[发明专利]一种基于NI USRP-RIO的空口加密安全传输方法

权利要求书

1.一种基于NI USRP-RIO的空口加密安全传输方法，其特征在于，设置双向中继通信系统包含终端用户A、终端用户B及中继节点R，终端用户A和终端用户B之间的信道质量较差，需要中继节点R协助完成双向信息交互，终端用户A、终端用户B及中继节点R均包括一台上位机及一台USRP-2943R设备，上位机与USRP-2943R设备之间采用高速PCI-e数据线连接，其中，USRP-2943R设备作为射频前端，负责通带模拟波形与离散基带数据之间的转化，上位机负责所有的基带数据处理，系统工作于时分双工模式，中继节点R采用放大转发协议，具体包括以下步骤：

1)上位机对每台USRP-2943R设备授时，使得每台USRP-2943R设备获得绝对时间，中继节点R持续发送N个时间同步帧，用户终端A和用户终端B利用收到的信号校准自身的通道触发时间，使得自身与中继节点R的触发时间同步，其中，所述时间同步帧包含中继节点R发送的帧序号，用户终端A和用户终端B利用该帧序号判断时间同步阶段是否结束；

2)双向中继通信系统进入上行信道估计与信道状态信息交互阶段，即用户终端A和用户终端B首先交替向中继节点R发送信道估计帧，所述信道估计帧包含用于信道估计的导频序列，中继节点R收到来自用户终端A和用户终端B的信道估计帧之后首先估计出信道h_AR和信道h_BR，其中，信道h_AR表示用户终端A与中继节点R之间的信道，信道h_BR表示用户终端B与中继节点R之间的信道，再对信道h_AR及h_BR的幅度和角度分别进行量化及编码，然后在编码结果之前插入导频并广播给用户终端A和用户终端B，用户终端A和用户终端B收到中继节点R发送的信号后分别估计出信道h_RA及信道h_RB，然后通过相干检测获得信道信息h_AR和h_BR；

3)用户终端A及用户终端B在中继节点R的辅助下完成双向信息交互；

步骤1)中时间同步的具体操作过程为：

11)在进入时间同步过程之前，系统利用三台上位机从互联网获取时间，然后分别对其所控制的USRP-2943R设备进行授时，使每台USRP-2943R设备获得绝对时间，然后用户终端A、用户终端B及中继节点R利用USRP-2943R设备内部的时钟记录相对时间，并约定在未来的同一时刻t同时开启发射通道和接收通道；

12)当中继节点R的内部时钟到达时刻t时，中继节点R开启射频通道，并以T为周期持续发送同步数据帧，同步数据帧的帧长为T_c，每个同步数据帧包括时间同序列和控制数据，其中，控制数据包含该同步帧的序号以及待发送文件的类型及大小信息；

13)当用户终端的内部时钟到达t时刻时，用户终端开启射频通道并接收中继节点R发送的信号，其中，接收时间窗的长度T_w＞T_c，用户终端利用第i个时间窗内收到的数据与已知的短导频序列进行相关运算，得相关峰值，以判断第i帧接收数据是否包含中继节点发送的时间同步帧，其中，当所述相关峰值大于等于门限δ₀时，则认为接收时间窗内已经包含时间同步帧；当所述相关峰值小于门限δ₀时，则认为该接收时间窗内不包含时间同步帧，用户终端A和用户终端B根据相关峰的位置调整T_i+1的大小，直到任一时刻N时整个数据帧包含在所述接收时间窗内，且处于接收时间窗的最前端，以实现中继节点R与用户终端A及用户终端B的时间轴的精确同步，用户终端A及用户终端B即可解码出同步帧的序号及待发送文件的类型及大小信息，时间同步阶段结束；

步骤3)的具体操作为：

用户终端A和用户终端B根据表4对发射信号进行处理，然后广播给中继节点R，表4中的和表示第i个子载波上的信道系数的估计值；

表4

中继节点R接收到信号后首先对接收到的信号进行放大，再在下一时隙将放大后的信号广播给用户终端A和用户终端B，其中，中继节点R根据表5对接收到的信号进行解码；

表5

用户终端A和用户终端B接收到中继节点R转发的信号，并根据表6对接收到的信号进行处理，以恢复出对方发送的数据文件；

表6

2.根据权利要求1所述的基于NI USRP-RIO的空口加密安全传输方法，其特征在于，步骤2)中的幅度量化采用20比特均匀量化，角度量化采用8比特均匀量化。