[发明专利]一种用于MIMO系统的自适应对称无线信道特征获取方法

说明书

本发明公开了一种用于MIMO系统的自适应对称无线信道特征获取方法，包括步骤：首先，用户终端U选择自身N根天线中的S根并发送信道探测信号P。基站B用M根天线接收U发来的探测信号X；其次，基站B以不同的策略选择R根天线并发送其设计的信道探测信号Q；用户终端U再接收到基站B发来的N路信道探测信号Y；最后，基站B合并信道探测信号X中的R路信号和信道探测信号Q，得到用户终端U到基站B的信道特征；用户终端U根据所选的S根天线，合并信道探测信号Y中的S路信号和信道探测信号P，得到基站B到用户终端U的信道特征。本发明所获得的多维度信道特征可提高所生成密钥的随机性，并降低被窃听的风险，增强了基于无线信道特征的物理层密钥生成技术的安全性。

技术领域

本发明涉及信息安全领域，尤其涉及一种供MIMO系统使用的自适应对称无线信道特征获取方法。

背景技术

在物理层安全领域，通信双方可以基于相互测量的无线信道特征生成对称的密钥。该密钥可以用于保护通信系统的安全。然而，在通信双方相对位置固定，环境变化也较弱的情况下，通信双方测量得到的无线信道特征具有显著的固定性，从而影响密钥更新的速率。

MIMO通信系统利用多天线的空间多样性来提高信道容量，当天线数量不断增多时，多径衰落的影响被降低，导致测量得到的无线信道特征趋于平坦。然而，在基于无线信道特征的密钥生成系统中，需要利用无线信道的变化生成具有高随机性的密钥，平坦的无线信道特征不利于密钥的生成。因此，通信双方可以基于一些私有的信息，增加无线信道的随机性。如在专利申请201510155460.6中，申请者提出了一种在单天线体制下融合通信双方的私有信息进行共享密钥安全通信的方法。然而，该方法主要针对单天线OFDM系统的子载波进行预编码，并没有考虑到多天线MIMO的应用场景。在MIMO通信系统中，由于通信双方拥有多个天线，可以基于多天线的空间多样性获得多维的无线信道特征。为了降低天线间相关性对所生成密钥的随机性的影响，在《MIMO信道下密钥生成技术和协议研究》(宋淑男，2018)中，研究了基于天线间相关性的天线选择方法。然而，这些方法主要是基站设备根据某些特定标准对天线测量结果进行天线选择，并没有考虑到通信双方基于仅各自知道的天线测量结果进行自适应天线选择的方案。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种适用于MIMO系统的自适应对称无线信道特征获取方法。

技术方案：本发明所述的一种MIMO系统，包括含有M根天线B₁,B₂…B_M的基站设备B、含有N根天线U₁,U₂…U_N的用户终端设备U，M、N至少有一个大于1；其自适应对称无线信道特征获取方法包括以下步骤：

(1)用户终端设备U根据策略从N根天线中选择S根天线，同时发送其信道探测信号P＝[P₁,P₂…P_S]，S≥1；

(2)基站设备B通过M根天线接收用户终端设备U发来的M路用户信道探测信号X＝[X₁,X₂…X_M]；

(3)基站设备B可以采用不同于用户终端的设备U采用的策略选择M根天线中的R根天线，从接收到的用户信道探测信号X中选出R路用户信道探测信号X₍₁₎,X₍₂₎…X_(R)，同时使用选出的R根天线发送基站设计的信道探测信号Q＝[Q₁,Q₂…Q_R]；

(4)用户终端设备U通过N根天线接收基站设备B发来的N路信道探测信号Y＝[Y₁,Y₂…Y_N]；