[发明专利]一种基于路径相位差分的频分双工系统互易信道参数构建方法

说明书

本发明公开了一种基于路径相位差分的频分双工系统互易信道参数构建方法，包括通信双方分别对各自估计的信道状态信息进行多径分离；分别获得每一条路径的幅度与相位；分别对每一条路径的相位进行时域差分；分别对差分后的相位按照门限进行补偿；分别对幅度与差分补偿后的相位进行频率修正，获得互易的信道参数。通过本发明的方法可以在频分双工系统中获得互易的信道参数，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，具备高度安全性。

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

信号在无线信道中传播主要通过三种基本方式：反射、衍射和散射。无线信道对信号的影响，总结起来可以归纳为三类：多径衰落、路径损耗和阴影衰落。信号在无线信道中通过不同的路径传播而到达接收端，多径信号的干涉也会引起信号功率的变化，称为多径衰落。由发射功率向外的辐射扩散以及信道的传播特性所导致的损耗称为路径损耗。由于发射端和接收端之间的障碍物对信号进行吸收、反射等而造成的功率衰减，称为阴影衰落。路径损耗和阴影衰落都是信号在较大传输距离上发生的功率变化，因此也叫做大尺度传播效应。而多径衰落一般发生在波长数量级的较小距离上，所以也叫做小尺度传播效应。大尺度衰落模型描述的是信号强度随着发射接收距离和障碍物而发生的慢变化，它不仅与时间有关，还与收发距离和载波频率等因素有关。而小尺度衰落模型描述得是在非常短的距离或时间间隔内接收信号强度发生的快速改变。接收的多径信号，如果同相会彼此叠加，否则会相互抵消，因此导致接收信号的幅度和相位剧烈变化。

根据电磁波的传播理论，尽管当上下行频率间隔较小时，传播路径大致相同，但是每条路径上的幅度与相位都是频率相关的，需要修正以获得互易的信道参数。多径效应的时延特性使得每条路径上的幅度和相位随着频率的不同而变化，各条路径的电场度会随时间而变化，故到达接收点的各分量场之间的相位关系也是随时间而变化的。这些分量场的随机干涉，形成总的接收场的衰落。各分量之间的相位关系对不同的频率是不同的。

无线信道密钥生成技术从物理层的角度，解决传统安全方案中密钥分发的难题，这一技术需要合法接收者可以从上下行的信道中提取具备高度相似性的信道参数转化为相同的密钥。然而，在频分双工系统中，由于上下行信道的频率间隔较大，信道响应的差异非常大，难以获得一致的信道参数。现有技术存在一种通过假设频分双工模式下上下行信道的到达角和多径时延是互易的，可以用于生成对称密钥。然而在实际系统中，角度与时延的时变性不高并且很难准确估计，因此该文章提出的信道互易参数构建方法不具有很高的可行性。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术中频分双工系统中上下行信道不互易的问题，本发明提供一种基于路径相位差分的频分双工系统互易信道参数构建方法。

技术方案：一种基于路径相位差分的频分双工系统互易信道参数构建方法，包括以下步骤：

步骤一：通信双方同时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信道增益；

步骤二：通信双方分别对各自信道增益的估计结果进行多径分离，计算多条路径及每条路径上的幅度与相位；

步骤三：通信双方分别对每条路径上的相位在时域进行差分，得到差分相位；

步骤四：通信双方分别对每条路径上的差分相位进行补偿；

步骤五：通信双方分别对每条路径上的幅度以及补偿后的差分相位进行频率修正，并将修正后的幅度与相位系数组合为向量，得到互易的信道参数。

进一步的，步骤一中信道估计的方法包括时域信道估计、频域信道估计。