快切换空间调制技术研究-AET

0 引言

空间调制技术利用天线序号传输额外通信信息，提高了系统频谱利用率，同时相比于传统的MIMO技术，由于只需要一条射频链路，因此避免了信道间干扰和天线发射的同步问题，极大地降低了系统成本^[1]。由于无线传输媒介的开放性，空间调制技术在传输过程中的安全性问题越发受到人们的重视。文献[2]提出了一种用于多输入多输出系统的预编码辅助空间调制方案，通过预编码将本来映射到发送天线索引的信息映射到接收天线的索引，实现空间信息的隐藏。在此基础上，文献[3]假设基站具有窃听接收机的信道信息（Channel State Information，CSI），利用窃听者CSI设计了预编码器干扰窃听者接收，使得窃听者无法解密信息。在实际情况中，基站很难获得窃听者的CSI。在这种情形下，人工噪声被广泛利用来提高安全性能。在文献[4]-[8]中，在发送信号中加入人工噪声，利用信道信息差异性，使得窃听者无法消除人工噪声的干扰，通过联合优化噪声和信号的功率来最大化提高系统的保密能力。

1 快切换空间调制系统

1.1 系统框图

1.2 信号的传输与解调

由于Eve无法获知Alice的切换方式，同时发送天线越多，切换种类的选择越多，窃听方Eve的接收天线就无法产生本地相关的匹配序列，无法检测到相关峰，不知道Alice是否在通信，也就无法捕获信号及解调。

2 性能分析

2.1 信号的时频分析

2.2 误码率分析

Bob的误码率上限为：

3 仿真结果与分析

图2给出了信噪比为-5 dB时BPSK信号在不同天线数目切换下所产生的信号幅度谱。发射的信号为载波频率f_c=2 GHz、信息速率R_b=10 Mb/s的BPSK信号。从图中发现BPSK信号的频谱展宽，基频能量被U_S(t)搬移到f_c±f_p、f_c±2f_p……f_c±nf_p这些谐波频率点。BPSK信号的能量归一化为0 dB，快速切换信号相比BPSK信号在载频f_c上的能量幅度分别下降至-16.9 dB（N_a=7）、-23.5 dB（N_a=15）、-29.8 dB（N_a=31）和-35.9 dB（N_a=63），只要快速切换天线数目足够多，发送信号频谱就可以隐藏于噪声谱中，使得窃听者无法窃听通信信息。

图3为快切换空间调制系统的误码率仿真图，图中的信噪比(SNR)为发射信号信噪比发射信号总功率P=1，发射星座符号为BPSK调制，每个符号平均功率E{|xm|²}=1。仿真图中每个误码率点代表10⁶个接收符号的仿真结果平均值。当接收方天线数N_b=2，即采用两种切换方式分别对应比特‘0’、‘1’时，在相同的SNR条件下，发送方切换天线数越多，误码性能越好；同时可以发现，随着SNR增高，仿真误码率和推导的理论误码率上界渐渐逼近，在高信噪比下完全吻合。当发射切换天线数固定为N_a=64，在低信噪比下，误码率随着切换方式数目的减少而降低；在高信噪比下不同切换方式数量下误码率表现几乎相同。这表明切换方式的检测与切换方式数量大小无关，在不增加误码情况下，可以通过增加切换方式来传输更多的信息。

4 结论

参考文献

[1] MESLEH R，HASS H，SINANOVIC S，et al.Spatial modulation[J].IEEE Transaction on Vehicular Technology，2008，57(4)：2228-2241.

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耿 飞，洪 涛

（南京邮电大学 通信与信息工程学院，江苏 南京210003）