[发明专利]一种基于频谱分解的宽带信号射频指纹特征提取方法

说明书

本发明公开了一种基于频谱分解的宽带信号射频指纹特征提取方法，包括如下步骤：确定N个接收信号的频谱分析点；确定进行频谱分解的带宽；基于确定的频谱分析点，设计数字下变频的频率系数，将不同频谱分析点所对应的信号转化为基带信号；根据确定的频谱分解的带宽，设计低通滤波器；将待识别的目标信号片段分别进行设计的频率系数的数字变频，再通过低通滤波器滤出基带信号，从而得到N个基带信号；将得到的N个基带信号进行能量归一化处理；根据得到的信号，获得设备身份识别特征。本发明可以有效解决宽带信号射频指纹特征受无线信道多径效应影响的问题，从而在复杂无线环境下获得宽带无线信号稳定的射频指纹特征。

技术领域

本发明属于信息安全领域，具体涉及一种基于频谱分解的宽带信号射频指纹特征提取方法。

背景技术

在无线通信系统中，信号接收方可以从采样获得的发射设备的信号提取出射频指纹特征，从而实现对发射设备身份的识别。然而，在实际无线环境中，射频指纹特征容易受到无线信道多径效应的干扰。当发射的信号是窄带通信信号时，其射频指纹特征受无线信道多径的影响较小，对射频指纹识别的准确性影响有限。如专利号为ZL201510836715.5的专利文献提出的一种基于差分星座轨迹图的射频指纹特征提取方法，其在针对IEEE802.15.4协议的仅1MHz带宽的Zigbee信号，其差分星座轨迹图受无线信道的影响在近距离传输时几乎可以忽略。然而，当传输的信号是宽带信号时，如IEEE 802.11a/g/n协议的WiFi信号，其信号带宽达到了20MHz。因此，即使在较小的收发范围内，WiFi信号也会受到多径信道频率选择性衰落的影响。在此背景下，基于射频指纹特征的无线目标识别技术的准确性面临严峻的挑战。

发明内容

发明目的：针对宽带无线通信系统中的稳定射频指纹特征提取难题，提供一种基于频谱分解的宽带信号射频指纹特征提取方法，其可以消除宽带无线通信系统的射频指纹特征受多径信道频率选择性衰落的影响，从而获得稳定的射频指纹特征。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种基于频谱分解的宽带信号射频指纹特征提取方法，包括如下步骤：

S1：确定N个接收信号的频谱分析点；

S2：确定进行频谱分解的带宽；

S3：基于步骤S1确定的频谱分析点，设计数字下变频的频率系数，将不同频谱分析点所对应的信号转化为基带信号；

S4：根据步骤S2确定的频谱分解的带宽，设计低通滤波器；

S5：将待识别的目标信号片段分别进行步骤S3中设计的频率系数的数字变频，再通过低通滤波器滤出基带信号，从而得到N个基带信号；

S6：将步骤S5中得到的N个基带信号进行能量归一化处理；

S7：根据经过步骤S6得到的信号，获得设备身份识别特征。

进一步的，所述步骤S1中频谱分析点由OFDM宽带通信系统中导频点所在的子载波的频率所决定。

进一步的，所述步骤S2中频谱分解的带宽大小由OFDM宽带通信系统中的一个或若干个子载波所占的频率带宽所决定。

进一步的，所述步骤S3中频率系数由频谱分析点的频率所决定。

进一步的，所述步骤S4中低通滤波器为有限长单位冲激响应(FIR)滤波器或者无限长冲激响应(IIR)滤波器，有限长单位冲激响应(FIR)滤波器是为了保持线性相位而设计的，无限长冲激响应(IIR)滤波器是为了减少滤波器的系数而设计的。

进一步的，所述步骤S5中进行数字变频和滤波的待识别的目标信号片段，一般为用于同步或者信道估计的具有不随数据变化性质的固定信号片段。

进一步的，所述步骤S6中能量归一化处理具体为：分别计算基带信号的平均能量，再将该基带信号的每一个采样点除以平均能量。