基于圓環(huán)四維天線陣列的物理層保密通信研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)的飛速發(fā)展，無線通信系統(tǒng)的安全問題也越來越受到人們的重視。為了對無線通信系統(tǒng)進行更高級別的加密防竊聽，需要對整個通信系統(tǒng)的軟件層面和物理層面的保密特性都進行深入的研究。近來，在物理層保密通信中脫穎而出一種新型的天線技術(shù)形式——四維天線陣列。四維天線陣作為傳統(tǒng)相控陣的一種演變形式，是將第四維設(shè)計變量—“時間”—引入到傳統(tǒng)的三維空間天線陣列中，也是現(xiàn)代天線技術(shù)科技中最前沿的一種技術(shù)。它具有以下的特點：能實現(xiàn)低副瓣或者超低

2、副瓣方向圖、高性能低成本、多波束形成、多維設(shè)計自由度等等。更值得注意的是，利用其四維天線陣特有的邊帶效應(yīng)產(chǎn)生的頻率調(diào)制作用，可以將四維天線陣列應(yīng)用于無線信息定向安全傳輸及保密通信中。
　　本文將四維天線陣技術(shù)和圓環(huán)陣列技術(shù)相結(jié)合，提出了一種在二維空間內(nèi)實現(xiàn)的保密通信的新思路，并且展開較為深入的理論論證和實驗研究。論文的工作主要包括：
　　1.基于四維天線陣的基本原理，對圓環(huán)四維天線陣列在固定時序、隨機時序下的保密通信特性進行

3、數(shù)值分析，對圓環(huán)四維天線陣的發(fā)射 BPSK信號進行誤碼率分析。仿真結(jié)果表明，圓環(huán)四維天線陣有別之前研究的僅限于方位面的保密通信方法，可以實現(xiàn)模擬信號和數(shù)字信號在二維空間內(nèi)的保密通信。
　　2.基于電磁仿真軟件，設(shè)計了一款寬帶印刷偶極子圓環(huán)陣列天線，圓環(huán)四維天線陣通過CPLD控制電路搭配合理設(shè)計的時間調(diào)制頻率、信號帶寬和開關(guān)時序，使其能夠在需要方向發(fā)射無畸變的原始信號，而在其它他方向發(fā)射畸變的錯誤信號，從而實現(xiàn)所需方向的保密通信。<

4、br>　　3.針對保密通信所需方向圖形式，采用差分進化算法對圓環(huán)四維天線陣列的方向圖進行優(yōu)化與綜合。在采用商用電磁軟件HFSS全波仿真圓環(huán)陣列天線模型，使用差分進化算法調(diào)用HFSS，對其幅度和相位激勵進行優(yōu)化設(shè)計。
　　本文對圓環(huán)四維天線陣的陣列設(shè)計和保密性能進行了較為深入的研究，并通過實驗結(jié)果以及數(shù)值仿真結(jié)果驗證了在圓環(huán)四維天線陣在實現(xiàn)物理層保密通信系統(tǒng)的可行性。本文的研究工作表明了圓環(huán)四維天線陣在物理層保密通信中具有極大的優(yōu)勢