一种基于OFDM符号循环前缀的分段式瞬态指纹提取方法技术

本发明专利技术公开了一种基于OFDM符号循环前缀的分段式瞬态指纹提取方法，包括如下步骤：采集物理信号，对信号进行预处理后截取采集信号的第一个OFDM符号的循环前缀(Cyclic Prefix,CP)中的瞬态信号段和相应的符号尾部，对该循环前缀进行相位补偿；将循环前缀和相应的符号尾部各分为两段，每段均含有一种瞬态指纹特征；第一段求取信号从无到有时发射机的开关量，通过计算循环前缀和符号尾部的瞬态强度比来表示这段的开关量；第二段求取瞬态响应，对符号尾部和循环前缀进行滤波提取出该瞬态响应；将两段特征一同作为瞬态信号的射频指纹，通过本发明专利技术可以实现利用信号开始处的首个OFDM符号，根据其循环前缀提取一种瞬态指纹用于发射机的身份识别与验证，从而增强通信安全。全。全。

【技术实现步骤摘要】
一种基于OFDM符号循环前缀的分段式瞬态指纹提取方法


[0001]本专利技术属于物理层身份识别的
，尤其涉及一种基于OFDM符号循环前缀的分段式瞬态指纹提取方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着智能硬件技术的出现，无线通信技术发展迅速。常见的无线网络信号有LTE、WIFI、GSM等，它们与我们的生活和工作息息相关，有的还为与国民经济和民生相关的重要基础设施提供支持，如电网、医疗、交通、智能家居等。未来，大量的敏感数据将通过无线信道传输，若其遭受非法攻击而泄露，将对用户造成直接的财产损失甚至人身伤害。然而，无线网络具有的开放性增加了非法用户访问和大规模恶意攻击的风险，并成为严重阻碍无线网络技术发展和应用的因素之一。因此，无线网络的安全性已成为无线网络应用必须解决的根本问题。
[0003]无线网络主要通过访问身份验证和加密传输来实现安全通信。其中，访问认证用于识别用户和防止非法用户访问，是确保网络安全的第一道也是最重要的一道防线。冒充攻击无线网络攻击中最具威胁性的攻击之一，在此攻击中，攻击者可以复制大多数识别信息(如密码和媒体访问控制(MAC)地址)来欺骗设备。为了弥补现有安全认证方法的不足，科学家基于物理层研究了硬件电路的特性，并将其识别为唯一的身份标识符，即射频指纹(radio frequency fingerprinter,RFF)。正如每个人都有不同的指纹一样，不同的发射器都有不同的射频指纹，这是因为设备生产过程中电路设计和制造容差存在不同——即硬件的差异。这种硬件差异反映在发射的射频信号中，因此可以通过分析接收信号来进行指纹提取，并借助指纹特征来对接收到的信号进行识别和认证，从而有效辨别信号源是否合法。由于从无线通信设备中提取和识别射频指纹的方法在物理层中工作，所以它不仅可以独立工作，还可以支持和增强传统的无线网络识别和认证机制，从而为无线网络提供更高的安全性能，具有深厚的理论意义和巨大的实践价值。
[0004]如今的射频指纹提取工作主要针对瞬态信号段和稳态信号段进行。瞬态信号指的是无线发射机的发射功率从零达到额定功率即开机时的这一部分发射信号，或者是从额定功率到零即关机时的这一部分发射信号。这段信号时间极短,与设备的硬件特征相关，存在发射机的大量细微特征信息,可以从中提取具有唯一性的设备指纹特征，非常适用于设备的身份识别。然而，瞬态射频指纹特征受多径信道变化的影响较大，目前的射频指纹技术没有办法去消除该影响，从而阻碍它的实际应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术正是针对现有技术中解决终端在物理层的身份识别问题，提供一种基于OFDM符号循环前缀的分段式瞬态指纹提取方法，包括如下步骤：采集物理信号，对信号进行预处理后截取采集信号的第一个OFDM符号的循环前缀(Cyclic Prefix,CP)中的瞬态信号段和相应的符号尾部，对该循环前缀进行相位补偿；将循环前缀和相应的符号尾部各分为
两段，每段均含有一种瞬态指纹特征；第一段求取信号从无到有时发射机的开关量，通过计算循环前缀和符号尾部的瞬态强度比来表示这段的开关量；第二段求取瞬态响应，对符号尾部和循环前缀进行滤波提取出该瞬态响应；将两段特征一同作为瞬态信号的射频指纹，增强通信安全。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：一种基于OFDM符号循环前缀的分段式瞬态指纹提取方法，包括以下几个步骤：
[0007]S1，接收信号，并对接收采集到的信号帧进行同步预处理，截取信号开始处第一个OFDM符号；
[0008]S2，取步骤S1获得的第一个OFDM符号的循环前缀CP1和相应的符号尾部CP2，并对该循环前缀CP1进行相位补偿；所述循环前缀是将符号尾部的信号复制到头部构成的，对循环前缀CP1进行相位补偿：
[0009]CP1(i)＝CP1(i)e
‑
j
×
fai(i)
，i＝1,2....l
[0010]其中，fai(i)为CP1和CP2共轭乘的相位；j为虚数单位；l为第一个OFDM符号常规循环前缀的采样点数；
[0011]S3，将循环前缀CP1中瞬态信号存在的信号段d(n)和相应的符号尾部CP2的信号端x(n)，根据瞬态指纹建模过程分别分为两段，得到d1(n)、d2(n)、x1(n)和x2(n)，每段均含有一种瞬态指纹特征；
[0012]S4，分别计算d1(n)的瞬态强度P
d
和x1(n)的瞬态强度P
x
，通过计算循环前缀和符号尾部的瞬态强度比rff1来求取第一段信号从无到有时发射机的开关量；
[0013][0014][0015][0016]S5，通过对符号尾部和循环前缀滤波，提取出第二段的瞬态响应rff2，即通过对x2(n)和d2(n)进行自适应滤波以求取瞬态响应rff2；
[0017]S6，特征整合，将步骤S4和S5的结果联合，一同作为瞬态指纹使用：
[0018]rff＝{rff1,rff2}。
[0019]与现有技术相比：本专利技术的优点在于：
[0020](1)本专利技术将瞬态信号划分为两段，分别使用不同的方法提取瞬态指纹，提高了瞬态指纹的精度，有利于指纹的识别验证；
[0021](2)本专利技术使用每段采集信号的第一个OFDM符号提取瞬态指纹，计算量小，指纹生成速度快。
[0022](3)本专利技术基于采集信号的第一个OFDM符号的循环前缀和相应的符号尾部部分的差异提取指纹，因为这两部分经历了相同的信道，所以有效避免了多径信道对射频指纹的
影响。
附图说明
[0023]图1为本专利技术分段式瞬态指纹提取方法的步骤流程图；
[0024]图2为本专利技术步骤S2中OFDM符号和其循环前缀的结构示意图；
[0025]图3为本专利技术实施例2中应用分段式瞬态指纹提取方法的具体步骤流程图；
[0026]图4为本专利技术实施例2步骤S5中求取瞬态响应的自适应滤波流程示意图；
[0027]图5为本专利技术的瞬态指纹建模图。
具体实施方式
[0028]下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本专利技术，应理解下述具体实施方式仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。
[0029]实施例1
[0030]一种基于OFDM符号循环前缀的分段式瞬态指纹提取方法，如图1所示，包括以下几个步骤：
[0031]S1，接收信号，并对接收采集到的信号帧进行同步预处理，截取信号开始处第一个OFDM符号；
[0032]S2，取步骤S1获得的第一个OFDM符号的循环前缀CP1和相应的符号尾部CP2，并对该循环前缀CP1进行相位补偿；所述循环前缀是将符号尾部的信号复制到头部构成的，对循环前缀CP1进行相位补偿：
[0033]CP1(i)＝CP1(i)e
‑
j
×
fai(i)
，i＝1,2....l
[0034]其中，fai(i)为CP1和CP2共轭乘的相位；j为虚数单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于OFDM符号循环前缀的分段式瞬态指纹提取方法，其特征在于，包括以下几个步骤：S1，接收信号，并对接收采集到的信号帧进行同步预处理，截取信号开始处第一个OFDM符号；S2，取步骤S1获得的第一个OFDM符号的循环前缀CP1和相应的符号尾部CP2，并对该循环前缀CP1进行相位补偿；所述循环前缀是将符号尾部的信号复制到头部构成的，对循环前缀CP1进行相位补偿：CP1(i)＝CP1(i)e
‑
j
×
fai(i)
，i＝1，2....l其中，fai(i)为CP1和CP2共轭乘的相位；j为虚数单位；l为第一个OFDM符号常规循环前缀的采样点数；S3，将循环前缀CP1中瞬态信号存在的信号段d(n)和相应的符号尾部CP2的信号端x(n)，根据瞬态指纹建模过程分别分为两段，得到d1(n)、d2(n)、x1(n)和x2(n)，每段均含有一种瞬态指纹特征；S4，分别计算d1(n)的瞬态强度P
d
和x1(n)的瞬态强度P
x
，通过计算循环前缀和符号尾部的瞬态强度比rff1来求取第一段信号从无到有时发射机的开关量；来求取第一段信号从无到有时发射机的开关量；来求取第一段信号从无到有时发射机的开关量；S5，通过对符号尾部和循环前缀滤波，提取出第二段的瞬态响应rff2，即通过对x2(n)和d2(n)进行自适应滤波以求取瞬态响应rff2；S6，特征整合，将步骤S4和S5的结果联合，一同作为瞬态指纹使用：rff＝{rff1，rff2}。2.如权利要求1所述的一种基于OFDM符...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈盈，胡爱群，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：