基于多天线的物理层安全通信技术的研究

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无线通信技术现已经广泛的应用于卫星通信、微波通信、移动通信等领域。它在给人类带来便利的同时,由于其传播信道的开放性使得安全传输问题变得越来越突出。信号的覆盖范围内,任何接收机都可以监听或插入传输过程。而现有的国内外研究安全通信的文献大都集中于上层的技术,对物理层的研究相对较少。本文从无线通信中电波在物理层的传输特点出发,从根源上寻求解决无线通信的安全方法。主要工作如下:1.基于接收端和发送端的波束形成方法,提出了一种基于信噪比的联合人工噪声波束形成的安全通信方法,设计了联合人工噪声的发射系统模型。通过限定期望接收机接收信号的最低信噪比和窃听接收机接收信号的最大信噪比的优化准则,得出了一组最优的天线权系数和人工噪声参数。仿真结果表明,波束形成所得到的系统方向图具有良好的方向性,同时在通信性能方面,具有良好的抗截获能力。2.在对同相位中心和异相位中心方向调制方法研究的基础上,分别给出了基于同相位中心和异相位中心的方向调制安全通信方法。方向调制技术区分了不同方向辐射的调制信号,使窃听接收机方向产生幅度和相位畸变的信号,而期望接收机方向产生正确的信号星座图。仿真验证表明,采用方向调制技术,削弱了窃听接收机的窃取有用信息的能力,达到了通信安全的目的。3.基于天线虚拟运动的基本原理,提出了一种圆环阵天线虚拟运动的安全通信方法。该方法用一组扩频码序列来控制天线的随机切换方式,应用天线周期性的快速切换产生的谐波分量,构成被扩频码和二维方向信息同时调制的扩频信号。此外,区别于之前研究的仅限于方位面的安全通信方法,可以同时实现二维空间即方位面和俯仰面的安全通信。仿真结果验证了其在方位面和俯仰面的安全通信性能。
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