基于天线选择和极化滤波的通信传输方法及装置制造方法及图纸

本申请提供了基于天线选择和极化滤波的通信传输方法及装置，赋予发送信息方向性，在期望方向上保持星座结构不变，非期望方向星座结构畸变。该方法将信息分为两部分，分别调制为符号。然后，两组符号分别与两个相互正交的极化状态相乘并将对应极化分量相加。然后分别用双极化相控阵形成的两束正交极化光束将两个信号叠加传输。此外，用于形成波束的天线是经过设计而不规则变化的，这使得星座结构在非期望方向变化,保证了信息传输安全。对于合法用户，通过发送端与合法用户共享的极化状态构建滤波矩阵，并对接收到的信号进行处理，可以将两路极化信号分开，然后对两部分信号进行单独解调，从而可以互不干扰的实现信息解调。从而实现信息的安全传输。而实现信息的安全传输。而实现信息的安全传输。

【技术实现步骤摘要】
基于天线选择和极化滤波的通信传输方法及装置


[0001]本申请属于通讯
，具体地讲，涉及一种基于天线选择和极化滤波的通信传输方法及装置。

技术介绍

[0002]高频通信通道信息状态(CSI)不同于低频通信，其中视距分量占较大比例，导致即使发射天线彼此相距半波长，接收侧空间分量也存在相关性。另外，高频通信中信号衰减较大，折射和散射分量可以忽略不计。由于大多数接收器的灵敏度不足以区分不同的空间特征，因此只能发现一条传输路径。因此，即使使用多个天线，也无法创建多径来提高吞吐量。因此，多输入多输出(MIMO)增益很难在高频情况下实现。
[0003]近年来双极化天线技术得到了迅速的发展，其在无线通信中的应用也更加广泛。在双极化天线的基础上，可以在视距通信场景中提供两个独立的信道，这主要得益于正交极化可以通过非零交叉极化隔离区分开来。鉴于此，许多极化信号处理技术可以用于提高传输效率，如极化分集、极化复用、极化状态调制(PM)、极化滤波(PF)等。正交极化信号的幅值比和相位差称为极化状态，极化状态可以用庞加莱上的一个唯一点表示。对于PM，利用PS来传递信息，实现了一种三维调制技术。此外，它可以与传统的幅相调制技术相结合，从而提高传输效率。对于极化滤波技术，利用PS进行信号分离，将传输信息通过多个极化状态信号携带并行传输，提高传输效率。
[0004]尽管无线通信中利用极化具有上述优势，然而无线介质具有天然的开放性，信息安全性是无线通信的一个根本问题。如果信号在没有任何保护的情况下传输，空间中任何方位的窃听者也可以恢复相同的信息，即使是在传输波束的旁瓣。因此，为了增强传输安全性，应防止窃听者解码任何针对所需用户的有用消息。当窃听者的位置事先知道时，在空间方向上用波束形成技术在空间方位形成零陷，以防止窃听。然而，这种信息在实际中很难获得，尤其是针对被动窃听的情况。

技术实现思路

[0005]本申请提供了一种基于天线选择和极化滤波的通信传输方法及装置，以至少解决信号在没有任何保护的情况下传输容易被窃听的问题。
[0006]根据本申请的第一个方面，本申请提供了一种基于天线选择和极化滤波的通信传输方法，包括：
[0007]根据获取的极化角γ
k
、相差η
k
和幅相调制信号获得第k个极化信号；
[0008]通过设计的水平极化波束和垂直极化波束形成正交极化波束；
[0009]将极化信号通过水平极化波束和垂直极化波束进行传输；
[0010]基于极化状态构建滤波矩阵分开两路信号，并进行单独解调以获得幅相调制信号参数。解调后的极化参数包括：解调后的极化角、解调后的相差以及解调后的极化角与极化角γ
k
、相差η
k
、幅相调制信号之间的关系；
[0011]根据解调后的参数，合法接收者可解调出目标信号，而非期望方向的法接收机接收信号的星座畸变，解调性能恶化。
[0012]在一实施例中，第k个极化信号可表示为
[0013][0014]其中表示极化角；，η
k
∈[0，2π]表示相差，表示幅相调制信号，其中A表示振幅，表示相位，表示极化状态。
[0015]1.在一实施例中，采用N2个阵元的双极化相阵列形成正交极化波束传输信号，即水平(H)波束和垂直(V)极化波束极化信号s
k
的两个组成部分分别通过两个极化波束传输。
[0016]H波束和V波束分别通过权值和处理矩阵而形成，其特征在于，两波束在期望方向增益相同，非期望方向增益和相位不同且不断变化。其中u
H
和u
V
是两个N
×
1向量，其中元素为0或1，且
⊙
代表哈达玛矩阵。
[0017]在一实施例中，将接收到的第k个信号表示为
[0018][0019]其中P是传输功率：是噪声矢量，其分布满足概率密度函数为 CN(0,σ2I2×2)；
[0020]合法用户基于已知极化状态P1，P2构建极化滤波矩阵
[0021][0022][0023]其中
[0024][0025][0026]然后，基于滤波矩阵Q1和Q2对接收信号进行处理，可得两路极化信号为
[0027][0028][0029]经过滤波矩阵处理后，噪声功率为
[0030][0031]当两极化状态正交，噪声功率没有放大。根据两路信号，合法用户解调出期望方向的目标信号。在水平(H)波束和垂直(V)极化波束影响下，非期望方向信号星座结构畸变，解调难度增大。
[0032]根据本申请的第二个方面，还提供了一种基于天线选择和极化滤波的通信传输装置，包括：
[0033]获取模块，用于根据获取的极化角γ
k
、相差η
k
和幅相调制信号获得第k个极化信号；
[0034]正交极化波束形成单元，用于通过获取的水平极化波束和垂直极化波束形成正交极化波束；
[0035]传输单元，用于将极化信号通过水平极化波束和垂直极化波束进行传输；
[0036]解调单元，用于将所述参数进行解调，包括构建极化滤波矩阵实现两路极化信号分离，并进一步解调幅相调制信号。所述解调后的参数包括：解调后的极化角、解调后的相差以及解调后的极化角与极化角γ
k
、相差η
k
、幅相调制信号之间的关系；
[0037]在一实施例中，第k个极化信号可表示为
[0038][0039]其中表示极化角；，η
k
∈[0，2π]表示相差，表示幅相调制信号，其中A表示振幅，表示相位，表示极化状态。
[0040]在一实施例中，采用N2个阵元的双极化相阵列形成正交极化波束传输信号，即水平(H)波束和垂直(V)极化波束极化信号s
k
的两个组成部分分别通过两个极化波束传输。
[0041]在一实施例中，将接收到的第k个信号表示为
[0042][0043]其中P是传输功率：是噪声矢量，其分布满足概率密度函数为CN(0,σ2I2×2)；
[0044]将极化参数解调为用以恢复PS携带的信息η
Rk
＝Ξ(y
Vk
)
‑
Ξ(y
Hk
)
[0045]忽略噪音影响，可得解调后的极化角
[0046][0047]根据解调后的极化参数在任意方向解调出待破解的目标信号。
附图说明
[0048]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0049]图1为本申请提供的一种基于天线选择和极化滤波的通信传输方法流程图。
[0050]图2为本申请中信号模型和问本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于天线选择和极化滤波的通信传输方法，其特征在于，包括：根据获取的极化角γ
k
、相差η
k
和幅相调制信号获得第k个待发送极化信号；通过对极化阵列设计，获取水平极化波束和垂直极化波束；将所述极化信号两分量分别通过所述水平极化波束和垂直极化波束进行传输；将所述极化参数进行解调并过滤噪音获得解调后的极化参数，所述解调后的极化参数包括：解调后的极化角、解调后的相差以及解调后的极化角与极化角γ
k
、相差η
k
、相位和幅度A
k
之间的关系；根据解调后的极化参数在任意方向解调出待破解的目标信号。2.根据权利要求1所述的基于天线选择和极化滤波的通信传输方法，其特征在于，第k个极化信号可表示为其中表示极化角；，η
k
∈[0，2π]表示相差，表示幅相调制信号，其中A表示振幅，表示相位，表示极化状态。3.根据权利要求2所述的基于天线选择和极化滤波的通信传输方法，其特征在于，采用N2个阵元的双极化相阵列形成正交极化波束传输信号，即水平(H)波束和垂直(V)极化波束极化信号s
k
的两个组成部分分别通过两个极化波束传输。H波束和V波束分别通过权值和处理矩阵而形成，其特征在于，两波束在期望方向增益相同，非期望方向增益和相位不同且不断变化。其中u
H
和u
V
是两个N
×
1向量，其中元素为0或1，且e代表哈达玛矩阵。4.根据权利要求3所述的基于天线选择和极化滤波的通信传输方法，其特征在于，将接收到的第k个信号表示为其中P是传输功率：是噪声矢量，其分布满足概率密度函数为合法用户基于已知极化状态P1，P2构建极化滤波矩阵构建极化滤波矩阵其中
然后，基于滤波矩阵Q1和Q2对接收信号进行处理，可得两路极化信号为对接收信号进行处理，可得两路极化信号为经过滤波矩阵处理后，噪声功率为当两极化状态正交，噪声功率没有放大。根据两路信号，合法用户解调出期望方向的目标信号。在水平(H)波束和垂直(V)极化波束影响下，非期望方向信号星座结构畸变，解调难度增...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗章凯，裴忠民，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队航天工程大学，
类型：发明
国别省市：