一种基于ML-WFRFT与AN辅助的卫星抗参数扫描通信方法技术

本发明专利技术属于卫星通信技术领域，公开了一种基于ML‑WFRFT(多层加权分数阶傅里叶变换)与AN(人工噪声)辅助的卫星抗参数扫描通信方法，所述基于ML‑WFRFT与AN辅助的卫星抗参数扫描通信方法采用ML‑WFRFT调制信号；将ML‑WFRFT与AN辅助技术结合。本发明专利技术对传统的WFRFT进行改进，提出ML‑WFRFT，用其调制信号，同时将其与多入多出(MIMO)技术相结合，使调制信号具有多个调制参数而加密性更强，为了抑制窃听方进行参数扫描，将ML‑WFRFT与AN辅助技术相结合。利用本发明专利技术，能够在满足合法接收方通信要求的情况下，极大的抑制窃听方接收性能，即基本不能正确解调信号。

A Satellite Anti-parameter Scanning Communication Method Based on ML-WFRFT and AN

The invention belongs to the field of satellite communication technology, and discloses a satellite anti-parametric scanning communication method assisted by ML WFRFT (multi-layer weighted fractional Fourier transform) and AN (artificial noise). The satellite anti-parametric scanning communication method based on ML WFRFT and AN adopts ML WFRFT modulation signal, and combines ML WFR with AN auxiliary technology. The invention improves the traditional WFRFT, proposes ML WFRFT, uses it to modulate the signal, and combines it with MIMO technology to make the modulated signal have multiple modulation parameters and have stronger encryption. In order to restrain eavesdropper from scanning parameters, ML WFRFT is combined with AN auxiliary technology. By using the present invention, the receiving performance of eavesdropper can be greatly inhibited under the condition of meeting the communication requirements of legitimate receiver, that is, the signal can not be demodulated correctly.

【技术实现步骤摘要】
一种基于ML-WFRFT与AN辅助的卫星抗参数扫描通信方法
本专利技术属于卫星通信
，尤其涉及一种基于ML-WFRFT与AN辅助的卫星抗参数扫描通信方法。
技术介绍
目前，业内常用的现有技术是这样的：卫星通信具有通信覆盖区域大、通信距离远、通信频带宽、通信容量大以及信道质量好、传输性能稳定等特点，因而卫星通信在民用通信和军事通信中均得到广泛的应用。然而随着社会经济的发展，高速高质量的数据传输需求也更加迫切，随着科学技术的发展，广播电视，卫星通信，交通，铁路，对讲机等业务越来越多，频谱资源越来越紧缺，同时发射端的发射功率是一定的，一味地增大发射功率，将对现有的技术提出极大的挑战，而且增大发射功率将会极大的增加成本，因此，目前发射功率受限。卫星信道具有开放性，卫星覆盖范围内的任何用户都可以接收数据，所传信息被窃听的风险增大。综上所述，现有技术存在的问题是：目前频谱资源越来越紧缺，发射功率受限，卫星覆盖范围内的任何用户都可以接收数据，所传信息被窃听的风险增大。解决上述技术问题的难度和意义：如何在不增加发射功率的情况下提高频谱利用率，同时将所发送的信号进行隐藏或者加密，使窃听方无法截获信号，达到安全通信。解决上述问题将在现有情况下极大提高卫星通信的频谱利用率，从而提高用户通信的可靠性，同时保证用户通信的安全性。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于ML-WFRFT与AN辅助的卫星抗参数扫描通信方法。本专利技术是这样实现的，一种基于ML-WFRFT与AN辅助的卫星抗参数扫描通信方法，所述基于ML-WFRFT与AN辅助的卫星抗参数扫描通信方法首先对传统的WFRFT进行改进，提出ML-WFRFT，并根据发射天线的数目确定WFRFT的层数，采用ML-WFRFT调制发射信号，对信号进行了加密；同时与多入多出结合；进行空时分组编码，从对应的天线发射对应的信号，提高了频谱利用率，同时，与AN辅助技术相结合，在对应的天线加入AN信号，恶化了窃听信道质量，抵制窃听方进行参数扫描来截获信号。进一步，所述基于ML-WFRFT与AN辅助的卫星抗参数扫描通信方法包括以下步骤：步骤一，发射端首先对待发射信号进行基带映射，本专利技术采用QPSK进行基带映射，同事根据实际的发射天线数目，编写相应的ML-WFRFT算法，通过计算机对基带映射后的信号进行相应的ML-WFRFT调制，根据发射天线数目对有用信号进行ML-WFRFT调制；步骤二，根据空时编码规则，根据对应的天线数目通过计算机编写相应的空时编码程序，通过计算机将ML-WFRFT信号进行空时分组编码；步骤三，通过计算机给空时分组编码信号添加训练符号，通过USRP等硬件设备从相应的天线发射出去，接收方根据接收到的训练符号对信道状态进行信道估计，同时将估计的信息反馈给发射方；步骤四，发射方根据反馈信息对合法信道进行奇异值分解，在合法信道的零空间发送AN信号，以恶化窃听方的信道质量，并对发射端功率分配进行优化，使系统的安全容量最大；步骤五，合法接收方通过计算机根据相应的天线数目编写相应的空时解码算法，对接收到的信号进行空时分组解码，进行相应的空时分组解码，同时根据发射天线数目，通过计算机编写相应的ML-WFRFT解调算法，对空时解码后的信号进行ML-WFRFT解调，对解调后的信号进行QPSK逆硬射即可得到原发送信号。进一步，所述ML-WFRFT调制，层数与发射天线数目相同，WFRFT调制公式为：以两层WFRFT为例进行说明，发射有用信号为m，m＝[m1m2]，进行两层WFRFT调制后为：M＝[M1M2]；调制信号具有两个调制参数。进一步，将两层WFRFT调制后的信号进行空时分组编码，与MIMO相结合；将M进行空时分组编码为：对编码后的信号进行IFFT变换为：s加CP后为s′，分别从对应的时刻从对应的天线发射出去。进一步，所述发射端根据训练符号进行信到估计，得到合法信道估计值hTR，进行奇异值分解为：其中vT＝[vNR+1，vNR+2，…，vNT]为hTR的零空间，将AN信号w(w＝vTz)发送到合法信道的零空间，即hTRw＝0，其中z为高斯白噪声，则合法方与窃听方接收到的信号分别为：y＝hTRs′+hTRw+na＝hTRs′+hTRvTw+na＝hTRs′+na；z＝hTEs′+hTEw+nb。进一步，所述合法接收方对相邻两个周期内接收到的信号进行去循环前缀处理后分别为：对y进行FFT变换为：对上述公式进行如下变换：得：为经过空时译码得到的信号，进行相应的WFRFT解调、基带逆映射，得到输出序列。本专利技术的另一目的在于提供一种应用所述基于ML-WFRFT与AN辅助的卫星抗参数扫描通信方法的卫星通信系统。综上所述，本专利技术的优点及积极效果为：本专利技术将新型时频分析算法应用于卫星通信，与MIMO、AN辅助技术相结合，提高了卫星通信系统的系统容量及频谱利用率，增强了其抗参数扫描性，保证了安全通信。现有的卫星抗参数扫描通信采用传统的跳频、扩频等技术，相对应的截获技术发展相对成熟，现有卫星通信易被截获且频谱利用率不高。本专利技术采用新型的时频分析算法WFRFT对信号进行加密，并在此基础上进行改进，提出了ML-WFRFT，进一步提高了其抗参数扫描性，同时与MIMO技术相结合，提高了系统容量及频谱利用率。现有的卫星抗参数扫描通信只是对发送信号进行加密，但从没有考虑过窃听方的情况，本专利技术引入AN信号，抑制窃听方接收信号。以两层WFRFT为例，采用空时分组编码，发射相应的信号，与现在传统的发射方式相比，频谱利用率提高了14.3％，采用ML-WFRFT与AN结合的抗参数扫描通信方法，当窃听方不知发射端进行了ML-WFRFT调制时，其BER为0.5，窃听方在已知发射端进行了ML-WFRFT调制，调制阶数误差均为0.1时，其接收到信号的BER大于0.031，窃听方在已知发射端进行了WFRFT调制以及调制阶数的具体值时，其接收信号的BER大于0.017，系统安全容量为4.26bps/Hz，相较于传统的跳频，扩频等抗参数扫描通信方式，安全容量提高了1.23bp/Hz。附图说明图1是本专利技术实施例提供的基于ML-WFRFT与AN辅助的卫星抗参数扫描通信方法流程图。图2是本专利技术实施例提供的基于ML-WFRFT与AN辅助的卫星抗参数扫描通信系统结构示意图。图3是本专利技术实施例提供的采用的WFRFT流程图。图4是本专利技术实施例提供的提出的ML-WFRFT流程图(以两发一收天线为例)。图5是本专利技术实施例提供的提出的WFRFT-MIMO信号原理框图。图6是本专利技术实施例提供的采用的功率占比优化流程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提出一种基于多层加权分数阶傅里叶变换(ML-WFRFT)与人工噪声(AN)辅助的卫星抗参数扫描通信方法，解决了传统卫星通信系统频谱利用率低、所传信息易被截获等问题；卫星通信不需要其他的额外设备就可以实现安全通信。如图1所示，本专利技术实施例提供的基于ML-WFRFT与AN辅助的卫星抗参数扫描通信方法包括以下步骤：S101：发射端根据发射天线数目对有用信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于ML‑WFRFT与AN辅助的卫星抗参数扫描通信方法，其特征在于，所述基于ML‑WFRFT与AN辅助的卫星抗参数扫描通信方法首先提出ML‑WFRFT，根据发射天线的数目确定WFRFT的层数，采用ML‑WFRFT调制发射信号，对信号加密；同时与多入多出结合；进行空时分组编码，从对应的天线发射对应的信号；与AN辅助技术相结合，在对应的天线加入AN信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于ML-WFRFT与AN辅助的卫星抗参数扫描通信方法，其特征在于，所述基于ML-WFRFT与AN辅助的卫星抗参数扫描通信方法首先提出ML-WFRFT，根据发射天线的数目确定WFRFT的层数，采用ML-WFRFT调制发射信号，对信号加密；同时与多入多出结合；进行空时分组编码，从对应的天线发射对应的信号；与AN辅助技术相结合，在对应的天线加入AN信号。2.如权利要求1所述的基于ML-WFRFT与AN辅助的卫星抗参数扫描通信方法，其特征在于，所述基于ML-WFRFT与AN辅助的卫星抗参数扫描通信方法包括以下步骤：步骤一，发射端根据发射天线数目对有用信号进行ML-WFRFT调制；步骤二，将经过ML-WFRFT调制的信号进行空时分组编码，与MIMO技术相结合；步骤三，发射端根据训练符号反馈的信息进行信道估计，对合法信道进行奇异值分解；步骤四，在合法信道的零空间发送AN信号，在合法信道的值域空间发送有用信号，并对发射端功率分配进行优化；步骤五，合法接收方进行相应的空时分组解码，ML-WFRFT解调即可恢复出原信号。3.如权利要求2所述的基于ML-WFRFT与AN辅助的卫星抗参数扫描通信方法，其特征在于，所述ML-WFRFT调制，层数与发射天线数目相同，WFRFT调制公式为：以两层WFRFT为例，发射有用信号为m，m＝[m1m2]，进行两层WFRFT调制后为：M＝...

【专利技术属性】
技术研发人员：达新宇，翟东，胡航，梁源，徐瑞阳，倪磊，王浩波，潘钰，
申请(专利权)人：达新宇，
类型：发明
国别省市：陕西,61