一種設備指紋與信道分離的方法及裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種設備指紋與信道分離的方法，包括以下步驟：S1：通過接收機的天線陣列接收信號；S2：對接收信號進行信道估計，令k＝1；S3：對第k個載波的信道估計結果計算自相關矩陣R(k)；S4：對第k個載波的自相關矩陣R(k)進行增秩處理，得到第k個載波的增秩自相關矩陣

【技術實現步驟摘要】
一種設備指紋與信道分離的方法及裝置
本專利技術涉及通信領域，特別是涉及一種設備指紋與信道分離的方法及裝置。
技術介紹
隨著通信技術的發展，無線通信得到廣泛的應用。隨著新一代無線通信技術的發展，特別是即將投入使用的大規模天線技術，使可用的天線數量大大增加。天線數量的增加，不僅使無線通信系統的吞吐量得到大幅提高，同時也為復雜的信號處理技術提供了硬件平臺。以往的基于MUSIC和ESPRIT的陣列信號處理算法，天線數量是算法應用的瓶頸。大規模天線技術的應用為陣列信號處理提供了有利條件。設備指紋主要是指設備的模擬電路部分(包括天線)的綜合物理特征。它主要體現在對信號造成失真，尤其是在寬帶系統中，造成頻帶內增益的不平坦。設備指紋在通信設備之間往往是不同的，所以，設備指紋會影響信道估計的準確度，從而降低系統性能。在基于密鑰生成的物理層安全中，減少兩側設備指紋差異的影響，對提高密鑰的一致率有重要影響。另一方面，設備指紋是一種硬件上的特征，難以復制或者模仿，可以作為設備識別的手段。所以，對設備指紋的估計在提高TDD系統的信道互易性，提高系統吞吐量以及系統安全性等方面，有重要的價值。對于無線通信設備本身，在設備生產過程的最后環節，會對設備進行硬件校準，使設備增益大小、增益平坦度、帶外能量泄露等指標達到最優。但是無論是采用分離期間搭建的硬件電路甚至是集成電路，由于設備制備過程本身存在不確定性因素，設備校準無法達到最優，所以也無法消除設備之間的差異。而且，隨著設備的老化，使用環境的溫度、濕度的變化，這種設備指紋也會發生變化。所以，為了實現更好的通信可靠性和有效性，需要對設備指紋進行提取。設備投入使用后的校準方案，主要分為兩種，一種是基于硬件電路的校準方法，由于需要額外的校準電路，難以在終端設備、移動設備中應用；一種是利用上行鏈路和下行鏈路的信道互易性進行校準的方法，這種方法通過信號處理、信號預編碼或信息反饋等途徑，交互信道信息來計算得到設備指紋。在接收機收到的信號中，設備指紋與信道響應結合在一起，可以根據無線信道的互易性得到設備指紋。對于TDD系統，這種方法受限于通信的相干時間、信息反饋開銷。例如，在專利《CN101015179B》中提及利用“隱式信道反饋”來減小反饋帶寬。在專利《CN105052176A》中提及“利用上行鏈路/下行鏈路信道互易性的在具有多用戶傳輸的多天線系統中用于射頻校準的系統和方法”。在專利《CN102158272B》中，公開了一種“根據所述下行信道狀態信息和所述上行信道狀態信息計算該第一網絡側節點對應的射頻校準因子”實現設備指紋提取的方法。上述專利提及的方法，需要利用信道互易性實現系統校準。在不滿足信道互易性的場景，例如系統移動速度快，相干時間短的情況下，方案的實施效果會受到影響。額外的信息反饋，會增加通信系統的開銷。對于FDD系統，由于通信頻段不同，上述利用信道互易性的方法難以直接應用。
技術實現思路
專利技術目的：本專利技術的目的是提供一種能夠解決現有技術中存在的缺陷的設備指紋與信道分離的方法及裝置。技術方案：為達到此目的，本專利技術采用以下技術方案：本專利技術所述的設備指紋與信道分離的方法，包括以下步驟：S1：通過接收機的天線陣列接收信號；S2：對接收信號進行信道估計，令k＝1；S3：對第k個載波的信道估計結果計算自相關矩陣R(k)；S4：對第k個載波的自相關矩陣R(k)進行增秩處理，得到第k個載波的增秩自相關矩陣S5：對計算多徑信號幅值；S6：判斷k是否等于N，N為載波的總數：如果等于，則進行步驟S7；如果不等于，則令k＝k+1，然后回到步驟S3；S7：對步驟S6的計算結果進行排序，選擇路徑，得到設備指紋。進一步，所述步驟S1中天線陣列接收的信號為導頻信號、插入導頻的信號或者其他已確定的信號。進一步，所述步驟S3中的載波的信道估計結果為單個載波的信道估計結果、部分載波合并后的信道估計結果、單個符號的信道估計結果、多個符號的信道估計結果中的任意一種。進一步，所述步驟S4中，采用如下方法對自相關矩陣R(k)進行增秩處理：S4.1：將接收機的天線陣列分成P個子陣，M是接收陣列的天線數量，L是路徑數量；S4.2：計算每個子陣的自相關矩陣；S4.3：計算P個子陣的自相關矩陣的均值，得到第k個載波的增秩自相關矩陣如式(1)所示：式(1)中，Rk,p為第k個載波的第p個子陣的自相關矩陣。進一步，所述步驟S4.1中的子陣數目P大于多徑數量。進一步，所述步驟S4.1中，P＝L+1，L是路徑數量。這樣選擇P的值可以解除多徑信號的相關性，也可以將互相關矩陣的秩增加到P個。進一步，所述步驟S4.1中，P<L+1，L是路徑數量。這樣可以應用于天線數量較少的情況，P的數量可以根據路徑能量進行選擇。進一步，所述步驟S5中多徑信號幅值的計算方法包括以下步驟：S5.1：對第k個載波的增秩自相關矩陣進行特征分解，得到的特征分解形式如式(2)所示：式(2)中，λi為特征值，US＝[e1e2…eL]為λ1到中較大的L個特征值對應的特征向量張成的信號子空間，ΣS為λ1到中較大的L個特征值組成的對角矩陣，為λ1到中較小的M0-L個特征值對應的特征向量張成的噪聲子空間，σ2為高斯白噪聲的功率，M0是子陣中的天線數量，L是路徑數量；S5.2：根據ESPRIT算法，求解一個唯一的且非奇異的矩陣T，矩陣T滿足關系式US＝AT，A為陣列響應矩陣；S5.3：計算得到自相關矩陣如式(3)所示：式(3)中，I為單位矩陣；S5.4：對的對角線元素取平方根，得到第k個子載波的多徑幅值。進一步，所述步驟S7中的路徑選擇最大能量的路徑。本專利技術所述的設備指紋與信道分離的裝置，包括：陣列信號接收模塊：用于信號接收；信道估計模塊：用于對接收信號進行信道估計，獲取設備指紋與信道疊加在一起的信號；自相關矩陣處理模塊：用于計算自相關矩陣，對自相關矩陣進行增秩處理；多徑信號計算模塊：用于計算多徑信號幅值；設備指紋提取模塊：用于對獲取的信號進行重組，獲取設備指紋。有益效果：與現有技術相比，本專利技術具有如下的有益效果：1)本專利技術不依賴于信道互易性，可以廣泛應用于TDD、FDD通信系統中。現有技術依賴信道互易性，在信道互易性減弱或者不滿足的場景查下，性能將大幅降低或者不能使用，依賴信道互易性的技術，難以應用在FDD場景。2)本專利技術僅需要對一個通信符號進行處理，得到設備指紋，不依賴于多個符號的處理，可以應用在高速移動場景。在高速移動場景下，相干時間短、信道變化，在相鄰符號間，信道已經發生大幅變化，采用多個符號處理的方法難以應用在高速移動場景。附圖說明圖1為本專利技術具體實施方式的裝置的結構框圖；圖2為本專利技術具體實施方式的通信系統的結構示意圖。具體實施方式下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術的技術方案作進一步的介紹。假設一個通信系統由一個基站(BS)和一個用戶設備(UE)組成，如圖2所示，BS的收發信機具有M根天線，UE的收發信機具有1根天線，BS和UE之間通過NC個子載波進行通信。UE將導頻序列調制到NC個子載波上，通過硬件電路進行發射。本具體實施方式公開了一種設備指紋與信道分離的方法，包括以下步驟：S1：通過接收機的天線陣列接收信號；S2：對接收信號進行信道估計，令k＝1；S3：對第k個載波的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種設備指紋與信道分離的方法，其特征在于：包括以下步驟：S1：通過接收機的天線陣列接收信號；S2：對接收信號進行信道估計，令k＝1；S3：對第k個載波的信道估計結果計算自相關矩陣R(k)；S4：對第k個載波的自相關矩陣R(k)進行增秩處理，得到第k個載波的增秩自相關矩陣

【技術特征摘要】
1.一種設備指紋與信道分離的方法，其特征在于：包括以下步驟：S1：通過接收機的天線陣列接收信號；S2：對接收信號進行信道估計，令k＝1；S3：對第k個載波的信道估計結果計算自相關矩陣R(k)；S4：對第k個載波的自相關矩陣R(k)進行增秩處理，得到第k個載波的增秩自相關矩陣S5：對計算多徑信號幅值；S6：判斷k是否等于N，N為載波的總數：如果等于，則進行步驟S7；如果不等于，則令k＝k+1，然后回到步驟S3；S7：對步驟S6的計算結果進行排序，選擇路徑，得到設備指紋。2.根據權利要求1所述的設備指紋與信道分離的方法，其特征在于：所述步驟S1中天線陣列接收的信號為導頻信號、插入導頻的信號或者其他已確定的信號。3.根據權利要求1所述的設備指紋與信道分離的方法，其特征在于：所述步驟S3中的載波的信道估計結果為單個載波的信道估計結果、部分載波合并后的信道估計結果、單個符號的信道估計結果、多個符號的信道估計結果中的任意一種。4.根據權利要求1所述的設備指紋與信道分離的方法，其特征在于：所述步驟S4中，采用如下方法對自相關矩陣R(k)進行增秩處理：S4.1：將接收機的天線陣列分成P個子陣；S4.2：計算每個子陣的自相關矩陣；S4.3：計算P個子陣的自相關矩陣的均值，得到第k個載波的增秩自相關矩陣如式(1)所示：式(1)中，Rk,p為第k個載波的第p個子陣的自相關矩陣。5.根據權利要求4所述的設備指紋與信道分離的方法，其特征在于：所述步驟S4.1中的子陣數目P大于多徑數量。6.根據權利要求4所述的設備指紋與信道分離的方法，其特征在于：所述步驟S4.1中，P＝L+1，L是路徑數量。7.根據權利要求4所述的設備指紋與信道分離的方法，其特征在于：所述步驟S4.1中，P<L+1，L是路徑數量。8.根據權利要求1所述的設備指紋...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王棟，胡愛群，
申請(專利權)人：東南大學，
類型：發明
國別省市：江蘇,32