CN114172780B - 基于天线选择和极化滤波的通信传输方法及装置 - Google Patents

基于天线选择和极化滤波的通信传输方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN114172780B
CN114172780B CN202111393000.9A CN202111393000A CN114172780B CN 114172780 B CN114172780 B CN 114172780B CN 202111393000 A CN202111393000 A CN 202111393000A CN 114172780 B CN114172780 B CN 114172780B
Authority
CN
China
Prior art keywords
polarization
signal
polarized
demodulated
signals
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111393000.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114172780A (zh
Inventor
罗章凯
裴忠民
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Peoples Liberation Army Strategic Support Force Aerospace Engineering University
Original Assignee
Peoples Liberation Army Strategic Support Force Aerospace Engineering University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Peoples Liberation Army Strategic Support Force Aerospace Engineering University filed Critical Peoples Liberation Army Strategic Support Force Aerospace Engineering University
Priority to CN202111393000.9A priority Critical patent/CN114172780B/zh
Publication of CN114172780A publication Critical patent/CN114172780A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114172780B publication Critical patent/CN114172780B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/32—Carrier systems characterised by combinations of two or more of the types covered by groups H04L27/02, H04L27/10, H04L27/18 or H04L27/26
    • H04L27/34—Amplitude- and phase-modulated carrier systems, e.g. quadrature-amplitude modulated carrier systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0602—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using antenna switching
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/08—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station
    • H04B7/0802—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station using antenna selection

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Radio Transmission System (AREA)

Abstract

本申请提供了基于天线选择和极化滤波的通信传输方法及装置，赋予发送信息方向性，在期望方向上保持星座结构不变，非期望方向星座结构畸变。该方法将信息分为两部分，分别调制为符号。然后，两组符号分别与两个相互正交的极化状态相乘并将对应极化分量相加。然后分别用双极化相控阵形成的两束正交极化光束将两个信号叠加传输。此外，用于形成波束的天线是经过设计而不规则变化的，这使得星座结构在非期望方向变化,保证了信息传输安全。对于合法用户，通过发送端与合法用户共享的极化状态构建滤波矩阵，并对接收到的信号进行处理，可以将两路极化信号分开，然后对两部分信号进行单独解调，从而可以互不干扰的实现信息解调。从而实现信息的安全传输。

Description

基于天线选择和极化滤波的通信传输方法及装置
技术领域
本申请属于通讯技术领域，具体地讲，涉及一种基于天线选择和极化滤波的通信传输方法及装置。
背景技术
高频通信通道信息状态(CSI)不同于低频通信，其中视距分量占较大比例，导致即使发射天线彼此相距半波长，接收侧空间分量也存在相关性。另外，高频通信中信号衰减较大，折射和散射分量可以忽略不计。由于大多数接收器的灵敏度不足以区分不同的空间特征，因此只能发现一条传输路径。因此，即使使用多个天线，也无法创建多径来提高吞吐量。因此，多输入多输出(MIMO)增益很难在高频情况下实现。
近年来双极化天线技术得到了迅速的发展，其在无线通信中的应用也更加广泛。在双极化天线的基础上，可以在视距通信场景中提供两个独立的信道，这主要得益于正交极化可以通过非零交叉极化隔离区分开来。鉴于此，许多极化信号处理技术可以用于提高传输效率，如极化分集、极化复用、极化状态调制(PM)、极化滤波(PF)等。正交极化信号的幅值比和相位差称为极化状态，极化状态可以用庞加莱上的一个唯一点表示。对于PM，利用PS来传递信息，实现了一种三维调制技术。此外，它可以与传统的幅相调制技术相结合，从而提高传输效率。对于极化滤波技术，利用PS进行信号分离，将传输信息通过多个极化状态信号携带并行传输，提高传输效率。
尽管无线通信中利用极化具有上述优势，然而无线介质具有天然的开放性，信息安全性是无线通信的一个根本问题。如果信号在没有任何保护的情况下传输，空间中任何方位的窃听者也可以恢复相同的信息，即使是在传输波束的旁瓣。因此，为了增强传输安全性，应防止窃听者解码任何针对所需用户的有用消息。当窃听者的位置事先知道时，在空间方向上用波束形成技术在空间方位形成零陷，以防止窃听。然而，这种信息在实际中很难获得，尤其是针对被动窃听的情况。
发明内容
本申请提供了一种基于天线选择和极化滤波的通信传输方法及装置，以至少解决信号在没有任何保护的情况下传输容易被窃听的问题。
根据本申请的第一个方面，本申请提供了一种基于天线选择和极化滤波的通信传输方法，包括：
根据获取的极化角γk、相差ηk和幅相调制信号获得第k个极化信号；
通过设计的水平极化波束和垂直极化波束形成正交极化波束；
将极化信号通过水平极化波束和垂直极化波束进行传输；
基于极化状态构建滤波矩阵分开两路信号，并进行单独解调以获得幅相调制信号参数。解调后的极化参数包括：解调后的极化角、解调后的相差以及解调后的极化角与极化角γk、相差ηk、幅相调制信号之间的关系；
根据解调后的参数，合法接收者可解调出目标信号，而非期望方向的法接收机接收信号的星座畸变，解调性能恶化。
在一实施例中，第k个极化信号可表示为
其中表示极化角；，ηk∈[0，2π]表示相差，/>表示幅相调制信号，其中A表示振幅，/>表示相位，/>表示极化状态。
1.在一实施例中，采用N2个阵元的双极化相阵列形成正交极化波束传输信号，即水平(H)波束和垂直(V)极化波束/>极化信号sk的两个组成部分分别通过两个极化波束传输。
H波束和V波束分别通过权值和/>处理矩阵而形成，其特征在于，两波束在期望方向增益相同，非期望方向增益和相位不同且不断变化。其中uH和uV是两个N×1向量，其中元素为0或1，且/>⊙代表哈达玛矩阵。
在一实施例中，将接收到的第k个信号表示为
其中P是传输功率：是噪声矢量，其分布满足概率密度函数为CN(0,σ2I2×2)；
合法用户基于已知极化状态P1，P2构建极化滤波矩阵
其中
然后，基于滤波矩阵Q1和Q2对接收信号进行处理，可得两路极化信号为
经过滤波矩阵处理后，噪声功率为
当两极化状态正交，噪声功率没有放大。根据两路信号，合法用户解调出期望方向的目标信号。在水平(H)波束/>和垂直(V)极化波束/>影响下，非期望方向信号星座结构畸变，解调难度增大。
根据本申请的第二个方面，还提供了一种基于天线选择和极化滤波的通信传输装置，包括：
获取模块，用于根据获取的极化角γk、相差ηk和幅相调制信号获得第k个极化信号；
正交极化波束形成单元，用于通过获取的水平极化波束和垂直极化波束形成正交极化波束；
传输单元，用于将极化信号通过水平极化波束和垂直极化波束进行传输；
解调单元，用于将所述参数进行解调，包括构建极化滤波矩阵实现两路极化信号分离，并进一步解调幅相调制信号。所述解调后的参数包括：解调后的极化角、解调后的相差以及解调后的极化角与极化角γk、相差ηk、幅相调制信号之间的关系；
在一实施例中，第k个极化信号可表示为
其中表示极化角；，ηk∈[0，2π]表示相差，/>表示幅相调制信号，其中A表示振幅，/>表示相位，/>表示极化状态。
在一实施例中，采用N2个阵元的双极化相阵列形成正交极化波束传输信号，即水平(H)波束和垂直(V)极化波束/>极化信号sk的两个组成部分分别通过两个极化波束传输。
在一实施例中，将接收到的第k个信号表示为
其中P是传输功率：是噪声矢量，其分布满足概率密度函数为CN(0,σ2I2×2)；
将极化参数解调为用以恢复PS携带的信息ηRk＝Ξ(yVk)-Ξ(yHk)
忽略噪音影响，可得解调后的极化角
根据解调后的极化参数在任意方向解调出待破解的目标信号。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请提供的一种基于天线选择和极化滤波的通信传输方法流程图。
图2为本申请中信号模型和问题描述示意图。
图3为本申请实施例中传输侧的信号处理图。
图4为本申请实施例中极化状态存在误差情况下极化星座转换图。
图5为本申请实施例中提供的一实验的与传统双极化阵列发送信号方法结果比较图。
图6为本申请实施例中提供的实验不同方位角情况下BER性能比较。
图7为本申请实施例中采用本申请方法与常规双极化阵列时不同方位角情况下BER性能比较图。
图8为本申请实施例中采用本申请方法与常规双极化阵列时8PSK星座比较图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了解决背景技术中所存在的问题，本申请提供了一种基于天线选择和极化滤波的通信传输方法，如图1所示，包括：
S101：根据两正交极化状态和两路幅相调制信号获得第k个极化信号。
S102：通过获取的水平极化波束和垂直极化波束形成正交极化波束。
S103：将极化信号通过水平极化波束和垂直极化波束进行传输。
S104：构建极化滤波矩阵实现两路极化信号分离，并进一步解调幅相调制信号，解调后的极化参数包括：解调后的相差以及解调后的极化角与极化角、相差、幅相调制信号之间的关系。
S105：根据解调后的参数，合法接收者可解调出目标信号，而非期望方向的法接收机接收信号的星座畸变，解调性能恶化。
在一具体实施例中，为了解决背景技术的问题，本申请采用了方向调制的思想，赋予发送信息方向性，在期望方向上保持星座结构不变，而在非期望方向上相同信号的星座结构进行自然畸变。该方法将信息分为两部分，分别调制为符号。然后，两组符号分别与两个相互正交的极化状态(PS)相乘。然后分别用双极化相控阵形成的两束正交极化光束将两个信号叠加传输。此外，用于形成波束的天线是不规则变化的，这使得星座结构在非期望方向变化，保证信息传输安全。对于合法用户，通过发送端与合法用户共享的PS构建极化滤波矩阵，并对接收到的信号进行处理，将两路极化信号分来。然后对两部分信号进行解调，从而可以互不干扰的实现信息解调。而对于窃听者来说，接收到的信号的幅值和相位是失真的，难以破解信号的PS，导致两个信号不能完全分离，接收到的信号存在自干扰。这样可以提高传输的安全性。理论分析和仿真结果验证了该方法的安全性能。假设发射机Alice装有N个双极化天线，天线沿y轴放置，以原点为中心，侧向角x轴正方向，如图2所示。包括合法用户Bob和窃听者Eve。对于Bob，使用双极化来接收信号；对于Eve，同样采用双极化天线接收信号。如果信号在没有任何保护的情况下从Alice发出，即使Eve不在波束主瓣，同样的信息也可能被恢复。为了防止窃听，提出了一种基于天线选择和极化滤波的方法来提高传输的安全性。
第k个极化信号可写成
其中表示极化角；ηk∈[0，2π]表示相差：/>表示幅相调制信号，其中A表示振幅，/>表示相位。/>表示极化状态。
本申请采用N2个阵元的双极化相阵列形成正交极化波束传输信号，即水平(H)波束和垂直(V)极化波束/>极化信号sk的两个组成部分分别通过两个极化波束传输。因此，接收到的第k个信号可以表示为
其中P是传输功率：是噪声矢量，其分布满足概率密度函数(PDF)为CN(0，σ2I2×2)。
为了恢复PS携带的信息，极化参数可以解调为
ηRk＝Ξ(yVk)-Ξ(yHk) (3)
如果忽略噪音影响，可得
由于利用传统发射机传输信号，在任何方位可得然后，基于公式可得γRk＝γk，ηRk＝ηk。因此，可以在任意方向解调出相同的PS，窃听者可以在任何非期望方向恢复信息。为了解决这个问题，本申请采用基于天线选择和极化过滤的传输方法，以提高信息安全性，并在下一部分中详细介绍了本申请方法。
本申请方法中，信息分为两部分：I1和I2，如图3所示，分别通过幅相调制(TM)技术调整为振幅相符号x1和x2，符号长度为K。然后，两个正交PS(P1和P2)分别与他们相乘，以获得信号
其中
x1＝[x11，x12，…，x1K]
x2＝[x21，x22，…，x2K] (6)
然后，获得传输信号为
对于方位角为θd的合法用户，波束增益fH(θd)＝fV(θd)＝f(θd)。然后，接收到的信号可以写成
显然要恢复所传递的信息x1，x2应首先两路极化信号分开。
为了分离两个信号，极化过滤矩阵是在两个信号的极化状态P1，P2的基础上构建的，可以表示为
其中
可以推导出
然后，基于滤波矩阵Q1和Q2对接收信号进行处理，可得两路极化信号为
此外，根据式，经过滤波矩阵处理后的噪声功率可以表示为(Q1n以示例)
是子空间Q1和Q2之间的主角。显然，sin2ξ≤1，经过滤波矩阵处理后的噪声功率是大于等于原噪声功率的，最理想的情况是/>在这种情况下，噪音功率不放大。因此，两个PS的极化参数应满足以下要求：
在这种情况下，噪音功率不放大。最后，利用最大似然估计算法对两种信号分别进行解调，恢复原始发送信息。
对于Bob，两个信号的极化状态与发射机共享，可以精确的构造极化滤波矩阵。而对于Eve来说，要想恢复信息，就需要破解两个信号的极化状态来进行信号分离。虽然极化状态的数量是无穷无尽的，但极化状态仍然有可能被破解。为了进一步提高传输安全性，本申请提出了设计两束天线的选择方法，使期望方向上的增益相等，而其他方向上的增益不同。通过这种方式，PSs在非期望方向上变化，这使得很难破解极化状态。从而提高传输的安全性。
基于图3中显示的阵列，两极化的通道的阵列流行矢量可表示为
显然，阵列流行有一个特定的属性，其元素的一半是另一半的复共轭，例如，N＝3，和N＝4，/>因此，正常情况下，两波束可以表示为
此处θd表示期望方向。显然，波束增益fH(θ)和fV(θ)在所有方向为真实的实数，这意味着Bob和Eve接收的信号传达相同的信息，唯一的区别是信号的力量。因此，如果窃听器足够敏感，则有可能破解两个信号的PS。为了克服这一问题，提高传输安全性，在本申请方法中，fH(θ)和fV(θ)基于天线选择方法设计的，目的是为了使非期望方向信号的振幅和相位产生畸变，详细步骤如下。
首先，生成两个向量，将波束形成向量的某些元素设置为零，
其中uH和uV个和是两个N×1向量，其中元素为0或1，且⊙代表哈达玛矩阵。(在本申请中，我们只是考虑相同的L和uHuv)。
考虑方位角θ＝θd，fH(θ)等于fV(θ)，他们仍然是相等的实数。然而，当θ≠θd，fH(θ)并不等于fV(θ)，且不再是实数[16]。例如，在N＝5的情况下，L＝4，cH＝[0，1，1，1，1]T，cV＝[1，0，1，1，1]T然后
两波束可以进一步写成
根据式，它发现，fH(θ)和fV(θ)不再是实数。两束光束的振幅和相位随uH之变化uV。在这种情况下，以第一个信号x1为例，极化参数表示为
此处ψ(·)表示获取相位。显示正交极化波束不同引起的星座店偏移。在不失一般性的情况下，假设和原始星座点表示为P1。当/>星座点在庞卡莱球面刚性旋转并转换为/>当/>将向水平极化状态点PH移动并转换为Pg。
这样，当两束增益随机变化时，两极化信号的PSs会动态变化，使得PSs难以被窃听者破解。因此，不能正确地构造极化滤波矩阵来分离两极化信号，从而导致自干扰的出现，从而提高了传输的安全性。
另一方面，当窃听者得到信号的PSs时，构造右极化滤波矩阵Q1和Q2。当非期望方向的信号动态变化时，PSs变成了获得
根据式(21)，发现两个信号不能被分离，因此出现了自干扰。最重要的是，在该方法中，非期望方向的信号会失真，PSs难以被破解。这样可以很好地保护传输信息，形成安全的链路。
为了验证本申请中提供的方法，下面列举了一个具体实验：
以Matlab为工具，假设为11阵元线阵相控阵，发射频率为23GHz。考虑四相移键(QPSK)和8PSK调制两个信息序列，则x1为QPSK信号，x2为8PSK信号。此外，采用其他调制阶数得到的结果相似。这里需要注意的是，在通信频率较高的情况下，波长较小，并且大量天线单元密集排列，导致主瓣非常狭窄。因此，在本实验只考虑了旁瓣窃听，不考虑窃听接收机在主瓣的情况。
首先，将期望方向设置为0°，且信噪比设置为25dB,uHuv每20个符号时间更新一次。我们将本文方法与传统双极化阵列发送信号方法做了比较。比较两种方法在不同方位角的误码率性能。图5中(a)和图5中(b)给出了两种方法的误码率曲线。结果表明，在期望方向0°上，两种方法都能获得较小的误码率，证明了所提方案的有效性。而在旁瓣中，如θ＝±27°，±55°，对于QPSK信号，正常阵列的误码率为10-4和10-2；对于8PSK信号，当θ＝±27°时，误码率为10-2，窃听者有可能在这些方向上破解信号。然而，基于本文方法的误码率较大，这主要是由于uHuv变换导致旁瓣信号失真所致。在该系统中，信号的PS难以被破解，从而使两个信号无法分离，为信号提供了良好的保护。当方向设为10°时，可以得到类似的结论，如图6中(a)和图6中(b)所示。
在本次仿真实验中，假设窃听者可以获得两个信号的极化状态，并基于极化状态构建极化滤波矩阵，从而与合法接受者相同，可以完全分离两路信号，如图7和图8所示，为方位角27°(期望方向为0°)下常规双极化阵列与本文方法的星座图比较。由图7中(a)和图8中(a)可知，正常阵时，QPSK星座清晰，8PSK星座稍差。但是，当信噪比足够大时，8PSK星座也会清晰，这将导致信息泄漏。如本文方法
图7中(b)和图8中(b)所示，基于本文方法，窃听者将两路信号分开后恢复的QPSK和8PSK的星座图扭曲了，很难恢复有用的信号，因此本文方法为信号传输提供了很好的保护。
根据本申请的另一个方面，还提供了一种基于天线选择和极化滤波的通信传输装置，包括：
获取模块，用于根据获取的极化角γk、相差ηk和幅相调制信号获得第k个极化信号；
正交极化波束形成单元，用于通过获取的水平极化波束和垂直极化波束形成正交极化波束；
传输单元，用于将极化信号通过水平极化波束和垂直极化波束进行传输；
解调单元，用于将所述参数进行解调，包括构建极化滤波矩阵实现两路极化信号分离，并进一步解调幅相调制信号。所述解调后的参数包括：解调后的极化角、解调后的相差以及解调后的极化角与极化角γk、相差ηk、幅相调制信号之间的关系；
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
本申请的实施例还提供能够实现上述实施例中的方法中全部步骤的一种电子设备的具体实施方式，所述电子设备具体包括如下内容：
处理器(processor)、存储器(memory)、通信接口(Communications Interface)和总线；
其中，所述处理器、存储器、通信接口通过所述总线完成相互间的通信；
所述处理器用于调用所述存储器中的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述实施例中的方法中的全部步骤，例如，所述处理器执行所述计算机程序时实现下述步骤：
S101：根据获取的极化角γk、相差ηk和幅相调制信号获得第k个极化信号。
S102：通过获取的水平极化波束和垂直极化波束形成正交极化波束。
S103：将极化信号通过水平极化波束和垂直极化波束进行传输。
S104：构建极化滤波矩阵实现两路极化信号分离，并进一步解调幅相调制信号，解调后的极化参数包括：解调后的相差以及解调后的极化角与极化角、相差、幅相调制信号之间的关系
S105：根据解调后的参数在任意方向解调出目标信号。
本申请的实施例还提供能够实现上述实施例中的方法中全部步骤的一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中的方法的全部步骤，例如，所述处理器执行所述计算机程序时实现下述步骤：
S101：根据获取的极化角γk、相差ηk、相位和幅相调制信号/>获得第k个极化信号。
S102：通过获取的水平极化波束和垂直极化波束形成正交极化波束。
S103：将极化信号通过水平极化波束和垂直极化波束进行传输。
S104：构建极化滤波矩阵实现两路极化信号分离，并进一步解调幅相调制信号，解调后的极化参数包括：解调后的相差以及解调后的极化角与极化角、相差、幅相调制信号之间的关系
S105：根据解调后的参数在任意方向解调出目标信号。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于硬件+程序类实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。虽然本说明书实施例提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的手段可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或终端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境，甚至为分布式数据处理环境)。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、产品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、产品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，并不排除在包括所述要素的过程、方法、产品或者设备中还存在另外的相同或等同要素。为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本说明书实施例时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现，也可以将实现同一功能的模块由多个子模块或子单元的组合实现等。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
本领域技术人员应明白，本说明书的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本说明书实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本说明书实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本说明书实施例的至少一个实施例或示例中。
在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。以上所述仅为本说明书实施例的实施例而已，并不用于限制本说明书实施例。对于本领域技术人员来说，本说明书实施例可以有各种更改和变化。凡在本说明书实施例的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书实施例的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.基于天线选择和极化滤波的通信传输方法，其特征在于，包括：
根据获取的极化角γk、相差ηk和幅相调制信号获得第k个待发送极化信号；
通过对极化阵列设计，获取水平极化波束和垂直极化波束；所述极化阵列具体设计为N2个阵元的双极化相阵列形成正交极化波束传输信号；
将所述极化信号两分量分别通过所述水平极化波束和垂直极化波束进行传输；
具体的，水平(H)波束和垂直(V)极化波束/>极化信号sk的两个组成部分分别通过两个极化波束传输；
H波束和V波束分别通过权值和/>处理矩阵而形成，其特征在于，两波束在期望方向增益相同，非期望方向增益和相位不同且不断变化；其中uH和uV是两个N×1向量，其中元素为0或1，且/>⊙代表哈达玛矩阵；
将所述极化参数进行解调并过滤噪音获得解调后的极化参数，所述解调后的极化参数包括：解调后的极化角、解调后的相差以及解调后的极化角与极化角γk、相差ηk、相位和幅度Ak之间的关系；
根据解调后的极化参数在任意方向解调出待破解的目标信号。
2.根据权利要求1所述的基于天线选择和极化滤波的通信传输方法，其特征在于，
第k个极化信号可表示为
其中表示极化角；ηk∈[0，2π]表示相差，/>表示幅相调制信号，其中A表示振幅，/>表示相位，/>表示极化状态。
3.根据权利要求2所述的基于天线选择和极化滤波的通信传输方法，其特征在于，将接收到的第k个信号表示为
其中P是传输功率：是噪声矢量，其分布满足概率密度函数为CN(0,σ2I2×2)；
合法用户基于已知极化状态P1，P2构建极化滤波矩阵
其中
然后，基于滤波矩阵Q1和Q2对接收信号进行处理，可得两路极化信号为
经过滤波矩阵处理后，噪声功率为
当两极化状态正交，噪声功率没有放大；根据两路信号，合法用户解调出期望方向的目标信号；在水平(H)波束/>和垂直(V)极化波束/>影响下，非期望方向信号星座结构畸变，解调难度增大。
4.基于天线选择和极化滤波的通信传输装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于根据获取的极化角γk、相差ηk和幅相调制信号获得第k个极化信号；
正交极化波束形成单元，用于通过获取的水平极化波束和垂直极化波束形成正交极化波束；
具体的，采用N2个阵元的双极化相阵列形成正交极化波束传输信号；
传输单元，用于将所述极化信号通过所述水平极化波束和垂直极化波束进行传输；
具体的，水平(H)波束和垂直(V)极化波束/>极化信号sk的两个组成部分分别通过两个极化波束传输；
H波束和V波束分别通过权值和/>处理矩阵而形成，其特征在于，两波束在期望方向增益相同，非期望方向增益和相位不同且不断变化；其中uH和uV是两个N×1向量，其中元素为0或1，且/>⊙代表哈达玛矩阵；
解调单元，用于将所述参数进行解调，包括构建极化滤波矩阵实现两路极化信号分离，并进一步解调幅相调制信号；所述解调后的参数包括：解调后的极化角、解调后的相差以及解调后的极化角与极化角γk、相差ηk、幅相调制信号之间的关系。
5.根据权利要求4所述的基于天线选择和极化滤波的通信传输装置，其特征在于，
第k个极化信号可表示为
其中表示极化角；ηk∈[0，2π]表示相差，/>表示幅相调制信号，其中A表示振幅，/>表示相位，/>表示极化状态。
6.根据权利要求5所述的基于天线选择和极化滤波的通信传输装置，其特征在于，将接收到的第k个信号表示为
其中P是传输功率：是噪声矢量，其分布满足概率密度函数为CN(0,σ2I2×2)；
将极化参数解调为用以恢复PS携带的信息ηRk＝Ξ(yVk)-Ξ(yHk)
忽略噪音影响，可得解调后的极化角
根据解调后的极化参数在任意方向解调出待破解的目标信号。
7.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1至3任一项所述基于天线选择和极化滤波的通信传输方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至3任一项所述基于天线选择和极化滤波的通信传输方法的步骤。
CN202111393000.9A 2021-11-23 2021-11-23 基于天线选择和极化滤波的通信传输方法及装置 Active CN114172780B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111393000.9A CN114172780B (zh) 2021-11-23 2021-11-23 基于天线选择和极化滤波的通信传输方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111393000.9A CN114172780B (zh) 2021-11-23 2021-11-23 基于天线选择和极化滤波的通信传输方法及装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114172780A CN114172780A (zh) 2022-03-11
CN114172780B true CN114172780B (zh) 2023-11-21

Family

ID=80480330

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111393000.9A Active CN114172780B (zh) 2021-11-23 2021-11-23 基于天线选择和极化滤波的通信传输方法及装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114172780B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114826348B (zh) * 2022-04-19 2023-03-17 电子科技大学 一种适用于双极化系统的极化滤波方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1906556A1 (en) * 2006-09-29 2008-04-02 Broadcom Corporation Method and system for ofdm based mimo system with enhanced diversity
WO2015169368A1 (en) * 2014-05-08 2015-11-12 Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) Beam forming using a dual polarized antenna arrangement
CN109361436A (zh) * 2018-12-07 2019-02-19 皖西学院 一种massive MIMO-OFDM上行系统中基于极化调制的相位噪声消除方法
CN111193682A (zh) * 2019-12-11 2020-05-22 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 一种极化状态-幅相联合调制星座旋转优化方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1906556A1 (en) * 2006-09-29 2008-04-02 Broadcom Corporation Method and system for ofdm based mimo system with enhanced diversity
WO2015169368A1 (en) * 2014-05-08 2015-11-12 Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) Beam forming using a dual polarized antenna arrangement
CN109361436A (zh) * 2018-12-07 2019-02-19 皖西学院 一种massive MIMO-OFDM上行系统中基于极化调制的相位噪声消除方法
CN111193682A (zh) * 2019-12-11 2020-05-22 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 一种极化状态-幅相联合调制星座旋转优化方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Combined Constellation Rotation With Weighted FRFT for Secure Transmission in Polarization Modulation Based Dual-Polarized Satellite Communications;Zhangkai Luo, etc.;《IEEE》;全文 *
Polarization Filtering Based Physical-Layer Secure Transmission Scheme for Dual-Polarized Satellite Communication;Zhangkai Luo;《IEEE》;全文 *
基于方向-极化状态调制的卫星MIMO安全传输方法;罗章凯等;《系统工程与电子技术》;第39卷(第4期);第888-892页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114172780A (zh) 2022-03-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106850021B (zh) 基于极化预编码的无线通信物理层安全实现方法及装置
JP6697731B2 (ja) 送信装置、受信装置、および通信方法
Zhang et al. Orbital angular momentum nondegenerate index mapping for long distance transmission
JP7216681B2 (ja) データ送信方法および装置
JP6962135B2 (ja) Ｏａｍ多重通信システムおよびｏａｍ多重通信方法
JP6988903B2 (ja) Ｏａｍ多重通信システムおよびｏａｍ多重通信方法
CN101253654A (zh) 用于无线系统的合并极化和相干处理的系统和方法
CN111698183A (zh) 多模涡旋波正交化自适应传输方法及装置
CN114172780B (zh) 基于天线选择和极化滤波的通信传输方法及装置
Luo et al. Combined constellation rotation with weighted FRFT for secure transmission in polarization modulation based dual-polarized satellite communications
Luo et al. Polarization filtering based physical-layer secure transmission scheme for dual-polarized satellite communication
Zhu et al. Reconfigurable intelligent surface-assisted spatial scattering modulation
Zhengjuan et al. Broadband beam steering for misaligned multi-mode OAM communication systems
CN109286432A (zh) 基于极化跳变的航运卫星通信系统物理层安全传输方法
CN114205048A (zh) 基于ris的无线单输入单输出矢量合成安全传输方法
Huang et al. Improving physical layer security via random precoding
CN106452531B (zh) 一种基于大规模mimo的多用户上行链路频率同步方法
You et al. Spatial and directional modulation with scrambling
CN111193682A (zh) 一种极化状态-幅相联合调制星座旋转优化方法
Andrei et al. Sensing-Assisted Receivers for Resilient-By-Design 6G MU-MIMO Uplink
Zhang et al. A dual-polarized antennas based directional modulation scheme
Luo et al. Directional polarization modulation for secure dual-polarized satellite communication
WO2016101601A1 (zh) 多天线下行数据传输方法及设备、计算机存储介质
CN107425887B (zh) 一种多天线不可信中继网络中的波束成形方法
CN114826357B (zh) 一种高效的方向调制方法与系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant