基于多比特自适应量化方案的相位密钥生成方法

本文利用时分系统无线信道的互易性,对两个节点之间的信道相位进行测量从而提取密钥比特,使得可以在信道估计时获得密钥,无需进行预分配。本文提出了一种多比特自适应量化方案,将信道测量值量化成多个比特,并给出了密钥一致性概率理论推导。仿真结果表明,方案可以达到较高的密钥生成一致率,并具有一定的抗干扰能力。     

基于通用软件无线电外设的OFDM信道物理密钥量化分析

为了对比分析实测数据下单门限量化算法与双门限量化算法的性能差异，并通过优化量化参数改善物理密钥性能，采用通用软件无线电外设（USRP）搭建了正交频分复用（OFDM）系统，通过信道估计提取信道幅度特征作为密钥源（实测数据），从密钥一致性、密钥随机性和密钥剩余长度三个方面分析了两种量化算法的性能。基于实测数据得到了单门限量化和双门限量化下密钥一致性、密钥随机性和密钥剩余长度仿真结果。仿真结果表明：在单门限量化算法中，在给定密钥随机性约束下存在最优量化门限使得密钥不一致率最低；在双门限量化算法中，存在最优量化因子使得有效密钥长度最大化；结合Cascade密钥协商算法进行协商时，不同量化算法的密钥一致性与密钥生成速率存在折中关系。     

无线通信中基于量化隔离带的新型相位密钥生成方法

针对无线通信中利用物理层属性进行加密存在的密钥不一致以及密钥生成速率不高的问题,给出了一种基于信道量化隔离带的相位密钥生成新方法.利用相位均匀分布的属性,产生的密钥具有良好的随机性及均匀分布特性.利用信道量化隔离带的方法,在量化边界处设立隔离带,对产生误判概率较大的接收值进行删除,有效提高了生成的密钥一致性.仿真结果表明,该方法在提高密钥生成速率的同时确保了生成的密钥的准确性.     

不同环境下无线信道密钥生成性能研究

在无线通信物理层安全的研究中,通信双方的信道具有很好的短时互易性,可以从无线信道中提取出相似的信道特征并生成一致的密钥.该技术可以利用无线信道天然的随机性为无线通信系统实时的分配对称密钥.本文利用通用软件无线电平台(USRP)设计并实现了实时的无线信道密钥生成系统.基于设计的无线密钥生成系统,本文在室内房间、室内走廊、空旷室外三种不同场景中的终端固定、终端移动以及人员走动三种不同信道环境下长时间测量了无线信道并生成了密钥.通过分析合法通信双方和窃听者信道状态信息(CSI)的互易性、CSI信息泄露率、CSI随机性、密钥随机性四个指标,详细分析了不同场景及环境下无线信道密钥生成技术的安全性与可靠性.通过实验表明,空旷室外信道随机性最高,室内走廊随机性其次,室内房间随机性最低.此外,周围环境变化愈快,信道随机性愈高.通过选择合适的密钥生成参数,都可以在不同的场景及环境下生成满足随机性要求的密钥.     

一种基于二维导频的信道估计改进算法

针对充满噪声干扰和多径效应的无线信道环境,提出一种基于二维导频的信道估计改进算法.该算法采用二维导频设置图案,利用导频点处充分记录的信道信息,提取信道参数的最优初始估计.在此基础上,利用优化的LMMSE算法,修正初始信道估计中的估计误差.理论分析及仿真实验表明,在多径时变衰落信道下,改进后的信道估计方法有效提高了系统的估计性能.     

密钥提取中降低初始不一致率的预处理方法

在密钥生成过程中,传统量化算法会导致量化结果初始不一致率较高,从而降低最终的密钥生成速率。为解决该问题,提出一种基于奇偶校验的预处理方法。合法双方对量化比特进行合理分组,交互每组的奇偶校验位,且双方同时删除校验位不一致的分组。仿真结果表明,该方法能降低初始序列的不一致率,进而提高后端信息协商的效率,特别是当初始不一致率较高时性能改善明显,如当初始不一致率为0.26时,采用该预处理方法的剩余比例较未采用该预处理方法提高近9倍。     

基于梳状导频的OFDM系统子载波和功率分配

提出一种根据梳状导频进行信道估计得到带有误差的信道信息,来完成自适应比特装载的算法。把正交频分复用子载波进行分组,利用基于梳状导频的信道估计对信道时变进行跟踪,即时获取信道信息来完成分配算法。将子信道的分配和子信道上的比特、功率分配分离开来,以降低计算复杂度。仿真结果表明与静态信道分配方案的等比特分配算法相比,该算法可以节约发送功率大于10 dB。     

准静态场景下基于智能超表面的密钥生成方法

针对物联网准静态场景中信道变化缓慢、密钥速率低的问题,提出了一种基于智能超表面（RIS, reconfigurable intelligent surface）的密钥生成方法。首先,利用RIS的捷变特性构造快速变化的信道;然后,基站（BS,base station）与合法用户通过信道估计、量化、信息协商等步骤从信道信息中提取对称密钥;最后,对相干时间内密钥生成和数据传输进行最优时间分配,实现最大传输速率的“一次一密”。仿真结果表明,所提方法的密钥速率高于现有的中继辅助、随机信号流和随机数方法,并且随着RIS反射单元个数和相干时间内信道估计次数的增加,密钥速率有进一步的提高。     

窄带信道中基于接收信号相位的密钥容量研究

无线信道具有互易性、时变性和空变性等特点,合法双方可以利用无线信道的特性生成共享密钥。基于此,提出一种密钥容量的求解方法。对窄带信道中基于相关随机源模型的窃听信道进行合理建模,利用信息论及随机信号分析理论,对基于接收信号相位信息的密钥容量进行推导,得到密钥容量的表达式。仿真结果表明,密钥容量随信噪比与合法双方信道相关系数的增大而增大,且基于接收信号相位的密钥容量小于基于接收信号的密钥容量,因此,合法双方为得到更长的密钥,可以进行接收信号包络、相位信息的联合提取。     

基于四粒子W态的量子密钥分配协议

量子的纠缠特性可以有效并且安全地应用于量子秘钥分配协议。提出一个基于四粒子W态的密钥分配协议。利用量子W态在量子比特丢失后拥有较强鲁棒性的特点,通过使用不同的测量基把检测信道和生成密钥的粒子区分开来,经贝尔测量和与运算使通信双方生成一致的密钥。除了用于信道检测的粒子外,其余的粒子都参与了最后密钥的生成,使得粒子的利用率较高。最后,对提出的四粒子W态的密钥分配协议的安全性进行了分析。     

基于叠加训练序列的MIMO-OFDM信道估计

为提高无线信道的传输性能,提出了改进的基于ST技术的MIMO-OFDM系统信道估计的训练序列算法。利用训练序列与信息序列的不相关性,估计出信道参数。即使在存在通道失配误差和通道的量化误差的情况下,用有量化的反馈的基于信道估计的训练序列也能改进系统的性能,信道采用10 bit的量化器就能满足一般性能要求。讨论了使用信道互信息最大化的最优导频序列的设计。     

基于MLS的NB-IoT系统下行信道估计算法

窄带物联网(NB-IoT)是3GPP针对低功耗、广覆盖类业务定义的新一代蜂窝物联网技术,是实现万物互联的重要技术之一,而信道估计则是NB-IoT终端能否准确恢复发射信号的基础。通过对NB-IoT中基于导频的下行信道估计算法进行研究,提出基于移动最小二乘法(MLS)的信道插值估计算法。在发射端插入导频信号,根据接收端的信号计算导频点信道参数,并引入紧支的概念,利用附近子域对导频点的影响权重估计信道参数。仿真结果表明,与线性插值和二次插值算法相比,采用该算法进行信道估计系统误码率较低,并且算法的计算复杂度也未显著增加。     

基于压缩感知的MIMO-OFDM信道估计中的导频设计方案

多输入多输出-正交频分复用(Multiple input multiple output-orthogonal frequency division multiplexing,MIMO-OFDM)系统作为MIMO系统和OFDM系统的结合,具有很高的频带利用率并能有效地对抗无线信道的多径效应。本文研究了MIMO-OFDM系统稀疏信道估计及其导频优化,将信道估计问题转化为压缩感知(Compressed sensing,CS)理论中的稀疏信号重建问题,将最小化测量矩阵的互相关作为导频优化的目标。结合已有的随机序贯搜索(Stochastic sequential search,SSS)和扩展算法2(Extension scheme 2,ES2)算法以及导频移位机制,提出了一种快速的导频优化算法随机搜索移位算法(Stochastic sequential search-shift mechanism,SSS-SM)。此算法的运算复杂度远低于已有的ES2算法,运算时间不受发射天线数影响。将SSS-SM算法和ES2算法分别获得的导频设计结果应用于MIMO-OFDM系统的信道估计,仿真结果表明,采用SSS-SM算法可以更低的算法复杂度获得与ES2算法相同的信道估计性能;高信噪比情况下,SSS-SM算法对应的均方误差(Mean square error,MSE)比ES2平均低约3~5 dB,因此这种方法在高信噪比下更有优势。     

A wireless secret key generation method based on Chinese remainder theorem in FDD systems

The wireless physical channel parameters are recently used to provide secret key.However,the key generation usually suffers from the quantization errors due to the noise,which decreases the key agreement ratio (KAR) between authorized users.Most existing approaches achieve high KAR by discarding some channel parameters which may lower the key generation efficiency and therefore lower the encryption strength.In the frequency-division duplex (FDD) systems,the number of reciprocal parameters,such as the multipath angle and delay,is limited.Therefore how to find a quantization method with high KAR and encryption strength is one of the major problems for secret key generation in FDD systems.In this paper,a robust quantization scheme based on grouping and shifting is proposed,in which all the available parameters are used for key generation.In addition,a key mapping method with error correction based on Chinese remainder theorem (CRT) is proposed to further improve the KAR performance.Simulations demonstrate the effectiveness of the proposed method.     

信道估计误差下多用户MIMO／OFDM下行系统自适应传输

以系统总速率最大化为目标，提出在非理想信道信息情形下基于空分复用的多用户MIMO／OFDM下行系统的自适应资源分配方案，并满足用户的QoS要求。该方案首先根据用户信道估计误差模型和用户QoS对用户进行子载波分配，然后在各个子载波上进行功率和比特分配。仿真结果表明，该方案相对静态分配方案可获得更大的总速率，而且对信道估计错误更加强健，可应用到信道信息不确定的实际系统中。     

RIS辅助毫米波系统中基于压缩感知的信道估计

针对可重构智能超表面（RIS）辅助无线通信系统中使用传统信道估计方法导频开销过高的问题,提出了一种基于块稀疏的正交匹配追踪（OMP）信道估计方案。首先,根据毫米波（mmWave）信道模型推导出级联信道矩阵,并将其转换到虚拟角域（VAD）中以获得级联信道的稀疏表示;其次,利用级联信道特有的稀疏特性将信道估计问题转换成稀疏矩阵恢复问题,并使用压缩感知的重构算法进行稀疏矩阵的恢复;最后,通过分析特殊的行-块稀疏结构,对传统的OMP方案进行优化,从而进一步减少导频开销并提升估计性能。仿真结果表明,与传统的OMP方案相比,所提出的基于行-块稀疏结构的优化OMP方案的归一化均方误差（NMSE）减小了大约1 dB。可见,所提出的信道估计方案能够有效减少导频开销并获得更好的估计性能。     

蓝牙室内信道模型与同频干扰研究

蓝牙使用的是免费的ISM频段,容易受到同频段内其它设备的干扰,这些干扰可能来自其他微微网的蓝牙设备。文中分析了蓝牙设备在微微网干扰下的数据传输情况,具体分析了ACL数据分组在微微网同频干扰下的丢包率及吞吐量。为了符合实际的应用场合,给出了适用于蓝牙室内传输的无线传播信道模型。根据室内通信的距离,得出瞬时随机接收信号功率和干扰微微网的随机干扰功率,并根据蓝牙接收特性曲线求出时隙位错误率,然后根据蓝牙不同的数据分组类型求出各分组的平均丢包率和吞吐量。通过分析和仿真可以看出,各ACL数据分组的丢包率和吞吐量基本随通信距离和干扰微微网的数量呈对数下降关系。文中与以往文献相比的特点是：不是一旦发生数据分组“碰撞”就认为丢包,而是由信号和干扰的强度来决定分组是否发送成功。因此分析结果更加准确和实用。     

网格编码调制在无线信道下的应用

网格调制编码是将编码与调制相结合,利用信号集的冗余度来获取纠错能力.它通过增加系统设备复杂度解决了在不增加信道带宽、不降低有效信息传输速率的情况下获得明显的编码增益的问题,同时使系统的频带和功率利用率达到最佳.在无线信道下,对网格编码调制技术进行了研究,提出了基于无线信道的非对称调制信号集设计方案以及信号映射规则,进行了仿真.结果表明:在对称调制信号上,调制方式分别为4PSK和8PSK模式,编码器状态数增加相对于未编码时的BPSK和QPSK编码增益可以得到提高;非对称调制信号集相对于对称调制信号集可进一步改善编码增益.因此,网格编码技术可以在功率和频率受限的通信系统中得广泛的应用.