一种基于通信距离的多载波相控通信方法技术

技术编号:20874756 阅读:35 留言:0更新日期:2019-04-17 11:11
本发明专利技术属于通信技术领域,涉及一种基于通信距离的多载波相控通信方法。该方法通过利用信息在空间介质中的传输时延以实现精确定点的安全无线传输。若接收机被放置在预先设定好的位置上,则能收到正确的信号,而当接收机被放到其他位置,包括任意其他距离或其他角度,则收不到信号或是不能正确解调接收信号,因而不能正常通信。该方法从空间的维度提高了系统的安全性能,从而增强通信网络的抗截获能力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于通信距离的多载波相控通信方法
本专利技术属于通信
,涉及一种基于通信距离的多载波相控通信方法。
技术介绍
物理层安全近几年来已经成为无线通信业界的热点话题,在无线通信领域中,物理层是一个尚未被完全开发的资源,传统安全通信方法依赖于高层的加密机制,而物理层的价值则通常被忽视。近几年国内外研究表明,通过合理的物理层设计便可实现保密认证等安全通信目的。现有的物理层安全通信技术有:人工噪音技术、波束赋形技术、协作通信技术、以及差异化信道估计技术等。然而,在空间的维度上,现有技术如波束赋形和方向调制等只能实现角度域上的安全通信,当发射机、窃听者和合法接收机位于同一直线上时,将无法实现安全通信。
技术实现思路
了解决上述问题,本专利技术提出了一种新的物理层安全系统设计和通信方法,该专利技术通过发射机预编码,实现在预期位置可以接收到正确的信号,在其他位置处,接收机将检测不到信号或者因为载波相位错乱而收到错误的信号,从而在空间的维度上实现安全通信目的。本专利技术的技术方案为:一种基于通信距离的多载波相控通信方法,定义发送端的位置为极坐标原点(0,0),对应的合法接收端位置坐标为(r0,θ0),其特征在于:发送端对将要发送的M路数据的相位进行旋转:对M路数据在发射之前分别乘上复常量ω0,ω1,…,ωM-1,其中i=0,1,…,M-1,并且是基于发送端与接收端位置距离r0的函数,c是电磁波在空气介质中的传播速度,τs是系统时延。因此,当接收端位于预期位置(r0,θ0)处时,发射端在载波fi处预编码对用户数据所旋转的相位φi(r0)将与该载波处由传输时延和系统时延而引起的相位旋转相抵消,接收机将收到相位未经旋转的正确数据;当接收端位于其他位置(r1,θ1)处时,并且r1≠r0,那么预编码旋转相位φi(r0)将不能与由传输时延和系统时延产生的相位相互抵消,接收机将接收到相位被旋转过后的错误数据。进一步的:发射端可以采用:窄波束单天线、相控阵、频控阵和相频混合阵列四种方式之一来控制发射波束,以获取角度域的安全性能。。进一步的:当发射端采用窄波束单天线控制波束时,所有载波承载的数据都经一根天线发射,控制该发射天线指向使其对准θ0角度处;当发射端采用相控阵控制波束时,相控阵中不同的天线阵元发射相同的信号,该信号为M路待发射信号的叠加,采用波束赋形技术控制相控阵波束使其对准θ0角度处;当发射端采用频控阵控制波束时,频控阵中不同的天线发射不同的信号,每根天线只发射一路信号,不同载波的信号经过不同的天线发送,并且频控阵中每个天线为窄波束发射天线,控制各个发射天线指向使其对准θ0角度处。当发射端采用相频混合阵列控制波束时,先将天线阵列分解为M个子阵,每个子阵为相控阵,不同的子阵发射不同的信号,每个子阵只发射一路信号,不同载波的信号经过不同的子阵发送,各个相控子阵采用波束赋形技术控制波束使其对准θ0角度处。本专利技术的有益效果:可以实现在指定位置处的接收端才能接收到正确信号,而其他位置处的接收端收到错误信号或者接收不到信号的安全通信,从而在空间的维度上增强系统安全通信能力。附图说明图1是实施例1基于窄波束高增益天线通信系统实施例框图。图2是实施例2基于相控阵阵列通信系统实施例框图。图3是实施例3基于频控阵阵列的通信系统实施例框图。图4是实施例4基于相频混合阵列的通信系统实施例框图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细描述,以便本领域的技术人员能够更好地理解本专利技术。在以下描述中,了方便理解,采用了一些数学符号,所有的图中,相同的符号代表相同的意义。其中符号t表示时间,例如表示的是一个随时间变化的载波信号。在实施例中,设定载波数量为M,事实上,M可以为任意正整数值。在实施例中,术语“载波”特指由单音正弦信号和与该正弦信号正交的余弦信号结合而成的复载波,用数学符号表达即为ej2πft,其中j表示纯虚数单位,f是该载波的频率,并将M个载波信号描述为向量在实施例中,术语“业务数据产生用户”特指数据的合法发送端,术语“业务数据接收用户”特指数据的合法接收端,同时,空间中还存在大量的窃听者。假设这些窃听者的目的为窃听和截获业务数据产生用户所发送的数据。本专利技术采用极坐标来描述业务数据产生用户、业务数据接收用户、以及窃听者的位置,其中,业务数据产生用户位于极坐标原点(0,0),而业务数据接收用户位于指定位置(r0,θ0)处,窃听者可以位于空间任意位置进行窃听,并且这些位置对业务数据产生用户和业务数据接收用户来说并不可见。实施例1如图1所示,为基于窄波束高增益天线通信系统设计实施例。其中“数据”表示在编码及星座图映射等一系列操作之后得到的基带复信号。由于在本专利技术所述系统实施例中,这些操作与传统通信系统无异,因此在图中将这些操作省去。定义收发机的M个载波为载波信号可以通过相同时钟源外加锁相环产生,也可以分两步产生:在数字基带中,先产生载波其中Δfi=fi-f0,i=1,2,…,M-1,再在射频前端进行上变频:这样产生载波信号由诸多好处,其好处之一则是有利于载波频偏的补偿:若射频f0发生抖动或偏移,只用在f0处进行相位偏移估计,然后对所有载波处信号旋转相同的相位进行补偿即可。另外,这样的设计有利于提升系统的安全性:所有的用于帧同步,相位估计的前导码均从载波f0处发射出去。由于这些前导码完全有可能被窃听者所获知,因此窃听者可以利用这些前导码来进行相位估计与补偿,从而抵消发射端预编码的效果,从而截获到业务数据。然而,由于前导码仅由载波f0处发射,在其他载波f1,f2,…,fM-1处,窃听者将无法进行类似的相位估计和补偿。如果业务数据产生用户的本地载波表示为业务数据产生用户产生M路数据经该M个载波调制后发送,当载波fi所承载的信号到达业务数据接收用户端时,该路数据的相位将被旋转角度值该相位旋转是由于发射端信号到达接收端后,其载波相位因为延迟而滞后于接收端载波相位而产生的,其中是传输时延,c是电磁波在空气介质中的传播速度,τs是系统时延,值得注意的是,发射机和接收机由于开机不同步而产生的载波相位差亦可考虑在τs中,此时τs为发射机开机时间差和系统处理信号时延之和。如果发射机和接收机采用数字载波以及数字调制方式,那么还应该考虑采样定时偏移ξTs,其中Ts是采样间隙,由于采样定时偏差中ξ是随机量,本专利通过提高接收端的采样率,使得即使得采样率远高于最大频率偏移,此时由采样定时引起的相位偏差可以忽略不计,即ξmTs≈0。发射端预编码方式为:对将要发送的M路数据的相位进行旋转:对M路数据在发射之前分别乘上复常量ω0,ω1,…,ωM-1,其中i=0,1,…,M-1,并且是基于发送端与接收端位置距离r0的函数,c是电磁波在空气介质中的传播速度,τs是系统时延。因此,当接收端位于预期位置(r0,θ0)处时,发射端在载波fi处预编码对用户数据所旋转的相位φi(r0)将与该载波处由传输时延和系统时延而引起的相位旋转相抵消,接收机将收到相位未经旋转的正确数据;当接收端位于其他位置(r1,θ1)处时,并且r1≠r0,那么预编码旋转相位φi(r0)将不能与由传输时延和系统时延产生的相位相互抵消,接收机将接收到相位被旋转过后的错误数据。在本实施例中,为了进一步提高系统的安全性能,业本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于通信距离的多载波相控通信方法,定义发送端的位置为极坐标原点(0,0),对应的合法接收端位置坐标为(r0,θ0),其特征在于:发送端采用M个载波[f0,f1,…,fM‑1]承载M路发射数据,对将要发送的M路数据的相位进行旋转:对M路数据在发射之前分别乘上复常量ω0,ω1,…,ωM‑1,其中

【技术特征摘要】
1.一种基于通信距离的多载波相控通信方法,定义发送端的位置为极坐标原点(0,0),对应的合法接收端位置坐标为(r0,θ0),其特征在于:发送端采用M个载波[f0,f1,…,fM-1]承载M路发射数据,对将要发送的M路数据的相位进行旋转:对M路数据在发射之前分别乘上复常量ω0,ω1,…,ωM-1,其中i=0,1,…,M-1,并且是基于发送端与接收端位置距离r0的函数,c是电磁波在空气介质中的传播速度,τs是系统时延;使得,当接收端位于预期位置(r0,θ0)处时,发射端在载波fi处预编码对用户数据所旋转的相位φi(r0)将与该载波处由传输时延和系统时延而引起的相位旋转相抵消,接收机将收到相位未经旋转的正确数据;当接收端位于其他位置(r1,θ1)处时,并且r1≠r0,则预编码旋转相位φi(r0)将不能与由传输时延和系统时延产生的相位相互抵消,接收机将接收到相位被旋转过后的错误数据。2.根据权利要求1所述的基于通信距离的多载波相控通信方法,其特征在于:发射端可以采用:窄波束单天线、相控阵、频控阵和相频混合阵列四...

【专利技术属性】
技术研发人员:岳光荣余代中
申请(专利权)人:电子科技大学
类型:发明
国别省市:四川,51

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