大规模MIMO系统在导频攻击下的攻击检测方法   0    0

本发明公开了一种大规模MIMO系统在导频攻击下的攻击检测方法。本发明将导频分为两段，并且每段导频均可单独实现信道估计。在发送第二段导频时改变合法用户的发射功率。根据两段信道估计中合法信道和攻击信道的占比不同构造出一个检验统计量，该检验统计量在有导频攻击和无导频攻击的情况下分别服从于不同参数的正态分布，通过将该统计量与门限值的判决实现多小区大规模MIMO系统的导频攻击检测。该方法中，天线数越大，攻击检测概率越高；训练导频的样本数越大，检测概率也越大。

1.大规模MIMO系统在导频攻击下的攻击检测方法，其特征在于本发明将导频分为两段，并且每段导频均可单独实现信道估计；在发送第二段导频时改变合法用户的发射功率；
根据两段信道估计中合法信道和攻击信道的占比不同构造出一个检验统计量，该检验统计量在有导频攻击和无导频攻击的情况下分别服从于不同参数的正态分布，通过将该检验统计量与判决阈值进行判决实现多小区大规模MIMO系统的导频攻击检测；
包括如下步骤：
步骤S1：考虑一个有L个小区的大规模MIMO系统，每个小区包含多个单天线的合法用户和一个配置M根天线的基站，目标小区中有一个单天线的主动窃听者；在上行导频发送阶段，合法用户UE0发送第n位导频时，窃听者也发送同样的导频信号，目标基站接收到的信号y(n)表示为：
其中，PB和PE分别是合法用户和窃听者的发送功率，hl为第l小区中与用户UE0使用相同导频的用户到目标小区基站的信道矩阵，hE为窃听者到目标小区基站的信道矩阵，是均值为0的噪声向量，xp(n)为第n位导频，θ(n)为第n位导频的功率变化控制因子；
步骤S2：将长度为2N的导频分为两部分，第一部分包含前N位导频，即当n≤N时，θ(n)＝
1；第二部分包含后N位导频，当N步骤S3：根据前N位导频的上行接收信号Ya，可以得到信道估计 根据后N位导频的上行接收信号Yb，可以得到信道估计 考察两次信道估计的差异： 记
记 其中||g||为检验统计量g的二范数，则Q在有导频攻击和无导频攻击时将服从不同的正态分布；
步骤S4：定义两个事件，H0和H1，即H0:不存在导频污染攻击；H1:存在导频污染攻击；在H0下，Q的概率密度函数f0(x)可以表示为：
其中，在H0下Q的数学期望和方差分别是：μ1＝E(Q)和
步骤S5：给定虚警概率Pfa，利用f0(x)求解判决阈值γ：
步骤S6：如果实际中 则接受H0，认为不存在导频污染攻击；如果
则接受H1，认为存在导频污染攻击。

2.根据权利要求1所述的大规模MIMO系统在导频攻击下的攻击检测方法，其特征在于步骤S3中所述的信道估计方法最小二乘(LS)信道估计或最小均方误差估计。

3.根据权利要求1或2所述的大规模MIMO系统在导频攻击下的攻击检测方法，其特征在于该方法适用于采用时分双工通信系统。

4.根据权利要求1或2所述的大规模MIMO系统在导频攻击下的攻击检测方法，其特征在于该方法适用于发射端天线数较大的多天线通信系统。