论文题目：基于阵列天线空间调制的物理层安全通信方法研究
摘要：在通信网络流量剧增的时代背景下,无线公共接入点载荷的增加、通信速率需求的增加与用户的安全通信需求之间的矛盾越来越明显。在海量通信数据的背景下,使用更高效更安全的通信系统成为了当下人们的共同愿望。本文基于空间调制（Spatial Modulation,SM）和阵列天线技术,对物理层安全通信的两个技术方向进行了研究,主要内容如下:（1）基于SM的基本系统模型,本文在正交空间调制（Quadrature Spatial Modulation,QSM）和预编码空间调制（Precoding Spatial Modulation,PSM）技术的基础上设计了新的物理层安全通信系统并进行了深入研究。正交空间调制技术能够提升系统的频谱利用率,在当今频谱资源缺乏的情况下有广泛的应用前景。预编码技术的引入为底层通信系统增加了一层额外的安全保障。在预编码技术方案中,窃听者由于无法估计合法用户的信道状态信息（Channel State Information,CSI）,无法解调出加密前的信号,从而实现具有防窃听功能的物理层保密通信。为解决射频天线的数量受到调制方案限制的问题,本文引入了广义空间调制（Generalised Spatial Modulation,GSM）技术,解决发射天线受到2的幂次方数量限制的问题。此外,由于广义空间调制系统中的发射天线信号集由通信双方自定义,相当于多了一层天线索引维度的加密,安全性进一步提高。（2）基于频控阵（Frequency Diverse Array,FDA）的系统模型,本文深入研究了预编码正交空间调制系统。FDA系统具有特殊的波束特征,在防窃听方面具有天然的优势。然而仅利用FDA波束在空间分布的信噪比特征进行空间上的安全通信已经不能够满足当前的物理层安全需求。随着电子元器件制造工艺的进步,人们已经可以设计出更高灵敏度的接收机以实现微弱信号的检测,窃听者也可以通过增加动态功率接收范围窃听原发射信息。因此,基于FDA波形的安全通信方案需要进行技术升级。本文将传统的正交空间调制技术与FDA相结合,设计了一套新的安全通信方案。通过引入预编码技术为FDA增加了额外的安全通信保障,进一步提升安全通信性能。此外,本文推导了安全通信速率和误码率的理论表达式,并通过仿真分析了该方案的性能表现。
关键词：空间调制;正交空间调制;物理层安全;预编码空间调制;频控阵（FDA）
学科专业：信息与通信工程
摘要
abstract
缩略词表
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 阵列天线物理层安全通信的国内外研究历史与现状
1.2.1 阵列天线物理层安全通信的国内外研究历史
1.2.2 阵列天线物理层安全通信的国内外研究现状
1.3 主要贡献与创新
1.4 主要研究内容及结构安排
第二章 物理层安全基础理论及空间调制相关研究
2.1 引言
2.2 安全通信系统模型
2.2.1 窃听模型
2.2.2 现代物理层安全通信模型
2.3 空间调制技术
2.3.1 空间调制技术原型
2.3.2 广义预编码空间调制技术
2.4 物理层安全通信性能衡量方法
2.4.1 窃听概率
2.4.2 安全速率/容量
2.4.3 安全吞吐量
2.5 本章小结
第三章 正交预编码调制下的安全通信
3.1 正交空间调制
3.1.1 系统模型
3.1.2 误码率分析
3.2 改进型预编码QSM方案
3.2.1 安全通信速率
3.2.2 信道容量
3.3 本章小结
第四章 基于FDA的 PQSM物理层安全通信方法
4.1 引言
4.2 FDA的基础知识
4.2.1 S型波束的FDA模型
4.2.2 S型波束的理论表达式分析
4.2.3 点状波束的FDA模型
4.3 基于FDA波形的空间调制
4.4 基于FDA的预编码空间调制
4.4.1 系统模型
4.4.2 调制模型
4.5 性能分析
4.5.1 误码率
4.5.2 信道容量
4.5.3 安全通信速率
4.6 本章小结
第五章 全文总结与展望
5.1 全文总结
5.2 后续工作展望
致谢
参考文献