CN112101179A - 一种抗信道干扰瞬态射频指纹特征提取方法 - Google Patents

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刘小磊
赵俊峰
李萌
夏飞
虎啸
徐超
吉慎
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Abstract

本发明公开了一种抗信道干扰瞬态射频指纹特征提取方法，包括了以下步骤：将接收的无线设备发出的信号进行时间同步；选取有效信号开始前若干个点作为其初始的瞬态特征；选取有效信号中不随信号帧变化的若干个点做为参考特征；将瞬态特征和参考特征分别做傅里叶变换后得到频域的特征；将频域特征相除后得到不受无线信道影响的瞬态特征。通过本发明方法，可以实现在实际无线环境下获得能够抵御无线信道变化的稳定瞬态指纹特征，具有适用性高的特点。

Description

一种抗信道干扰瞬态射频指纹特征提取方法
技术领域
本发明涉及信息安全技术领域，尤其涉及一种抗信道干扰瞬态射频指纹特征提取方法。
背景技术
基于无线设备的射频指纹特征，可以对无线设备进行识别。基于无线设备射频指纹的提取方法有多种，主要分为了基于瞬态特征的提取方法，基于稳态特征的提取方法，基于谱特征的提取方法。具体的射频指纹特征提取方法如“基于差分星座轨迹图的无线设备射频指纹特征提取方法”专利申请号：201510786692.1，“一种基于星座轨迹图的无线设备身份识别方法”专利申请号：201510981545.X，“基于星座轨迹图像特征的设备指纹提取及设备识别方法”专利申请号：201610080947.7，“基于判决反馈的扩频信号频率偏移估计方法”专利申请号：201510797097.8，“一种基于星座轨迹图的I/Q偏移量及畸变估计方法”专利申请号：201610271981.2等。然而，无线设备的瞬态特征容易受到无线信道的干扰，从而影响其射频指纹提取的准确性。因此，需要寻找一种能够有效的实现抗信道干扰的瞬态射频指纹特征提取方法。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种抗信道干扰瞬态射频指纹特征提取方法。通过将通信系统进行精确同步后，获取瞬态部分的信号并对其进行傅里叶变换。再选取相同长度的固定稳态信号，进行傅里叶变换后，将两者相除的结果作为提取的射频指纹特征。该特征可以有效提取不受无线信道影响的射频指纹特征。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种抗信道干扰瞬态射频指纹特征提取方法，包括了以下步骤：
(1)将接收的无线设备发出的信号进行时间同步；
(2)选取有效信号开始前M个点作为其初始的瞬态特征
Figure BDA0002675200080000011
(3)选取有效信号中不随信号帧变化的M个点做为参考特征
Figure BDA0002675200080000012
(4)将瞬态特征
Figure BDA0002675200080000013
和参考特征
Figure BDA0002675200080000014
分别做傅里叶变换后得到频域的特征
Figure BDA0002675200080000015
和
Figure BDA0002675200080000016
(5)将频域特征相除后得到不受无线信道影响的瞬态特征
Figure BDA0002675200080000017
进一步的，步骤(2)中的有效信号指的是有信息比特发送或信号调制的信号。
进一步的，步骤(2)中的有效信号开始前M个点，即为在实际通信中没有携带信息比特或信号调制的M个点。
进一步的，步骤(3)中的不随信号帧变化的M个点，即为通信帧中用于信号同步或者信道估计用的固定序列，该序列在每一帧中调制的信息都是固定的。
进一步的，步骤(5)中的相除，即将
Figure BDA0002675200080000021
中的每一个点顺次除以
Figure BDA0002675200080000022
中的每一个点。
与现有技术相比，本发明有益效果：
通过本发明方法，可以实现在实际无线环境下获得能够抵御无线信道变化的稳定瞬态指纹特征。该方法具有适用性高的特点。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
具体实施方式
一种抗信道干扰瞬态射频指纹特征提取方法，如图1所示，包括：
(1)将接收的无线设备发出的信号进行时间同步；
假设发射的无线设备的信号为x，其中x的前M个点构成的序列
Figure BDA0002675200080000023
是用于时间同步的序列，具有不变性。当接收的无线信号为y时，使用
Figure BDA0002675200080000024
和y中顺次选取的M个点做相关运算，得到相关后的结果。通过顺次选取y中的不同起始位置的M个点，得到不同的相关结果后选取相关值最大的起始位置p为有效信号的起始位置。
(2)选取有效信号开始前M个点作为其初始的瞬态特征；
选取有效信号开始前的M个点y(p-M)至y(p-1)作为其初始的瞬态特征
Figure BDA0002675200080000025
(3)选取有效信号中不随信号帧变化的M个点做为参考特征；
选取有效信号中不随信号帧变化的M个点，即从p开始的M个点y(p)至y(p+M-1)为参考特征
Figure BDA0002675200080000026
(4)将瞬态特征和参考特征分别做傅里叶变换后得到频域的特征
分别将瞬态特征
Figure BDA0002675200080000027
和参考特征
Figure BDA0002675200080000028
做M点的傅里叶变换，得到傅里叶变换后的频域特征
Figure BDA0002675200080000029
和
Figure BDA00026752000800000210
(5)将频域特征相除后得到不受无线信道影响的瞬态特征
将傅里叶变换后的频域特征
Figure BDA00026752000800000211
和
Figure BDA00026752000800000212
逐点做相除处理，得到不受无线信道影响的瞬态特征
Figure BDA00026752000800000213
即
Figure BDA00026752000800000214
由于无线信道的特征在短时保持不变的特性。其信道特征将分别作用于瞬态特征
Figure BDA00026752000800000215
和参考特征
Figure BDA00026752000800000216
即
Figure BDA0002675200080000031
Figure BDA0002675200080000032
其中h为固定的无线信道特征，
Figure BDA0002675200080000033
为卷积运算。
将其进行傅里叶变化后，受无线信道影响的瞬态特征
Figure BDA0002675200080000034
和参考特征
Figure BDA0002675200080000035
可以表示为：
Figure BDA0002675200080000036
Figure BDA0002675200080000037
因此，将其相除后可以得到
Figure BDA0002675200080000038
其中，
Figure BDA0002675200080000039
为瞬态射频指纹特征经过傅里叶变换后的结果，受不同设备瞬态射频指纹特征影响而变化，
Figure BDA00026752000800000310
为固定的序列经过傅里叶变换后的结果。其两者相除后由于
Figure BDA00026752000800000311
在不同的设备中保持不变，因此
Figure BDA00026752000800000312
将包含没有受到无线信道干扰的瞬态射频指纹特征。
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 (6)

1.一种抗信道干扰瞬态射频指纹特征提取方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)将接收的无线设备发出的信号进行时间同步；
(2)选取有效信号开始前M个点作为其初始的瞬态特征
Figure FDA0002675200070000011
(3)选取有效信号中不随信号帧变化的M个点做为参考特征
Figure FDA0002675200070000012
(4)将瞬态特征
Figure FDA0002675200070000013
和参考特征
Figure FDA0002675200070000014
分别做傅里叶变换后得到频域的特征
Figure FDA0002675200070000015
和
Figure FDA0002675200070000016
(5)将频域特征相除后得到不受无线信道影响的瞬态特征
Figure FDA0002675200070000017
2.根据权利要求1所述的抗信道干扰瞬态射频指纹特征提取方法，其特征在于：步骤(2)中的有效信号指的是有信息比特发送或信号调制的信号。
3.根据权利要求1所述的抗信道干扰瞬态射频指纹特征提取方法，其特征在于：步骤(2)中的有效信号开始前M个点，即为在实际通信中没有携带信息比特或信号调制的M个点。
4.根据权利要求1所述的抗信道干扰瞬态射频指纹特征提取方法，其特征在于：步骤(3)中的不随信号帧变化的M个点，即为通信帧中用于信号同步或者信道估计用的固定序列，该序列在每一帧中调制的信息都是固定的。
5.根据权利要求1所述的抗信道干扰瞬态射频指纹特征提取方法，其特征在于：步骤(5)中的相除，即将
Figure FDA0002675200070000018
中的每一个点顺次除以
Figure FDA0002675200070000019
中的每一个点。
6.根据权利要求5所述的抗信道干扰瞬态射频指纹特征提取方法，其特征在于：步骤(5)具体如下：
由于无线信道的特征在短时保持不变的特性，其信道特征将分别作用于瞬态特征
Figure FDA00026752000700000110
和参考特征
Figure FDA00026752000700000111
即
Figure FDA00026752000700000112
Figure FDA00026752000700000113
其中h为固定的无线信道特征，
Figure FDA00026752000700000114
为卷积运算，无线设备的信号为x，x1为瞬态射频指纹特征，
Figure FDA00026752000700000115
是x的前M个点构成的用于时间同步的序列；
将其进行傅里叶变化后，受无线信道影响的瞬态特征
Figure FDA00026752000700000116
和参考特征
Figure FDA00026752000700000117
表示为：
Figure FDA00026752000700000118
Figure FDA00026752000700000119
因此，将其相除后可以得到
Figure FDA00026752000700000120
其中，
Figure FDA00026752000700000121
为瞬态射频指纹特征经过傅里叶变换后的结果，受不同设备瞬态射频指纹特征影响而变化，
Figure FDA0002675200070000021
为固定的序列经过傅里叶变换后的结果，其两者相除后由于
Figure FDA0002675200070000022
在不同的设备中保持不变，因此
Figure FDA0002675200070000023
包含没有受到无线信道干扰的瞬态射频指纹特征。
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