[发明专利]基于差分星座轨迹图的无线设备射频指纹特征提取方法

说明书

本发明公开了一种基于差分星座轨迹图的无线设备射频指纹特征提取方法，包括如下步骤：首先接收端接收无线设备基带的I/Q信号，并以一定的采样率对接收到的无线信号进行采样；然后使用延迟器对采样后的I/Q两路信号进行一定的延迟；再对经过延迟器的信号按照一定的采样点间隔进行差分处理，并将差分处理后的信号绘制在以I路和Q路为坐标轴的坐标空间中，形成星座轨迹图；最后在坐标空间中获得星座轨迹图的统计特征，即得到统计星座轨迹图以及可供提取特征向量的参数。本发明方法通过将接收到的信号变换成差分星座轨迹图再获得其统计特征，可以在不获得设备发射信号先验知识的前提下很好地提取设备的射频指纹特征，适用于物理层安全以及无线接入设备的身份识别及认证中。

技术领域

本发明涉及通信与信息安全领域，特别涉及一种无线目标身份识别及认证等系统中使用的射频指纹特征提取方法。

背景技术

当今，无线设备射频指纹的提取是对无线设备进行身份识别及认证的有效手段之一。有研究表明，针对同一种制式的无线设备，不仅不同厂家的无线设备指纹特征不同，即使是同一厂家相同批次的无线设备，其射频指纹特征还是存在着一定的差异。因此，射频指纹特征可以被认为是每一个无线设备发射机唯一的特征。此外，由于射频指纹是设备本身所具有的物理特征，基于射频指纹的特征提取建立在通信系统的物理层上。在物理层上的射频指纹信息不易受到修改，可以很好的从通信系统的底层保护系统的安全。

现有的射频指纹特征提取方法主要分为两类，一类是基于瞬态响应的射频指纹提取方法，一类是基于稳态响应的射频指纹提取方法。这两类方法都可以获得唯一的射频指纹信息，也是现在普遍使用的方法。

基于瞬态响应的射频指纹特征提取大多是直接在射频端采集设备发射出的信号。因此该射频指纹特征提取方法需要能够工作在射频端采集信号的较为精密的仪器设备。此外，由于采集无线设备的瞬态响应特征需要捕获无线信号在打开和关闭瞬间的信号起伏变化，这样的要求也加大了采集信号时的难度。当接收信号的信噪比不高时，基于信号瞬态响应的采集将会变得非常困难。

基于稳态响应的射频指纹提取方法需要获得设备的先验信息才能够正确的得到载波频率偏移、同步信号相关值、基带I/Q两路信号偏移、解调信号的幅度和相位误差等参数，在实际系统中使用也存在一定的局限性。本发明提出了一种直接将基带I/Q信号进行差分处理后绘制星座轨迹图的射频指纹特征提取方法。使用该方法进行无线设备射频指纹特征提取可以获得较为稳定的统计特征。此外，基于差分星座轨迹图的射频指纹特征提取方法不需要获得设备发送信号的先验信息就可以快速获得无线设备唯一的射频指纹特征，可以被用于物理层安全以及无线接入设备的身份识别及认证。

发明内容

发明目的：本发明提出一种新式的无线设备射频指纹特征获取方法，通过将接收的无线基带I/Q信号使用差分处理后得到差分星座轨迹图，再基于差分星座轨迹图提取统计特征，该方法不需要获得设备发送信号的先验信息，可以在基带快速的获得无线设备的射频指特征。

技术方案：本发明提出了一种基于差分星座轨迹图的无线设备射频指纹特征提取方法，包括了如下的步骤：

步骤1：接收端接收无线设备基带的I/Q信号，并以一定的采样率对接收到的无线信号进行采样。接收端对无线设备基带I/Q信号的采样率应大于奈奎斯特采样定律所需要的最低采样率。在一般的情况下，更高的采样率可以获得更精确的星座轨迹图，因此接收端可以使用一定倍率的过采样去采样信号。接收端在收到过采样的基带信号后可以先对信号进行预处理，预处理主要是对信号的能量进行归一化。

步骤2：接收端对I路和Q路采样后的信号分别控制延迟。接收端可以将I路和Q路采用一样的延迟，也可以对I路和Q路采用不一样的延迟。

步骤3：接收端对经过延迟器的信号按照一定的采样点间隔进行差分处理，具体过程为：将I/Q两路的当前信号值和经过一定延迟后的I/Q两路信号的共轭值进行相乘，得到差分处理后的信号。