[发明专利]一种频分双工系统中的密钥提取方法

权利要求书

1.一种频分双工系统中的密钥提取方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)通信双方中的上行方向通信双方中的下行方发送导频信号；

(2)下行方根据接收的导频信号进行信道估计，得到即时角度和角度功率谱密度，并根据即时角度和角度功率谱密度计算出上行信道的协方差矩阵后发送至上行方，再根据上行信道的协方差矩阵推导出下行信道协方差矩阵；

(3)上行方将上行信道的协方差矩阵的非零特征值构成的向量量化成密钥比特，下行方将下行信道协方差矩阵的非零特征值构成的向量量化成密钥比特；

(4)上行方和下行方分别对量化后的密钥比特进行信息调和以及隐私放大，获得一致密钥。

2.根据权利要求1所述的频分双工系统中的密钥提取方法，其特征在于：步骤(2)中所述根据即时角度和角度功率谱密度计算出上行信道的协方差矩阵，具体采用的计算公式为：

式中，为上行信道的协方差矩阵，为上行信道路径角度的角度域范围，为角度功率谱密度，为角度θ上的阵列响应向量，为即时角度，f_UL、f_DL分别为上行、下行信道频率，d为天线间距，λ为载波波长，f₀为载波中心频率，M为下行方天线数量。

3.根据权利要求1所述的频分双工系统中的密钥提取方法，其特征在于：步骤(2)中根据上行信道的协方差矩阵推导出下行信道协方差矩阵，所采用的计算公式为：

式中，为上、下行信道的协方差矩阵，为即时角度，为频率转移对角矩阵，f_UL、f_DL分别为上行、下行信道频率，d为天线间距，λ为载波波长，f₀为载波中心频率，M为下行方天线数量。

4.根据权利要求1所述的频分双工系统中的密钥提取方法，其特征在于：若下行方接收天线为均匀圆形阵列，则还通过正则化最小均方误差对上行信道的空间特征向量进行重新估计。

5.根据权利要求1所述的频分双工系统中的密钥提取方法，其特征在于：步骤(3)中，量化密钥的方法为：采用2ⁿ个量化级别将协方差矩阵的非零特征构成的向量进行均匀量化，然后将量化后得到的十进制数值转化成二进制比特，其中，n＝M位，M为下行方天线数量。

6.根据权利要求1所述的频分双工系统中的密钥提取方法，其特征在于：步骤(4)中，所述信息调和采用LDPC编码，具体实施方法为：通信双方分别将量化得到的比特流按照指定顺序重新排列后分块，分块后上行方将自己的重组比特流和其奇偶校验发送给下行方，下行方接收到校验信息之后和自己的进行比对，对于重组比特流中不匹配的位进行纠正。

7.根据权利要求1所述的频分双工系统中的密钥提取方法，其特征在于：步骤(4)中，所述隐私放大采用哈希函数，具体实施方法为：上行方向下行方发送哈希函数的数量，然后通信双方对各自的经过信息调和后的比特流进行哈希函数运算。