[发明专利]基于导频相关和功率的大规模MIMO系统主动攻击检测方法

摘要

本发明提出了一种基于导频相关和功率联合检测的大规模MIMO系统主动攻击检测方法，该方法包括如下步骤：(1)基站覆盖区域内的每个用户在数据训练期间需向基站发送两段导频，其中第一段为用户固定导频，第二段导频是第一段导频的随机循环移位；(2)基站接收到某用户的训练导频后，首先对两段导频作循环移位相关，如果相关结果存在两个超过相关门限的峰值，那么判定主动攻击对手存在；(3)如果相关结果仅存在一个超过相关门限的峰值，那么通过该峰值的功率是否超过功率门限判断是否存在主动攻击对手。本发明充分利用了导频相关和信号功率来联合检测主动攻击对手，相比于单使用导频相关或者功率检测的方案，该方法受信噪比影响小，且能进一步提高检测的准确性。

主权项

一种基于导频相关和功率联合检测的大规模MIMO系统主动攻击检测方法，具体包括如下步骤：(1)基站覆盖区域内的每个用户在数据训练期间需向基站发送两段训练导频，其中第一段导频是用户固定导频，第二段导频是第一段导频的随机循环移位；设合法用户两段训练导频的长度均为N，基站第m根天线到合法用户的信道hb,m在训练期间保持不变，表示基站第m根天线接收到的合法用户发送的第l段训练导频，具体表达式为：xm,1b=Pbβbhb,mp1b=Pbβbhb,m[p1b,p2b,...,pNb]]]>xm,2b=Pbβbhb,mp2b=Pbβbhb,m[pibb,pib+1b,...,pNb,p1b,p2b,...,pib-1b]]]>其中Pb为合法用户每个符号的平均传输功率，βb为合法信道的大尺度衰落系数，合法用户发送的第一段训练导频是长度为N的用户固定导频，第二段训练导频是的随机循环移位，两段导频的平均功率相同，ib为相对于的循环移位数。用he,m表示基站第m根天线到攻击对手的信道，表示基站第m根天线接收到的攻击对手发送的第l段训练导频，具体表达式为：xm,1e=Peβehe,mp1e=Peβehe,m[p1e,p2e,...,pNe]]]>xm,2e=Peβehe,mp2e=Peβehe,m[piee,pie+1e,...,pNe,p1e,p2e,...,pie-1e]]]>其中Pe为攻击对手每个符号的平均传输功率，βe为窃听信道的大尺度衰落系数，攻击对手能获得合法用户的固定导频，有攻击对手的第二段训练导频是的随机循环移位。ie为相对于的循环移位数。(2)基站接收到某用户的训练导频后，首先对两段导频作循环移位相关；用以下方式构造1×N的检测矢量k中的组成元素kj：kj=1MΣm=1MΣi=1Nxm,1*(i)xm,2((i-j))N,1≤j≤N]]>其中x*(·)表示x(·)的共轭，((·))N表示对长度为N的序列的循环移位，M为基站总天线数。当没有攻击对手时否则从上式可见，当j正好是第二段导频相对于第一段导频的循环移位值时，此时的kj是两段相同序列相同点对应相乘的相关结果，kj较其他值将会出现明显峰值。由于攻击对手仅能事先获得合法用户第一段导频信息，而第二段导频是第一段随机j点的循环移位结果，当攻击对手第二段训练导频的循环移位方式与合法用户不同时，由于基站接收到合法用户和攻击对手的叠加导频，相关运算将会出现两次训练导频完全相关的结果，即出现两个明显的峰值。若j1为合法用户第二段导频相对于第一段导频的循环移位，那么kj1=limM→∞1MΣm=1MΣi=1N[xm,1b(i)+xm,1e(i)]*[xm,2b((i-j1))N+xm,2e((i-j1))N]≈PbβbE|hb|2||p1b||2]]>这里认为大规模MIMO基站天线数M趋向无穷。若j2为攻击对手第二段导频相对于第一段导频的循环移位，那么kj2=limM→∞1MΣm=1MΣi=1N[xm,1b(i)+xm,1e(i)]*[xm,2b((i-j2))N+xm,2e((i-j2))N]≈PeβeE|he|2||p1e||2]]>只要j1≠j2，检测矢量k中将会出现两个明显的峰值和此时可以判定主动攻击对手存在；(3)当攻击对手第二段训练导频的循环移位方式与合法用户恰好相同时，即j1＝j2时相关结果仅出现一个明显的峰值kj，此时无法从相关结果峰值数量判断攻击对手是否存在。但是由于基站接收信号叠加了攻击对手的导频，因此可以利用单峰值功率进行辅助检测。当攻击对手不存在时，若j是第二段导频相对于第一段的循环移位，那么检测结果的单峰值kj：kj=1MΣm=1MΣi=1Nxm,1b*(i)xm,2b((i-j))N≈PbβbE|hb|2||p1b||2]]>当攻击对手存在且第二段训练导频的循环移位方式与合法用户恰好相同时，检测结果的单峰值kj：kj=limM→∞1MΣm=1MΣi=1N[xm,1b(i)+xm,1e(i)]*[xm,2b((i-j))N+xm,2e((i-j))N]≈PbβbE|hb|2||p1b||2+PeβeE|he|2||p1e||2]]>攻击对手的存在使单峰值增大了因此可以通过单峰值是否超过功率门限以辅助判断攻击对手是否存在。设置功率门限k0：k0=PbβbE|hb|2||p1b||2+φ]]>其中φ为用于调整门限的参数。相关结果若超过该门限k0，则认为攻击对手存在。