一种无线信道特征综合信息融合方法
【专利摘要】一种无线信道特征综合信息融合方法，包括特征提取、信息熵计算、低熵淘汰、密钥协商、交错融合。特征提取用于从无线通信系统中获取到接收信号强度、相位和多普勒频移三类无线信道特征值。信息熵计算用于评估三类无线信道特征值的信息量。低熵淘汰用于将低于一定阈值的无线信道特征值删除，符合条件的进行密匙协商。密钥协商是将无线信道特征值生成对称密钥。交错融合用于将不同信道特征值生成的密钥进行交错排列，生成最终的密钥。本发明方法实现了将多种无线信道特征共同用于生成对称密钥的目的，提供了较高的密钥生成能力、密钥安全性和环境适应能力，有力的支撑了下一代对称密钥技术的发展。
【专利说明】一种无线信道特征综合信息融合方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于通信领域，涉及一种通信信号的特征提取及融合应用方法。
【背景技术】
[0002] 随着无线电通信技术的发展，对通信过程中的安全性要求越来越高。通过利用无 线信道特征生成对称密钥，可以使通信双方在通信过程中实时生成并分发真随机的、具有 高度安全性的密钥。这种方式可以用于导弹武器和在轨飞行器的无线通信数据链中，极大 提高数据链的抗截获能力。
[0003] 现有的利用无线信道特征生成对称密钥的方法，主要采用接收信号强度作为密钥 来源，少数采用多普勒频移作为密钥来源。这些方法存在的不足之处有：在信道特征变化较 缓慢的时候，采用单一的信道特征作为密钥来源会导致密钥生成速率过低、其随机性会较 差，因而被敌方破解的可能性会提高，且单一的信道特征不能保证在所有环境条件下具备 类似的适应能力和性能。
【发明内容】
[0004] 本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种无线信道特征综合 信息融合方法，该方法解决了现有的利用无线信道单一特征生成对称密钥时导致的生成速 率过低、随机性较差、环境适应能力弱的问题，实现了将多种无线信道特征共同用于生成对 称密钥的目的，提供了较高的密钥生成能力、密钥安全性和环境适应能力，有力支撑了下一 代对称密钥技术的发展。
[0005] 本发明的技术解决方案是：一种无线信道特征综合信息融合方法，包括如下步 骤：
[0006] (1)从无线通信系统中获取通信信号，分别计算得到通信信号的强度、相位和多 普勒频移并采用二进制形式表示为
【权利要求】
1. 一种无线信道特征综合信息融合方法，其特征在于包括如下步骤： (1) 从无线通信系统中获取通信信号，分别计算得到通信信号的强度、相位和多普勒频 移并采用二进制形式表示为R = {i^，r2,…，rx}、P = {Pi, p2，…，py}、D = {屯，d2,…，dj，其中 R、P和D分别表不强度、相位和多普勒频移，集合兀素rp r2，…，rpPp p2, ···，PyA, d2，…，dz 均为二进制字符，x、y、z分别表示三个二进制数集合中二进制元素的个数； (2) 采用相同的方法分别计算二进制序列R、P和D的信息熵，用H(R)、H(P)和H(D)表 示，计算信息熵的公式为H = q(log2q+l)/N,其中N为二进制序列的元素个数，q为将二进 制序列切分成不重叠的片段的个数； (3) 将步骤（2)计算获得的H(R)、H(P)和H(D)分别与预先设定的信息熵阈值进行比 较，如果H(R)、H(P)和H(D)均不大于或者仅有一个大于信息熵阈值，则返回步骤（1);如果 H(R)、Η(P)和H(D)中有两个或者三个大于信息熵阈值，则转下一步； (4) 针对步骤（3)中筛选出来的不小于信息熵阈值的H(R)、H(P)和H(D)中的两个或 者三个中的每一个对应的物理量，各自生成对称密钥； (5) 对步骤（4)得到的两种或者三种对称密匙进行融合，得到最终密匙；具体方法为， 将每一种对称密匙的对应位分别抽取出来组成一个位片段，然后按照位数由小到大的顺 序，将各个位片段组合起来得到最终密匙，最终密匙的位数等于各种对称密匙的个数的总 和。
2. 根据权利要求1所述的一种无线信道特征综合信息融合方法，其特征在于：所述步 骤（1)中信号强度的计算方法是：射频信号经过解调之后得到I、Q两路信号，根据两路信号 的幅值4和AQ计算强度值
；相位的计算方法是，射频信号经过解调之后得 到I、Q两路信号，根据两路信号的幅值^和?计算相位值Θ :
多普勒频移的计算方法是：采用一般性地基于FFT的频谱分析法进行计算。
3. 根据权利要求1或2所述的一种无线信道特征综合信息融合方法，其特征在于：所 述的信息熵阈值为〇. 1。
4. 根据权利要求1或2所述的一种无线信道特征综合信息融合方法，其特征在于：所 述的生成对称密钥的方法为CASCADE密钥协商协议或者WINNOW密钥协商协议。
5. 根据权利要求1或2所述的一种无线信道特征综合信息融合方法，其特征 在于：所述的q的计算方法为：假设给定一个长为N的比特串Jf = [X|x2,,,χ# ],其中 Xi e {〇, 1}，1彡i彡Ν，给定一个内容为空的比特串数组Τ ; (21) Af中的第1个比特Xl为第1个片段，即Bi = Xl ; (22) 将〇的第2个比特x2放入比特串数组T中，即T = x2 ; (23) 判断T中的比特是否在第1个片段中出现，若未出现，T中的比特为第2个片段， 即B2 = χ2，而后Τ清空；若出现，将Zf中的第3个比特χ3添加至Τ中，T = χ2χ3，此时Τ中 的比特为第2个片段，即B2 = χ2χ3，而后Τ清空； (24) 按上述思路得出第k个片段中的比特，具体是：设第k-Ι个片段的最后一个比特 为xg，将X,v中的第Xi个比特加入空的比特串数组T中，判断T = Xi是否在前k-Ι个片段 中出现，若未出现，当前T中的比特串为第k个片段，即Bk = Xi，而后T清空；若出 现，将If中的第xi+1个比特添加至T中，再进行判断，至自将第xi+m个比特添加至T中后，T =XiXWXi+m在前k-ι个片段中出现，当前T中的比特为第k个片段，B k = XiXi+1…xi+m，而 后T清空； (25) 当Zf中最后一个比特xN添加至T后，T中的比特仍在前边片段中出现，亦将该T 中的比特串视为最后一个片段； (26) 按上述方法将比特串;^分解为q个片段，即< =5,
【文档编号】H04L9/08GK104301100SQ201410557208
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月20日 优先权日:2014年10月20日
【发明者】韦云川, 朱长明, 邵文静, 杨利民, 侯雄, 岑小锋, 邓志均, 杨玉堃 申请人:中国运载火箭技术研究院