[发明专利]一种基于同步子帧的资源格元素图射频指纹形成方法

说明书

本发明公开了一种基于同步子帧的资源格元素图射频指纹形成方法。该方法的主要步骤包括：S1：采集实际环境中无线设备的输出信号，并进行预处理。S2：通过计算信号循环前缀与重复时域信号的差分函数估计载波频偏，并对将信号进行载波频偏去除，实现载波同步。S3：将信号从时域上按单个符号进行划分，去除其中与传输数据有关的物理信号。S4：对每个符号进行半波频移，并对每个符号进行子载波调制元素提取。整合为资源格矩阵。S5：将资源格矩阵渲染为资源格元素图作为同步子帧的射频指纹。本发明提取了时域和频域两个维度的信息，可以极大程度保留接收信号中设备相关特征，且可以快速获取车联网设备射频指纹，可作为车联网的射频指纹提取方法。

技术领域

本发明属于通信与信息安全技术领域，涉及一种基于同步子帧的资源格元素图射频指纹形成方法。

背景技术

如同每个人都有不同的指纹一样,每个射频设备的硬件也会有差异,这种硬件差异被称为“设备指纹”。这种差异会反映在电磁波信号中,通过分析接收到的射频信号可以提取出设备的特征。发射机本振的偏差、同相/正交(Inphase/Quadrature,I/Q)不平衡、滤波器独特的频率响应特征、功放的非线性、天线的耦合差别等都会对发射的信号产生独特的影响。将无线设备发射的信号的中提取到的特征作为其设备身份的唯一标识,从而准确识别不同发射源个体是一种可行可靠的解决方案。

近年来，随着城市拥堵问题的产生而提出的车路互联网系统受到人们的关注。车联网是实现自动驾驶乃至无人驾驶的重要组成部分，也是未来智能交通系统的核心组成部分。在车联网系统中的核心技术是车用无线通信技术(Vehicle to Everything，V2X)，其中C-V2X是基于3G/4G/5G等蜂窝网通信技术演进形成的车用无线通信技术，包含短距离直接通信接口(PC5)和终端与基站之间的通信接口(Uu)。在没有基站覆盖的情况下，C-V2X采用的是基于LTE-V2X协议的PC5接口支持不同设备间进行通信。车联网设备每160ms发送一次同步子帧，其中同步符号与数据无关。本发明将基于同步子帧提出一种用于车联网用户认证的射频指纹形成方法。

发明内容

发明目的：针对车联网在高速移动的环境下，对于身份识别时效性要求较高的特点，本发明提出了一种仅依靠物理层能够快速提取特征的射频指纹方法。该方法基于与数据无关的同步信号，将调制信息幅值特征转换为易识别的颜色特征，快速获得设备射频指纹信息。在现实场景下，本发明提取得到的射频指纹可以进行降维操作得到射频指纹特征，或者用于神经网络训练自动学习射频指纹特征进而指导分类，达到设备识别或设备认证的效果。

技术方案：一种基于同步子帧的资源格元素图射频指纹形成方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：采集实际环境中无线设备的输出信号，并进行预处理。

S2：通过计算信号循环前缀与重复时域信号的差分函数估计载波频偏，并对将信号进行载波频偏去除，实现载波同步。

S3：将信号从时域上按单个符号进行划分，去除其中与传输数据有关的物理信号。

S4：对每个符号进行半波频移，并对每个符号进行子载波调制元素提取。整合为资源格矩阵。

S5：将资源格矩阵渲染为资源格元素图作为同步子帧的射频指纹。

进一步的，步骤S1预处理包括：信号检测、信号截取、能量归一化、时域同步。其中信号检测是通过解调参考信号位置判断子帧类型，并保留同步子帧信号用于后续指纹提取。

进一步的，步骤S3中单个符号中需要将信号中包含数据的PSBCH符号去除，并且需要截取完整的OFDM符号，舍弃符号循环前缀部分。

进一步的，步骤S4的具体步骤为：