一种基于正交时频空方向调制安全通信方法.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CN112398775A(43)申请公布日2021.02.23(21)申请号202011234585.5(22)申请日2020.11.07(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)发明人杨欣邱彬谢坚张兆林王伶韩闯陶明亮粟嘉汪跃先段正祥(74)专利代理机构西北工业大学专利中心61204代理人金凤(51)Int.Cl.H04L27/26(2006.01)H04L27/20(2006.01)H04B1/7097(2011.01)权利要求书3页说明书7页附图2页(54)发明名称一种基于正交时频空方向调制安全通信方法(57)摘要本发明提供了一种基于正交时频空方向调制安全通信方法，为了解决高质量无线通信安全问题，公众需求无处不在的无线网络，并且在不受限制的情况下要求有线体验。本发明提供一种基于OTFS方向调制方法，通过方向调制结合OTFS，实现时变，多径，高多普勒信道安全通信，达到更好的低截获概率性能，基于方向调制人工噪声方向调制，在最小发送功率情况，实现安全通信。CN112398775ACN112398775A权利要求书1/3页1.一种基于正交时频空方向调制安全通信方法，其特征在于包括下述步骤：步骤1：假设k个合法接收机，对应输入符号消息为bk，k＝1,2,…,K；步骤2：每块数据包含L×R×Mbits符号消息，其中，L表示子载波个数、R表示每个子载波符号数，M为符号映射得到M-PSK阶数，经串并转换，得到调制离散符号xk[l,r],其中，l为行，r为列，l∈[1,2,...,L]，r∈[1,2,...,R]；步骤3：定义离散ISFFT变换：将调制离散符号经离散辛傅里叶变换；步骤4：经Heisenberg变换；步骤5：假设发射端是一个由N阵元构成的均匀线阵，发送基带信号表示为其中，TAN(t)为人工噪声投影矩阵，z为人工噪声矢量，满足独立同分布的高斯复随机变量，wk(t)为波束形成器；步骤6：发射端已知合法接收机位置，合法接收机相对于发送站角度分别为θk,k∈[1,2,...K]；步骤7：定义位于θk的导向矢量为：其中，c表示光速，d表示发射阵列天线间距，fc为载波频率；步骤8：优化波束形成器，优化问题表述为：其中，ζk是合法用户k的需求信噪比，为信道噪声方差；步骤9：步骤8的优化问题转为：其中，和步骤10：定义合法用户导向矩阵为：2CN112398775A权利要求书2/3页步骤11：对所有合法用户的优化问题转化为：HHΛRe{A(Θl)u}-Im{A(Θl)u}＝0TT其中，S＝diag(Re{s})，s＝[s1,s2,...,sK]，η＝[η1,η2,...,ηK]，TΛ＝diag(α)，和α＝[α1,α2,...,αK]；步骤12：根据复数优化，将优化问题转化为：其中，步骤13：利用SVD分解，得到：步骤14：优化问题转化为：其中，D＝V(0)，步骤15：利用罚函数方法得到最优解，最终得到最优预编码向量u*；步骤16：根据人工噪声与合法接收机导向矢量正交，计算归一化得人工噪声投影矩阵为：HHs.t.A(Θl)TTA(Θl)＝0其中，是期望干扰功率值，Θe是表示不需要的方向区域的集合，θBW定义为所有半功率波束宽度区域的互补集K个主光束转向所需的方向；步骤17：通过向量化得到：HHH其中，Ξl＝A(Θl)A(Θl)，Ξe＝A(Θe)A(Θe)和Π＝TT；3CN112398775A权利要求书3/3页步骤18：同理，利用SVD分解和罚函数方法得到最优人工噪声投影矩阵T*；步骤19：由得到的最优预编码向量u*和得到基带发送信号为：步骤20：合法用户接受信号为：步骤21：定义Wigner变换：其中grx(t)是接收脉冲函数，接受信号经Wigner变换为：步骤22：应用SFFT得到：y[l,r]＝SFFT(Y[p,q])；步骤23：y[l,r]检测后恢复得到码元符号。2.根据权利要求1所述的一种基于正交时频空方向调制安全通信方法，其特征在于：所述离散ISFFT变换为：其中，p表示p行，q为第q列。3.根据权利要求1所述的一种基于正交时频空方向调制安全通信方法，其特征在于：所述Heisenberg变换为：其中，gtx(t)是传送脉冲函数，Δf是子载波频率间隔，Δf＝1/T，T是符号速率。4.根据权利要求1所述的一种基于正交时频空方向调制安全通信方法，其特征在于：所述y[l,r]经最大后验概率方法检测后，恢复得到码元符号。5.根据权利要求1所述的一种基于正交时频空方向调制安全通信方法，其特征在于：所述需求信噪比ζk取值为10dB。6.根据权利要求1所述的一种基于正交时频空方向调制安全通信方法，其特征在于：所述信道噪声方差取值为-100dB