CN109756439B - 一种用于物理指纹提取的临近符号星座轨迹图生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明介绍了一种用于物理指纹提取的临近符号星座轨迹图生成方法，首先接收端将采样的基带调制信号进行能量归一化后，通过一个设计好的的低通滤波器；其次，选取一个临近符号的采样点间隔I，将接收的信号采样点的每一个向后间隔为I的采样点乘上复数因子后，和原采样点组合成复数形式的临近采样点；然后，接收端选取一个二维矩阵Q，将临近采样点按照实部和虚部幅值大小计算在矩阵Q中的统计值；最后，将矩阵Q中所有元素按归一化后得到临近符号星座轨迹图。采用本发明能效地从仅存在一路信号的接收波形中获得可以用于展现设备指纹特征的二维星座轨迹图，可以用于对发射设备和通信信道进行识别，具有非常好的实用性。

Description

一种用于物理指纹提取的临近符号星座轨迹图生成方法

技术领域

本发明涉及信息安全领域，具体涉及一种用于物理指纹提取的临近符号星座轨迹图生成方法。

背景技术

解决有线通信系统接入安全可以对通信链路上接入的设备进行身份认证以及对传输的数据进行加密。传统的接入设备认证方法有对接入设备MAC地址进行认证以及基于数字证书的安全认证。由于设备的MAC地址可以被伪造，因此基于MAC地址的认证方式不足以保障有线通信系统的认证安全，从而无法阻止非法设备接入网络。

为了解决有线通信系统所面临的安全挑战，需要一种能够解决终端通信系统接入认证安全并尽可能和现有系统相兼容的新技术。网络通信物理层承载着信号传输的作用，其传输的比特信息最终是通过实际的物理信号传递的。在有线通信系统中，如以太网通信系统，其传输的信息是调制成一定规律的物理电平信号。值得注意的是，由于信号发射设备的器件在制造工艺上存在误差，使得发射出的物理电平具有不同的特征。每一个发射设备发出的物理信号特征被称为该设备的“设备指纹”，然而有线设备的设备指纹和无线设备的射频指纹还有一定的区别。无线设备一般具备I/Q两路信号，此外，I/Q两路信号在接收端还存在着一定的载波频率偏差；有线设备一般仅存在一路信号，在接收端也不存在载波频率偏差。因此，如何获取有线设备的设备指纹特征是一个需要解决的问题。

发明内容

发明目的：本发明提供一种用于物理指纹提取的临近符号星座轨迹图生成方法，可有效从仅存在一路信号的接收波形中获得可以用于展现设备指纹特征的二维星座轨迹图。

技术方案：本发明所述的一种用于物理指纹提取的临近符号星座轨迹图生成方法，包括以下步骤：

(1)接收端将接收的信号进行能量归一化；

(2)对接收的信号进行数字低通滤波；

(3)选取一个确定的临近符号的采样点间隔I，将接收的信号采样点M(t)的每一个向后间隔为I的采样点乘上复数因子j后，和点M(t)组合成复数形式M(t)+j*M(t+I)，形成临近符号采样点M'(t)；

(4)选取一个维度为N乘以N的矩阵Q，将临近符号每一个采样点M'(t)按其实部和虚部的值，计算出在维度为N乘以N矩阵Q横坐标和纵坐标上的位置Q(n1，n2)，并将矩阵Q在位置Q(n1，n2)的值加1；

(5)将所有的临近符号采样点M'(t)按照步骤(4)处理后，计算出维度为N乘以N的矩阵Q中值最大的元素和归一化的最大数值L的比值K，将矩阵Q中所有元素按照比值K归一化成标准矩阵

步骤(1)中的接收的信号为全部接收的任意信号或用于同步或者标识用的具有固定传输符号结构的固定一段信号。

步骤(1)所述的能量归一化通过以下公式实现：

通过步骤(2)所述低通滤波后的信号不低于信号的有效宽带。

步骤(3)所述的采样点间隔I为传输一个符号所需采样的个数的整数倍值。

步骤(4)所述的Q横坐标和纵坐标上的位置Q(n1，n2)，如果n1，n2超出了维度为N乘以N矩阵Q的上限N或者下限1，则n1，n2按照上限N或者下限1取值。

有益效果：与现有技术相比，本发明的有益效果：有效地从仅存在一路信号的接收波形中获得可以用于展现设备指纹特征的二维星座轨迹图，可以用于对发射设备和通信信道进行识别，具有非常好的实用性。

附图说明

图1为本发明流程图；

图2为临近符号星座轨迹图生成方法示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，为本发明的流程图，具体包括以下步骤：

1、接收端将接收的信号进行能量归一化。

接收的信号可以是全部接收的任意信号，也可以是用于同步或者标识用的具有固定传输符号结构的固定一段信号。通信系统在接收端捕获了波形数据M(t)，。针对该波形数据，首先基于如下的公式进行能量归一化，能量归一化仅针对实际传输数据载荷的符号，不包括系统空闲时刻不传输数据时的能量。其具体的计算方式如下：

2、对接收的信号进行数字低通滤波，使其不低于信号的有效带宽。

针对归一化后的波形，设计一个低通滤波器F，其滤波器的3dB截止频率应不低于信号的符号带宽。

3、将

通过低通滤波器F滤波后，选取一定的采样点间隔I，采样点间隔I可以取任意的整数值，优选的值为传输一个符号所需采样的个数的整数倍值。如图2所示的处理方法，通信系统接收端将接收的信号采样点

的每一个向后间隔为I的采样点乘上复数因子j后，和点

组合成复数形式，形成临近符号采样点M'(t)。其具体的计算方式如下：

4、选取一个维度为N乘以N的矩阵Q，将临近符号每一个采样点M'(t)按其实部和虚部的值，计算出在维度为N乘以N矩阵Q横坐标和纵坐标上的位置Q(n1，n2)。其具体的计算方式如下：

其中，A为定义的在计算采样点在N乘以N矩阵Q中位置时对应实际信号幅度的最大值，即矩阵Q对应的输入信号的范围为-A至+A；[·]为取整操作。

当计算出采样点M'(t)在N乘以N矩阵Q中的坐标位置Q(n1，n2)后，将矩阵Q在位置Q(n1，n2)上的值加1。如果n1，n2超出了维度为N乘以N矩阵Q的上限N或者下限1，则n1，n2按照上限N或者下限1取值。

5、将所有的临近符号采样点M'(t)按照步骤4处理后，计算出维度为N乘以N的矩阵Q中值最大的元素和归一化的最大数值L的比值K，将矩阵Q中所有元素按照比值K归一化成标准矩阵

生成的标准矩阵

即为临近符号星座轨迹图。

设D_Max为期望的最大元素归一化后的数值，Q_Max为N乘以N的矩阵Q中值最大的元素。按照如下的方式进行归一化处理：

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于物理指纹提取的临近符号星座轨迹图生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)接收端将接收的信号进行能量归一化；

(2)对接收的信号进行数字低通滤波；

(3)选取一个确定的临近符号的采样点间隔I，将接收的信号采样点M(t)的每一个向后间隔为I的采样点乘上复数因子j后，和点M(t)组合成复数形式M(t)+j*M(t+I)，形成临近符号采样点M'(t)；

(4)选取一个维度为N乘以N的矩阵Q，将临近符号每一个采样点M'(t)按其实部和虚部的值，计算出在维度为N乘以N矩阵Q横坐标和纵坐标上的位置Q(n1，n2)，并将矩阵Q在位置Q(n1，n2)的值加1；

(5)将所有的临近符号采样点M'(t)按照步骤(4)处理后，计算出维度为N乘以N的矩阵Q中值最大的元素和归一化的最大数值L的比值K，将矩阵Q中所有元素按照比值K归一化成标准矩阵

2.根据权利要求1所述的一种用于物理指纹提取的临近符号星座轨迹图生成方法，其特征在于，步骤(1)中的接收的信号为全部接收的任意信号或用于同步或者标识用的具有固定传输符号结构的固定一段信号。

3.根据权利要求1所述的一种用于物理指纹提取的临近符号星座轨迹图生成方法，其特征在于，步骤(1)所述的能量归一化通过以下公式实现：

其中，J为信号采样点数。

4.根据权利要求1所述的一种用于物理指纹提取的临近符号星座轨迹图生成方法，其特征在于，通过步骤(2)所述低通滤波后的信号不低于信号的有效宽带。

5.根据权利要求1所述的一种用于物理指纹提取的临近符号星座轨迹图生成方法，其特征在于，步骤(3)所述的采样点间隔I为传输一个符号所需采样的个数的整数倍值。

6.根据权利要求1所述的一种用于物理指纹提取的临近符号星座轨迹图生成方法，其特征在于，步骤(4)所述的Q横坐标和纵坐标上的位置Q(n1，n2)，如果n1，n2超出了维度为N乘以N矩阵Q的上限N或者下限1，则n1，n2按照上限N或者下限1取值。

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