大规模天线阵列的物理层安全方向调制关键技术研究

摘要

方向调制技术充分利用了天线阵的物理特征以及丰富的信道资源，提供了解决无线通信的安全问题的一种途径。现有的方向调制技术主要从天线阵列出发，通过相移器或高速的射频开关在非期望方向上的星座图产生随机的变化。本文主要研究了多天线环境下的方向调制关键技术，主要工作与创新点可以概括如下：
　　（1）研究了基于相控阵的方向调制技术，通过设置相移器的相移值可以调整各个方向的星座图。本文改进了传统的基于相控阵的方向调制技术，运用多目标优化的遗传算法克服了现有相控阵方向调制技术在垂直方向上不敏感的问题，使得合法接收者垂直方向上的窃听也依然无法通过敏感的接收机接收正确的信息。
　　（2）现有的天线子集选择算法主要有随机选择算法和模拟退火算法，模拟退火算法虽然解决了随机选择算法旁瓣大的问题。但是并没有考虑非期望方向上的星座图的形变情况。本文运用遗传算法对传统的天线子集选择算法进行目标优化，从而加剧了非期望方向上星座图形变。
　　（3）提出了基于人工噪声的方向调制技术。现有的物理层安全技术中，对人工噪声的使用均是用来恶化窃听信道，本文在方向调制中联合人工噪声，在保证期望方向上星座图不变的情况下，利用人工噪声扰乱非期望方向上的星座图。通过每发送一个符号对添加人工噪声的天线进行随机选择，使得窃听者还原的星座图产生随机的变化。

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第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 相关技术研究现状

1.3 论文结构及内容安排

第二章 物理层安全方向调制理论

2.1 无线安全传输模型

2.2 天线阵原理

2.3 波束赋形技术

2.4 方向调制原理

2.5 本章小结

第三章 基于多目标优化的相控阵三维方向调制技术

3.1 基于相控阵的方向调制

3.2 多目标优化的三维方向调制

3.3 仿真结果与分析

3.4 本章小结

第四章 天线子集选择算法优化

4.1 传统阵列的方向调制

4.2 基于天线子集选择的方向调制

4.3 天线子集选择算法优化

4.4 仿真结果与分析

4.5 本章小结

第五章 基于人工噪声的方向调制

5.1 联合人工噪声的波束赋形

5.2 基于人工噪声的方向调制

5.3 仿真结果与分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文

致谢