基于预编码和协作矩阵的准静态MIMO信道密钥增强算法

作     者：梁晶萍 井庆丰 

作者机构：南京航空航天大学航天学院 

出 版 物：《上海交通大学学报》 (Journal of Shanghai Jiaotong University)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：11[军事学] 1105[军事学-军队指挥学] 0839[工学-网络空间安全] 08[工学] 110505[军事学-密码学] 110503[军事学-军事通信学] 

基　　金：国家重大科学仪器设备开发专项(61827801) 

主　　题：物理层安全 准静态信道 多输入多输出正交频分复用 

摘      要：针对准静态环境下物理层密钥随机性差且易受窃听的问题，文章提出了一种基于预编码和协作矩阵的密钥生成方案（PCM-SKG）。该方案通过对信道状态信息进行奇异值分解（SVD）获得预编码矩阵P，然后对预编码信道信息进行正交三角（QR）分解得到协作矩阵U，最后利用复合信道信息（HPU）量化密钥。仿真结果表明，PCM-SKG方案的近似密钥熵比传统方案提高近三倍，滑动平均步骤使密钥一致性提高约8dB。在MMSE估计中，该方案在15dB时的密钥错配率接近于10-4，通信误码率也更接近于系统效果最优值。PCM-SKG方案复杂度低且交互信息少，无需额外信道和设备传输信息，结合预编码矩阵和协作矩阵的多样性，实现密钥生成的随机源与信道相关且可变。