[发明专利]基于多径分离的频分双工系统中互易信道增益构建方法

说明书

本发明公开了一种基于多径分离的频分双工系统中互易信道增益构建方法，包括通信双方分别进行信道估计获取同一时刻的信道状态信息；分别对各自估计的信道状态信息进行多径分离；对分离后的每一条路径信道增益进行频率修正；将修正后的结果进行重构，获得具备高度互易性的信道增益。本发明可以很好地提高频分双工系统中信道增益的互易性，适用于在频分双工系统下生成基于无线信道特征的一致密钥等具体应用。

技术领域

本申请涉及无线通信及信息加密领域，尤其涉及频分双工系统中互易信道增益的构建方法。

背景技术

电磁波在传播过程中一般要经过反射、衍射、散射的传播路径到达接收端，因此接收信号总是由发送信号经过多次反射、衍射和散射后叠加得到的。由于电磁波的传播是可逆的，因此，当通信系统的上下行采用同一频率进行数据收发时(例如时分双工(TDD)模式)，那么电磁波从发送端通过一条特定路径到达接收端，接收端发出的电磁波也可以通过相同的路径到达发送端，同一频段下，相同的传输路径意味着路径损耗、时延和相位补偿都是相同的，在只考虑物理传播信道的情况下，可以认为上行和下行的无线信道具有互易性。

无线信道的互易性可以用于通信系统中，提高频谱资源利用率和灵活性，为通信系统简化终端设备、进行功率控制和采用更先进的多天线技术提供了便利。此外，还可以用于无线信道密钥生成。无线信道密钥生成指的是合法通信用户双方，通过发送和接收训练序列，得到随机无线信道，利用两者之间共同的信道特征产生密钥，从而避免了因密钥传输而可能带来的信息泄露。此外，当非法窃听者和合法通信用户之间的距离超过1/2波长时，窃听者观测到的信道特征与合法接收者之间观测到的信道特征可视为不相关的，具备极高的安全性。由于合法通信双方各自独立产生的密钥需要具有一致性，因此需要互易的信道参数。

在TDD系统中，当上下行切换速率足够快，即双工时间间隔远小于信道相干时间时，无线上下行信道增益具备高度互易性。然而，在频分双工(FDD)系统中，上下行使用不同的频率来进行数据发送和接收，即上下行使用两个分离对称的频率信道。由于这两个频率信道之间存在频率间隔以防止上下行信道产生信道间干扰，这一频率间隔一般远大于信道的相干带宽，因此上下行信道的特征存在很大的差异。由于信道特征的互易性较差，密钥的误码率较高，所以无线信道密钥生成难以适用于FDD系统。

现有技术存在一种利用回传的方法构建互易的复合信道参数方法来获得随机性、一致性高的密钥，但是这些方法存在信息泄露的风险。如果窃听者截取到了合法接收者之间回传协议中的全部信息，他有可能可以推测出合法接收者产生的密钥。综上，目前在频分双工系统中尚无有效的方法可以产生互易的信道增益。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术存在的问题，实现一种高度安全且便捷实用的频分双工系统安全密钥生成技术，本发明提供了一种基于多径分离的频分双工系统中互易信道增益构建方法。

技术方案：一种基于多径分离的频分双工系统中互易信道增益构建方法，包括以下步骤：

步骤一：通信双方分别在两个频段上互相发送已知导频信号，并分别通过信道估计获取同一时刻的信道状态信息；

步骤二：通信双方分别对信道状态信息进行多径分离，各得到N条路径；

步骤三：通信双方分别提取每条路径的信道增益，对信道增益进行频率修正，得到修正后的每条路径的信道增益；

步骤四：通信双方分别将各自修正后的每条路径的信道增益进行重构，得到一组对称密钥，将对称密钥作为互易信道增益。

进一步的，步骤一中，通信双方包括第一通信方和第二通信方，第一通信方在第一频率上向第二通信方发送已知导频信号，同时第二通信方在第二频率上向第一通信方发送相同的导频信号；第二通信方接收第一通信方发送的导频信号后估计频率一的信道状态信息，第一通信方接收第二通信方发送的导频信号后估计频率二的信道状态信息。