用于确定独占式联合随机性的方法和wtru的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请是申请日为2008年04月21日、申请号为200880018646. 5、发明名称为"用 于在抑D、TOD和MIMO通信中执行JRNSO的方法和设备"的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本申请设及无线通信。
【背景技术】
[0003] 加密理论的发展展示了如何在假设潜在攻击者/窃听者没有显著共享相同的随 机性来源的情况下从联合随机性中产生信息理论保密性。由于无线通信媒介的特性，运些 发展非常适合在无线通信系统的保密性生成处理中使用。
[0004] 为了秘密地进行通信，可W使用信息理论安全性来防止攻击实体发现两个终端之 间的通信。大多数无线信道都具有不断变化的物理属性，该属性在终端的信道观测方面提 供了大量随机性。运种随机性被称为独占式联合随机性（JRNSO)，并且它是美国专利申请 11/339,958 的主题。 阳0化]在现有技术中，JRNSO通常依赖于两个终端观察基本相同的信道脉冲响应（CIR)， 运种状况是只有一个接收信道的时分双工（TDD)所固有的状况。但是，很多通信系统使用 的是频分双工（F孤)，其中两个终端通常会因为每个方向上的信号传输处于显著不同的信 道频率而没有观察到基本相同的信道脉冲响应。更进一步，在TDD应用中，基于JRNSO的加 密必须更为健壮，并且需要将JRNSO扩展到无法自然产生足够JRNSO信息的环境中。出现 运种情况有可能因为信道不如应用所需要的那样接近于真实的互反性。运些技术适用于单 输入单输出（SISO)和单输入多输出（SIMO)系统。最终，存在将JRNSO扩展到使用了多输 入多输出（MIMO)和多输出单输出（MISO)天线阵列的更复杂的通信系统中的需要。
【发明内容】
[0006] 本发明公开的是用于确定JRNSO的方法和设备。在一个实施方式中，JRNSO是在 抑D中使用基带信号回环化及私有导频确定的。在另一个实施方式中，JRNSO是在TOD中使 用基带信号回环W及私有导频、私有增益函数与可选的卡尔曼滤波处理或类似的时间定向 处理的组合来确定的。在一个示例中，抑D和TODJRNSO实施方式是在SISO和SIMO通信 步骤中执行的。在其他示例中，抑D和TDD实施方式是在MIMO通信中实施的。JRNSO是通 过将MIMO和MISO通信降至SISO或SIMO通信来确定的。在其他实施方式中，信道测量信 令限制是通过使用诸如行列式之类的矩阵乘积的对称属性来移除的。
【附图说明】
[0007] 从W下描述中可W更详细地理解本发明，运些描述是W实例的方式给出的并且可 W结合附图加W理解，其中：
[0008] 图1显示的是被配置成使用JRNSO的无线通信系统的框图示例；
[0009] 图2显示的是在抑D中使用了回环方法和公共导频的JRNSO过程示例；
[0010] 图3显示的是在抑D中使用了回环方法和私有导频的JRNSO过程示例； 1] 图4显示的是在抑D中作为时间函数的JRNSO信号处理示例； 阳01引 图5显示的是抑D中的JRNSO信道修改处理示例；
[0013] 图6显示的是在抑D中作为时间函数的JRNSO信道修改处理示例；
[0014] 图7显示的是在抑D中作为时间函数的JRNSO信道使用示例；
[001引图8显示的是在抑D中作为时间函数且使用了简化假设的JRNSO信道使用示例；
[0016] 图9显示的是在抑D中使用了回环信号随机时间定位的JRNSO信号处理示例；
[0017] 图10显示的是信噪比与差错率的关系的示例；
[0018] 图11显示的是在TOD中使用了具有公共导频的回环方法W及私有增益函数的 JRNSO过程的示例；
[0019] 图12显示的是在TOD中作为时间函数的JRNSO信号处理示例；
[0020] 图13显示的是在TOD中使用了类似于配对的传输的JRNSO信号处理示例；
[0021] 图14显不的是在TDD中处于导频周期的JRNSOf目号处理不例；
[0022] 图15显示的是在TOD中处于数据周期的JRNSO信号处理示例；
[0023] 图16显示的是卡尔曼滤波器的一个示例；
[0024] 图17显示的是卡尔曼滤波定向处理的示例； 阳02引 图18显示的是MIMO中的JRNSO信号处理示例；
[0026] 图19显示的是MIMO中的JRNSO信号处理示例；
[0027] 图20显示的是MIMO中的可导出信道乘积的示例； 阳02引图21显示的是作为时间函数的JRNSO测量示例；
[0029] 图22显示的是在MIMO中使用了具有公共导频的回环方法和私有增益函数的 JRNSO过程的示例；
[0030] 图23显示的是在F孤中使用方阵传输的可导出乘积的示例；W及
[0031] 图24显示的是在抑D对称型MIMO中的JRNSO过程的示例。
【具体实施方式】
[0032] 下文引用的术语"无线发射/接收单元"包括但不局限于用户设备扣巧、移动扎、 固定或移动订户单元、寻呼机、蜂窝电话、个人数字助理（PDA)、计算机或是其他任何能在无 线环境中工作的用户设备。下文引用的术语"基站"包括但不局限于节点B、站点控制器、接 入点（A巧或是其他任何能在无线环境中工作的接口设备。
[0033] 图1显示的是被配置成使用JRNSO的无线通信系统100的框图示例。该图显示了 介于无线发射/接收单元（WTRU)之间的射频通信信道集合105,在运里，所述无线发射/接 收单元是Alice(艾丽斯）110和Bob(鲍勃）120。Eve(伊夫）130是一个可W监视Alice 110与Bob120之间的RF通信信道集合105的攻击实体。假设Alice110和Bob120是两 个无线终端，运两个通信彼此在无线环境中W相同的频率进行通信。由于信道互反性，如果 运两个终端在大致相同的时间观测其相互的信道105,那么它们的观测结果彼此会非常接 近。第S终端Eve130被显示成位于离开Alice110和Bob120 -个波长W上的地方，并 且Eve130得到的信道观测结果几乎必然独立于Alice110和Bob120得到的特定于信道 的观测结果。
[0034] 因此，Alice110和Bob120可W根据其信道观测结果而在其间产生公共密钥。在 产生运种密钥的过程中，Alice110和Bob120有可能需要使用如下所述的回环信令过程 之一来相互通信。
[0035] 图2显示的是由图1系统执行的JRNSO过程的示例。在本示例中，回环方法是在频 分双工（抑D)模式中通过使用公共导频来运用的。实线指示的是Alice110的回环处理。 虚线指示的则是Bob120的回环处理。
[0036] Alice110通过在信道GAe205上向Bob120传送公共导频P200来发起她的回环 处理，由此创建合成（resulting)信号Ga本210。Bob120接收运个信号Ga本210,并且将 运个信号变换到基带。在其他方面，Bob120不会对该信号进行处理。经由具有不同频率的 信道Gba230，Bob120将运个信号回送到Alice110,由此创建合成信号GbaGa本235。Alice 110在240接收运个回环信号GmGabP,从而完成其回环处理。
[0037] Bob120通过在信道Gm230上向Alice110传送公共导频P245来发起他的回 环处理，由此创建合成信号GbaP250。Alice110接收运个信号GbaP250,并且将运个信号 变换到基带。在其他方面，Alice110不会对该信号进行处理。经由具有不同频率的信道 Gab205，Alice110将运个信号回送到Bob120,由此创建合成信号GabGmP235。在265，Bob 120接收运个回环信号GabGmP260,从而完成其回环处理。
[0038] 在通信过程中，Eve130有可能在信道Gw270上监视Bob120传送的信号，由此 允许Eve130观测合成信号GwGabP280和GwP290。虽然在图2中没有描述，但是Eve130 还可W在信道Gae上监视Alice110传送的信号，由此允许Eve130观测合成信号Ga出和 GaeGbaP〇
[0039] 在完成了用于Alice110和Bob120的回环处理时，Alice110在240观测了 GbaGabP235 和GbaP250;并且Bob120 在 265 观测了Ga本 210 和GabGbaP260。Alice110 通 过对她接收的两个信号进行处理来确定Gm和GAe。同样，Bob120通过处理他接收的两个 信号来确定Gab和Gba。Eve130 观测了GeeP、GwGAeP、GAePW及GaeGbaP。Eve130 知道公共导 频，由此她可W确定向。GeeG^e、Ga郝G4麻4。如果有运四个信号，那么Eve130可W执行更 进一步的计算并确定Gab和GeA。运表明，在使用公共导频时，虽然在Alice110与Bob120 之间可W通过基本的FDD方式来实现信道信息共享，但是运种实施方式当使用公共导频时 是不能防范Eve130的侵害的。
[0040] 图3是由图1系统执行且不会遭受Eve130侵害的JRNSO过程的一个示例。在 本示例中，回环方法是在频分双工（抑D)模式中通过使用仅仅为相应的初始发送方Alice 110或Bob120所知的私有导频来运用的。虽然首先论述的是Alice110的回环周期，但在 Alice和Bob同时发起其相应的回环周期时，JRNSO处理将是最有效的。
[0041] Alice110通过在信道Gab205上向Bob120传送私有导频Pa300来发起她的回 环处理，由此创建合成信号Ga本A310。Bob120接收信号Ga本A310,并且将运个信号变换到 基带。在其他方面，Bob120不会对该信号进行处理或者尝试使用该信号。在具有不同频率 的信道Gm230上，Bob120将运个信号回送到Alice110,由此创建合成信号GmGa本A320。 在335,Alice110接收运个回环信号GbaGabPa,并且完成其回环处理。
[0042] 与Alice几乎在同一时间，Bob120通过在信道Gba235上向Alice110传送私有 导频Pe340来发起他的回环处理，由此创建合成信号GmPb345。在335，Alice110接收信 号GbaPb345,并且将运个信号变换到基带。在其他方面，Alice110不会对该信号进行处理 或者尝试使用该信号。在具有不同频率的信道G,e205上，Alice110将信号GmPb345回 送到Bob120,由此创建合成信号GabGbaPb350。在355，Bob120接收运个回环信号GabGbaPb, 并且完成其回环处理。
[0043] 应该指出的是，虽然从一般角度来说，Alice110和Bob120没有必要同时执行其 测量，但是运种处理从最有可能结合相关信道效果来执行信号测量的角度上讲是可取的。
[0044] 在Alice110与Bob120进行通信的过程中，Eve130可W在信道Gae360上监 视Alice110传送的信号，并且在信道Gw270上监视Bob120传送的信号。如果Eve130 监视Alice110的传输，那么Eve130将会观测到信号Ga本A370和Ga^aPb389。如果Eve 130监视的是Bob120的传输，那么Eve将会观测到信号GbePb385和GbeGabPa380。
[0045] 在完成了用于Alice110和Bob120的回环处理之后，在335,Alice110观测到 了GbaGa本A320 和GbaPb345;并且在 355,Bob120 观测到了Ga本A310 和GabGbaPb350。但 是，由于Alice不知道Pe,因此她不能处理GmPb345。同样，Bob不能确定Ga本A315,因为 Alice110和Bob120分别知道他们使用的私有导频，因此Alice110可W计算信道矩阵 乘积GbaGab391，并且Bob120可m十算信道矩阵乘积393。在本示例中，Alice110 和Bob120使用的是单输入单输出（SISO)信令，由此，信道矩阵的秩（rank)是1。因此，信 道矩阵将会退化到单个值，并且是可交换的（例如，393 =GbaGab391)。然后，Alice 110和Bob120可W确定基本相同的CIR。
[0046] 由于本示例中的导频所具有的私有特性，Eve130不能从私有导频固有的设置中 分离出信道引入的缩放、偏移和旋转效果。从方程式的角度来看，导频是不能从信道矩阵中 分离出来的。因此，Eve130无法确定GmGab391。
[0047] 图4是关于图3所述的信令处理的信道使用时间限制的一个示例。在本示例中， Alice1