道误差下构造了鲁棒方向调制的基本数学模型。利用凸优化(Convex,CVX)工具箱求解最优权矢量，计算并观察不同信噪比以及不同角度误差情况下用户的平均误符号率。最后可得出，无论是遍历信噪比还是角度估计误差，鲁棒调制所带来的信噪比均优于传统方法。

技术方案

一种松弛相位约束的鲁棒方向调制安全传输方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：构造有角度误差情况下的估计信道以及实际信道：

其中，θ_i分别代表第i个用户相对于发射机方位角估计值与实际值；Δθ_max代表第i个用户相对于发射机方位角估计误差的上界；N，f分别代表天线个数与载波频率；D为三个用户与发射机之间的距离；为信道衰落因子；代表第i个用户相对于发射机归一化信道的估计值；分别代表第i个用户相对于发射机归一化信道第p个元素的估计值与实际值；

步骤2：跟据以及在有角度误差的条件下推导估计信道与实际信道之间的关系，推导过程如下：

其中，为代表第i个用户相对于发射机归一化信道矢量第p个元素的估计值与实际值之差；显然，为一个有界量；

步骤3：计算信道误差的上界：