CN110061947B - 一种基于ofdm前导码的抗多径干扰射频指纹提取方法 - Google Patents

一种基于ofdm前导码的抗多径干扰射频指纹提取方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于OFDM前导码的抗多径干扰射频指纹提取方法。首先通信系统接收端将采集的信号进行能量归一化后，选取两个相邻的前导码。将相邻的前导码进行OFDM解调后，得到频域响应结果。对频域响应结果进行取绝对值后，在进行取对数值，得到倒谱值。对相邻前导码频域响应之间的每一个相对应的子载波进行相除操作，得到相除后的频域响应。对相邻前导码倒谱值之间的每一个相对应的子载波进行相除操作，得到相减后的倒谱响应。相除后的频域响应和相减后的倒谱响应即为去除无线信道多径干扰后的包含射频指纹特征的结果。本发明实用性好，且能够抗多径干扰。

Description

一种基于OFDM前导码的抗多径干扰射频指纹提取方法
技术领域
本发明涉及信息安全技术领域，尤其涉及一种基于OFDM前导码的抗多径干扰射频指纹提取方法。
背景技术
射频指纹识别技术可以仅借助于设备发射的无线信号实现对设备身份识别及认证，是一种具有内生机制的安全技术。接收端通过接收无线信号，对无线信号进行分析，从而获得信号的特征，并进一步提取出射频指纹特征。然而，在无线通信系统中，通信的信号受到了无线信道的影响，接收端收到的信号将不可避免的叠加了射频指纹和无线信道特征。
由于无线信道特征是时变的，其叠加在射频指纹上将影响射频指纹的识别效果，从而对降低设备身份识别的准确率。因此，在接收端需要采用一种机制可以有效抵御无线信道对射频指纹特征的影响。
通信系统在设计的时候，为了能够实现接收信号正确的捕获以及解码，通信系统有设计有前导码。为了能够在复杂环境中保障通信的可靠性，前导码一般设计成固定的序列。因此，可以基于固定的前导码提取出发射设备的射频指纹特征。
基于IEEE 802.11标准的无线设备是一种常用的通信系统。其传输的信号所使用的调制方式为OFDM调制。IEEE 802.11标准调制的OFDM信号其前导码包括了用于同步的短训练字段(STF)和长训练字段(LTF)。本发明将基于STF和LTF设计一种可以抵抗无线环境多径干扰的射频指纹提取方法。
发明内容
发明目的：针对无线环境中获得的射频指纹特征易受无线信道影响的特点，本发明提出了一种可以抵抗无线环境中多径干扰的射频指纹提取方法。该方法基于无线信道环境在短时内变化微弱的特点，将OFDM调制的相邻前导码进行频域响应相除以及倒谱响应相减的方法，消除无线信道特征影响，获得稳定的射频指纹特征。
技术方案：本发明所述的基于OFDM前导码的抗多径干扰射频指纹提取方法包括以下步骤：
(1)从接收端接收信号中选取一对前导码Y1、Y2，其中，Y1、Y2为发送端两个相邻的前导码S1、S2经信道传输后接收端接收到的信号；
(2)将前导码Y1、Y2进行OFDM解调，得到频域响应G1、G2；
(3)对频域响应G1与G2进行取绝对值处理后，再进行取对数值，得到倒谱值
Figure BDA0002010243580000021
Figure BDA0002010243580000022
(4)对频域响应G1与G2之间的每一个相对应的子载波进行相除操作，得到相除后的频域响应
Figure BDA0002010243580000023
(5)对倒谱值
Figure BDA0002010243580000024
之间的每一个相对应的子载波进行相减操作，得到相减后的倒谱响应
Figure BDA0002010243580000025
(6)重复步骤(1)到(5)对多对前导码进行处理，从而得到多个频域响应
Figure BDA0002010243580000026
和多个倒谱响应
Figure BDA0002010243580000027
(7)将多个频域响应
Figure BDA0002010243580000028
进行相加后取平均，得到平均后的频域响应
Figure BDA0002010243580000029
将多个倒谱响应
Figure BDA00020102435800000210
进行相加后取平均，得到平均后的倒谱响应
Figure BDA00020102435800000211
(8)将频域响应
Figure BDA00020102435800000212
以及倒谱响应
Figure BDA00020102435800000213
作为目标设备的射频指纹特征。
其中，步骤(1)中所述两个相邻的前导码具体为同一帧信号中彼此相邻的前导码，或两个相邻帧中的两个前导码。步骤(4)和步骤(5)中所述子载波具体为前导码中设置有导频点的子载波，不包括没有信号的空子载波。步骤(6)中所述多对前导码为一次采样中获得的连续若干帧信号的前导码，或多次采样后获得的不连续的若干帧信号的前导码。
作为优选，步骤(1)之前还可以执行步骤：接收端将接收信号进行能量归一化。
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：本发明基于无线信道环境在短时内变化微弱的特点，将OFDM调制的相邻前导码进行频域响应相除以及倒谱响应相减的方法，消除无线信道特征影响，获得稳定的射频指纹特征，可以有效的实现抗无线环境中的多径干扰对射频指纹特征的影响，具有非常好的实用性。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的流程示意图；
图2是基于多帧采集信号示意图。
具体实施方式
本实施例提供了一种基于OFDM前导码的抗多径干扰射频指纹提取方法，如图1所示，具体包括以下步骤：
S1、接收端将接收信号进行能量归一化。
S2、从接收端接收信号中选取一对前导码Y1、Y2，其中，Y1、Y2为发送端两个相邻的前导码S1、S2经信道传输后接收端接收到的信号。
其中，两个相邻的前导码S1、S2具体为同一帧信号中彼此相邻的前导码，或两个相邻帧中的两个前导码，前导码S1、S2经信道传输后接收端接收到的信号为Y1、Y2，则可表示为：
Y1＝f(S1)*H1
Y2＝f(S2)*H2
式中，*为卷积操作，f()为射频指纹特征产生的影响函数，具体是一种非线性操作，H1、H2为对应的信道响应。
S3、将前导码Y1、Y2进行OFDM解调，得到频域响应G1、G2。
其中，G1＝{G1i|i＝1,...,n}、G2＝{G2i|i＝1,...,n}，G1i、G2i分别为频域响应G1、G2在子载波i上的信号，n为子载波个数。则G1i、G2i可表示为：
G1i＝f(S1i)·H1i
G2i＝f(S2i)·H2i
式中，·为点乘操作，S1i、S2i为前导码S1、S2在子载波i上的信号，H1i、H2i为H1、H2在子载波i上的信道响应。所述子载波具体为前导码中设置有导频点的子载波，不包括没有信号的空子载波。
S4、对频域响应G1与G2进行取绝对值处理后，再进行取对数值，得到倒谱值
Figure BDA0002010243580000031
Figure BDA0002010243580000032
其中：
Figure BDA0002010243580000033
Figure BDA0002010243580000041
Figure BDA0002010243580000042
Figure BDA0002010243580000043
S5、对频域响应G1与G2之间的每一个相对应的子载波G1i、G2i进行相除操作，得到相除后的频域响应
Figure BDA0002010243580000044
即：
Figure BDA0002010243580000045
Figure BDA0002010243580000046
可进一步表示为：
Figure BDA0002010243580000047
由于是相邻的前导码，Y1、Y2经过的无线信道的多径分布相似，即H1≈H2。因此。在进行OFDM解调后，其每一个子载波上的信道响应也相似，即H1i≈H2i。则
Figure BDA0002010243580000048
即保留了射频指纹产生的影响。
S6、对倒谱值
Figure BDA0002010243580000049
之间的每一个相对应的子载波
Figure BDA00020102435800000410
进行相减操作，得到相减后的倒谱响应
Figure BDA00020102435800000411
其中，获取倒谱响应为了获得抗无线信道多径干扰的射频指纹特征，
Figure BDA00020102435800000412
为：
Figure BDA00020102435800000413
Figure BDA00020102435800000414
可进一步表示为：
Figure BDA00020102435800000415
由于H1i≈H2i，则
Figure BDA00020102435800000416
即保留了射频指纹产生的影响。
S7、重复步骤S2到S6对多对前导码进行处理，从而得到多个频域响应
Figure BDA00020102435800000417
和多个倒谱响应
Figure BDA00020102435800000418
其中，所述多对前导码为一次采样中获得的连续若干帧信号的前导码，或多次采样后获得的不连续的若干帧信号的前导码。基于多帧采集信号获得射频指纹的处理如图2所示。
S8、将多个频域响应
Figure BDA0002010243580000051
进行相加后取平均，得到平均后的频域响应
Figure BDA0002010243580000052
将多个倒谱响应
Figure BDA0002010243580000053
进行相加后取平均，得到平均后的倒谱响应
Figure BDA0002010243580000054
其中，将第j次得到的频域响应
Figure BDA0002010243580000055
记为
Figure BDA0002010243580000056
将第j次得到的频域响应
Figure BDA0002010243580000057
记为
Figure BDA0002010243580000058
则
Figure BDA0002010243580000059
Figure BDA00020102435800000510
S9、将频域响应
Figure BDA00020102435800000511
以及倒谱响应
Figure BDA00020102435800000512
作为目标设备的射频指纹特征。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (4)

1.一种基于OFDM前导码的抗多径干扰射频指纹提取方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)从接收端接收信号中选取一对前导码Y1、Y2，其中，Y1、Y2为发送端两个相邻的前导码S1、S2经信道传输后接收端接收到的信号，所述两个相邻的前导码具体为同一帧信号中彼此相邻的前导码，或两个相邻帧中的两个前导码；
(2)将前导码Y1、Y2进行OFDM解调，得到频域响应G1、G2；
(3)对频域响应G1与G2进行取绝对值处理后，再进行取对数值，得到倒谱值
Figure FDA0003081890780000011
Figure FDA0003081890780000012
(4)对频域响应G1与G2之间的每一个相对应的子载波进行相除操作，得到相除后的频域响应
Figure FDA0003081890780000013
(5)对倒谱值
Figure FDA0003081890780000014
之间的每一个相对应的子载波进行相减操作，得到相减后的倒谱响应
Figure FDA0003081890780000015
(6)重复步骤(1)到(5)对多对前导码进行处理，从而得到多个频域响应
Figure FDA0003081890780000016
和多个倒谱响应
Figure FDA0003081890780000017
(7)将多个频域响应
Figure FDA0003081890780000018
进行相加后取平均，得到平均后的频域响应
Figure FDA0003081890780000019
将多个倒谱响应
Figure FDA00030818907800000110
进行相加后取平均，得到平均后的倒谱响应
Figure FDA00030818907800000111
(8)将频域响应
Figure FDA00030818907800000112
以及倒谱响应
Figure FDA00030818907800000113
作为目标设备的射频指纹特征。
2.根据权利要求1所述的基于OFDM前导码的抗多径干扰射频指纹提取方法，其特征在于，步骤(1)之前还执行以下步骤：
接收端将接收信号进行能量归一化。
3.根据权利要求1所述的基于OFDM前导码的抗多径干扰射频指纹提取方法，其特征在于：步骤(4)和步骤(5)中所述子载波具体为前导码中设置有导频点的子载波，不包括没有信号的空子载波。
4.根据权利要求1所述的基于OFDM前导码的抗多径干扰射频指纹提取方法，其特征在于，步骤(6)中所述多对前导码为一次采样中获得的连续若干帧信号的前导码，或多次采样后获得的不连续的若干帧信号的前导码。
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