用于確定獨占式聯合隨機性的方法和wtru的制作方法
【專利說明】
[0001] 本申請是申請日為2008年04月21日、申請號為200880018646. 5、發明名稱為"用 于在抑D、TOD和MIMO通信中執行JRNSO的方法和設備"的中國發明專利申請的分案申請。
技術領域
[0002] 本申請設及無線通信。
【背景技術】
[0003] 加密理論的發展展示了如何在假設潛在攻擊者/竊聽者沒有顯著共享相同的隨 機性來源的情況下從聯合隨機性中產生信息理論保密性。由于無線通信媒介的特性，運些 發展非常適合在無線通信系統的保密性生成處理中使用。
[0004] 為了秘密地進行通信，可W使用信息理論安全性來防止攻擊實體發現兩個終端之 間的通信。大多數無線信道都具有不斷變化的物理屬性，該屬性在終端的信道觀測方面提 供了大量隨機性。運種隨機性被稱為獨占式聯合隨機性（JRNSO)，并且它是美國專利申請 11/339,958 的主題。 陽0化]在現有技術中，JRNSO通常依賴于兩個終端觀察基本相同的信道脈沖響應（CIR)， 運種狀況是只有一個接收信道的時分雙工（TDD)所固有的狀況。但是，很多通信系統使用 的是頻分雙工（F孤)，其中兩個終端通常會因為每個方向上的信號傳輸處于顯著不同的信 道頻率而沒有觀察到基本相同的信道脈沖響應。更進一步，在TDD應用中，基于JRNSO的加 密必須更為健壯，并且需要將JRNSO擴展到無法自然產生足夠JRNSO信息的環境中。出現 運種情況有可能因為信道不如應用所需要的那樣接近于真實的互反性。運些技術適用于單 輸入單輸出（SISO)和單輸入多輸出（SIMO)系統。最終，存在將JRNSO擴展到使用了多輸 入多輸出（MIMO)和多輸出單輸出（MISO)天線陣列的更復雜的通信系統中的需要。
【發明內容】
[0006] 本發明公開的是用于確定JRNSO的方法和設備。在一個實施方式中，JRNSO是在 抑D中使用基帶信號回環化及私有導頻確定的。在另一個實施方式中，JRNSO是在TOD中使 用基帶信號回環W及私有導頻、私有增益函數與可選的卡爾曼濾波處理或類似的時間定向 處理的組合來確定的。在一個示例中，抑D和TODJRNSO實施方式是在SISO和SIMO通信 步驟中執行的。在其他示例中，抑D和TDD實施方式是在MIMO通信中實施的。JRNSO是通 過將MIMO和MISO通信降至SISO或SIMO通信來確定的。在其他實施方式中，信道測量信 令限制是通過使用諸如行列式之類的矩陣乘積的對稱屬性來移除的。
【附圖說明】
[0007] 從W下描述中可W更詳細地理解本發明，運些描述是W實例的方式給出的并且可 W結合附圖加W理解，其中：
[0008] 圖1顯示的是被配置成使用JRNSO的無線通信系統的框圖示例；
[0009] 圖2顯示的是在抑D中使用了回環方法和公共導頻的JRNSO過程示例；
[0010] 圖3顯示的是在抑D中使用了回環方法和私有導頻的JRNSO過程示例； 1] 圖4顯示的是在抑D中作為時間函數的JRNSO信號處理示例； 陽01引 圖5顯示的是抑D中的JRNSO信道修改處理示例；
[0013] 圖6顯示的是在抑D中作為時間函數的JRNSO信道修改處理示例；
[0014] 圖7顯示的是在抑D中作為時間函數的JRNSO信道使用示例；
[001引圖8顯示的是在抑D中作為時間函數且使用了簡化假設的JRNSO信道使用示例；
[0016] 圖9顯示的是在抑D中使用了回環信號隨機時間定位的JRNSO信號處理示例；
[0017] 圖10顯示的是信噪比與差錯率的關系的示例；
[0018] 圖11顯示的是在TOD中使用了具有公共導頻的回環方法W及私有增益函數的 JRNSO過程的示例；
[0019] 圖12顯示的是在TOD中作為時間函數的JRNSO信號處理示例；
[0020] 圖13顯示的是在TOD中使用了類似于配對的傳輸的JRNSO信號處理示例；
[0021] 圖14顯不的是在TDD中處于導頻周期的JRNSOf目號處理不例；
[0022] 圖15顯示的是在TOD中處于數據周期的JRNSO信號處理示例；
[0023] 圖16顯示的是卡爾曼濾波器的一個示例；
[0024] 圖17顯示的是卡爾曼濾波定向處理的示例； 陽02引 圖18顯示的是MIMO中的JRNSO信號處理示例；
[0026] 圖19顯示的是MIMO中的JRNSO信號處理示例；
[0027] 圖20顯示的是MIMO中的可導出信道乘積的示例； 陽02引圖21顯示的是作為時間函數的JRNSO測量示例；
[0029] 圖22顯示的是在MIMO中使用了具有公共導頻的回環方法和私有增益函數的 JRNSO過程的示例；
[0030] 圖23顯示的是在F孤中使用方陣傳輸的可導出乘積的示例；W及
[0031] 圖24顯示的是在抑D對稱型MIMO中的JRNSO過程的示例。
【具體實施方式】
[0032] 下文引用的術語"無線發射/接收單元"包括但不局限于用戶設備扣巧、移動扎、 固定或移動訂戶單元、尋呼機、蜂窩電話、個人數字助理（PDA)、計算機或是其他任何能在無 線環境中工作的用戶設備。下文引用的術語"基站"包括但不局限于節點B、站點控制器、接 入點（A巧或是其他任何能在無線環境中工作的接口設備。
[0033] 圖1顯示的是被配置成使用JRNSO的無線通信系統100的框圖示例。該圖顯示了 介于無線發射/接收單元（WTRU)之間的射頻通信信道集合105,在運里，所述無線發射/接 收單元是Alice(艾麗斯）110和Bob(鮑勃）120。Eve(伊夫）130是一個可W監視Alice 110與Bob120之間的RF通信信道集合105的攻擊實體。假設Alice110和Bob120是兩 個無線終端，運兩個通信彼此在無線環境中W相同的頻率進行通信。由于信道互反性，如果 運兩個終端在大致相同的時間觀測其相互的信道105,那么它們的觀測結果彼此會非常接 近。第S終端Eve130被顯示成位于離開Alice110和Bob120 -個波長W上的地方，并 且Eve130得到的信道觀測結果幾乎必然獨立于Alice110和Bob120得到的特定于信道 的觀測結果。
[0034] 因此，Alice110和Bob120可W根據其信道觀測結果而在其間產生公共密鑰。在 產生運種密鑰的過程中，Alice110和Bob120有可能需要使用如下所述的回環信令過程 之一來相互通信。
[0035] 圖2顯示的是由圖1系統執行的JRNSO過程的示例。在本示例中，回環方法是在頻 分雙工（抑D)模式中通過使用公共導頻來運用的。實線指示的是Alice110的回環處理。 虛線指示的則是Bob120的回環處理。
[0036] Alice110通過在信道GAe205上向Bob120傳送公共導頻P200來發起她的回環 處理，由此創建合成（resulting)信號Ga本210。Bob120接收運個信號Ga本210,并且將 運個信號變換到基帶。在其他方面，Bob120不會對該信號進行處理。經由具有不同頻率的 信道Gba230，Bob120將運個信號回送到Alice110,由此創建合成信號GbaGa本235。Alice 110在240接收運個回環信號GmGabP,從而完成其回環處理。
[0037] Bob120通過在信道Gm230上向Alice110傳送公共導頻P245來發起他的回 環處理，由此創建合成信號GbaP250。Alice110接收運個信號GbaP250,并且將運個信號 變換到基帶。在其他方面，Alice110不會對該信號進行處理。經由具有不同頻率的信道 Gab205，Alice110將運個信號回送到Bob120,由此創建合成信號GabGmP235。在265，Bob 120接收運個回環信號GabGmP260,從而完成其回環處理。
[0038] 在通信過程中，Eve130有可能在信道Gw270上監視Bob120傳送的信號，由此 允許Eve130觀測合成信號GwGabP280和GwP290。雖然在圖2中沒有描述，但是Eve130 還可W在信道Gae上監視Alice110傳送的信號，由此允許Eve130觀測合成信號Ga出和 GaeGbaP〇
[0039] 在完成了用于Alice110和Bob120的回環處理時，Alice110在240觀測了 GbaGabP235 和GbaP250;并且Bob120 在 265 觀測了Ga本 210 和GabGbaP260。Alice110 通 過對她接收的兩個信號進行處理來確定Gm和GAe。同樣，Bob120通過處理他接收的兩個 信號來確定Gab和Gba。Eve130 觀測了GeeP、GwGAeP、GAePW及GaeGbaP。Eve130 知道公共導 頻，由此她可W確定向。GeeG^e、Ga郝G4麻4。如果有運四個信號，那么Eve130可W執行更 進一步的計算并確定Gab和GeA。運表明，在使用公共導頻時，雖然在Alice110與Bob120 之間可W通過基本的FDD方式來實現信道信息共享，但是運種實施方式當使用公共導頻時 是不能防范Eve130的侵害的。
[0040] 圖3是由圖1系統執行且不會遭受Eve130侵害的JRNSO過程的一個示例。在 本示例中，回環方法是在頻分雙工（抑D)模式中通過使用僅僅為相應的初始發送方Alice 110或Bob120所知的私有導頻來運用的。雖然首先論述的是Alice110的回環周期，但在 Alice和Bob同時發起其相應的回環周期時，JRNSO處理將是最有效的。
[0041] Alice110通過在信道Gab205上向Bob120傳送私有導頻Pa300來發起她的回 環處理，由此創建合成信號Ga本A310。Bob120接收信號Ga本A310,并且將運個信號變換到 基帶。在其他方面，Bob120不會對該信號進行處理或者嘗試使用該信號。在具有不同頻率 的信道Gm230上，Bob120將運個信號回送到Alice110,由此創建合成信號GmGa本A320。 在335,Alice110接收運個回環信號GbaGabPa,并且完成其回環處理。
[0042] 與Alice幾乎在同一時間，Bob120通過在信道Gba235上向Alice110傳送私有 導頻Pe340來發起他的回環處理，由此創建合成信號GmPb345。在335，Alice110接收信 號GbaPb345,并且將運個信號變換到基帶。在其他方面，Alice110不會對該信號進行處理 或者嘗試使用該信號。在具有不同頻率的信道G,e205上，Alice110將信號GmPb345回 送到Bob120,由此創建合成信號GabGbaPb350。在355，Bob120接收運個回環信號GabGbaPb, 并且完成其回環處理。
[0043] 應該指出的是，雖然從一般角度來說，Alice110和Bob120沒有必要同時執行其 測量，但是運種處理從最有可能結合相關信道效果來執行信號測量的角度上講是可取的。
[0044] 在Alice110與Bob120進行通信的過程中，Eve130可W在信道Gae360上監 視Alice110傳送的信號，并且在信道Gw270上監視Bob120傳送的信號。如果Eve130 監視Alice110的傳輸，那么Eve130將會觀測到信號Ga本A370和Ga^aPb389。如果Eve 130監視的是Bob120的傳輸，那么Eve將會觀測到信號GbePb385和GbeGabPa380。
[0045] 在完成了用于Alice110和Bob120的回環處理之后，在335,Alice110觀測到 了GbaGa本A320 和GbaPb345;并且在 355,Bob120 觀測到了Ga本A310 和GabGbaPb350。但 是，由于Alice不知道Pe,因此她不能處理GmPb345。同樣，Bob不能確定Ga本A315,因為 Alice110和Bob120分別知道他們使用的私有導頻，因此Alice110可W計算信道矩陣 乘積GbaGab391，并且Bob120可m十算信道矩陣乘積393。在本示例中，Alice110 和Bob120使用的是單輸入單輸出（SISO)信令，由此，信道矩陣的秩（rank)是1。因此，信 道矩陣將會退化到單個值，并且是可交換的（例如，393 =GbaGab391)。然后，Alice 110和Bob120可W確定基本相同的CIR。
[0046] 由于本示例中的導頻所具有的私有特性，Eve130不能從私有導頻固有的設置中 分離出信道引入的縮放、偏移和旋轉效果。從方程式的角度來看，導頻是不能從信道矩陣中 分離出來的。因此，Eve130無法確定GmGab391。
[0047] 圖4是關于圖3所述的信令處理的信道使用時間限制的一個示例。在本示例中， Alice1