一种智能超表面辅助的非视距安全通信方法

针对发射机与期望用户之间存在阻挡时的非视距物理层安全传输问题,提出了智能超表面辅助的阵列天线物理层安全通信方法。首先,建立智能超表面阵列天线系统模型,通过阵列天线直传链路和智能超表面反射链路完成无线系统的安全通信。随后,针对窃听者被动接收信号,无法确定窃听者具体位置的情况,提出了在确保期望用户可靠接收信号的同时以最大化人工噪声干扰功率为目标联合优化发射波束成形矢量和智能超表面反射系数矩阵的优化方法。最后,分析优化问题,并利用辅助变量和半定松弛等方法得到最优解,达到抑制窃听者接收信号的同时,确保期望用户可靠和安全通信的目的。仿真实验证实,智能超表面辅助的物理层安全通信方法提高了非视距场景下信息传输的可靠性与安全性。     

空间调制系统中的人工噪声抗窃听安全传输方案

提出一种空间调制系统中利用人工噪声的物理层安全方案。通过发送天线序号和幅相调制符号来传输信息,而未发射幅相调制符号的天线发送位于合法信道零空间上的人工噪声,不影响合法接收者的信号检测,但干扰窃听者的信号检测过程。对系统保密速率、合法接收者和窃听者的误比特率上界进行理论分析,并进行仿真验证。理论和仿真结果表明合法接收者的误特率明显低于窃听者,误比特率在0.5附近,能获得可观的系统保密传输速率。     

一种基于天线阵列冗余的跳空物理层安全方法

当窃听者天线数不少于发送者时,基于信道零空间人工噪声的物理层安全方法将失效。针对这一问题,提出了一种基于天线阵列冗余的跳空物理层安全方法。该方法将人工噪声和跳空相结合,每次发射信号时发送者通过跳空图样快速切换信道,同时在相应信道的零空间内加人工噪声,接收者根据跳空图样选择相应信道接收解调,而窃听者接收信号与人工噪声叠加在一起无法解调。仿真结果表明,当接收端使用不少于两根天线接收时,采用文章方法可使窃听者的误比特率接近0.5,而合法接收者不受影响。     

广义空间调制系统中的物理层抗窃听传输方案

为实现信息的保密传输,提出一种基于广义空间调制技术的物理层安全方案.发射端根据合法信道的状态信息对信号进行预处理,使合法接收者接收到来自各激活发射天线的信号相位对齐,并对不同激活天线组合的信号进行不同的相位旋转,提高合法接收者的接收性能.而窃听者接收到的信号相位仍然为随机分布,接收性能远低于合法接收者,有效地保护通过天线索引传输的信息.发送端同时发送指向窃听者的人工噪声,保护通过幅相调制携带的信息不被窃听.对保密容量、误码性能和信号与人工噪声的功率分配进行理论分析,仿真结果表明,通过合理分配功率,合法接收者的误码性能明显优于窃听者,能获得可观的系统保密容量.     

一种基于零陷导向随机跳空的物理层安全方法

使用跳空可以解决基于人工噪声的物理层安全方法信号空间分布恒定、易被窃听的问题,但是跳空图案泄露会导致系统安全性能失效。针对这一问题,提出一种基于零陷导向随机跳空的物理层安全方法。合法用户通过随机切换接收天线实现跳空,同时发送方通过波束成形对下一周期激活天线形成零陷,从而与合法用户实时约定跳空图案。由于主信道和窃听信道的差异性,窃听用户无法获取跳空图案。仿真结果表明,由于未知天线跳变规律,窃听者即使采用MUSIC-like方法进行窃听,仍无法实现干扰抑制,在BPSK调制方式下,其误码率接近0.5。     

基于多RIS优化的空间调制安全传输映射策略

为保证信号传输的抗窃听安全,提出了一种可重构智能表面( RIS)辅助空间调制的安全传输映射策略。 首先,发射端通过与 RIS 间的瞬时信道质量选取不同空间调制和星座调制的映射模式提升窃听难度。 为保证合法接收者的保密速率和误码率,以最大化合法接收者的信噪比为目标,优化 RIS 的位置和相移。 同时,利用梯度投影法解决 RIS 相移的非凸恒模约束问题。 仿真结果表明,在较低信噪比下,所提安全传输策略能满足接收者的性能。在瞬时映射模式下,窃听者无法正确解码窃听信息,有效地保证了系统的抗窃听安全。     

多天线无人机通信系统中的安全波束成形方案

针对第6代移动通信系统中多天线无人机通信下行链路传输系统,在有多个合法用户和单个窃听者的场景以及已知窃听者统计信道状态信息的情况下,提出了2种安全波束成形方案：一种是基于迫零算法的波束成形方案,在系统传输总功率受限条件下最大化系统可达安全速率,得到了波束成形权矢量和功率分配因子的闭合解;另一种是基于增强信漏噪比算法的波束成形方案,采用一种分式规划和交替方向乘子法（ADMM）相结合的迭代算法,实现波束成形权矢量和功率分配因子的设计.仿真结果表明,相比较于迫零算法,基于ADMM的增强信漏噪比算法能够有效地提升系统的安全性能.     

基于强化学习的无人机安全通信轨迹在线优化策略

物理层安全是无线通信实现安全通信的一种有效手段, 无人机基站在存在地面窃听者的情况下向地面合法用户传输机密信息时, 已有研究一般采用离线方法对无人机基站的飞行轨迹进行优化, 得到的轨迹是固定的, 保密传输缺乏应对通信环境变化的能力。针对该问题, 本文研究无人机飞行轨迹的在线优化策略, 使机密信息被安全传输的同时实现通信平均保密率最大化。文中采用了更符合实际的视距/非视距混合信道模型对空地通信链路进行建模, 提出一种基于Q-learning算法的保障无人机通信系统安全的飞行轨迹在线优化方法。仿真结果表明, 与两种基准算法相比, 本文提出的算法能够有效提高无人机通信的平均保密率。     

基于广义空移键控调制的物理层安全方案

提出一种基于广义空移键控调制的多输入单输出系统中的物理层安全传输方案。发射端利用合法接收者反馈的信道信息对发送信号进行预处理,使合法接收者接收的来自各发射天线信号的相位对齐;同时进行相位旋转来增加星座点间的距离,从而提高合法接收者的接收性能,降低误码率。而窃听者接收到的各信号的相位仍然为随机分布,接收性能明显低于合法接收者。对合法接收者和窃听者的误比特率和保密容量进行了理论和仿真分析。理论和仿真结果表明,所提方案能明显降低合法接收者的误比特率,即使在合法信道性能比窃听信道性能要差的情况下,系统仍然能实现保密传输。     

基于多天线立体异构网络的物理层安全性能研究

异构网络性能分析研究中,基站和用户分布大多数是平面分布模型,其拓扑结构不适用于建筑物密集的超密度网络场景;同时,垂直维度上的窃听者直接影响异构网络物理层安全性;针对此问题,作者调整了基站天线的垂直维度,通过倾斜、基站与用户的空间分布得到合法用户和窃听者的信干噪比表达式、累积分布函数,对异构网络的物理层安全性能进行了分析。在立体异构网络下行传输链路中增加对基站天线垂直维度的调整,给出了增加基站天线倾斜角变量后合法用户以及窃听用户的信干噪比表达式;并且根据基站和用户的空间随机泊松点过程分布,推导出合法用户和窃听用户的信干噪比累积分布函数,利用此累积分布函数得到系统的平均安全速率闭合表达式。仿真结果验证了微基站密度、下倾角和平均安全速率函数关系闭合表达式的正确性,验证了通过调整垂直下倾角提高物理层安全性能的可行性,并能够得到具体场景的基站密度比。     

Spread spectrum directional modulation method based on the irrelevantly switched antenna for physical layer security transmission

In order to improve the security of wireless communication, a spread spectrum directional modulation method based on the irrelevantly switched antenna is presented. First, the security vulnerabilities of the existing spread spectrum directional modulation method are analyzed, indicating that the existing method has the risk of security leakage in some particular directions. Then by locating the security vulnerabilities of the existing method, a security-enhanced method is proposed by separating the antenna switching from the spectrum spreading to eliminate the security vulnerabilities. Finally, the physical layer security performance of two directional modulation methods is simulated, with the results showing that the proposed method has a better low detection performance and anti-jamming capability.     

透镜天线毫米波MIMO系统中基于开关结构的HBF算法

为了解决毫米波大规模多输入多输出（MIMO）通信系统中复杂的硬件成本和能量损耗的问题,提出了单用户系统中基于自适应开关结构的透镜天线阵列波束赋形方案.与传统均匀线性阵列相比,该方案在不显著降低性能的前提下,可降低波束赋形的硬件成本和能量损耗.结合块对角化（BD）迫零算法,将所提出的混合波束赋形（HBF）方案推广到多用户通信系统,同样可获得较高的频谱效率.     

小规模天线阵列波束指向校准算法研究

基于有源方向图叠加原理和杂草入侵优化算法对小规模天线阵列的波束指向进行了校准。对于小规模阵列,由于天线单元之间的互耦导致阵中每个单元的方向图各不相同,如果使用阵因子理论对其配相,阵列无法扫描到期望的波束指向。为了考虑互耦的的影响,利用有源方向图叠加原理合成整个阵列的方向图;再将杂草入侵优化算法和有源方向图叠加原理进行结合对每个单元的馈电相位进行优化。基于该混合算法,对一个7元平面阵列进行了优化,优化后的相位分布可以使该阵列扫描到期望的波束指向,解决了小规模阵列的波束指向偏差问题。     

基于功率控制技术的智能天线信号四阶矩空间定向法

部分可扩展线阵是智能天线中一种有效扩展孔径的线性阵列,但由于此类阵列结构的特殊性,需要对其输出采用预处理后才能应用通用的信号空间定向方法.基于移动通信系统中业已成熟应用的功率控制技术,结合阵列输出的高阶统计量,提出了一种新的预处理方法,该法简单、快捷,虽然性能稍逊一些,但仍然能有效地实现信号空间定向,具有较强的实用价值.     

基于改进MUSIC算法的短波非规则天线阵列测向系统

针对短波无线电测向场地选址困难的问题,提出了一种基于改进多信号分类（MUSIC）算法的短波非规则天线阵列测向系统.该算法可使短波无线电测向系统部署在地势平坦地区,还可以部署在山区、丘陵等复杂地形,有效解决了短波无线电测向系统的选址问题.在对该算法进行理论建模和计算机仿真验证的基础上,开发了短波非规则阵列测向原型系统,并在实际环境中进行了大量现场测试.测试结果表明,改进MUSIC算法具备了在非规则阵列条件下进行来波信号方位测定的能力,相应的非规则天线阵列测向系统能够在复杂地形条件下实现测向功能.     

一种新型微带天线及其宽角扫描特性研究

该文主要描述了一种适合宽角扫描的相控阵天线单元设计思路,研究了其组阵实现宽角扫描的特性。为尽量减少大角度扫描过程中由于天线单元波束宽度有限带来的阵列增益下降,采用折叠地板的方式展宽天线单元半功率波束宽度;同时,为了降低互耦引起的天线单元方向图畸变,在宽波束设计基础上探索了降低天线互耦的方法,使得真实阵列方向图尽可能地满足方向图乘积定理,从而实现宽角、高增益扫描的目的。经一维线阵的仿真和测试,设计了一种能扫描到±70°且增益变化不大的宽角扫描阵列。设计的天线还能作为一种典型的天线单元,应用于5G等民用消费电子场景。     

抗干扰阵列天线的小型化及波束形成技术分析

在抗干扰阵列天线小型化的基础上,提出了一种波束形成的新技术．在实际设计中,通过减小阵列天线单元之间的间距实现了阵列天线的小型化;编制高频结构仿真VBScript脚本程序来提取阵元的有源方向图和有源阻抗数据;在Matlab中编写了基于差分进化算法的优化设计程序;通过Matlab来调用高频结构仿真进行全波仿真分析,得出最优的阵元加权因子以实现抗干扰阵列天线的波束零陷．研究结果表明,该技术能够非常精准地在干扰方向(30°,10°)上形成零陷,且零陷深度提高了32dB．     

基于二次虚拟扩展的高分辨率波达方向估计方法

为进一步提高天线阵波达方向估计的分辨率,在四阶量多重信号分类方法的基础上,提出一种高分辨率的波达方向估计方法.利用阵列接收数据的四阶矩量进行虚拟阵列扩展,再利用阵列接收数据的共轭进行虚拟阵列扩展,实现二次虚拟扩展;将扩展后的阵列导向矢量和协方差矩阵用于波达方向估计,与原阵列导向矢量和协方差矩阵相比,相当于构造了更多的虚拟阵元,并扩展了阵列的孔径.仿真结果表明:与四阶量多重信号分类等波达方向估计方法相比,所提出的方法在波达方向估计中成功概率更高,均方误差更低,具有更高的分辨率.所提方法通过二次虚拟扩展,构造了更多的虚拟阵元,有效地提高了天线阵波达方向估计的分辨率.     

High-Gain and Low-RCS Patch Antenna Array Based on Slot-EBG Structure

A novel low radar cross-section (RCS) and high gain patch antenna array is proposed. A pair of slots introduced on the mushroom electromagnetic bandgap (EBG) patch realize polarization-dependency and act as parasitic radiation to enhance the antenna gain. A chessboard-like configuration composed of slot-EBG blocks is further equipped on the antenna array for scattering cancellation. Optimizing the layout pattern enables the designing of a high-gain and low-RCS antenna array using the slot-EBGs. Full-wave simulations validate that a front gain enhancement of more than 2.5.dB in the operating frequency band and low-RCS in a broad frequency band for normal incidence are obtained by the proposed antenna array.     

Design of a novel miniaturized broadband microstrip antenna

The method of broadening the bandwidth of the low-profile single patch antenna is studied. A novel rectangle-shape broadband signal patch antenna using the dumbbell-shape Defect Ground Structure (DGS) is proposed in this paper. The antenna consists mainly of the rectangle patch and two surrounding parasitic patches with a C-shaped slot. The resonance characteristics of the parasitic patches are analyzed to determine the dimension of the parasitic patches, and then taking advantage of the gap in etching and DGS, the bandwidth of the antenna is widened. This patch antenna is calculated by Ansoft HFSS. The results validate the proposed approach, which helps the improvement of the bandwidth of the antenna from 500MHz to 1000MHz. Compared with the typical microstrip antenna, the proposed antenna is compact in size, light in weight, and low in longitudinal dimension. The designed antenna is suitable for the design of an array to reduce the coupling among array elements. The substrate of the antenna is the signal layer RF4, and it can be applied in industrial production expediently.