基于辛变换的物理层密钥生成预处理方法

技术特征：
1.一种基于辛变换的物理层密钥生成预处理方法，其特征在于，该方法中，首先由无线通信双方alice和bob分别在不同时隙轮流发送导频，估计瞬时信道状态信息，并进行辛变换预处理，得到时延多普勒域上的信道状态矩阵；其中，辛变换预处理的方法包括以下步骤：1)无线通信双方alice和bob分别在不同的时隙轮流发送导频，接收端(包括alice或bob)对接收信号进行信道估计获得多个载波上的瞬时信道状态信息；2)alice和bob分别抽取多个时隙上估计得到的瞬时信道状态信息组成二维的信道状态矩阵，包括时间维度和频率维度；3)alice和bob分别将各自的信道状态矩阵进行辛变换，获得时延多普勒域上的二维信道状态矩阵；4)alice和bob分别将步骤3)中产生的时延多普勒域上的信道状态矩阵作为后续量化等密钥生成步骤的输入。2.根据权利要求1所述的基于辛变换的物理层密钥生成预处理方法，其特征在于，所述步骤1)的瞬时信道状态信息，在单天线系统下为alice和bob各自信道估计得到的多个载波上的信道状态响应；在多天线系统下为其中n
r
，n
t
分别表示多天线系统的发送端数量和接收端数量，h
ij
为接收端j对发送端i发送的导频进行信道估计得到的多个载波上的信道状态响应。3.根据权利要求1所述的基于辛变换的物理层密钥生成预处理方法，其特征在于，所述步骤2)的二维信道状态矩阵的维数由所需的密钥速率与一致性要求决定；其中，矩阵的频率维数采用全部载波数或采用抽取的部分载波数；矩阵的时间维数采用用于信道估计的一帧或多帧的全部时隙数，或采用抽取的部分时隙数。4.根据权利要求1所述的基于辛变换的物理层密钥生成预处理方法，其特征在于，所述步骤2)的信道状态矩阵组成如下：首先对每次估计得到的瞬时信道状态信息表述为行向量或列向量，将抽取多个时隙估计得到的所有的瞬时信道状态以行向量或列向量的形式组成信道状态矩阵h
tf
，得到的信道状态矩阵的维度为m
×
n或n
×
m，其中，m表示时隙数，n表示子载波数。5.根据权利要求1所述的基于辛变换的物理层密钥生成预处理方法，其特征在于，所述步骤3)中，alice和bob分别对步骤2)得到的信道状态矩阵进行辛变换预处理，辛变换预处理的矩阵形式表现为其中f
m
和f
n
为归一化m维和n维的离散傅里叶变换矩阵；h
dd
表示步骤3)中时延多普勒域的二维信道状态矩阵，且矩阵h
dd
的维数与h
tf
相同。

技术总结
本发明公开了一种基于辛变换的物理层密钥生成预处理方法，首先由无线通信双方Alice和Bob分别采集上行和下行的信道特征测量值，然后将采集到的上行与下行信道特征测量值分别进行辛变换，最后得到时延多普勒域上的信道特征结果。所产生的时延多普勒域的信道特征可以通过量化、密钥协商、隐私方法等步骤进一步生成密钥。本发明解决了由终端高速移动引起信道互易性差，从而导致密钥生成一致率低的问题。本发明用于提高物理层密钥的一致性，增强无线通信系统的安全性，可具体应用于无线密钥分发，包括安全通信、毫米波通信、水下通信、军事通信等领域，可扩展至多节点通信场景。可扩展至多节点通信场景。可扩展至多节点通信场景。


技术研发人员：李古月 杨丽琳 冯淑颖 胡爱群
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：2022.02.23
技术公布日：2022/6/4