CN105337721A - 用于确定独占式联合随机性的方法和wtru - Google Patents

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Abstract

本发明公开的是一种用于确定独占式联合随机性(JRNSO)的方法和WTRU。该方法包括：在第一信道频率上，从第一无线发射/接收单元(WTRU)传送第一信号至第二WTRU，该第一信号包括第一私有导频；在第二信道频率上，在第一WTRU接收来自第二WTRU的第二信号，该第二信号包括第二私有导频和第二信道效应，其中第二信道频率不同于第一信道频率；在第一信道频率上，从第一WTRU传送第三信号至第二WTRU，该第三信号包括所述第二信号；在第二信道频率上，在第一WTRU接收来自第二WTRU的第四信号，该第四信号包括第一信号、第一信道效应以及第二信道效应；在第一WTRU处理第四信号，以便确定总的信道效应；以及在第一WTRU根据总的信道效应来确定JRNSO。本发明将JRNSO扩展到更复杂的通信系统。

Description

用于确定独占式联合随机性的方法和WTRU
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FDD、TDD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
本申请涉及无线通信。
背景技术
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，这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。
为了秘密地进行通信，可以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。这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。
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)，这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(FDD)，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。出现这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。这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
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FDD中使用基带信号回环以及私有导频确定的。在另一个实施方式中，JRNSO是在TDD中使用基带信号回环以及私有导频、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，FDD和TDDJRNSO实施方式是在SISO和SIMO通信步骤中执行的。在其他示例中，FDD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
从以下描述中可以更详细地理解本发明，这些描述是以实例的方式给出的并且可以结合附图加以理解，其中：
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；
图2显示的是在FDD中使用了回环方法和公共导频的JRNSO过程示例；
图3显示的是在FDD中使用了回环方法和私有导频的JRNSO过程示例；
图4显示的是在FDD中作为时间函数的JRNSO信号处理示例；
图5显示的是FDD中的JRNSO信道修改处理示例；
图6显示的是在FDD中作为时间函数的JRNSO信道修改处理示例；
图7显示的是在FDD中作为时间函数的JRNSO信道使用示例；
图8显示的是在FDD中作为时间函数且使用了简化假设的JRNSO信道使用示例；
图9显示的是在FDD中使用了回环信号随机时间定位的JRNSO信号处理示例；
图10显示的是信噪比与差错率的关系的示例；
图11显示的是在TDD中使用了具有公共导频的回环方法以及私有增益函数的JRNSO过程的示例；
图12显示的是在TDD中作为时间函数的JRNSO信号处理示例；
图13显示的是在TDD中使用了类似于配对的传输的JRNSO信号处理示例；
图14显示的是在TDD中处于导频周期的JRNSO信号处理示例；
图15显示的是在TDD中处于数据周期的JRNSO信号处理示例；
图16显示的是卡尔曼滤波器的一个示例；
图17显示的是卡尔曼滤波定向处理的示例；
图18显示的是MIMO中的JRNSO信号处理示例；
图19显示的是MIMO中的JRNSO信号处理示例；
图20显示的是MIMO中的可导出信道乘积的示例；
图21显示的是作为时间函数的JRNSO测量示例；
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；
图23显示的是在FDD中使用方阵传输的可导出乘积的示例；以及
图24显示的是在FDD对称型MIMO中的JRNSO过程的示例。
具体实施方式
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(UE)、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(AP)或是其他任何能在无线环境中工作的接口设备。
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，在这里，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是一个可以监视Alice110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，这两个通信彼此在无线环境中以相同的频率进行通信。由于信道互反性，如果这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。第三终端Eve130被显示成位于离开Alice110和Bob120一个波长以上的地方，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。
因此，Alice110和Bob120可以根据其信道观测结果而在其间产生公共密钥。在产生这种密钥的过程中，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。
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(FDD)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。
Alice110通过在信道GAB205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GABp210。Bob120接收这个信号GABp210，并且将这个信号变换到基带。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将这个信号回送到Alice110，由此创建合成信号GBAGABp235。Alice110在240接收这个回环信号GBAGABp，从而完成其回环处理。
Bob120通过在信道GBA230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接收这个信号GBAp250，并且将这个信号变换到基带。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将这个信号回送到Bob120，由此创建合成信号GABGBAp235。在265，Bob120接收这个回环信号GABGBAp260，从而完成其回环处理。
在通信过程中，Eve130有可能在信道GBE270上监视Bob120传送的信号，由此允许Eve130观测合成信号GBEGABp280和GBEp290。虽然在图2中没有描述，但是Eve130还可以在信道GAE上监视Alice110传送的信号，由此允许Eve130观测合成信号GAEp和GAEGBAp。
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GABp210和GABGBAp260。Alice110通过对她接收的两个信号进行处理来确定GBA和GAB。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GBEp、GBEGABp、GAEp以及GAEGBAp。Eve130知道公共导频，由此她可以确定GBE、GBEGAB、GAE和GAEGBA。如果有这四个信号，那么Eve130可以执行更进一步的计算并确定GAB和GBA。这表明，在使用公共导频时，虽然在Alice110与Bob120之间可以通过基本的FDD方式来实现信道信息共享，但是这种实施方式当使用公共导频时是不能防范Eve130的侵害的。
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(FDD)模式中通过使用仅仅为相应的初始发送方Alice110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。
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GABpA310。Bob120接收信号GABpA310，并且将这个信号变换到基带。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GBA230上，Bob120将这个信号回送到Alice110，由此创建合成信号GBAGABpA320。在335，Alice110接收这个回环信号GBAGABpA，并且完成其回环处理。
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pB340来发起他的回环处理，由此创建合成信号GBApB345。在335，Alice110接收信号GBApB345，并且将这个信号变换到基带。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GAB205上，Alice110将信号GBApB345回送到Bob120，由此创建合成信号GABGBApB350。在355，Bob120接收这个回环信号GABGBApB，并且完成其回环处理。
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，但是这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。
在Alice110与Bob120进行通信的过程中，Eve130可以在信道GAE360上监视Alice110传送的信号，并且在信道GBE270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GAEpA370和GAEGBApB389。如果Eve130监视的是Bob120的传输，那么Eve将会观测到信号GBEpB385和GBEGABpA380。
在完成了用于Alice110和Bob120的回环处理之后，在335，Alice110观测到了GBAGABpA320和GBApB345；并且在355，Bob120观测到了GABpA310和GABGBApB350。但是，由于Alice不知道pB，因此她不能处理GBApB345。同样，Bob不能确定GABpA315，因为Alice110和Bob120分别知道他们使用的私有导频，因此Alice110可以计算信道矩阵乘积GBAGAB391，并且Bob120可以计算信道矩阵乘积GABGBA393。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，GABGBA393＝GBAGAB391)。然后，Alice110和Bob120可以确定基本相同的CIR。
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GBAGAB391。
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，Alice110和Bob120在JRNSO确定时段中使用了私有导频，并且在数据传输时段中使用了公共导频。在这里存在两个信道，即处于某个频率的Alice-Bob信道GAB405，以及处于不同频率的Bob-Alice信道GBA410。数据传输时段是在420描述的。JRNSO确定时段是在425描述的。时间延迟(tc_delay)是在430描述并在数据时段420与JRNSO时段tHRNSO425之间发生的。在数据传输时段420中，Alice110和Bob120将会使用公共导频p。私有导频pA仅仅为Alice110所知，其中Alice110会在JRNSO时段425中传送所述导频，以便发起她的回环处理。私有导频pB仅仅为Bob120所知，并且Bob120会在JRNSO时段425中传送该导频，以便发起他的回环处理。
在图4的示例中，信道变换被显示成是一个时间函数。时间t从左向右递增。首先，在这里存在一个数据时段420。然后，在Alice110和Bob120切换到JRNSO模式时存在一个时间延迟tc_delay430。然后，Alice110和Bob120启动JRNSO处理。Alice110通过在信道GAB上向Bob120发送私有导频pA来发起她的回环处理，由此产生信号GAB(tj)pA435。Bob120则将该信号变换到基带，但在其他方面则不对该信号进行处理。Bob120将返回的信号回送到Alice110。Alice110则接收和处理该回环信号。
在Alice110发起她的回环处理的同时，Bob120通过在信道GBA上向Alice110发送私有导频pB来发起他的回环处理，由此产生信号GBA(tj)pB445。Alice110将这个信号变换到基带，但在其他方面则不对该信号进行处理。Alice110将返回的信号回送到Bob120。然后，Bob120接收并处理该回环信号。
当JRNSO确定时段结束时，在Alice110和Bob120切换到非JRNSO模式时将会存在一个时间延迟430。
如图4的示例所示，为了确保防范Eve130的安全性，数据时段与JRNSO时段之间的时间延迟将会超出信道tGAB和tGBA的最大相干时间，其中tc_delay>max(tGAB,tGBA)。如图4示例进一步显示的那样，JRNSO时段小于任一信道的最小相干时间，其中tJRNSO<min(tGAB,tGBA)。为了防止Eve130从数据时段中确定在JRNSO时段中存在的基本相同的信道参数，延迟tc_delay是必需的。为了假设Alice110和Bob120在测量时段中测量基本相同的信道效应，最大观测时间tJRNSO是必需的。
对于某些应用、例如电子邮件、文件传输、被缓存的流音频或视频来说，它们能够容忍很长的tc_delay。而对于其他应用、例如音频转换来说，这些应用则不能容忍很长的tc_delay，并且有必要减小tc_delay。此外，tc_delay还会影响无线电信道的总体使用率。由此，较为理想的是通过减小其持续时间来提高用于数据传输和JRNSO的信道使用率。
在一个实施方式中，tc_delay430是通过在数据时段中使用特定的导频星座减小的。导频星座是JRNSO判定函数，该星座为Alice110和Bob120所知，但却不为Eve130所知。因此，比Eve130知道更多的Alice110和Bob120可以计算信道变换。但是，Eve130则只能在其将所有四个数据流全都同步到同一时刻才能计算信道变换。
在另一个实施方式中，tc_delay430是通过修改数据时段与JRNSO时段之间的信道变换来减小的。图5是由图1系统执行的JRNSO过程的一个示例，并且在这里显示的是处于FDD模式的一般的总体信道修改系统。在本示例中，Alice110、Bob120以及Eve130之间的信道变换将会修改，以使JRNSO时段中的信道变换不同于数据时段中的信道变换。
GAB、GBA、GAE、GBE是正常条件下在Alice110、Bob120和Eve130之间进行的信道变换。
JAB、JBA、JAE、JBE是在JRNSO时段中在Alice110、Bob120和Eve130之间进行的信道变换。
DAB、DBA、DAE、DBE是在数据时段中在Alice110、Bob120和Eve130之间进行的信道变换。
在500处描述了通用形式的信道变换的一个示例，其中合成信道矩阵是GXYGXpX。在503处描述了处于数据时段的信道变换的一个示例，其中合成矩阵GXYDXp＝DXYp。在506处描述了处于JRNSO时段的信道变换的一个示例，其中信道矩阵是GXYJXPX＝JXYpX。
在本示例中，Alice110和Bob120在每次传送信号时都会应用各自函数GA和GB。
GA是Alice110应用的任何函数，该函数通过修改信道变换而使JRNSO时段中的信道变换不同于数据时段中的信道变换。
GB是Bob120应用的任何函数，该函数通过修改信道变换而使JRNSO时段中的信道变换不同于数据时段中的信道变换。
GA＝JA1＝Alice在JRNSO时段中在其自身回环处理中应用的函数。
GA＝JA2＝Alice在JRNSO时段中在Bob的回环处理中应用的函数。
GB＝JB1＝Bob在JRNSO时段中在其自身回环处理中应用的函数。
GB＝JB2＝Bob在JRNSO时段中在Alice的回环处理中应用的函数。
GA＝DA＝Alice在数据时段中应用的函数。
GB＝DB＝Bob在数据时段中应用的函数。
Alice110通过将函数GA509应用于私有导频pA512以及在信道GAB205上将信号pA515发送到Bob120来发起她的回环处理，由此创建合成信号GABpA518。Bob120接收信号GABpA518并且将这个信号变换到基带。Bob将函数GB512应用于所述信号，并且在具有不同频率的信道GBA230上将信号GABpA524回送到Alice110，由此创建信号GBAGABpA527。Alice110接收回环信号GBAGABpA527，由此完成她的JRNSO回环处理。
Bob120在其将函数GB521应用于私有导频pB530的时候发起其回环处理，并且经由信道GBA230来向Alice110发送信号，由此创建合成信号GBApB533。Alice110接收信号GBApB533，并且将这个信号变换到基带。Alice110应用函数GA509，并且将信号GBApB536经由具有不同频率的信道GAB205回送到Bob120，由此创建合成信号GABGBApB539。Bob120接收回环信号GABGBAp，从而完成他的回环处理。
在完成了Alice110和Bob120的回环处理之后，Alice110观测到了GBAGABpA527和GBApB533；并且Bob120观测到了GABpA518和GABGBApB539。虽然Eve130在数据时段和JRNSO时段观测到了不同的值，但是函数GA和GB的效果是不能从总的信道变换中看到的。因此，知道私有导频的Alice110和Bob120能够计算其信道变换。但是，Eve130只有在她将四个采样流全都同步到相同的相应时刻才能计算信道变换。在使用不同的信道修改变换的情况下，Eve130无法观测到数据和JRNSO信令时段中的相同信道波动。因此，即使实际信道在这两个时段中没有显著偏离，Eve130也无法确定与Alice110和Bob120相同的信道信息。Eve130可以通过同步来自不同测量结果的实际采样，并且在以统计方式确定信道效应矩阵之前，处理这些测量结果来移除私有增益函数的效果，从而绕过这种方法。
在图5的信道修改示例中，函数GA和GB既可以在放大之前应用，也可以在放大期间应用，还可以在放大之后应用。
图6显示的是时间函数图示的示例，其中tc_delay由于图5中的信道修改处理而被最小化。在这里描述了数据时段600，在该时段中，Alice110和Bob120使用公共导频p605来传送信号。在这里还描述了JRNSO时段610，在该时段中，Alice110和Bob120使用私有导频615来传送信号。数据时段与JRNSO时段之间的延迟是在620描述的，其中该延迟有可能是因为信道转换、同步或设置造成的。JRNSO时段短于任一信道的最小信道相干时间625。
图7显示的是图5中的信道修改处理的示例，其中信道状况和私有导频是根据所述时段究竟是JRNSO时段还是数据时段而改变的。在这里描述了两个信道：处于一个频率的Alice-Bob信道700，以及处于另一个频率的Bob-Alice信道705。在这里存在一个JRNSO时段(k)710。在JRNSO时段(k)710之前有一个数据时段(k-1)715。此外，在JRNSO时段(k)710之后还会出现一个数据时段(k+1)720。
在在先数据时段(k-1)715中，Alice110和Bob120分别传送信号DAB(k-1)p740和DBA(k-1)p745，其中p是私有导频。在JRNSO时段(k)710中，Alice110传送信号JAB(k)pA(k)750和JAB(k)JBA(k)pB(k)755，并且Bob120传送信号JBA(k)pB(k)760以及JBA(k)JAB(k)pA(k)765，其中pA和pB分别是只有Alice110和Bob120知道的私有导频。在后续数据时段(k+1)720中，Alice110和Bob120分别传送信号DAB(k+1)p770和DBA(k+1)p775，其中p是公共导频。
在图7的示例中，信道状况是根据指定情形调整的。例如，在每一个时段中，信道值可以保持在相对恒定的等级，以便提供健壮的统计分析能力。作为替换，信道值可以在每一个时段内部变化，以便防止Eve130获取的信息比Alice110和Bob120执行其JRNSO确定处理所需要的信息还要多。另一个替换方案是使用基本函数来预先处理信号，或者缓解已知的信道变化。
图8显示的是图5中的信令处理的示例，其中信道状况的变化取决于所述时段是JRNSO时段还是数据时段。在本示例中，数据采样是在统计分析之前处理的，并且端到端的信道变换将被设置成是理想的信道状况恒等式。信号时作为状况的函数来描述的，其中所述状况是根据信道使用率而改变的；其中(k)800是JRNSO时段805中的状况，(k-1)810是在JRNSO时段805之前的数据时段815中的状况，(k+1)818则是JRNSO时段805之后的数据时段820中的状况。数据时段815、820与JRNSO时段805之间的延迟是在825描述的。
在JRNSO时段805之前的数据时段815中，Alice110和Bob120分别传送信号GA(k-1)p840和GB(k-1)p845，其中p是公共导频。在JRNSO时段805中，Alice110传送信号GA(k)pA(k)850和GA(k)GB(k)pB(k)855，并且Bob120传送信号GB(k)pB(k)860以及GB(k)GA(k)pA(k)865，其中pA和pB分别是只有Alice110和Bob120知道的私有导频。在JRNSO时段805之后的数据时段820中，Alice110和Bob120分别传送信号GA(k+1)p870和GB(k+1)p875，其中p是公共导频。
如果Alice110和Bob120始终在传输开始时同时传送其私有导频，并且信噪比是健壮的，那么老练的Eve130有可能检测出序列开端并且恰当地校准采样。
图9显示的是图5中的信号处理的一个示例，其中回环信号是依照随机时间定位传送的。在这个示例中，数据时段905与JRNSO时段910之间的边界900是用回环函数掩蔽(mask)的。该回环函数在接收导频的时间与传送导频的时间之间引入了一个随机延迟。这个随机延迟是通过引入假反馈数据创建的，并且在这里将其称为假调制(falsemodulation)。所述假调制可以在完成Alice和Bob的相应回环之前或之后引入。如果JRNSO确定时段小于任一信道的最小信道相干时间，那么虽然在理论上并不是不可能的，但是这要求Eve具有计算量更大的信道变换计算能力。
在本示例中：
bA＝Alice110在完成其回环处理之前插入的假调制；
aA＝Alice110在完成了其回环处理之后插入的假调制；
bB＝Bob120在完成其回环处理之前插入的假调制；以及
aB＝Bob120在完成其回环处理之后插入的假调制。
如图9所示，Alice110和Bob120可以同时发起和完成其回环处理。在一个实施方式中，Alice110通过向Bob120传送信号JABpA915来发起她的回环处理，并且Bob120通过向Alice110传送信号JBApB935来发起他的回环处理。接下来，Alice110引入假调制bA920，并且Bob120引入假调制bB940。如938所示，Alice110和Bob120可以在其传送其相应的返回信号之前或之后引入假调制。接下来，Alice110接收她的回环信号JBAJABpA925，从而完成她的回环处理，而Bob120则接收他的回环信号JABJBApB945，从而完成他的回环处理。
在另一个实施方式中，Alice110通过向Bob120传送信号JABpA915来发起她的回环处理，并且Bob120通过向Alice110传送信号JBApB935来发起他的回环处理。接下来，Alice110接收她的回环信号JBAJABpA925，并且引入假调制aA930，而Bob120则接收他的回环信号JABJBApB945，并且引入假调制aB950。如948所示，只有在引入了假调制aA930和aB950之后，回环处理才会完成。
上述两个示例可以扩展，其中Alice110和Bob120在JRNSO时段期间的随机时间引入假调制，其中所述随机时间可以是开端、末尾或是与实际测量信令相交织。如果JRNSO时段910短于信道GAB和GBA的最小相干时间，那么无法识别从真实JRNSO到数据时段边界的假调制的Eve130将不能同步四个数据流和校准采样。
图10是描述信道编码器的差错率与信噪比对比的图表示例，其中该信道编码器用于在Alice110与Bob120之间交换信息，以便将他们的相似信道脉冲观测结果合并成一个公共观测结果。这种编码技术利用的是Eve130缺乏对于Alice110与Bob120之间的信道的了解的情形，而这将会变换成Eve130观测到的Alice110或Bob120的信道具有实际较弱的信噪比。这种处理被用于在Alice110与Bob120之间交换信息，并且在没有向Eve130揭露真实信道观测结果的情况下合并信道观测结果。差错率1000(y轴)是作为信噪比1010(x轴)的函数1005表示的。随着信噪比1010的提升，差错率1000保持相对恒定，然后则会急剧降低1020。如所述，Alice110和Bob120的信噪比1025在曲线1005的拐点(knee)的右边，并且超出了位于曲线1005的拐点的左边的Eve130的信噪比1030。由于差错率会随着信噪比的提升而降低，因此，Alice110和Bob120的差错率1035明显小于Eve130的差错率1040。
为了确保Eve130具有较高的差错率，Alice110和Bob120监视并控制其相应的SNR状况，其目标则是保持自身的相应SNR状况如图10所示处于曲线1005的拐点。
Eve130得到的信道观测结果可以通过将调整信道失真控制的处理或者在Alice110和Bob120传送的数据流中添加噪声的处理进行组合来控制。在信号发起过程以及回环处理过程中，在数据流中可以添加伪噪声。Eve130的信道观测结果既可以由Alice110或Bob120单独控制，也可以由Alice110和Bob120联合控制，并且可以扩展到其他WTRU。如图10所示，Eve130的信道观测结果与Bob120/Alice110的信道观测结果之间的轻微差别有可能导致Alice110观测的差错率与Eve130观测的差错率相比存在显著差异。因此，通过轻微调整噪声或失真等级，Alice110和Bob120即可确保Eve130具有较高的差错率。结果，Alice110和Bob120可以保持通信质量，同时限制Eve130损害安全性敏感信息的能力。
图11是由图1系统执行的JRNSO过程的一个示例。在本示例中，回环方法是用于时分双工(TDD)模式中使用仅仅为相应发送方Alice110和Bob120所知的私有导频以及私有增益函数。
JRNSO处理是在Alice110使用私有增益函数GA1103修改私有导频pA1100的时候开始的，由此将会创建信号GApA1106。然后，Alice110将在信道G1109上将信号GApA传送到Bob120，由此创建合成信号GGApA1112。Bob120接收信号GGApA1112，并且将这个信号变换到基带。然后，Bob120使用私有增益函数1115来修改GGApA1112，从而创建合成信号GBGGApA1118。在同一信道G1109上，Bob120将信号GBGGApA1118回送到Alice110，由此创建合成信号GGBGGApA1121。然后，Alice110在1124接收回环信号GGBGGApA，由此完成其在JRNSO时段中的回环处理。
Bob是在其使用私有增益函数GB1115修改私有导频pB1130的时候启动其回环处理的，由此将会创建信号GBpB1133。然后，Bob120在信道G1109上将信号GBpB1133传送到Alice110，由此创建合成信号GGBpB1136。Alice110接收信号GGBpB1136，并且将这个信号变换到基带。然后，Alice110使用私有增益函数GA1103来修改信号GGBpB1136，从而创建合成信号GAGGBpB1139。Bob120在同一信道G1109上将信号GAGGBpB1139回送到Bob120，由此创建合成信号GGAGGBpB1142。然后，Bob120在1145接收回环信号GGAGGBpB1145，从而完成其在JRNSO时段中的回环处理。
在Alice110与Bob120之间的JRNSO通信过程中，Eve130可以监视Alice110在信道GAE1151上传送的信号，以及Bob120在信道GBE1154上传送的信号。如果Eve130正在监视Alice110的传输，那么Eve130将会观测到信号GAEGApA1157和GBEGBGGApA1160。如果Eve130监视的是Bob120的传输，那么Eve130将会观测到信号GBEGBpB1163和GAEGAGGBpB1166。
在完成了Alice110和Bob120的回环处理之后，Alice110观测到了GGBGGApA1121和GGBpB1136；并且Bob120观测到了GGApA1112和GGAGGBpB1142。由于Alice110和Bob120分别知道其使用的私有导频和私有增益函数，因此，Alice110可以通过处理其回环信号GGBGGApA1121来确定信道矩阵GGBGGA。Bob120可以通过处理其回环信号GGAGGBpB1142来确定信道矩阵GGAGGB。在本示例中，Alice110和Bob120使用了单输入单输出(SISO)信道。该信道矩阵的秩是1，所述矩阵退化至单值，并且是可交换的(例如GABGBA＝GBAGAB)。通过使用信道矩阵的可交换属性，Alice110和Bob120将会确定基本相同的CIR。
Eve130观测到了GAEGApA1157、GAEGAGGBpB1166、GBEGBGGApA1160以及GBEGBpB1163。但是，由于本示例中的导频所具有的私有特性，Eve130无法从导频固有的设置中分离出信道引入的扩缩、偏移和旋转效果。因此，即使Eve130具有无限的计算能力，她也无法确定GBAGAB。
图12显示的是图11所示的信令处理的时间函数示例的一个示例。Alice110和Bob120在一个交互信道G1109上传送和接收信号。时段(k)1200是Alice110与Bob120之间的最小必要相关时间。由于Alice110和Bob120的测量是按顺序使用相同信道进行的，因此，必须保持足够相关来使所有测量时段体验基本相同的信道效应。所述信道效应可以是扩缩、偏移、以及针对私有导频所固有的幅度、频率和相位设置的旋转变化。最小必要相关时间1200包括Alice110的JRNSO确定时段1205和Bob120的JRNSO确定时段1210。在JRNSO时段(k)1200之前有一个数据时段(k-1)1215。在JRNSO时段(k)1200之后有一个数据时段(k+1)1220。所有G都是时段的函数。
Alice110通过在1225经由信道G1109向Bob120传送信号来发起她的回环处理，所得到的信号则是GGApA1225，其中pA是只有Alice110知道的私有导频，并且GA是只有Alice110知道的私有增益函数，该函数被用于修改pA。然后，Bob120接收信号，将信号变换到基带，应用只有Bob120知道的私有增益函数GB，将信号转换回载波，并且将信号经由同一信道G1109回送到Alice110。然后，Alice110在1230接收回环信号GGBGGApA，由此完成其回环处理。
接下来，Bob120通过在信道G1109上向Alice110传送信号来发起她的回环处理，所得到的信号则是GGBpB1235，其中G是时间函数，pB是只有Bob120知道的私有导频，并且GB是只有Bob120知道的私有增益函数，该函数被用于修改pB。Alice110将信号变换到基带，应用只有Alice知道的私有增益函数GA，将信号转换回载波，并且在同一信道G1109上将信号回送到Bob120。然后，Bob120在1240接收回环信号GGAGGBpB，由此完成其回环处理。
在本示例中，最小必要相关时间1200是在Alice110发起和完成其回环处理以及随后由Bob120发起和完成其回环处理的时候实现的。因此，在发送了四个传输之后必须对信道进行相关。Alice110和Bob120可以通过将相似的信道配对在一起来减小最小必要相关时间，从而减小执行信道测量所需要的传输次数。
应该指出的是，如果Eve130在统计分析之前以代数学的方式处理采样，那么Alice110和Bob120可以使用在FDD部分中论述的方法来防止同步，以及使用其更高的信噪比。
图13是图11所示的信令处理的时间函数示例，在这里显示的是具有类似于配对的传输的导频使用率。在Alice110与Bob120之间存在一条交互信道G1109，并且所有信号都是在该信道上传送和接收的。时段(k)1300代表的是Alice110与Bob120之间的信道G1109的JRNSO使用率。在1305和1310处描述了两个最小相关时段。在JRNSO时段(k)1300之前有一个数据时段(k-1)1315。并且在JRNSO(k)1300之后将会出现一个数据时段(k+1)1320。所有的G都是时段的函数。
导频序列被分成组块，并且是由Alice110和Bob120按照交替顺序传送的，这种传输被称为配对传输。同样，返回信号也被分成组块，并且是由Alice110和Bob120按照交替顺序传送的，这种传输同样被称为配对传输。一个配对传输1305包括如1325处描述的Alice110的导频传输，以及如1330处描述的Bob120的导频传输。另一个配对传输1310包括如1335处描述的Alice110的回环传输，以及如1340处描述的Bob120的回环传输。
在1325，Alice110通过在信道G1109上向Bob120传送信号而启动所述处理，所得到的信号则是GGApA，其中pA是只有Alice110知道的私有导频，并且GA是只有Alice110知道的私有增益函数，该函数被用于修改pA。然后，Bob120接收信号GGApA。之后，Bob120经由信道G1109向Alice110传送一个不同信号，所得到的信号则是GGBpB，其中pB是只有Bob知道的私有导频，并且GB是只有Bob120知道的私有增益函数，该函数被用于修改pB。然后，Alice110接收信号GGBpB。至此，在这里已经进行了两个传输，即一个由Alice110进行的导频传输，以及一个由Bob120进行的导频传输。
然后，Bob120将Alice110返回的信号与他的私有增益函数GB相乘并将其传送到Alice110。Alice110随后接收她的回环信号。之后，Alice110将Bob120的回环信号与他的私有增益函数GA相乘并将其传送到Bob120。此时，在这里总共进行了四次传输：两次是由Alice110实行的，两次是由Bob120实行的。
总的来说，这种方法具有来自每一个终端并且最先按顺序执行的外发(outbound)初始传输，以及保存在回环终端的接收信号。然后，回环终端按顺序获取其存储的基带信号，将其与它们自己的私有增益函数相乘，并且将其回送到发起端。由于每一个终端都知道它们初始发送的私有导频，因此，它们将会确定相关联的矩阵乘积：用于Alice的GGBGGA和用于Bob的GGAGGB。
由此，如图13的示例所述，TDD模式中的配对传输类型显著减小了Alice110和Bob120执行其测量所耗费的信道相关时间。
在图13的示例中，配对传输可以是作为时间函数变化的单位矩阵或复杂矩阵。更复杂的矩阵通常会导致更高的JRNSO安全性。此外，Alice110和Bob120可以在数据时段中为私有增益函数使用非标识(non-identity)值，以便隐藏JRNSO时段值。这非标识值可以通过对数据流进行预处理以补偿测量得到的信道失真来导出。
图14显示的是在TDD模式中的导频时段使用了公共导频和私有增益函数的信号流程示例。在本示例中并未使用私有导频，并且不存在回环信号。在这里存在一信道G1109，并且Alice110和Bob120是在该信道上传送和接收信号的。
如果Alice110是传送终端，那么在1405，Alice110使用私有增益函数GA来修改公共导频p，其中GA仅仅为Alice110所知。在1410，Alice110在信道G1109上向Bob120传送信号GAp，由此创建合成信号GGAp。在1415，Bob120接收信号GGAp，在1420将这个信号变换到基带，并且在1425将这个基带信号与私有增益函数GB相乘，其中GB仅仅为Bob120所知。假设信道乘积的导数(derivation)对顺序并不敏感(例如SISO及其通信)，那么在Bob120确定信道矩阵乘积之前或之后，Bob120可以将该信号与私有增益函数GB相乘。如果Bob120先确定信道乘积GGA，然后将该乘积与他的私有增益函数GB相乘，那么得到的矩阵是GBGGA。如果Bob120先应用其增益函数GB，然后确定信道乘积，那么得到的矩阵是GGAGB。无论哪一种情况，Bob120都会将信道乘积GGA用于符号恢复，并且将信道乘积GBGGA或GGAGB用于JRNSO信息。
如果Bob120是发射机，那么在1430，Bob120将会使用私有增益函数GB来修改公共导频p，其中所述GB仅仅为Bob120所知。在1435，Bob120将信号GBp经由信道G1109传送到Alice110，由此创建合成信号GGBp。在1440，Alice110接收信号GGBp，在1445将该信号变换到基带，并且在1450将基带信号与私有增益函数GA相乘，其中GA仅仅为Alice110所知。假设信道乘积的导数对顺序并不敏感，那么在Alice110确定信道矩阵乘积之前或之后，Alice110可以将该信号与私有增益函数GA相乘。如果Alice110先确定信道乘积GGB，然后将该乘积与他的私有增益函数GA相乘，那么得到的矩阵是GAGGB。如果Alice110先应用其增益函数GA，然后确定信道乘积，那么得到的矩阵是GGAGB。无论哪一种情况，Alice110都会将信道乘积GGB用于符号恢复，并且将信道乘积GAGGB或GGBGA用于JRNSO信息。
在通信过程中，Eve130有可能经由信道GAE监视Alice110的传输1455以及经由信道GBE460监视Bob120的传输1460。如果Eve130监视的是Alice110的传输，则Eve130会观测到GAEGAp。如果Eve130监视的是Bob120的传输，则Eve130会观测到GBEGBp。由于Eve130知道公共导频p，因此，Eve130可以通过在1465、1470处理观测到的信号来确定信道乘积GAEGA和GBEGB。虽然Eve130可以将信道乘积用于符号恢复，但是Eve130并不知道私有函数GA和GB。因此，Eve130无法确定Alice110和Bob120的JRNSO信息。
在图14的示例中，在JRNSO时段中使用的同一私有增益函数值还可以在数据时段中使用。从导频中得出的信道和私有增益乘积可以用于数据处理。
图15显示的是在TDD模式中的数据时段使用了公共导频和私有增益函数的信号流程的示例。在这里存在一信道G1109，并且Alice110和Bob120是在该信道上传送和接收信号的。
如果Alice110执行传送，那么在1505，Alice110将数据符号dA与私有增益函数GA相乘，其中所述GA仅仅为Alice110所知。在1510，Alice110将信号GAdA经由信道G1109发送到Bob120，由此创建合成信号GGAdA。在1515，Bob120接收信号GGAdA。在1520，Bob120将信号处理到基带。在1525，Bob120进一步处理信号，并且提取dA和GGA，其中dA被用作数据1530，并且GGA被存储以用于可选的JRNSO运用1535。
如果Bob120执行传送，那么在1537，Bob120将数据符号dB与私有增益函数GB相乘，其中所述GB仅仅为Bob120所知。在1510，Bob120将信号GBdB经由信道G1109发送到Alice110，由此创建合成信号GGBdB。在1545，Alice110接收信号GGBdB。在1550，Alice110将信号处理到基带。在1555，Alice110进一步处理信号，并且提取dB和GGB，其中dB被用作数据1530，并且GGB被存储以用于可选的JRNSO运用1535。
Eve130有可能经由信道GAE1565监视Alice110的传输，以及经由信道GBE1570监视Bob120的传输。如果Eve130监视的是Alice110的传输，那么Eve130将会观测到GAEGAdA。在1575，Eve130可以进一步处理Alice的信号，以便提取dA和GAEGA。如果Eve130监视的是Bob120的传输，那么Eve130将会观测到GBEGBdB。在1580，Eve130进一步处理Bob120的信号，以便提取dB和GBEGB。但是，由于Eve130不知道私有增益函数GA和GB，因此，如1585所示，Eve130无法确定JRNSO信息。图16显示的是使用导频和数据来解码符号的卡尔曼滤波器的一个示例。信道估计1600是一个数值集合，它是在每一个信道配对测量时段的末端记录的。
图17显示的是卡尔曼滤波时间定向处理的一个示例。数据是按照相反的时间顺序处理的，以便改善相互确定的数值集合比较。Alice110使用数值1600来确定与Bob120的配对测量相对应的JRNSO信息，反之亦然。作为选择，Alice110和Bob120会以尽可能接近JRNSO时段与数据时段之间的变换边界的方式来处理卡尔曼滤波器输出。如1705所示，Alice110和Bob120会在前向和反向时间方向上处理相同的数据。反向时间播种(seeding)是从前向时间计算中计算得到的最后一个信道集合。优选地，在反向方向上会使用前向方向的符号。作为替换，如果在当前时段中不需要前向时间处理，那么所述播种是从在先测量时段得出的。在后一个示例中，在先测量时段在时间上可以是前向或反向的。
作为替换，对Alice110和Bob120的信道信息的统计确定将通过使用滑动窗口或加权采样而朝着JRNSO时段数据的时段变换边界偏置。
应该指出的是，为了简单起见，上述实施方式是在单输入单输出(SISO)或单输入多输出(MISO)模式中使用的。实际上，FDD和TDD中的JRNSO应用还可以在多输入多输出(MIMO)或多输入单输出(MISO)模式中使用。以下的MIMO实施方式是在Alice110和Bob120中的每一个都具有两个天线部件的情况下描述的。实际上，Alice110和Bob120可以具有两个以上的天线部件。此外，Alice110和Bob120还可以具有不同数量的天线部件。阵列耦合、空间天线方向图和偏振都可以用来替代不同的天线部件。优选地，Alice110与Bob120之间的信道路径会在传播时段中并行使用，由此每一个回环信道对都是以时间上尽可能接近的方式测量的。作为替换，在传播时段中将会顺序使用Alice110与Bob120之间的信道路径，以便减少干扰效应。优选地，Alice110和Bob120使用的是保护JRNSO保密性所需要的数量最少的天线。
图18是显示为MIMORF网络使用了最少时段的回环信号流程的框图示例。Alice110的回环周期中的信号流程是在1800显示的。Bob120的回环周期中的信号流程是在1805显示的。在这里有三个时段是为Alice110的回环处理显示的，并且有三个时段是为Bob120的回环处理显示的。这些时段是以配对方式描述的。初始传输(基本(primary))是在时段1传送的。回环信号则是在时段2和3传送的。如果Alice110是初始发射方，那么Alice110会从一个天线部件发送信号，Bob120则在两个天线部件上接收信号，然后，Bob120将两个信号按顺序从一个天线部件返回到Alice110。随后，Alice110会经由两个天线部件来接收回环信号。
对Alice110的回环处理1800来说，在时段11810，Alice110从天线部件A1传送一个导频信号1815，并且Bob120经由天线部件B11820和B21825来接收该信号。在时段21930，Bob120从天线部件B11820发送一个返回信号，并且Alice110经由天线部件A11815和A21840来接收回环信号。在时段31835，Bob120将信号从天线部件B21825传送到天线部件B11820，然后则将信号从天线部件B11820传送到Alice110。此外，如时段31835所示，Alice110经由天线部件A11815和A21840来接收回环信号。Alice110不会直接从Bob120的天线部件B21825接收到回环信号。
对Bob12的回环处理1805来说，在时段11845，Bob120从天线部件B11855传送一个导频信号，并且Alice110经由天线部件A11855和A21860来接收这个信号。在时段21865，Alice110从天线部件A11855发送返回信号，并且Bob120经由天线部件B11850和B21870来接收回环信号。在时段31875，Alice110将信号从天线部件A21860传送到天线部件A11855，然后则将信号从天线部件A11855传送到Alice110。此外，如时段31875所示，Bob120经由天线部件B11850和B21870接收回环信号。Bob120不会直接从Alice110的天线部件A21860接收回环信号。
在Alice110完成了她的回环处理1800之后，Alice110在天线部件A11815上观测到两个信号，即时段21830的一个信号JB1A1JA1B1pA1，以及时段31835的另一个信号JB1A1JA1B2pA1。Alice110还在天线部件A21940上观测到了两个信号，即时段2的一个信号JB1A2JA1B1pA1以及时段3的另一个信号JB1A2JA1B2pA1。
在Bob120完成了他的回环处理之后，Bob120在天线部件B11945上观测到两个信号，即一个信号JA1B1JB1A1pB1，以及另一个信号JA1B1JB1A2pB1。Bob120还在天线部件B21950上观测到了两个信号，即一个信号JA1B2JB1A1pB1以及另一个信号JA1B2JB1A2pB1。
如图18所示，在Alice110和Bob120完成了他们的回环周期之后，Alice110和Bob120可以使得其观测到的信道乘积相互关联，以便确定基本相同的CIR。
在一个实施方式中，通过在每一个终端使用一个天线，可以将非SIMO或非SISO阵列降至SISO，其中在每一个连续回环期间使用的天线部件是相同的。
在另一个实施方式中，非SIMO或非SISO情况将会减至SISO或SIMO的多个实例，以便增加可用的CIR信息量。信号是从单个天线部件传送的，但是是在多个接收天线部件上接收的。在这个实施方式中，在传送回环信号时，接收终端按顺序激活其天线部件。在每一个回环周期中使用的天线部件都是相同配对的，由此，Alice110和Bob120可以确定基本相同的CIR。
在另一个实施方式中，MIMO将会降至SIMO。在发射终端，一个发射天线部件将被激活，以便发送信号。在接收终端，信号是在多个天线部件上接收的。然后，接收终端回送所述返回信号。返回信号将会由同一个传输部件接收和解码。该处理会在每一个终端上重复，由此Alice110和Bob120将会分析基本相同的交互信道乘积。
图19是显示在MIMORF网络中使用了所有独特信令路径分段的回环信号流程的框图示例。Alice110的回环处理中的信号流程是在1900描述的。Bob120的回环处理中的信号流程是在1903描述的。在这里描述了六个用于Alice110的回环处理的时段，并且描述了六个用于Bob120的回环处理的时段。时段是配对描述的。初始传输(基本)是在时段1和时段4传送的。回环信号是在时段2、3、5和6传送的。
对Alice110的回环处理1900来说，在时段1，Alice110从天线部件A11906传送一个导频信号，并且Bob120经由天线部件B11909和B21912来接收这个信号。在时段2，Bob120从天线部件B11909发送一个返回信号，并且Alice110经由天线部件B11906来接收该回环信号。在时段3，Bob120从天线部件B21912传送一个返回信号，并且Alice110经由天线部件A11906来接收该回环信号。在时段4，Alice110从天线部件A21915传送一个导频信号，并且Bob120经由天线部件B11918和B21921来接收该信号。在时段5，Bob120从天线部件B11918发送返回信号，并且Alice110在天线部件A21915上接收回环信号。在时段6，Bob120从天线部件B21921发送返回信号，并且Alice110经由天线部件A22015接收回环信号。
对Bob120的回环处理来说，在时段1，Bob120从天线部件B11924传送导频信号，并且Alice110经由天线部件A11927和B21930接收该信号。在时段2，Alice110从天线部件A11927发送一个返回信号，并且Bob120经由天线部件B11924接收回环信号。在时段3，Alice110从天线部件A21930传送一个返回信号，并且Bob120经由天线部件B11924接收该回环信号。在时段4，Bob120从天线部件B21933传送导频信号，并且Alice110经由天线部件A11936和A21939来接收该信号。在时段5，Alice110从天线部件A11936发送返回信号，并且Bob120在天线部件B21933上接收回环信号。在时段6，Alice110从天线部件A21939发送返回信号，并且Bob120经由天线部件B21933接收回环信号。
在Bob和Alice完成了其回环周期之后，如图19所示，它们可以使得其接收的信道乘积数据相互关联。
图20是显示在Alice110和Bob120中的每一个都具有两个天线部件的情况下的所有可能的传播乘积的表格。Alice110的天线部件被表示为A1和A2。Bob120的天线部件被表示为B1和B2。基本(primary)传输是用标引1(A1和A6)以及标引6(A2和B2)显示的。标引1的基本信号的回环传输是在标引2、3、4和5显示的。标引6的基本信号回环传输是用标引7、8、9和10显示的。如图20所示，在2×2的MIMO配置中，回环信号的传播乘积有32个。在Alice110和Bob120完成了其回环处理之后，Alice110观测到了16个传播乘积，并且Bob120观测到了16个传播乘积。如所示，Alice110可以将她的16个传播乘积与Bob的16个传播乘积相关联。
图21是MIMORF网络中的JRNSO子集测量使用的时间函数示例。时间是从左向右递增的。正如所论证的那样，数据交换时段将会与JRNSO时段交替。JRNSO时段被表示为JRNSO子集使用(k-1)2105，JRNSO子集使用(k)2110。以及JRNSO子集使用(k+1)2115。
图22是显示了在FDDMIMO模式中使用私有导频和私有增益函数的信号流程的框图示例。MIMO乘积的对称函数被用于计算信道变换。
Alice120的回环处理始于2203，此时，在2206，Alice110将私有导频pA与增益函数GA相乘，其中pA和GA仅仅为Alice所知。Alice110将信号GApA经由信道GAB2209传送到Bob120，由此创建合成信号GABGApA。Bob120在2212接收该信号，在2215将这个信号变换到基带，在2218将这个信号与增益函数GB相乘，经由具有不同频率的信道GBA2224来传送信号，由此创建合成信号GBAGBGABGApA。在2227，Alice接收信号GBAGBGABGApA。
Bob120的回环处理始于2218，此时，Bob120会将私有导频pB与增益函数GB相乘，其中pB和GB仅仅为Bob120所知。在2222，Bob120将信号GBpB经由信道GBA传送到Alice110，由此创建合成信号GBAGBpB。Alice110在2228接收该信号，在2230将该信号变换到基带，在2203将该信号与增益函数GA相乘，并且在2207经由具有不同频率的信道GAB2209来传送信号，由此创建合成信号GABGAGBAGBpB。在2213，Bob120接收信号GABGAGBAGBpB。
在Alice110完成了她的回环处理之后，Alice110观测到了GBAGBGABGApA。在2223，Alice110通过处理其私有导频pA来确定GBAGBGABGA。在Bob120完成了他的回环处理之后，Bob120观测到了GABGAGBApB。在2236，Bob120通过处理他的私有导频pB来确定GABGAGBAGB。
Eve130有可能经由信道GAE2239监视Alice110的传输以及经由信道GBE2242监视Bob120的传输。如果Eve130监视的是Alice110的传输，那么Eve130将会观测到GAEGApA和GAEGAGBAGBpB。如果Eve130监视的是Bob120的传输，那么Eve130将会观测到GBEGBpB和GBEGBGABGApA。但是，由于Eve130不知道私有导频pA和pB，因此，Eve130不能计算信道变换。
如图22的回环示例进一步显示的那样，在JRNSO时段中使用的信道变换不同于在数据时段中使用的信道变换。这一点是必需的，因为Eve130有可能使用公共导频p来确定数据时段中的信道变换。在一个实施方式中，通过让数据与JRNSO时段之间的切换时间超出信道的最大相干时间，可以阻止Eve130确定JRNSO时段中的信道变换。先前为SISO描述的相同概念同样可以在这种情形中使用。作为替换，端到端的信道变换将被修改，以使Eve不能从自然信道效应中分离出信道修改效应。
在图22的MIMO回环示例中，信道变换并不是可交换的。但是，与将MIMO情况减至SISO或SIMO来从CIR矩阵中推导JRNSO信息不同，JRNSO可以从信道乘积矩阵的特定函数中导出。这可以被应用到任何MIMO或SISO情况。在本示例中使用的是对称函数，其中该对称函数确定的是与信道操作顺序无关的结果。矩阵的行列式和迹(trace)即为这种函数的示例。但是，众多其他的对称矩阵函数同样是存在的。在数学上，所使用的行列式的属性可以描述如下：
det(JBAJAB)＝det(JAB)det(JBA)，其中矩阵中的每个项都具有奇异值。因此，这些行列式具有奇异值，并且是可互换的，由此
det(JBAJAB)＝det(JAB)det(JBA)＝det(JBA)det(JAB)＝det(JAB)det(JBA)，其中NxN函数将被转换成单一值，该函数包含了可供Alice110和Bob120用来推导公共共享密钥的N个独立共享值。
对于对称函数的一般定义来说，
假设X1,…,XN是N个参数的集合，其中该集合有可能具有矩阵值。然后，如果函数f(X1,…,XN)是其参数排列(permutation)的不变量，那么该函数是对称的。
举个例子
p：[1，...，N]□[1，...N]是集合[1,…N]的排列。因此，如果f(Xp(1)，...Xp(N))＝f(X1，...XN)，那么对任何这样的p来说，函数f都是对称的。
为了处理在MIMO和SISO情况中产生的非对称往返(round-trip)矩阵，在这里使用一个特定的对称函数族，其中该函数族被称为对称的主子式总和(SymmetricPrincipalMinorSums，SPMS)。
假设I、J是[1,…N]的k元素子集。对NxN矩阵X来说，
XI，J＝(xi，j∈X：i∈I，j∈J}
其中Xi,j是一个kxk矩阵，它的元素是使用索引集I和J选择的。[I,J]-X的子式(minor)是Xi,j的行列式，并且它是用[X]I,J表示的。如果I＝J，那么子式是主子式。这些子式满足以下属性
其中该总和是在[1,…N]的所有可能的k元素子集上得到的(用K表示)。
对于NxN矩阵来说，以如下方式定义N+1个基本SPMS(eSPMS)：
S0(X)＝1。
对于1≤n≤N，
其中该总和是在[1,…N]的所有n元素子集上获取的。这些总和在矩阵乘积方面是对称的，如下所述：
S n ( A B ) = &Sigma; I &lsqb; A B &rsqb; I , I = &Sigma; I &Sigma; K &lsqb; A &rsqb; I , K &lsqb; B &rsqb; K , I = &Sigma; K &Sigma; I &lsqb; B &rsqb; K , I &lsqb; A &rsqb; I , K = &Sigma; K &lsqb; B A &rsqb; K , K = S n ( B A )
其中第三个等式是通过交换外总和与内积来遵循的。
eSPMS函数形成了一个用于产生更复杂的对称子式函数的“基线集”。例如，作为eSPMS多项式的任何乘积或线性组合都是矩阵乘积的对称函数。
此外，eSPMS函数与它们的参数矩阵特征值相关联。例如，假设是NxN矩阵X的N个特征值。那么，
其中右边的特征值多项式是众所周知的N变量基本对称多项式，并且它是如下定义的：
E N , n ( x 1 , ... , x n ) = &Sigma; 1 &le; i 1 < ... < i n &le; N x i 1 &times; ... &times; x i n
因此，矩阵乘积特征值的基本对称多项式不会因为矩阵相乘的顺序而改变，即使特征值或是其乘积对于相乘的顺序而言不是一成不变的。
应该指出的是，NxN矩阵X的行列式正是SN(X)，并且NxN矩阵X的迹正是S1(X)。因此，SPMS代表的是矩阵行列式和迹的概念的普遍化。这种关系是从基于子式的SPSM定义或是基于特征值的替换定义中确定的。
在一个实施方式中，SPMS是根据主子式计算而被计算得到的。收敛性将会得到保证，但是主子式的计算有可能会很复杂。
在另一个实施方式中，SPMS是根据特征值计算的。特征值是以迭代方式计算的，其中所述计算并未确保收敛性。因此，特征值是使用低复杂度的近似来计算的。
在另一个实施方式中，对称函数是使用方阵定义的，其中Alice110和Bob120具有不等数量的输入和输出流。在这里为每一个JRNSO传输和回环都选择一个具有相等维度的子集。为了提高相互可用的JRNSO信息量，在这里使用了每一个唯一的方形(square)子集。
图23是显示样本方形传输序列的表格。具有相似的项的信令乘积将被用于推导方阵。这些方阵具有对称函数，其中在测量时段中，所述函数在噪声和方差限制以内是相等的。下标表示所使用的是哪一个收发信机部件。没有下标则表示所有收发信机部件都处于使用之中。每一个路径都至少被使用一次，以便消耗可用信道信息以及使用回环乘积。使用了一次的矩阵行条目将不再重复使用。作为替换，如果信道没有正交特性，那么Alice110和Bob120将会使用时间作为正交因数而在五个时段中传送信号。天线部件的编号是任意的，并且该编号改变的是eSPMS的相位，而不是它们的绝对值。
应该指出的是，即使Alice110和Bob120似乎与Eve130具有合法的通信，他们也可以保护其安全性。在与Eve130进行通信的过程中，Alice110和Bob120将会使用唯一的私有增益函数。在与其他任何终端的通信中，Alice110和Bob120持续使用唯一的私有增益函数。
如果Alice110和Bob遭遇到显著的回环功率损失，那么在将主信号环回到其来源之前，Alice110和Bob120可以使用增益乘法器来放大主信号。
图24是FDD模式中的信号流程的框图示例。在将主信号回环到其来源之前，增益乘法器将被用于放大主信号。
Alice110的回环处理始于2400，此时，Alice110会将私有导频pA与私有函数GA相乘。在2403，Alice110将信号GApA经由信道GAB传送到Bob120，由此创建合成信号GABGApA。在2409，Bob120接收信号GABGApA。在2412，Bob120将信号变换到基带。在2415，Bob120使用增益乘法器DB来放大信号。在2418，Bob120将私有增益函数GB应用于该信号。在2421，Bob120将信号GBDBGABGApA经由具有不同频率的信道GBA2424传送到Alice110，由此创建合成信号GBAGBDBGABGApA。在2427，Alice110接收信号GBAGBDBGABGApA。
Bob120的回环处理始于2418，此时，Bob120会将私有导频pB与私有函数GB相乘。在2422，Bob120将信号GBpB经由信道GBA2424传送到Alice110，由此创建合成信号GBAGBpB。在2428，Alice110接收信号GBAGBpB。在2430，Alice110将信号变换到基带。在2433，Alice110使用增益乘法器DA来放大信号。在2400，Alice110将私有增益函数GA应用于该信号。在2428，Alice110将信号GADAGABGBpB经由信道GAB2406传送到Bob120，由此创建合成信号GABGADAGBAGBpB。在2410，Bob120接收信号GABGADAGBAGBpB。
在Alice完成了她的回环处理之后，Alice110将会观测到GBADBGBGABpA。在2436，Alice110通过处理其私有导频pA来确定GBAGBDBGABpA。在Bob120完成了他的回环处理之后，Bob120将会观测到GABGADAGBAGBpB。在2439，Bob120通过处理其私有导频pB来确定GABGADAGBAGB。
Eve130有可能经由信道GAE2442来监视Alice110的传输，以及经由信道GBE2445来监视Bob120的传输。如果Eve130监视的是Alice110的传输，那么Eve130观测到的是GAEGApA和GAEGADAGBAGBpB。如果Eve130监视的是Bob120的传输，那么Eve130观测到的是GBEGBpB和GBEGBDBGABGApA。由于Eve130不知道导频pA或pB，因此，Eve130无法计算信道变换。与类似示例中一样，切换延迟要超出最大信道相干时间。
在本实施方式中，信息是通过选择eSPMS的相对复杂的矢量旋转值来提取的。例如，复杂矢量旋转值可以是角度旋转，或是输入相位与正交相位幅度的比值。由于增益乘法器是实数值对角矩阵，因此，接收到的每一个流都可以与一个不同的补偿增益值相乘。作为替换，单个平均增益值可以用于放大每一个接收到的流，以便将所有接收到的流的乘积减少成单个值。对用于所有信号的单个增益来说，在这里可以使用相对接收功率等级。对于不同路径补偿增益来说，路径之间的相对增益损失是不能使用的。
虽然在特定组合的优选实施方式中描述了本发明的特征和部件，但是这其中的每一个特征和部件都可以在没有优选实施方式中的其他特征和部件的情况下单独使用，并且每一个特征和部件都可以在具有或不具有本发明的其他特征和部件的情况下以不同的组合方式来使用。本发明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、软件或固件以有形方式包含在计算机可读存储介质中，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、诸如内部硬盘和可移动磁盘之类的磁介质、磁光介质以及CD-ROM碟片和数字多用途光盘(DVD)之类的光介质。
举例来说，适当的处理器包括：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核心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。
与软件相关的处理器可用于实现射频收发信机，以便在无线发射接收单元(WTRU)、用户设备、终端、基站、无线电网络控制器或是任何一种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、视频电路、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、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/或任何一种无线局域网(WLAN)或超宽带(UWB)模块。
实施例
1.一种用于在无线通信网络中确定独占式联合随机性(JRNSO)的方法，该方法包括：
传送第一信号，其中该第一信号包括第一导频；
接收第二信号，其中该第二信号包括第二导频和第二信道效应；
传送第三信号，其中该第三信号包括第二信号；
接收第四信号，其中该第四信号包括第一信号、第一信道效应以及第二信道效应；
处理接收到的第四信号，以便确定总的信道效应；
根据所确定的总的信道效应来确定JRNSO。
2.根据实施例1所述的方法，其中第一导频是第一私有导频序列，第二导频是第二私有导频序列。
3.根据前述任一实施例所述的方法，其中第一信号包括第一私有增益函数效应，并且第二信号包括第二私有增益函数效应。
4.根据前述任一实施例所述的方法，其中第三信号包括第一私有增益函数，第四信号包括第二私有增益函数，并且在接收到所述第四信号时将该第四信号与相同的第一私有增益函数相乘。
5.根据前述任一实施例所述的方法，其中在每一个信号中都引入假调制。
6.根据前述任一实施例所述的方法，其中假调制是在接收到第四信号之后引入的。
7.根据前述任一实施例所述的方法，该方法还包括：控制信道上的信噪比。
8.根据前述任一实施例所述的方法，其中在使用时分双工(TDD)通信模式的情况下，第一信号和第三信号是在第一信道上传送的，并且第二信号和第四信号是在第一信道上接收的。
9.根据前述任一实施例所述的方法，其中在使用频分双工(FDD)通信模式的情况下，第一信号和第三信号是在第一信道上传送的，第二信号和第四信号是在第二信道上接收的。
10.根据前述任一实施例所述的方法，其中第一信号和第二信号包括导频，并且第二信号包括第二增益乘法器效应，以及第三信号包括第一增益乘法器效应。
11.根据前述任一实施例所述的方法，其中：
第一信号是从第一发射部件传送的；
第二信号是经由第一接收部件以及至少一个第二接收部件接收的；
第三信号是在至少两个迭代中从第一发射部件传送的；其中的一个迭代是第一接收部件版本，另外的迭代则是至少一个第二接收部件版本；以及
第四信号是经由第一接收部件以及至少一个第二发射/接收部件接收的。
12.根据前述任一实施例所述的方法，其中：
第一信号是从第一发射部件以及至少一个第二发射部件传送的；
第二信号是经由第一接收部件以及至少一个第二接收部件接收的；
第三信号是从第一发射部件以及至少一个第二发射部件传送的；
第四信号是经由第一接收部件以及至少一个第二接收部件接收的。
13.根据前述任一实施例所述的方法，其中总的信道效应是使用矩阵函数的对称属性确定的。
14.根据前述任一实施例所述的方法，其中第四信号是在第二信号之前接收的。
15.根据前述任一实施例所述的方法，其中信号是从一个发射/接收部件传送并且经由同一个发射/接收部件接收的。
16.根据前述任一实施例所述的方法，其中信号是从至少两个发射/接收部件传送的。
17.一种被配置成执行前述任一实施例所述的方法中的至少一部分的无线发射/接收单元。
18.一种被配置成执行实施例1-16中的任一实施例所述的方法中的至少一部分的基站。

Claims (16)

1.一种用于确定独占式联合随机性(JRNSO)的方法，该方法包括：
在第一信道频率上，从第一无线发射/接收单元(WTRU)传送第一信号至第二WTRU，该第一信号包括第一私有导频，其中所述第一私有导频仅仅为所述第一WTRU所知；
在第二信道频率上，在所述第一WTRU接收来自所述第二WTRU的第二信号，该第二信号包括第二私有导频和第二信道效应，其中所述第二信道频率不同于所述第一信道频率，并且所述第二私有导频仅仅为所述第二WTRU所知；
在所述第一信道频率上，从所述第一WTRU传送第三信号至所述第二WTRU，该第三信号包括所述第二信号；
在所述第二信道频率上，在所述第一WTRU接收来自所述第二WTRU的第四信号，该第四信号包括所述第一信号、第一信道效应以及所述第二信道效应；
在所述第一WTRU处理所述第四信号，以便确定总的信道效应；以及
在所述第一WTRU根据所述总的信道效应来确定JRNSO。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一信号包括第一私有增益函数效应，并且所述第二信号包括第二私有增益函数效应。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述第三信号包括第一私有增益函数，所述第四信号包括第二私有增益函数，并且在接收到所述第四信号时将该第四信号与所述第一私有增益函数相乘。
4.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括：引入假调制至所述第一信号和所述第三信号中。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述假调制是在接收到第四信号之后引入的。
6.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括：控制信道上的信噪比。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二信号和所述第四信号中的每一者在所述第一WTRU的第一接收部件以及至少一个第二接收部件上被接收。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一信号和所述第三信号中的每一者在所述第一WTRU的第一发射部件以及至少一个第二发射部件上被传送。
9.一种被配置以确定独占式联合随机性(JRNSO)的无线发射/接收单元(WTRU)，该WTRU包括：
发射机，被配置成：
在第一信道频率上发射第一信号至第二WTRU，该第一信号包括第一私有导频，其中所述第一私有导频仅仅为所述第一WTRU所知；和
在第一信道频率上发射第三信号至所述第二WTRU，该第三信号包括第二信号；
接收机，被配置成：
在第二信道频率上接收来自所述第二WTRU的第二信号，该第二信号包括第二私有导频和第二信道效应，其中所述第二信道频率不同于所述第一信道频率，并且所述第二私有导频仅仅为所述第二WTRU所知；和
在第二信道频率上接收来自所述第二WTRU的第四信号，其中该第四信号包括所述第一信号、第一信道效应以及所述第二信道效应；以及
处理器，被配置成：
处理所述第四信号，以便确定总的信道效应；和
根据所述总的信道效应来确定JRNSO。
10.根据权利要求9所述的WTRU，其中所述第一信号包括第一私有增益函数效应，并且所述第二信号包括第二私有增益函数效应。
11.根据权利要求10所述的WTRU，其中所述第三信号包括第一私有增益函数，所述第四信号包括第二私有增益函数，并且在接收到所述第四信号时将该第四信号与所述第一私有增益函数相乘。
12.根据权利要求9所述的WTRU，其中所述发射机还被配置成引入假调制至所述第一信号和所述第三信号中。
13.根据权利要求12所述的WTRU，其中所述假调制是在接收到第四信号之后引入的。
14.根据权利要求9所述的WTRU，其中所述处理器还被配置成控制信道上的信噪比。
15.根据权利要求9所述的WTRU，其中所述第二信号和所述第四信号中的每一者在所述接收机的第一接收部件以及至少一个第二接收部件上被接收。
16.根据权利要求9所述的WTRU，其中所述第一信号和所述第三信号中的每一者在所述发射机的第一发射部件以及至少一个第二接收部件上被传送。
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