基于阵列天线的定向调制系统设计及仿真开题报告

 2022-01-14 10:01

全文总字数:3302字

1. 研究目的与意义及国内外研究现状

自从近场直接天线调制 (Near-Field DirectAntenna Modulation,NFDAM) 首次提出后,国内外对于无线通信物理层安全通信技术进行了新一轮研究。对传统发射机而言,在天线主波束方向上的接收机接收到的信号与在天线旁瓣方向上的接收机接收到的信号相同,因此被窃听的风险较大。同时考虑到,阵列天线可以根据需要来调节辐射的方向性能,具有良好的辐射方向性,继而提出了本课题,旨在研究定向调制 (DirectionalModulation,DM) 技术,利用稀疏阵列天线,提高无线通信系统的安全性,使星座映射方向保持在期望方向,对其他方向的映射发生畸变,导致窃听接收机不能从接收的信号中解调出有用的通信信息,由此达到定向传输的目的。

随着信息化时代的到来,通信系统得到了迅猛发展。但是由于无线信道传输固有的开放性和广播性,信息传输过程中极易被不法分子窃取从而造成机密信息泄露,因此通信安全问题得到越来越多的关注。通信系统中传统的安全技术是人们通过加密技术对传输的信息进行保护,这些技术通过增加计算复杂度来提高信息传送的安全性。这已经不能满足当前的安全需要,而本课题的提出将接收的调制信号与接收机所在的空间方位相关联,从而在物理层上保证了无线通信信息的安全性能。

国内外研究现状

19世纪晚期至20世纪初期,信息的无线传输开始发展,为了提高信息传输的安全性,提出了一些新的方法。2009年Aydin Babakhani等人首次提出了近场直接天线调制技术,绝对带宽很宽、通信安全性高,可以改善传输速率低以及安全性差的问题。在此基础上,人们对定向调制技术展开研究,并与天线技术相结合,在2013和2014年,Ding Y, Fusco V. 对定向调制发射机的应用展开研究并提出了其辐射模式以及优化方法等。继而Hu J, Shu F, Li J. 又提出的提高定向调制方向角安全的稳健合成方法,进一步完善了定量调制理论。国内对于定向调制技术的研究更集中于超声波的传输领域,对阵列天线的定向调制研究不多。2010年,王文若、杨国辉、吴群提出了一种近场调制型芯片天线特性的研究;马威,洪涛在2018年提出了稀疏阵列方向调制信号综合算法。

2. 研究的基本内容

简要介绍定向调制的概念和阵列天线,以及国内外对于阵列天线和定向调制技术的发展概况,介绍定向调制的技术原理,给出技术仿真图像并对论文研究方法和内容进行概述。

不同于传统的基于密钥的加密技术,定向调制作为目前无线通信中发展比较有潜力的技术可以在任何无线信道场景中运用的另一种不涉及任何密钥的方法,是通过在指定方向上采用正确的星座图进行调制,在非指定方向上采用扭曲的星座图,由此确保定向传输的安全性。本课题对此系统进行设计,建立阵列天线定向调制的模型在此基础上,结合凸优化 (CVX) 工具箱,使用MATLAB进行设计和仿真,实现定向传输的。根据软件仿真结果,给出硬件实现方案,熟悉从建模到仿真再到硬件方案的确定的整个过程。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

实施方案:建立定向调制发射机,使其具有两个关键特性:沿预先指定的安全通信方向保存发送信号格式;沿所有其他非安全通信方向的星座模式失真。利用正交矢量法合成定向调制阵列,同相正交空间中的信号沿不同矢量路径到达所需通信方向时,相应地改变所得到的星座轨迹。 这导致沿着规定方向以外的空间方向的星座图案失真,这是dm系统的关键特性。通过对误码率、信噪比、主瓣宽度与旁瓣电平等参数进行比对,改变定向调制系统的特性,最终建立完整的系统。

进度:

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4. 参考文献

[1] zhang b , liu w , gou x . sparse antenna array design fordirectional modulation[c]// 2016 9th ieee sensor array and multichannel signalprocessing workshop (sam 2016). ieee, 2016.

[2] ding y , fusco v . a review of directional modulationtechnology[j]. international journal of microwave and wireless technologies,2016, 8(07):981-993.

[3] zhang b , liu w , lan x . directional modulation designbased on crossed-dipole arrays for two signals with orthogonalpolarisations[j]. 2018.

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