[发明专利]基于导频相关和功率的大规模MIMO系统主动攻击检测方法

说明书

本发明提出了一种基于导频相关和功率联合检测的大规模MIMO系统主动攻击检测方法，该方法包括如下步骤：(1)基站覆盖区域内的每个用户在数据训练期间需向基站发送两段导频，其中第一段为用户固定导频，第二段导频是第一段导频的随机循环移位；(2)基站接收到某用户的训练导频后，首先对两段导频作循环移位相关，如果相关结果存在两个超过相关门限的峰值，那么判定主动攻击对手存在；(3)如果相关结果仅存在一个超过相关门限的峰值，那么通过该峰值的功率是否超过功率门限判断是否存在主动攻击对手。本发明充分利用了导频相关和信号功率来联合检测主动攻击对手，相比于单使用导频相关或者功率检测的方案，该方法受信噪比影响小，且能进一步提高检测的准确性。

技术领域

本发明涉及一种无线数字通信系统针对主动攻击对手的检测方法。尤其涉及在信道相干时间较长的情况下，利用导频相关和功率联合检测提高检测有效性和可靠性，一种应用于大规模MIMO数字通信系统的主动攻击检测方法。

背景技术

大规模MIMO技术是MIMO技术的延伸。大规模MIMO系统在基站覆盖区域内用大规模阵列方式布置了数十根甚至上百根低功耗天线，因此小区内的多个用户可以在相同时频资源上利用空间自由度与基站同时通信，从而提升频谱资源的复用能力和各用户的频谱效率；此外，利用大量天线带来的分集和阵列增益，还能提高基站和用户通信的功率效率。同时，由于大规模MIMO系统的基站天线数量趋于无穷，不同用户之间的信道将呈现渐进正交性，故用户间干扰得以消除，大量天线还使信道AWGN和快衰落等负面影响被有效平均，从而显著提高数据传输速率。目前，大规模MIMO由于其特性满足未来通信发展需求，该技术已经成为5G移动通信最具潜力的研究方向之一。

当然，大规模MIMO也存在一些必须解决的问题。在多小区大规模MIMO系统中，频率复用引起的同道干扰会严重影响系统性能。此外，由于大规模MIMO 系统同时服务众多用户，因此需在不同小区复用相同导频序列，由此会产生“导频污染”，而导频污染是限制大规模MIMO极限性能的唯一因素。

现有的研究证明大规模MIMO基站配置的成百上千的天线使得系统容量、频谱效率以及能量效率大幅提升，而天线数量的增加同时使大规模MIMO具有对抗被动窃听者的天然优势。由于基站天线数量庞大，如果发送端对发送信号进行预编码等处理，合法接收者的接收能量可能是被动窃听者的几十倍甚至上百倍，这样主信道容量远远大于窃听信道容量，使得保密容量逼近主信道容量，因此大规模MIMO具有天然对抗被动窃听的优势。

针对大规模MIMO能够对抗被动窃听的特性，目前对该系统的有效攻击形式为主动攻击。时分双工系统中，如果对手在合法用户发送上行导频的同时发送相同导频，将会影响基站的上行信道估计，使信道估计结果与窃听信道相关，这样会导致系统的保密容量大幅降低。对手发送导频、干扰信道估计结果的攻击方式类似“导频污染”问题。但与导频污染不同，对手的存在及发送导频是不确定的，因此对抗导频污染的传统方法并不适用。对抗这类使用主动攻击的对手，最重要的步骤就是发现其存在。目前检测主动窃听的方法有功率检测、相关检测、导频加密和人工噪声加扰等。但每种单一的方案均存在自身不足，因此可以结合不同方案的优点，进一步提高检测的有效性和可靠性。

发明内容

本发明的目的是针对大规模MIMO系统特性，提供一种基于导频相关和功率联合检测的主动攻击检测方法，该方法可以充分利用训练导频和对手攻击特性进一步提高主动攻击对手检测的准确性。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

(1)基站覆盖区域内的每个用户在数据训练期间需向基站发送两段训练导频，其中第一段导频是用户固定导频，第二段导频是第一段导频的随机循环移位；

设合法用户两段训练导频的长度均为N，基站第m根天线到合法用户的信道 h_b,m在训练期间保持不变，表示基站第m根天线接收到的合法用户发送的第l 段训练导频，具体表达式为：