一种基于多播频控阵方向调制的稳健波束形成方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109921837A(43)申请公布日2019.06.21(21)申请号201910264287.1(22)申请日2019.04.03(71)申请人西北工业大学地址710072陕西省西安市友谊西路127号(72)发明人谢坚邱彬王伶张兆林汪跃先陶明亮粟嘉韩闯杨欣邢自健宫延云刘龙(74)专利代理机构西北工业大学专利中心61204代理人顾潮琪(51)Int.Cl.H04B7/06(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图3页(54)发明名称一种基于多播频控阵方向调制的稳健波束形成方法(57)摘要本发明提供了一种基于多播频控阵方向调制的稳健波束形成方法，引入频控阵方向调制技术，通过优化波束形成矢量，在满足目标合法用户群的条件下，最小发送有用功率信号，并使得非目标合法用户群收不到不属于其的信号，除此之外，在总功率一定情况下，最小有用信号功率，既可将更多功率分配给人工噪声，又在可能存在窃听者的位置上增加人工干扰，避免窃听者窃听信号，从而有效保障了通信安全。CN109921837ACN109921837A权利要求书1/2页1.一种基于多播频控阵方向调制的稳健波束形成方法，其特征在于包括以下步骤：(1)在预先设定频率偏移范围约束下，产生随机频率偏移；(2)根据载波频率分别计算目标合法用户群和非目标合法用户群的导向矩阵；(3)将非目标合法用户矩阵进行奇异值分解，得到非目标合法用户群零空间；(4)根据目标合法用户群导向矩阵，在目标合法用户群最小期望功率约束和非目标合法用户群零空间约束下，得到最优波束形成矢量；(5)根据得到的最优波束形成矢量计算出发送有用信号的功率，将其余功率分配给人工噪声；(6)根据合法用户群的位置计算合法用户群导向矩阵，并将其进行奇异值分解，得到合法用户群零空间；(7)根据窃听者可能位置及其误差，计算其导向矩阵，结合合法用户群零空间，计算得到人工噪声投影矩阵；进而得到发送第k个合法用户群的基带信号。2.根据权利要求1所述的基于多播频控阵方向调制的稳健波束形成方法，其特征在于：所述的步骤(1)产生随机频率偏移Δfn,n＝0,1,...N-1，N为信源天线数。3.根据权利要求1所述的基于多播频控阵方向调制的稳健波束形成方法，其特征在于：所述的步骤(2)令第k个合法用户群作为目标合法用户群，k＝0,1,…，K-1，K为合法用户群的总数；计算目标合法用户群和非目标合法用户群的频控阵导向矩阵，和Hl,-k＝[Hl,0,...,Hl,k-1,Hl,k+1,...,Hl,K-1]，其中，为信号衰减，Mk为第k个群合法用户总数，分别表示第k个合法用户群第m个合法用户与信源天线之间的距离及其连线与正北方向的夹角角度，阵列天线之间的间距d＝c/2(f0+ΔF)，c表示电磁波传播速率，每根天线的最大频率偏移量为ΔF，信号参考载频为f0。4.根据权利要求1所述的基于多播频控阵方向调制的稳健波束形成方法，其特征在于：所述的步骤(3)对非目标合法用户导向矩阵奇异值分解，得到5.根据权利要求1所述的基于多播频控阵方向调制的稳健波束形成方法，其特征在于：所述的步骤(4)计算最优波束形成矢量其中，6.根据权利要求1所述的基于多播频控阵方向调制的稳健波束形成方法，其特征在于：所述的步骤(5)计算发送有用信号的功率则分配给人工噪声功率PAN＝Ps-Pu，其中，Ps是总功率。7.根据权利要求1所述的基于多播频控阵方向调制的稳健波束形成方法，其特征在于：2CN109921837A权利要求书2/2页所述的步骤(6)计算合法用户群导向矩阵Hl＝[Hl,0,Hl,1,...,Hl,K-1]，将合法用户群导向矩阵奇异值分解得到8.根据权利要求1所述的基于多播频控阵方向调制的稳健波束形成方法，其特征在于：所述的步骤(8)计算人工噪声投影矩阵其中表示取矩阵最大特征值对应的特征向量，re＝[re,0,re,1,...,re,I]和θe＝[θe,0,θe,1,...,θe,I]分别表示窃听者位置向量，窃听者总数为I；得到发送第k个合法用户群的基带信号为其中，xk表示基带信息符号，nAN为归一化的人工噪声，满足z是噪声向量，满足高斯随机分布。3CN109921837A说明书1/6页一种基于多播频控阵方向调制的稳健波束形成方法技术领域[0001]本发明涉及天线阵列的方向调制，适用于利用频控阵结合人工噪声稳健波束成形方向调制合成方法的无线安全通信。背景技术[0002]基于多路广播方向调制系统(如图1所示)，有若干个合法用户群，每个群中有若干个合法用户，需要将不同的信息传输给相应的合法用户群，同时保证其他合法用户群接不到不属于自己的信息。除此之外，还要防止可能位置上的窃听者窃听保密信息。[0003]当前基于相控