[发明专利]一种基于MIMO的数据安全传输基站、移动终端和方法

说明书

本发明公开了一种MIMO数据安全传输设备包括导频发送控制装置、导频接收装置、导频发射装置、信道估计装置、密钥间相关计算装置、信道选择装置、密钥生成装置和密钥确认/响应装置。根据本发明，MIMO信道中的任何一个信道被选择，根据所选择的信道的信道估计值而生成加密通信中所使用的秘密密钥并进行MIMO设备间的密钥匹配，所以即使无线信号被第三者监听，第三者也无法知道应该选择哪个信道的信道估计值，因而能够防止第三者窃听加密通信。

技术领域

本发明属于无线通信系统安全技术领域，特别是涉及一种基于密钥流的MIMO数据安全传输设备和方法。

背景技术

多输入多输出(Multiple-InputMultiple-Output，MIMO)技术能够提高数据吞吐量和信噪比，并能提高系统性能改善通信质量。相关技术中，终端需要向网络设备上报终端支持能力，同时周期性根据网络设备的要求进行信道测量并上报信道质量，例如信道质量指示(Channel quality indicator，CQI)等。网络设备根据终端支持的能力以及信道测量结果，为终端配置MIMO模式。然而，终端自身的众多因素实时的变化对终端天线信号收发造成影响，例如元装置件相对位置改变，折叠造成形态改变等等，实际会影响天线间的距离和不相关性，从而影响MIMO效果。

原理上来说，窄带无线通信的接收机可以直接采样传统LTE接收机的信道估计、均衡、解调技术。在MIM0系统中，由于无线弥散，多径及信道之间彼此相互干扰，同步困难，导致接收机在对发送信息译码时误码率急剧上升,较大的成本与开销换来通信的可靠性差强人意。空间调制技术很好的弥补了MIM0系统的缺陷，与传统的空时码不同的是，我们将利用天线序号来作为额外的承载信息比特的载体；同一时隙内发射端天线只有一根是处于激活状态的用于传输调制后的剩余信息，接收端需要完成激活天线序号的估计和传输符号解调；空间调制避免了多根天线同时发射信号时产生的信道间干扰和发射天线需要同步的问题，大大提高了频谱利用率，也节约了系统成本；传统的空间调制的二进制信源值一部分用于数字信号调制，另一部分用于天线序号映射，由于无线通信信道的随机性,接收端通过信道之间的差异性对发送信息流正确译码；其拥有消除ICI和IAS、低误码率、低成本、高能效等诸多优点；空间调制可以和未来发射端配置上百根天线的large MIMO相结合，在未来的5G无线通信系统中会有所作为。无线信道的开放性和广播性，使得合法用户的通信信息非常容易遭受非法用户及窃听者的监听或截获，由于传统的安全通信都是建立在物理层之上，基于计算不可破密码安全措施，即便目前方兴未艾的物理层安全传输研究，也对通信系统环境依赖很大，具有统计特性不能保证概率为1的安全性能，不满足实际系统的安全需求；因此，无线通信的跨层增强安全技术已经成为研充热点。这种MIM0空间调制技术在信息安全上依然有一定的缺陷，保证MIM0空间调制系统的信息安全成为了需要解决的问题。

发明内容

发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于MIMO技术的数据安全传输方法，在MIMO空间调制系统下通过设计空间调制方案并与上层密码技术结合，充分利用信道的噪声特性，实现增强的无线通信加密方式，防止信息泄露。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种包括了MIMO数据安全传输设备的基站，包括：

导频发送控制装置及两个导频发送装置控制并发送导频值；

天线元件分别捕捉从后述的移动台的两个天线元件发送的MIMO信道的无线信号；

导频接收装置分别具有带通滤波装置、模/数变换装置及低噪声放大装置，从天线元件的接收信号中提取导频值，并将导频值输入到信道估计装置；

信道估计装置基于从导频接收装置装置输入来的导频值而计算MIMO信道中的全部四个信道的信道估计值，将算出的四个信道估计值分别输入到信道间相关计算装置及信道选择装置；