CN101933285B - 用于实现物理层密钥生成的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

提供了用于生成物理层密钥的方法和装置。记录信道脉冲响应(CIR)度量。将每个CIR度量与时间戳相关联。在可能的情况下，将时间戳与和另一组多个CIR度量相关联的时间戳进行配对。将与配对时间戳相关联的CIR数据聚合。对每个聚合后的CIR度量进行调整，并选择至少一个CIR度量用于密钥生成。

Description

用于实现物理层密钥生成的方法和装置
技术领域
本发明涉及无线通信。
背景技术
虽然有很多种传统密码技术都可用于无线通信，但这些技术存在的一个问题是，合法方依赖于窃听者获得密钥的计算难度，而不是数学计算的不可实现性。随着窃听者可用的计算能力增强，这种方法的有效性会降低。另外，这种方法存在的一个问题是，通常很容易验证特定猜测是否正确。因此，最好能够构造出一种密码技术，能够提供绝对的安全性，而不是基于计算假设的安全性。不被他人共享的联合随机(JRNSO)是一种能够提供绝对安全性的理论技术示例。
在JRNSO中，艾丽丝(Alice)和鲍勃(Bob)是两个无线发射接收单元(WTRU)，其在共享频率上相互通信。由于信道的互易性，由这两个WTRU对互易信道所进行的信道测量如果是在大致相同的时间进行的，则会非常近似。
如果攻击实体伊夫(Eve)位于距艾丽丝和鲍勃多于半个波长的距离时，则伊夫所进行的信道测量会几乎完全独立于艾丽丝或鲍勃的特定信道测量。JRNSO使用这种独立性来生成共享随机密钥；但是，在执行JRNSO过程中会产生一些问题。
在JRNSO的建议的实施中，艾丽丝和鲍勃根据其所接收的无线电信号来估计互易无线信道的信道脉冲响应(CIR)。该信道估计的输出是CIR度量，该度量由高度相关的采样组成。则由艾丽丝和鲍勃进行的CIR度量是互相关的。
从CIR数据收集***所获得的原始CIR数据可能不会完全同步，且一个WTRU可能会比另一个收集的CIR度量多，这就会产生一些不能配对的CIR度量。并且，所收集的每个CIR都由多个采样组成，但并不是每个采样都包含关于共有的无线信道的有用信息。因此，期望提供对原始CIR数据进行同步和后处理的方法和装置。
发明内容
提供了用于生成物理层密钥的方法和装置。记录多个信道脉冲响应(CIR)度量。将每个CIR度量与时间戳相关联。在可能的情况下，将时间戳和与另外的多个CIR度量相关联的时间戳配对。将与该配对时间戳相关联的CIR数据聚合。对每个聚合的CIR度量进行调整(align)，并且从每个CIR度量中至少选择一个采样来用于生成密钥。
附图的简要说明
从以下描述中可获得更详细的理解，以下描述是以结合附图的示例进行的，其中：
图1示出了被配置为生成共享密钥的通信实体的示图；
图2示出了两个示例性CIR数据处理单元的示例框图；
图3A示出了不进行环绕(wrap)的时间戳调整过程的示例流程图；
图3B示出了进行环绕的时间戳调整过程的示例流程图；
图3C示出了进行环绕的可替换时间戳调整过程的示例流程图；
图4示出了CIR后处理过程的示例流程图；
图5A示出了CIR调整单元的示例框图；
图5B示出了基于具有CIR调整单元的递归滤波器的示例框图；
图6示出了数据选择单元的示例框图；以及
图7示出了白化单元的示例框图。
具体实施方式
当在下文中提及时，术语“无线发射/接收单元(WTRU)”包括但不限于，用户设备(UE)、移动站、固定或移动用户设备、寻呼机、蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、计算机或任何其他类型能够在无线环境中进行操作的用户设备。当在下文中提及时，术语“基站”包括但不限于节点B、站电控制器、接入点(AP)或任何其他类型能够在无线环境中进行操作的接口设备。
图1示出了***100的示例性框图，***100包括两个合法通信实体艾丽丝110A和鲍勃110B，用于观察信道脉冲响应(CIR)数据并生成密钥。艾丽丝110A和鲍勃110B中的每个都分别包括CIR数据收集单元112A、112B，CIR数据处理单元114A、114B和密钥生成单元116A、116B。
对于每个通信实体，在CIR数据收集单元112A、112B中测量CIR数据，并发送至CIR数据处理单元114A、114B。下述CIR数据处理单元114A、114B对CIR数据进行处理，并生成采样，以用于生成密钥。将该采样报告给密钥生成单元116A、116B以生成密钥。
通信实体可以是WTRU、AP或任何其他类型的能够在无线环境中进行操作的接口设计。为了简洁起见，在图1中仅描述了只具有两个通信实体110A、110B的点对点通信***和一个非法实体伊夫120；但是，本发明也可用于涉及多于两个实体的点对多点或多点对多点的通信***。
图2示出了两个示例性CIR数据处理单元114A、114B。该示例性CIR数据处理单元114A位于第一WTRU、艾丽丝110A(如图1所示)处，示例性CIR数据处理单元114B位于第二WTRU、鲍勃110B(如图1所示)处。该示例性CIR数据处理单元114A、114B中的每个都包括消息生成单元210A、210B；CIR缓冲单元230A、230B；CIR后处理单元240A、240B；和数据选择单元250A、250B。在CIR数据处理单元114A中示出了时间戳配对单元220A。如下所述，CIR数据处理单元114可包括可选的时间戳配对单元(未示出)。
仅在艾丽丝110A处示出了时间戳配对单元220A，这表明从艾丽丝的消息生成单元210A到时间戳配对单元220A的传输是本地的，而从鲍勃的消息生成单元210B到时间戳配对单元220A的传输是通过通信信道来进行的；但是，每个CIR处理单元110A、110B都可以包括时间戳配对单元。为了简洁起见，假设无线传输中没有错误。
在示例性CIR数据处理单元114A、114B中，将原始CIR数据202A、202B和相关联的时间戳(TS)数据204A、204B报告给消息生成单元210A、210B。该原始CIR数据202A、202B包括CIR度量，该CIR度量包括复式(complex)采样。
消息生成单元210A、210B收集(即聚合)原始CIR数据202A、202B和相关联的TS数据204A、204B，直到达到K个CIR度量的阈值。一旦聚合了K个CIR度量，则将其发送至CIR缓冲单元230A、230B，作为聚合CIR数据212A、212B。消息生成还包括向时间戳配对单元220A发送包含K个时间戳的聚合TS数据214A、214B。消息生成单元210A、210B还可向CIR缓冲单元230A、230B发送TS数据214A、214B。
可选地，消息生成单元在向CIR缓冲单元230A、230B发送数据之前，验证原始CIR数据202A、202B。如果在原始CIR数据中检测到了错误，则向CIR缓冲单元230A、230B发送否定(negative)数据有效性指示符216A、216B，以指示该错误。之后，将该数据有效性指示符通过每个单元级联，以防止对无效数据进行进一步处理。当接收到数据有效性失败指示符时，每个单元将刷新其存储器，并转发该否定数据有效性指示符。还可在任何单元在大于T的周期内没能接收到数据的情况下，发送否定数据有效性指示符。可单独为每个单元定义该周期T。
消息生成单元210A、210B可从时间戳配对单元220A接收停止时间戳228A、228B。当接收到该停止时间戳228A、228B时，消息生成单元210A、210B将时间戳晚于停止时间戳228A、228B的聚合数据终止。被终止的数据将不向时间戳配对单元220A或CIR缓冲单元230A、230B发送，或者将被删除。鲍勃的消息生成单元210B可如上所述通过无线信道从时间戳配对单元220A接收类似的停止时间戳228B。
时间戳配对单元220A将艾丽丝的TS数据214A与鲍勃的TS数据214B进行比较。如果艾丽丝的时间戳中的一个时间戳与鲍勃的一个时间戳相匹配，则将这两个时间戳标记为配对。将配对的TS数据发送至艾丽丝的CIR缓冲单元230A和鲍勃的CIR缓冲单元230B。
该CIR缓冲单元230A、230B将与配对的TS数据224A、224B相关联的聚合CIR度量212A、212B存储为配对的CIR数据232A、232B。在CIR缓冲单元230A、230B处所接收的聚合CIR度量212A、212B中的一些可能不是与配对TS数据224A、224B相关联的；则这些CIR度量不被聚合。一旦存储了至少L个配对的CIR度量，则CIR缓冲单元230A、230B就将这L个配对的CIR度量发送至CIR后处理单元240A、240B，并从CIR缓冲单元230A、230B的存储器中删除该配对的CIR数据232A、232B。L的值可取决于在之后密钥生成中可以使用的纠错码的量化等级和块大小。
可选地，CIR缓冲单元230A、230B可接收并存储配对的TS数据224A、224B。当存储了L个配对的时间戳时，CIR缓冲单元230A、230B将所存储的配对的TS数据234A、234B发送至密钥生成单元116A、116B(如图1所示)。
该配对的TS数据224A、224B可包括原始TS数据，为每个时间戳增加指示符以表示该时间戳是否之前被配对。可替换地，配对的TS数据224A、224B可仅包含配对的时间戳值。在另一种可替换实施方式中，配对的TS数据224A、224B包含配对的时间戳指示符的有序列表，而不直接包含TS数据。
该CIR缓冲单元230A、230B应包括足够的存储空间来以循环存储格式存储K+L个CIR数据，使得可认为最后的存储时隙在第一个存储时隙之前。
该CIR后处理单元240A、240B将配对的CIR数据232A、232B进行删减(prune)、调整和规范化(normalize)，并向数据选择单元250A、250B输出经过后处理的CIR数据242A、242B。数据选择单元250A、250B从每个经过后处理的CIR度量中选择至少一个采样。将所选择的采样252A、252B发送至密钥生成单元116A、116B(如图1所示)。如果从每个经过后处理的CIR度量中选择了多于一个采样，则在将采样252A、252B发送至密钥生成单元116A、116B之前，对所选择的CIR数据应用白化(whitening)过程。
虽然将数据描述为在各单元之间传输，但是本领域技术人员可以得知，可在本发明的范围内使用多种数据管理方法。例如，对于每个通信实体，可在单个存储单元中存储CIR和TS数据，之后由各个CIR数据处理单元114A、114B和各个密钥生成单元116A、116B访问。
图3示出了可由时间戳配对单元220A所执行的时间配对示例。该时间戳配对是将TS数据进行调整，以对来自艾丽丝110A的TS数据与来自鲍勃110B的TS数据进行识别和配对的过程。在CIR度量之前，艾丽丝110A和鲍勃110B对其各自的时钟进行同步，以使所测的TS数据相似。之后，如上所述对CIR数据和TS数据进行测量和聚合。将该数据作为两组TS数据报告给时间戳配对单元220A。每组都包含K个按时间排序的TS度量。将一组的TS数据与另一组的TS数据配对，在可能的情况下，将配对的TS数据报告给CIR缓冲单元230A、230B。应当理解，为了简洁起见，参考时间戳来描述时间配对，而不是记录时间戳。艾丽丝110A和鲍勃110B分别可具有本地计数器，该计数器根据其各自的本地时钟为每个时间单元加一，并可以将本地计数器的值记录为TS数据。
为了便于时钟同步，艾丽丝110A向鲍勃110B发送具有时间戳的信号，或信标。鲍勃110B计算并记录时间偏移，作为其时钟与艾丽丝110A所报告的时间之间的差值。之后，在CIR收集过程中，当鲍勃110B从艾丽丝110A接收到信号时，其将相关联的时间戳设定为根据其本地计时器的信号接收时间加上之前所计算出的时间偏移。另一方面，艾丽丝110A将与所接收的消息相关的时间戳设定为根据其本地计时器的信号接收时间。
可选地，如果艾丽丝和鲍勃不具有其他足够精确的时钟同步方法，则可通过CIR收集过程来执行时钟同步。艾丽丝110A在CIR收集过程中间断地向鲍勃110B发送信标信号。每个信标信号都包含更新的时间戳。鲍勃110B相应地更新时间偏移。如果相对频繁地进行时间同步，例如，以100毫秒的时间间隔，则时间漂移不会在CIR数据的时间戳之间产生很大差异。随后的调整能够纠正较小的时间差异。
可替换地，可在CIR收集过程开始或结束时执行时钟同步，并通过线性调整将鲍勃的时间戳调整为与艾丽丝的相匹配。如前所述，在CIR数据收集过程开始时将艾丽丝110A与鲍勃110B同步。与向鲍勃110B发送间断的信标信号不同，艾丽丝110A在CIR收集过程结束时发送信标信号。鲍勃110B根据对两个信标数据包的校正后的时间偏移计算两个信标信号时间戳之间所产生的时间漂移。使用该时间间隔和时间漂移来计算校正因数，以用于鲍勃的每个时间戳。之后通过对从鲍勃侧所收集的每个CIR时间戳加上校正因数、以及CIR时间戳与第一个信标时间戳之间的差值来进行调整。
艾丽丝的时间戳配对单元220A从艾丽丝的消息生成单元210A接收聚合TS数据214A，并从鲍勃的消息生成单元210B接收聚合TS数据214B。每个TS数据214A、214B的列表都是按时间顺序排列的。如果来自艾丽丝的TS数据214A的时间戳和来自鲍勃的TS数据214B的时间戳在TS_Tolerance(TS_容限)时间单元内，则认为它们可配对。因此，TS_Tolerance定义了配对时间戳之间所允许的最大时间间隔。TS_Tolerance应当设定为远小于信道相干时间，但应大于艾丽丝与鲍勃之间根据其他因素的合理时间延迟，例如根据时间漂移、传输延迟和数据处理运行时间。虽然下面将描述多种时间配对方法，但是应当理解，可以根据任何适当的有序列表比较方法来将TS数据214A、214B进行配对。在最后的时间戳之后向TS数据添加不可能的数值，例如-1。
图3A示出了时间戳配对的一个示例。艾丽丝的聚合TS数据214A中的第一个时间戳被选择为A_TS，鲍勃的聚合TS数据214B中的第一个时间戳被选择为B-TS(310A)。之后将A_TS和B_TS的值与不可能的时间戳数值-1进行比较(320A)。
如果A_TS与B_TS非负，则将A_TS与B_TS进行比较(330A)。如果A_TS小于B_TS，则将B_TS减去A_TS所得的值与TS_Tolerance的值进行比较(340A)。如果B_TS减去A_TS所得的值大于TS_Tolerance，则将A_TS设定为艾丽丝的TS数据中下一个时间戳的值(350A)，并从320A重复该过程。
如果B_TS减去A_TS所得的值不大于TS_Tolerance，则记录A_TS与B_TS的配对，将A_TS设定为艾丽丝的TS数据中下一个时间戳的值，将B_TS设定为鲍勃的TS数据中下一个时间戳的值(360A)，并从320A重复该过程。
如果A_TS不小于B_TS，则将A_TS减去B_TS所得的值与TS_Tolerance的值进行比较(342A)。如果A_TS减去B_TS所得的值大于TS_Tolerance，则将B_TS设定为鲍勃的TS数据中下一个时间戳的值(352A)，并从320A重复该过程。
如果A_TS减去B_TS所得的值不大于TS_Tolerance，则记录A_TS与B_TS的配对，将A_TS设定为艾丽丝的TS数据中下一个时间戳的值，将B_TS设定为鲍勃的TS数据中下一个时间戳的值(362A)，并从320A重复该过程。
时间戳可由周期性地环绕(重复)的比特序列组成。例如，由26个比特组成的精度为1毫秒的时间戳会在大约每67秒(226毫秒)环绕。可将最大时间戳值表示为TS_Max。可将发生环绕情况的点表示为TS_Wrap。该TS_Wrap的值将略小于TS_Max，远大于两个传输的间隔，并远大于TS_Tolerance。例如，TS_Wrap可设定为TS_Max的9/10。
图3B表示时间戳配对的另一示例。艾丽丝的TS数据中的第一个时间戳被选择为A_TS，鲍勃的TS数据中的第一个时间戳被选择为B_TS(310B)。之后将A_TS和B_TS的值与不可能的时间戳值-1进行比较(320B)。
如果A_TS与B_TS非负，则对A_TS与B_TS的值进行比较(330B)。如果A_TS小于B_TS，则对B_TS减去A_TS所得的值(下面为B1)与TS_Tolerance的值进行比较(340B)。如果B1大于TS_Tolerance，则对B1与TS_Wrap的值进行比较(350B)。如果B1大于TS_Wrap，则对B1与TS_Max减去TS_Wrap所得的值(下面为B2)进行比较(360B)。如果B1大于B2，则记录A_TS与B_TS的配对，将A_TS设定为艾丽丝的TS数据中下一个时间戳的值，将B_TS设定为鲍勃的TS数据中下一个时间戳的值(370B)，并从320B重复该过程。
如果B1不大于B2，则将B_TS设定为鲍勃的TS数据中下一个时间戳的值(380B)，并从320B重复该过程。
如果B1不大于TS_Wrap，则将A_TS设定为艾丽丝的TS数据中下一个时间戳的值(390B)，并从320B重复该过程。
如果B1不大于TS_Tolerance，则记录A_TS与B_TS的配对，将A_TS设定为艾丽丝的TS数据中下一个时间戳的值，将B_TS设定为鲍勃的TS数据中下一个时间戳的值(374B)，并从320B重复该过程。
如果A_TS大于B_TS，则对A_TS减去B_TS所得的值(下面为B3)与TS_Tolerance的值进行比较(342B)。如果B3大于TS_Tolerance，则对B3与TS_Wrap的值进行比较(352B)。如果B3大于TS_Wrap，则对B3与B2进行比较(362B)。如果B3大于B2，则记录A_TS与B_TS的配对(374B)，将A_TS设定为艾丽丝的TS数据中下一个时间戳的值，将B_TS设定为鲍勃的TS数据中下一个时间戳的值(372B)，并从320B重复该过程。
如果B3不大于B2，则将A_TS设定为艾丽丝的TS数据中下一个时间戳的值(382B)，并从320B重复该过程。
如果B3不大于TS_Wrap，则将B_TS设定为鲍勃的TS数据中下一个时间戳的值(392B)，并从320B重复该过程。
如果B3不大于TS_Tolerance，则记录A_TS与B_TS的配对，将A_TS设定为艾丽丝的TS数据中下一个时间戳的值，将B_TS设定为鲍勃的TS数据中下一个时间戳的值(376B)，并从320B重复该过程。
图3C示出了具有环绕的时间戳配对的另一示例，其中不使用TS_Wrap。艾丽丝的TS数据中的第一个时间戳被选择为A_TS，鲍勃的TS数据中的第一个时间戳被选择为B_TS(310C)。之后对A_TS和B_TS的值与不可能的时间戳数值-1进行比较(320C)。
如果A_TS与B_TS非负，则对A_TS与B_TS进行比较(330C)。如果A_TS小于B_TS，则对A_TS与艾丽丝的TS数据中的前一个时间戳进行比较，并对B_TS与鲍勃的TS数据中之前的(previous)时间戳进行比较(340C)。如果A_TS小于艾丽丝的TS数据中之前的时间戳，而B_TS大于鲍勃的TS数据之前的时间戳，则对B_TS减去A_TS所得的值(下面为C1)与TS_Max减去TS_Tolerance所得的值(下面为C2)进行比较(350C)。如果C1小于C2，则将B_TS设定为鲍勃的TS数据中下一个时间戳的值(370C)，并从320C开始重复该过程。
如果C1不小于C2，则记录A_TS与B_TS的配对，将A_TS设定为艾丽丝的TS数据中下一个时间戳的值，将B_TS设定为鲍勃的TS数据中下一个时间戳的值(360C)，并从320C重复该过程。
如果A_TS不小于艾丽丝的TS数据之前的时间戳或B_TS不大于鲍勃的TS数据之前的时间戳，则对C1与TS_Tolerance进行比较(380C)。如果C1大于TS_Tolerance，则将A_TS设定为艾丽丝的TS数据中下一个时间戳的值(374C)，并从320C重复该过程。
如果C1不大于TS_Tolerance，则记录A_TS与B_TS的配对，将A_TS设定为艾丽丝的TS数据中下一个时间戳的值，将B_TS设定为鲍勃的TS数据中下一个时间戳的值(364C)，并从320C重复该过程。
如果A_TS不小于B_TS，则对A_TS与艾丽丝的TS数据中之前的时间戳进行比较，并对B_TS与鲍勃的TS数据中之前的时间戳进行比较(342C)。如果A_TS大于艾丽丝的TS数据中之前的时间戳，而B_TS小于鲍勃的TS数据之前的时间戳，则对A_TS减去B_TS所得的值(下面为C3)与C2进行比较(352C)。如果C3小于C2，则将A_TS设定为艾丽丝的TS数据中下一个时间戳的值(372C)，并从320C重复该过程。
如果C3不小于C2，则记录A_TS与B_TS的配对，将A_TS设定为艾丽丝的TS数据中下一个时间戳的值，将B_TS设定为鲍勃的TS数据中下一个时间戳的值(362C)，并从320C重复该过程。
如果A_TS不大于艾丽丝的TS数据中之前的时间戳或B_TS不小于鲍勃的TS数据中之前的时间戳，则对C3与TS_Tolerance进行比较(382C)。如果C3大于TS_Tolerance，则将B_TS设定为鲍勃的TS数据中下一个时间戳的值(376C)，并从320C重复该过程。
如果C3不大于TS_Tolerance，则记录A_TS与B_TS的配对，将A_TS设定为艾丽丝的TS数据中下一个时间戳的值，将B_TS设定为鲍勃的TS数据中下一个时间戳的值(366C)，并从320C重复该过程。
可替换地，艾丽丝的时间戳配对单元220A可具有计数器，用于每组TS数据214A、214B，和TS数据的时间戳总数的计数。按上述过程来对TS数据进行处理，当各个时间戳增加时，每个计数器也增加。当任一计数器超过了各自的时间戳计数时，时间戳配对完成。
艾丽丝的TS数据214A可能会相对于鲍勃的TS数据214B有偏移。例如，艾丽丝可能会在鲍勃之前开始记录数据。结果，在艾丽丝的TS数据结束时的时间戳会与鲍勃的开始时的时间戳相匹配。在时间戳配对期间，鲍勃的TS数据214B结束时的时间戳将不能配对。相反，将这些时间戳标记为未知，留作之后的配对。在称作停止时间228A、228B的特定时间之后剩下的时间戳是未知时间戳。
艾丽丝和鲍勃的停止时间可以都是最后的配对的时间戳。可替换地，可对艾丽丝的TS数据中的最后的时间戳值与鲍勃的TS数据中的最后的时间戳值进行比较。如果艾丽丝的时间戳较小，则将其设定为艾丽丝的停止TS228A。将鲍勃的停止TS 228B设定为鲍勃的TS数据中小于艾丽丝的停止TS 228A的最大时间戳。如果艾丽丝的最后的时间戳大于鲍勃的最后的时间戳，则将鲍勃的停止TS 228B设定为鲍勃的最后的时间戳的值，将艾丽丝的停止TS 228A设定为艾丽丝的TS数据中小于鲍勃的停止TS 228B的最大时间戳。
可替换地，鲍勃可向艾丽丝发送时间戳配对候选列表。当接收到鲍勃的时间戳配对候选列表时，艾丽丝将该列表与其自身的时间戳配对候选进行比较，以生成配对的时间戳列表。艾丽丝将配对的时间戳列表报告给鲍勃。艾丽丝和鲍勃分别删除不能配对的时间戳配对候选。
当完成时间戳配对时，将配对的TS数据报告给艾丽丝的CIR缓冲单元330A和鲍勃的CIR缓冲单元330B。将艾丽丝的停止TS 228A报告给艾丽丝的消息生成单元310A。将鲍勃的停止TS 228B报告给鲍勃的消息生成单元310B。
图4示出了用于调整CIR数据的CIR后处理的示例框图。该CIR后处理单元包括信号功率计算单元410、CIR规范化单元420、CIR删减单元430、CIR上采样单元440、第一CIR移位单元450和第二CIR移位单元460。可替换地，可使用单个递归移位单元来代替CIR移位单元450和CIR移位单元460(如图5B所示)。
该CIR删减单元430减小了每个CIR度量，使得在每个度量中仅有G个采样。如上所述，每个CIR度量在循环数据结构中包括64个采样，使得最后一个采样在第一个采样之前。对于每个CIR度量，选择G个采样，使得具有最大量值(magnitude)的采样为中间采样。在该中间采样前选择(G-1)/2个采样，在该中间采样后选择(G-1)/2个采样。将这些采样报告给CIR上采样单元440，从所选的第一个采样开始，以第G个采样结束，在需要的时候可进行环绕。
之后，将删减后的CIR数据发送至CIR上采样单元440以对CIR数据进行内插从而达到更高的采样速率。对于删减后的CIR数据中的每个CIR度量，G表示CIR度量中的点数，B表示内插速率，为正整数。
对于删减后的CIR数据中的每个CIR度量，在CIR度量的每个点之间***B-1个零，以生成包含(G-1)*B+1个点的填充后的CIR度量。使用过采样速率B来构建重采样有限脉冲响应(FIR)滤波器，其表明滤波器的输入与滤波器的峰值响应之间的时间，并将其与该填充后的的CIR采样进行卷积，以生成大小为G*B+2*B*C-B+1的卷积。该重采样FIR滤波器是低通滤波器，例如具有2*B*C+1个点。
可替换地，可使用任何标准的低通滤波器，例如可使用sinc滤波器、rcc滤波器或rc滤波器，只要该滤波器是适当截断的。
对卷积的前B*C和后B*C忽略，从而将卷积的中间G*B-B+1个点存储为上采样CIR数据。
在CIR移位单元450、460将上采样CIR数据进行调整，并报告给CIR规范化单元420，该CIR规范化单元420还从信号功率计算单元410接收每个CIR度量的信号功率。该CIR规范化单元420通过将每个移位后的CIR度量中的每个点除以该CIR度量的信号功率的平方根来使得每个CIR度量规范化。
图5A表示在两个通路(pass)中使用CIR移位单元I 450和CIR移位单元II 460的CIR调整示例。每个CIR移位单元450、460都包括平均单元510A、510B，相关单元520A、520B和移位单元530A、530B。在第一个通路中，CIR移位I 450对每个上采样CIR度量执行粗略调整。在第二个通路中，CIR移位II 460执行精确调整。第一个通路消除了较大的定时误差，并消除了一些CIR数据中由较大时间偏移所引起的错误。如果CIR数据已经得到较好调整，则可不需要第二个通路。
对于每一个通路，平均单元计算平均CIR量值。平均单元接收L个CIR数据(BLOCKSIZE(块大小))，每个CIR数据都包含A*B-B+1个点(CIRSIZE(CIR大小))。使CIRi，j表示第i个CIR度量的第j个点，其中1≤i≤BLOCKSIZE，1≤j≤CIRSIZE，则每个CIR度量的量值可表示为：
| CIR i | = [ | CIR i , 1 | , . . . , | CIR i , CIRSIZE | ]
|CIRi|＝[|CIRi，1|，...，|CIRi，CIRSIZE|]                等式(1)
则平均CIR量值可表示为：
| CIR ‾ | = [ | CIR 1 ‾ | , . . . , | CIR ‾ CIRSIZE | ] 等式(2)
= [ 1 BLOCKSIZE Σ i = 1 BLOCKSIZE | CIR i , 1 | , . . . , 1 BLOCKSIZE Σ i = 1 BLOCKSIZE | CIR i , CIRSIZE | ]
该CIR相关单元估计每个CIR与平均CIR之间的采样时间差(偏移)，其包含信道统计信息。根据CIR数据中的每个CIR的量值与平均CIR量值之间的相关性来估计该偏移。使用相关窗W和阈值THRE来估计偏移。将W的值设定为正整数，而将THRE的值设定为0和1之间的数。
使用
Figure BPA00001160036100153
来表示CIR数据中的平均CIR量度，而使用CIR＝[CIR1，...，CIRCIRSIZE]来表示CIR中的单个CIR，则可将CIR的量值表示为：
|CIR|＝[|CIR1|，...，|CIRCIRSIZE|] 等式(3)
然后可计算和偏移|CIR|之间的相关性，其偏移范围为-W至W。例如，对于非负的偏移S≤W，相关性可表示为：
Σ k = S CIRSIZE - 1 | CIR k + 1 | · | CIR ‾ k - S + 1 |                                      等式(4)
对于负的偏移S≥-W，则相关性可表示为：
Σ k = | S | CIRSIZE - 1 | CIR k - | S | + 1 | · | CIR ‾ K + 1 |                                      等式(5)
可由C(S)来表示2W+1个相关性值的列表，-W≤S≤W。
MAXCORR可表示C(S)的最大值，使得
Figure BPA00001160036100157
MINSHIFT可表示其相应相关性大于MAXCORR*THRE的最小索引，使得MAXSHIFT可表示其相应相关性大于MAXCORR*THRE的最大索引，使得
Figure BPA00001160036100159
可替换地，MAXIND可表示C(S)中的最大值索引，使得
Figure BPA00001160036100161
MINSHIFT可表示小于MAXIND的最小索引，使得对于MINSHIFT≤S≤MAXIND，C(S)≥MAXCORR*THRE。MAXSHIFT可表示大于MAXIND的索引，使得对于MAXIND≤S≤MAXSHIFT，C(S)≥MAXCORR*THRE。
对输入CIR的估计偏移可设定为MINSHIFT和MAXSHIFT的平均数减去(W+1)。
移位单元对每个CIR进行循环移位，其移位值从相关块估计而得出。使CIR＝[CIR1，...，CIRCIRSIZE]，其相应移位值等于S，则可将输出CIR’表示为：
CIR &prime; = [ CIR S + 1 , . . . , CIR CIRSIZE , CIR 1 , . . . , CIR S ] ; S > 0 [ CIR CIRSIZE - | S | + 1 , . . . , CIR CIRSIZE , CIR 1 , . . . , CIR CIRSIZE - | S | ] ; S < 0    等式(6)
图5B表示使用单个递归CIR移位单元进行CIR调整的可替换示例。该递归CIR移位单元包括相关单元520C、移位计算单元530C、递归平均单元540和移位单元550。该递归CIR移位单元接收上采样的CIR采样的连续数据流，并保存正在进行的(running)平均CIR值。
如上所述，使用正在进行的平均CIR值对上采样的CIR数据进行相关。确定定时偏移，并将其用于CIR信号。根据最后的(last)N个调整CIR和新调整的CIR来重新计算正在进行的平均CIR值。向CIR规范化单元420(如图4所示)报告经过时间调整的CIR信号。可替换地，使用具有适当可调滤波器带宽的递归滤波器来重新计算正在进行的平均CIR值，以优化***性能。例如，可将该计算表示为CIR_N＝(CIR_A+CIR_1)/2或CIR_N＝(L*CIR_A+CIR_1)/(L+1)。
图6表示数据选择单元的一个示例，该数据选择单元包括采样选择单元610、白化单元620和采样关联单元630。信道的延迟扩展通常远小于CIR的持续时间，因此，大部分信道信息包含在一小部分CIR采样中，由数据选择单元选择这一部分。
采样选择单元610从CIR数据中选择至少一个采样。由白化单元620对所选CIR数据进行白化过程，并由采样关联单元630对采样进行分类。将所产生的经过白化的CIR数据发送至密钥生成单元(如图1所示的116A、116B)。增加所选CIR采样的数量能增加其中所包含的信道信息的总量，并同时增加白化滤波器的计算复杂度。所选采样数量的不同取决于信道状况和***资源，对于每CIR使用V个采样来表示在精确度与复杂度之间可接受的折衷。
采样选择单元610通过所有L个CIR度量来计算每个采样的平均量值。最大平均量值是采样索引，IND。对于每个CIR，选择索引在IND-V和IND+V之间的采样组。将这组采样进一步减少为采样量值等于所选采样的最大量值。将所选采样(缩短的CIR)发送至白化单元620，在该白化单元620中进行白化过程，以对所选采样组进行去相关。将与每个缩短的CIR相关联的位置发送至采样关联单元630。
可替换地，采样选择单元610为每个CIR度量的每个采样计算量值。选择V个最大的采样量值，并发送至白化单元620，如上所述。在另一种可替换实施方式中，采样选择单元610为每个CIR度量的每个采样计算平均量值。为每个CIR度量选择V个最大量值采样。将所选采样进一步减少为V个具有最高出现频率的采样量值的采样。
采样选择单元610还估计与CIR数据相关联的噪声功率612。可将噪声功率估计为是所有CIR采样的最小变化；当实际没有发送信号或所发送的信号是全零序列时，可将噪声功率估计为是所接收的信号的平均功率。
如果多个CIR度量落入极短的时间帧内，例如，远小于信道相干时间的时间帧，则可将CIR度量作为来自单个CIR来进行处理。因此，任何两个CIR度量的差值将具有两倍噪声功率的噪声分量。在这种情况下，将估计出的噪声功率612设定为平均差值的一半，并可将该估计出的噪声功率612表示为：
[ 1 x &Sigma; i = 1 x | A i - B i | 2 ] / 2                       等式(7)
可替换地，可通过使用特征值，由白化单元1120来估计噪声功率，如下所述。
图7表示白化单元的一个示例。白化单元包括协方差矩阵生成单元710、第一特征分解和选择单元720、算法选择单元730、协方差矩阵清除单元740、矩阵乘法单元750、特征向量旋转单元760和第二特征分解和选择单元790。
以V×L的矩阵(输入矩阵)来排列缩短的CIR度量614。每个CIR度量的V个采样组成矩阵的行，行数等于缩短的CIR度量的数量，L。使用Yi，j，1≤i，j≤V，来表示协方差矩阵第i行和第j列的元素，并使用
Figure BPA00001160036100182
1≤j≤V来表示输入矩阵第j列的平均值，可将特征矩阵的计算表示为：
Y i , j = 1 L &Sigma; k = 1 L ( X k , i - &mu; i ) ( X k , j - &mu; j ) *                        等式(8)
该协方差矩阵是厄米(Hermitian)矩阵，并且是半正定的。
第一特征分解和选择单元720将协方差矩阵分解为特征值和特征向量矩阵。该特征向量矩阵是酉矩阵。每一列都是协方差矩阵对应于唯一特征值的特征向量。使用EIG来表示最大的特征值，THRI表示噪声功率阈值，所有大于
Figure BPA00001160036100184
的特征值都是有效特征值。所有其他特征值因其可能是来自噪声的因此都是无效的。可将THRI设定为
Figure BPA00001160036100185
，其中C是常量。分母噪声功率可以是由采样选择单元610所提供的噪声功率估计612(如图6所示)。可替换地，当协方差矩阵是高阶的时，该分母是最小特征值，并且CIR度量的数量L足以实现统计分布。根据量值对有效特征值及其相应的有效特征向量进行分类。可选地，由艾丽丝和鲍勃来协商有效特征值的数量。
算法选择单元730根据信道路径功率变化而将特征值和特征向量分为两种信道类型。第一种信道类型包括在路径功率中具有显著变化的路径，其采样通过功率进行分类。第二种信道类型包括具有非常相似的路径功率的路径，其采样通过位置进行分类。
第一种信道类型的有效特征值的特征在于量值的显著变化，而第二种信道类型的特征则在于非常相似的量值。因此，根据量值来决定信道类型。有效特征值的规范化变化是有效特征值的变化除以有效特征值的平均。如果信道的有效特征值的规范化变化大于阈值，THR2，则将信道分类为第一种类型；否则将信道分类为第二种类型。
协方差矩阵清除单元740将噪声从第二信道类型变化的矩阵中清除。协方差矩阵清除单元740设定为如果
Figure BPA00001160036100191
则Yi，j＝0，其中Yi，j是协方差矩阵第i行和第j列的元素，将阈值THR3设定为
Figure BPA00001160036100192
，其中s是常量。
第二特征分解和选择单元770将第二信道类型的协方差矩阵分解为特征值和特征向量矩阵。除了使用在第一特征分解和选择单元720中所检测的有效特征值的数量之外，第二特征分解和选择单元770的操作与第一特征分解和选择单元720的操作相似。
特征向量旋转单元760获得有效特征向量的一致性。该一致性用于保持艾丽丝和鲍勃的有效特征向量具有相同角度。为此，艾丽丝和鲍勃都需要通过乘以单位相位因数来旋转特征向量，使得在特征向量中具有最大量值的元素成为正实数。其他元素为复数。特征向量旋转单元760将每个特征向量乘以单位相位因数，使得特征向量中具有最大量值的元素成为正数。之后，将旋转后的特征向量报告给采样关联单元1130和矩阵乘法单元750。
矩阵乘法单元750生成独立采样。使用x来表示缩短的L个采样CIR数据，可将x的协方差矩阵表示为Cx＝UDU*，其中D是对角矩阵，U是酉矩阵。由于Cx是Hermitian矩阵且是半正定的，因此矩阵U与Cx的特征向量矩阵一致。可将所产生的向量y＝xU的协方差矩阵表示为：
Cy＝E(y*y)＝E(U*x*xU)＝U*CxU＝U*UDU*U＝D    等式(9)
在y中的采样相互不相关。由于x是高斯随机向量，因此y中的每个采样都是高斯随机变量。因此，y中的采样是相互独立的。
对于第一信道类型，将在艾丽丝和鲍勃的白化采样之间进行匹配，这是因为其有效特征向量是根据其相应特征值的量值进行排列的，从而也是根据功率进行排列的。为了对第二信道类型的采样更好地进行匹配，采样关联单元630(如图6所示)根据位置对白化采样进行分类。
采样关联单元630(如图6所示)估计每个白化采样的位置，并根据该估计对白化采样进行重新排列。使用Z1，...，Z10为每个有效特征向量表示有效特征向量的量值，如果
Figure BPA00001160036100201
则采样关联单元1130设定Zi＝0，其中THR4＝1.18，使Z1，...，Z10规范化，从而
Figure BPA00001160036100202
并对采样选择块中所获得的采样位置进行求出内积(Z1，...，Z10)。这提供了白化采样对应于特定特征向量的估计位置。按照估计位置来对白化采样进行排列。
虽然本发明的特征和元素以特定的结合进行了描述，但每个特征或元素可以在没有其它特征和元素的情况下单独使用，或在与或不与其它特征和元素结合的各种情况下使用。这里提供的方法或流程图可以在由通用计算机或处理器执行的计算机程序、软件或固件中实施，其中所述计算机程序、软件或固件是以有形的方式包含在计算机可读存储介质中的。关于计算机可读存储介质的实例包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、寄存器、缓冲存储器、半导体存储设备、内部硬盘和可移动磁盘之类的磁介质、磁光介质以及CD-ROM磁盘和数字多功能光盘(DVD)之类的光介质。
举例来说，恰当的处理器包括：通用处理器、专用处理器、常规处理器、数字信号处理器(DSP)、多个微处理器、与DSP核相关联的一个或多个微处理器、控制器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)电路、任何一种集成电路(IC)和/或状态机。
与软件相关联的处理器可以用于实现一个射频收发机，以便在无线发射接收单元(WTRU)、用户设备(UE)、终端、基站、无线电网络控制器(RNC)或任何主机计算机中加以使用。WTRU可以与采用硬件和/或软件形式实施的模块结合使用，例如相机、摄像机模块、可视电话、扬声器电话、振动设备、扬声器、麦克风、电视收发机、免提耳机、键盘、蓝牙
Figure BPA00001160036100211
模块、调频(FM)无线电单元、液晶显示器(LCD)显示单元、有机发光二极管(OLED)显示单元、数字音乐播放器、媒体播放器、视频游戏机模块、因特网浏览器和/或任何无线局域网(WLAN)或超宽带(UWB)模块。
实施例
1、一种用于生成物理层安全密钥的方法，该方法包括：
将第一时间戳与第二时间戳配对，其中第一时间戳与第一多个CIR度量中的第一CIR度量相相关，第二时间戳与第二多个CIR度量中的第二CIR度量相关；
对第一CIR度量进行后处理；
从第一多个CIR度量中选择采样；以及
从所选择的采样生成安全密钥。
2、根据实施例1的方法，其中CIR度量包括64个复式采样。
3、根据前述实施例中任一实施例的方法，该方法还包括：
对CIR度量进行验证。
4、根据前述实施例中任一实施例的方法，该方法还包括：删除CIR度量和时间戳。
5、根据前述实施例中任一实施例的方法，该方法还包括：
删除CIR度量和时间戳，其中时间戳晚于停止时间。
6、根据前述实施例中任一实施例的方法，其中后处理包括：
对第一CIR度量进行删减；
对第一CIR度量进行上采样；以及
对第一CIR度量进行移位。
7、根据前述实施例中任一实施例的方法，其中删减包括：
从第一CIR度量中选择多个连续采样，其中具有最大量值的采样位于所述多个连续采样的中部。
8、根据前述实施例中任一实施例的方法，其中上采样包括：
在第一CIR度量的每个采样之间***零值采样；
构造重采样有限脉冲响应(FIR)滤波器；
对重采样FIR滤波器与第一CIR度量进行卷积；以及
从第一CIR度量的采样中部选择多个采样。
9、根据前述实施例中任一实施例的方法，其中移位包括：
为第一多个CIR度量计算平均CIR量值；
估计第一CIR度量与平均CIR度量之间的采样时间差；以及
通过根据所估计的采样时间差对第一CIR度量进行循环移位来调整第一CIR度量。
10、根据前述实施例中任一实施例的方法，该方法还包括：
执行计算、估计和两次调整，其中第一次操作消除了较大时间误差，并消除了由较大时间偏移所引起的误差，第二次操作精确地调整了CIR度量。
11、根据前述实施例中任一实施例的方法，其中移位包括：
估计第一CIR度量与正在进行的平均CIR度量之间的采样时间差；
通过根据所估计的采样时间差对第一CIR度量进行循环移位来调整第一CIR度量；以及
根据移位后的CIR度量来重新计算正在进行的平均CIR度量。
12、根据前述实施例中任一实施例的方法，其中重新计算包括使用具有可调带宽的递归滤波器。
13、根据前述实施例中任一实施例的方法，其中选择包括：
从第一多个CIR度量中选择多个采样；
对所选采样进行白化；以及
对所选采样进行分类。
14、根据前述实施例中任一实施例的方法，其中选择包括：
为第一多个CIR度量计算平均采样量值；
从第一CIR度量中选择多个连续采样，其中具有最大量值的采样位于所述多个连续采样的中部；以及
从多个连续采样中选择多个采样，其中每个所选采样的量值等于所选采样中的最大量值。
15、根据前述实施例中任一实施例的方法，其中选择包括：
计算第一多个CIR度量中每个CIR度量中的每个采样的量值；以及
从所述采样中选择第一多个CIR度量中具有最大量值的多个采样。
16、根据前述实施例中任一实施例的方法，其中选择包括：
计算第一多个CIR度量中每个CIR度量中的每个采样的量值；以及
从所述采样中选择第一多个CIR度量中具有最高出现频率的采样量值的多个采样。
17、根据前述实施例中任一实施例的方法，其中选择包括：
估计与第一CIR度量相关联的噪声功率。
18、根据前述实施例中任一实施例的方法，其中白化包括：
将第一CIR度量排列到输入矩阵中；
从输入矩阵生成第一协方差矩阵；
将第一协方差矩阵分解为特征值和特征向量矩阵；
根据信道路径功率变化，将特征值和特征向量矩阵中的特征向量分为第一信道和第二信道，其中生成第二信道的第二协方差矩阵；
从第二协方差矩阵中消除噪声；
将第二协方差矩阵分解为特征值和特征向量矩阵；
获得有效特征向量的一致性；以及
生成独立采样。
19、根据前述实施例中任一实施例的方法，该方法包括：
通过对第一时间戳配对候选列表与第二时间戳配对候选列表进行比较来生成配对时间戳列表；
报告确认(ACK)消息，该ACK包括配对时间戳列表。
20、根据前述实施例中任一实施例的方法，该方法包括：
从第一多个时间戳中选择第一时间戳；
从第二多个时间戳中选择第二时间戳；和
如果第一时间戳不是不可能的时间戳值，且第二时间戳不是不可能的时间戳值，则对第一时间戳与第二时间戳进行比较；
如果第一时间戳小于第二时间戳，且所选择的时间戳之间的差值大于阈值，则选择第一多个时间戳中的下一个时间戳来作为第一时间戳；
如果第一时间戳大于或等于第二时间戳，且所选择的之间戳之间的差值大于阈值，则选择第二多个时间戳中的下一个时间戳来作为第二时间戳；
如果所选择的时间戳之间的差值小于或等于阈值，则将所选择的时间戳标记为配对，其中标记包括选择第一多个时间戳中的下一个时间戳来作为第一时间戳，并选择第二多个时间戳中的下一个时间戳；以及
为第一多个时间戳中的每个时间戳和第二多个时间戳中的每个时间戳反复地重复以下动作：选择第一时间戳、选择第二时间戳、比较、选择第一多个时间戳中的下一个时间戳、选择第二多个时间戳中的下一个时间戳、以及标记。
21、根据前述实施例中任一实施例的方法，该方法包括：
从第一多个时间戳中选择第一时间戳；
从第二多个时间戳中选择第二时间戳；和
如果第一时间戳不是不可能的时间戳值，且第二时间戳不是不可能的时间戳值，则对第一时间戳与第二时间戳进行比较；
如果第一时间戳小于第二时间戳，所选择的时间戳之间的差值大于阈值，且所选择的时间戳之间的差值小于或等于时间戳环绕点，则选择第一多个时间戳中的下一个时间戳来作为第一时间戳；
如果第一时间戳小于第二时间戳，所选择的时间戳之间的差值大于阈值，所选择的时间戳之间的差值大于时间戳环绕点，且所选择的时间戳之间的差值小于或等于最大时间戳值与阈值之间的差值，则选择第二多个时间戳中的下一个时间戳来作为第二时间戳；
如果第一时间戳大于或等于第二时间戳，所选择的时间戳之间的差值大于阈值，且所选择的时间戳之间的差值小于或等于时间戳环绕点，则选择第二多个时间戳中的下一个时间戳来作为第二时间戳；
如果第一时间戳大于或等于第二时间戳，所选择的时间戳之间的差值大于阈值，且所选择的时间戳之间的差值大于时间戳环绕点，且所选择的时间戳之间的差值小于或等于最大时间戳值与阈值之间的差值，则选择第一多个时间戳中的下一个时间戳来作为第一时间戳；
如果所选择的时间戳之间的差值小于或等于阈值，则将所选择的时间戳标记为配对，其中标记包括选择第一多个时间戳中的下一个时间戳来作为第一时间戳，并选择第二多个时间戳中的下一个时间戳；和
如果所选择的时间戳之间的差值大于阈值，所选择的时间戳之间的差值大于时间戳环绕点，且所选择的时间戳之间的差值小于或等于最大时间戳值与阈值之间的差值，则将所选择的时间戳标记为配对，其中标记包括选择第一多个时间戳中的下一个时间戳来作为第一时间戳，并选择第二多个时间戳中的下一个时间戳；以及
为第一多个时间戳中的每个时间戳和第二多个时间戳中的每个时间戳反复地重复以下动作：选择第一时间戳、选择第二时间戳、比较、选择第一多个时间戳中的下一个时间戳、选择第二多个时间戳中的下一个时间戳、以及标记。
22、根据前述实施例中任一实施例的方法，该方法包括：
从第一多个时间戳中选择第一时间戳；
从第二多个时间戳中选择第二时间戳；和
如果第一时间戳不是不可能的时间戳值，且第二时间戳不是不可能的时间戳值，则对第一时间戳与第二时间戳进行比较；
如果第一时间戳小于第二时间戳，第一时间戳大于或等于第一多个时间戳中之前的时间戳，第二时间戳小于或等于第二多个时间戳中之前的时间戳，且所选择的时间戳之间的差值大于阈值，则选择第一多个时间戳中的下一个时间戳来作为第一时间戳；
如果第一时间戳小于第二时间戳，第一时间戳小于第一多个时间戳中之前的时间戳，第二时间戳大于第二多个时间戳中之前的时间戳，且所选择的时间戳之间的差值小于最大时间戳值与阈值之间的差值，则选择第二多个时间戳中的下一个时间戳来作为第二时间戳；
如果第一时间戳大于或等于第二时间戳，第一时间戳大于或等于第一多个时间戳中之前的时间戳，第二时间戳小于第二多个时间戳中之前的时间戳，且所选择的时间戳之间的差值大于阈值，则选择第二多个时间戳中的下一个时间戳来作为第二时间戳；
如果第一时间戳大于或等于第二时间戳，第一时间戳大于第一多个时间戳中之前的时间戳，第二时间戳小于第二多个时间戳中之前的时间戳，且所选择的时间戳之间的差值小于最大时间戳值与阈值之间的差值，则选择第一多个时间戳中的下一个时间戳来作为第一时间戳；
如果第一时间戳小于第二时间戳，第一时间戳大于或等于第一多个时间戳中之前的时间戳，第二时间戳小于或等于第二多个时间戳中之前的时间戳，且所选择的时间戳之间的差值小于或等于阈值，则将所选择的时间戳标记为配对，其中标记包括选择第一多个时间戳中的下一个时间戳来作为第一时间戳，并选择第二多个时间戳中的下一个时间戳；和
如果第一时间戳小于第二时间戳，第一时间戳小于第一多个时间戳中之前的时间戳，第二时间戳大于第二多个时间戳中之前的时间戳，所选择的时间戳之间的差值大于或等于最大时间戳值与阈值之间的差值，则将所选择的时间戳标记为配对，其中标记包括选择第一多个时间戳中的下一个时间戳来作为第一时间戳，并选择第二多个时间戳中的下一个时间戳；以及
为第一多个时间戳中的每个时间戳和第二多个时间戳中的每个时间戳反复地重复以下动作：选择第一时间戳、选择第二时间戳、比较、选择第一多个时间戳中的下一个时间戳、选择第二多个时间戳中的下一个时间戳、以及标记。
23、一种用于生成物理层安全密钥的无线发射/接收单元(WTRU)，该WTRU包括：
信道脉冲响应(CIR)度量单元，被配置为生成CIR度量，其中CIR度量与时间戳相关联；
消息生成单元，被配置为聚集第一多个CIR度量；
时间戳配对单元，被配置为识别多个配对时间戳，其中第一时间戳与第一多个CIR度量中的第一CIR度量相关联，第二时间戳与第二多个CIR度量中的第二CIR度量相关联；
CIR缓冲单元，被配置为聚合多个配对CIR度量，其中多个配对度量中的每个配对CIR度量都与多个配对时间戳中的时间戳相关联；
CIR后处理单元，用于调整CIR度量；
数据选择单元，被配置为从多个配对CIR度量中选择采样；以及
密钥生成单元，被配置为从所选择的采样中生成密钥。
24、根据实施例23所述的WTRU，其中CIR后处理单元包括：
CIR删减单元，被配置为减少CIR度量中的采样数量；
CIR上采样单元，被配置为对CIR度量内插进行以达到更高的采样速率；
第一CIR移位单元，被配置为调整CIR度量；
信号功率计算单元，被配置为计算CIR度量的信号功率；以及
CIR规范化单元，被配置为对CIR度量进行规范化。
25、根据前述实施例中任一实施例的WTRU，该WTRU还包括：
第二CIR移位单元，被配置为进一步调整CIR度量。
26、根据前述实施例中任一实施例的WTRU，其中第一CIR移位单元和第二CIR移位单元中的每个都包括：
平均单元，被配置为计算CIR度量的平均量值；
相关单元，被配置为估计CIR度量的量值与平均量值之间的采样时间差；以及
移位单元，被配置为根据所估计的采样时间差对CIR度量进行循环移位。
27、根据前述实施例中任一实施例的WTRU，其中第一CIR移位单元包括：
相关单元，被配置为估计CIR度量的量值与正在进行的平均量值之间的采样时间差；
移位计算单元，被配置为为CIR度量计算移位总量；
递归平均单元，被配置为重新计算正在进行的平均CIR度量；以及
移位单元，被配置为根据所估计的采样时间差与所计算的移位对CIR度量进行循环移位。
28、根据前述实施例中任一实施例的WTRU，其中数据选择单元包括：
采样选择单元，被配置为从多个配对CIR度量中选择多个采样，并估计与多个配对CIR度量相关联的噪声功率；
白化单元，被配置为消除采样之间的相关性；以及
采样关联单元，被配置为估计每个白化采样的位置，并按其位置对采样进行重新排列。
29、根据前述实施例中任一实施例的WTRU，其中白化单元包括：
协方差矩阵生成单元，被配置为从多个配对CIR度量生成协方差矩阵；
第一特征分解和选择单元，被配置为将协方差矩阵分解为多个特征值和特征向量矩阵；
算法选择单元，被配置为根据信道路径功率变化，将特征值和特征向量矩阵中的特征向量分类为第一信道和第二信道，其中生成第二信道的第二协方差矩阵；
协方差矩阵清除单元，被配置为从第二协方差矩阵中消除噪声；
第二特征分解和选择单元，被配置为将第二协方差矩阵分解为特征值和特征向量矩阵；
特征向量旋转单元，被配置为获得有效特征向量的一致性；以及
矩阵乘法单元，被配置为生成独立的采样。

Claims (11)

1.一种用于生成物理层安全密钥的方法，该方法包括：
将与第一信道脉冲响应CIR度量相关联的第一时间戳与第二时间戳配对，其中所述第一时间戳与第一多个CIR度量中的第一CIR度量相关联，而所述第二时间戳与第二多个CIR度量中的第二CIR度量相关联；
对所述第一多个CIR度量中的每个配对后的CIR度量进行后处理；
从经过后处理的CIR度量中选择至少一个采样；以及
从至少一个所选择的采样生成物理层密钥。
2.根据权利要求1的方法，其中所述第一多个CIR度量中的每个CIR度量包括64个复式采样。
3.根据权利要求1的方法，该方法还包括：
对所述第一多个CIR度量进行验证。
4.根据权利要求1的方法，其中在所述配对之前，所述方法还包括：
确定所述第一时间戳是否晚于停止时间；以及
响应于第一时间戳晚于停止时间，而删除所述第一时间戳和相关联的CIR度量。
5.根据权利要求1的方法，其中所述后处理包括：
对所述第一多个CIR度量中的每个配对后的CIR度量进行删减；
对删减后的CIR度量进行上采样；以及
对上采样后的CIR度量进行移位。
6.根据权利要求5的方法，其中所述删减包括：
对于每个CIR度量，选择多个连续采样，其中所选择的多个连续采样中具有最大量值的采样位于中部。
7.根据权利要求5的方法，其中所述上采样包括：
在每个CIR度量中的每个采样之间***零值采样；
构造重采样有限脉冲响应（FIR）滤波器；
对所述重采样FIR滤波器与每个CIR度量进行卷积；以及
从每个CIR度量中的采样中部选择多个采样。
8.根据权利要求1的方法，其中所述选择包括：
从经过后处理的CIR度量中确定多个采样；
对所确定的多个采样进行白化；以及
对白化后的多个采样进行分类。
9.一种用于生成物理层安全密钥的无线发射/接收单元（WTRU），该WTRU包括：
信道脉冲响应（CIR）度量单元，被配置为生成第一多个CIR度量，其中每个CIR度量与时间戳相关联；
时间戳配对单元，被配置为识别多个配对时间戳，其中第一时间戳与所述第一多个CIR度量中的第一CIR度量相关联，而第二时间戳与第二多个CIR度量中的第二CIR度量相关联；
CIR后处理单元，被配置为调整所述第一多个CIR度量中的每个配对后的CIR度量；
数据选择单元，被配置为从经过后处理的CIR度量中选择至少一个采样；以及
密钥生成单元，被配置为从至少一个所选择的采样生成物理层密钥。
10.根据权利要求9所述的WTRU，其中所述CIR后处理单元包括：
CIR删减单元，被配置为减少每个CIR度量中的采样数量；
CIR上采样单元，被配置为对每个删减后的CIR度量进行内插以达到更高的采样速率；
第一CIR移位单元，被配置为调整每个上采样后的CIR度量；
信号功率计算单元，被配置为计算每个CIR度量的信号功率；以及
CIR规范化单元，被配置为对每个移位后的CIR度量进行规范化。
11.根据权利要求9所述的WTRU，该方法还包括：
第二CIR移位单元，被配置为进一步调整每个CIR度量。
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