CN114826327A - 一种基于双绞线特性的以太网终端设备信号分离方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双绞线特性的以太网终端设备信号分离方法，方法包括：以太网终端设备之间通过双绞线线路进行单工通信，根据双绞线线路两端的信号得到双绞线线路的模拟参数；以太网终端设备之间通过上述双绞线线路进行全双工通信，根据双绞线线路两端的信号以及双绞线线路的模拟参数，基于信号的叠加原理分离出双绞线线路两端以太网终端设备的发送信号。本发明充分考虑了基于双绞线线路的通信双方有线信道特性不变以及信号混合的特点，无需通信方两端发送信号的统计特征，能够直接通过双绞线线路特征有效进行混合信号的快速分离，且不受环境影响，大大提高的信号分离的效率与精度。

Description

一种基于双绞线特性的以太网终端设备信号分离方法

技术领域

本发明属于信号分离技术领域，特别是涉及一种基于双绞线特性的以太网终端设备信号分离方法。

背景技术

以太网(Ethernet)技术自从上个世纪70年代诞生发展到今天，由于其成本低廉、高效，快速占领局域网通信技术部分市场，可以当之无愧的说是众多网络通信技术中最具影响力的局域网技术。伴随着计算机通讯技术的飞速发展，以太网技术的不断革新，新功能的不断发展，以太网的传输速率从10Mbps、100Mbps到1000Mbps甚至10Gbps，底层工作方式从半双工到全双工，以太网已经逐渐成为全球最受欢迎的局域网网络技术，以太网几乎成为了局域网的代名词。

伴随网络的广泛应用，网络在给人们带来日常生活遍历的同时，也产生了如电信诈骗和网络盗窃等非法活动，对人们财产和个人信息造成了极大的威胁，如何在网络接入中保障用户的信息安全成为了具有重大意义的安全课题。目前在传统的有线办公网与有线企业网中使用的交换设备绝大多数都是交换机和路由器，因此可以通过在这些交换设备上实现认证控制以保证网络接入安全。认证技术要求入网用户信息的真实性和准确性，实现认证技术的关键是识别出具有某个唯一性特征的用户。目前使用广泛的认证技术中有基于设备MAC(Media Access Control，介质访问控制)地址认证控制与通过数字证书的接入认证方式。然而，越来越多的研究表明，传统的认证方式存在安全漏洞。若攻击者成功伪造设备MAC地址或偷取设备数字证书就可以使其未认证的设备接入网络，造成极大的安全隐患。通过对攻击者常用攻击方式的研究，不难发现，现有的认证方式均是通过软件层面对设备进行验证，而这样的验证方式是容易伪造的，即攻击者可以通过技术手段伪造MAC地址进行非法接入；而数字证书虽然相对安全，但由于使用过程比较复杂，目前的普及程度也并不高。物理层的指纹提取目前是一种有效的方案，物理指纹是通信设备发射信号所携带的设备指纹，具有唯一性和难以克隆性。基于通信设备内生的“设备指纹”特征，在物理层实现通信系统的接入认证。由于设备指纹具有唯一性，不可复制性以及稳定性，攻击者很难仿冒出相似的设备指纹特征。该技术可以有效抵御伪造及篡改攻击。基于物理指纹的目标身份识别及接入认证可以解决未来大规模物联网中的设备身份识别及认证问题。但是以太网信号模式为全双工模式，以太网两端设备同时将自身的物理指纹发送给对端设备，所以如何分离混合信号，即从混合信号中识别单个设备的物理指纹就成为了关键的问题。

现有技术中，常用的混合信号分离算法有最大后验概率的方法(MAP)、基于稀疏性的表示方法和自适应盲信号分离方法(ICA)。上述解决方案主要是基于两端发送的信号在统计学上的规律，即以统计数值为评价标准，用迭代的方式反复逼近最优解。这种方式导致算法时间复杂高，并且易受环境影响，对测量精度要求较高，在实际使用当中可行性较低。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的问题，本发明公开了一种基于双绞线特性的以太网终端设备信号分离方法，无需通信方两端发送信号的统计特征，可以直接通过双绞线线路特征进行信号分离，大大提高的信号分离的效率与精度。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于双绞线特性的以太网终端设备信号分离方法，包括如下步骤：

S1：以太网终端设备之间通过双绞线线路进行单工通信，根据双绞线线路两端的信号得到双绞线线路的模拟参数；

S2：以太网终端设备之间通过所述步骤S1中的双绞线线路进行全双工通信，根据双绞线线路两端的信号以及双绞线线路的模拟参数，基于信号的叠加原理分离出双绞线线路两端以太网终端设备的发送信号。

优选的，所述双绞线线路包括中间对称接入的一对阻值相同的电阻。

优选的，步骤S1中，以太网终端设备之间进行单工通信，采样得到双绞线线路两端的信号分别为发送信号和接收信号，发送信号和接收信号之间满足表示卷积关系。

优选的，步骤S1包括如下步骤：

S11：以太网终端设备之间进行单工通信，采样得到双绞线线路两端的若干组信号，分别记为发送信号v₁ ^(k)和接收信号v₂ ^(k)，组序号k的取值范围为[1，K]，K为采样的总组数；

S12：对发送信号v₁ ^(k)和接收信号v₂ ^(k)分别进行傅里叶变换得到V₁ ^(k)和V₂ ^(k)，根据V₁ ^(k)和V₂ ^(k)计算双绞线线路的模拟参数h，计算公式如下：

V₂ ^(k)＝H^(k).×V₁ ^(k),k＝1,2,…,K

h＝ifft(H)

其中，H^(k)为第k组信号对应的双绞线线路对通过信号的影响的频域表示，H为双绞线线路的模拟参数的频域表示，ifft(·)表示傅里叶逆变换，.×表示向量中对应元素相乘；

S13：验证双绞线线路的模拟参数h的周期性，包括：

将信号长度l从0至

开始递增枚举，其中，length(h)表示模拟参数h的长度，

表示向下取整；

针对枚举的每一个信号长度l，将模拟参数h根据信号长度l划分成若干段，因此模拟参数h最多可以划分为

段长度为l的子段，设第n个子段S_n中的第m个数据为

其中，n＝1,2,…,N，m＝1,2,…,l；

对每个子段中的数据分别做z-score标准化，得到标准子段，则标准子段中的数据为：

其中，

为第n个标准子段S′_n中的第m个数据，μ为模拟参数h中所有数据的均值，δ为模拟参数h中所有数据的标准差；

对相邻的标准子段作差，即用第n+1个标准子段减去第n个标准子段，最后一共可以得到N-1个差值向量，其中第j个差值向量D_j中的第m个数据为：

求取每个差值向量的标准差：

其中，SD_j为第j个差值向量D_j中所有数据的标准差，μ_j为第j个差值向量D_j中所有数据的均值；

所有差值向量的平均标准差为

比较平均标准差SD和1：

若平均标准差SD小于1，则验证通过，枚举过程结束，对应的信号长度l即为模拟参数h的周期长度L，模拟参数h的每个周期的数据段可近似为

若平均标准差SD大于或等于1，则对应的信号长度l不是模拟参数h的周期长度L，取下一个枚举的信号长度即l+1，重复上述过程；

若0至

中所有枚举的信号长度，其对应计算的平均标准差SD均不满足小于1的条件，则返回步骤S11，重新测量双绞线线路两端的信号，重新测量得到的信号的长度即采样点的数目增加。

优选的，步骤S2包括如下步骤：

S21：以太网终端设备之间进行全双工通信，采样得到双绞线线路两端的信号分别为第一端信号v₁₂和第二端信号v₃₄，信号v₁₂和信号v₃₄的长度等于步骤S1中计算双绞线线路的模拟参数时的信号长度；

S22：计算：

其中，V_c＝fft(v_c)，v_c为双绞线线路第一端以太网终端设备的发送信号；V_g＝fft(v_g)，V_g为双绞线线路第二端以太网终端设备的发送信号；V₁₂＝fft(v₁₂)；V₃₄＝fft(v₃₄)；H＝fft(h)；fft(·)表示傅里叶变换；1表示向量[1,1,…,1]且与H²维度相同，H²＝H.×H，.×表示向量中对应元素相乘，./表示向量间对应元素相除；

S23：则双绞线线路第一端以太网终端设备的发送信号v_c＝ifft(V_c)，双绞线线路第二端以太网终端设备的发送信号v_g＝ifft(V_g)，其中ifft(·)表示傅里叶逆变换。

优选的，步骤S2包括如下步骤：

S21’：以太网终端设备之间进行全双工通信，采样得到双绞线线路两端的信号分别为第一端信号v₁₂和第二端信号v₃₄，信号v₁₂和信号v₃₄的长度大于或等于双绞线线路的模拟参数的周期长度；

S22’：在数据段h_T后补0至长度与信号v₁₂相同得到h′_T，计算：

其中，V_c＝fft(v_c)，v_c为双绞线线路第一端以太网终端设备的发送信号；V_g＝fft(v_g)，V_g为双绞线线路第二端以太网终端设备的发送信号；V₁₂＝fft(v₁₂)；V₃₄＝fft(v₃₄)；H′_T＝fft(h′_T)；fft(·)表示傅里叶变换；1表示向量[1,1,…,1]且与H′_T ²维度相同，H′_T ²＝H′_T.×H′_T，.×表示向量中对应元素相乘，./表示向量间对应元素相除；

S23’：则双绞线线路第一端以太网终端设备的发送信号v_c＝ifft(V_c)，双绞线线路第二端以太网终端设备的发送信号v_g＝ifft(V_g)，其中ifft(·)表示傅里叶逆变换。

优选的，步骤S2包括如下步骤：

S21”：以太网终端设备之间进行全双通信，采样得到双绞线线路两端的信号分别为第一端信号v₁₂和第二端信号v₃₄，信号v₁₂和信号v₃₄的长度大于或等于双绞线线路的模拟参数的周期长度；

S22”：在数据段h_T后补0至长度与模拟参数h相同得到h′_T，在第一端信号v₁₂、第二端信号v₃₄和h′_T前后分别添加冗余得到v’₁₂、v′₃₄和h″_T，计算：

其中，V′_c＝fft(v′_c)，v′_c由双绞线线路第一端以太网终端设备的发送信号v_c添加冗余后得到；V′_g＝fft(v′_g)，v′_g由双绞线线路第二端以太网终端设备的发送信号v_g添加冗余后得到；V′₁₂＝fft(v′₁₂)；V′₃₄＝fft(v′₃₄)；H″_T＝fft(h″_T)；fft(·)表示傅里叶变换；1表示向量[1,1,…,1]且与H″_T ²维度相同；H″_T ²＝H″_T.×H″_T，.×表示向量中对应元素相乘，./表示向量间对应元素相除；

S23”：计算v′_c＝ifft(V′_c)，v′_g＝ifft(V′_g)，其中ifft(·)表示傅里叶逆变换；

S24”：从v′_c中删除前后分别添加的冗余得到双绞线线路第一端以太网终端设备的发送信号v_c，从v′_g中删除前后分别添加的冗余得到双绞线线路第二端以太网终端设备的发送信号v_g。

优选的，步骤S22”中，冗余为0元素组成的向量，冗余的最短长度为模拟参数h的周期长度L。

有益效果：本发明具有如下显著的有益效果：

本发明提出了一种基于双绞线特性的以太网终端设备信号分离方法，包括测量阶段与分离阶段，在测量阶段通过测量双绞线线路两端的信号确定模拟参数；在分离阶段，通过测量双绞线线路两端的混合信号并根据上一阶段计算出的模拟参数来计算分离出双绞线线路两端以太网终端设备的单独的信号。本发明充分考虑了基于双绞线线路的通信双方有线信道特性不变以及信号混合的特点，无需通信方两端发送信号的统计特征，能够直接通过双绞线线路特征有效进行混合信号的快速分离，且不受环境影响，大大提高的信号分离的效率与精度。

附图说明

图1为本发明所述信号分离方法的步骤流程图；

图2为本发明中测量阶段的步骤流程图；

图3为本发明中分离阶段的步骤流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

本发明公开了一种基于双绞线特性的以太网终端设备信号分离方法，用于分离以太网全双工混合信号，包括测量阶段与分离阶段：在测量阶段，首先在双绞线线路中用单个以太网终端设备进行信号发送，记录双绞线线路两端的信号并存储，根据双绞线线路两端的信号特征得到双绞线线路的模拟参数，使得双绞线线路两端的信号可以通过模拟参数进行对应，为分离阶段做准备；在分离阶段，在双绞线线路中两个以太网终端设备分别进行信号发送使得双绞线线路中为混合信号，并记录双绞线线路两端的混合信号，之后根据双绞线线路两端混合信号与双绞线线路的模拟参数，计算出双绞线线路两端的以太网终端设备发送的单独信号的值。

具体的，如图1所示：

步骤S1、测量阶段：两台以太网终端设备之间通过双绞线线路进行单工通信，通过测量双绞线线路两端的信号确定双绞线线路的模拟参数。具体的，如图2所示：

假设A、B为需要通过双绞线线路进行通信认证的两台以太网终端设备，A端设备要与B端设备进行互相通信，B端设备接受A端设备请求并进行通讯。

优选的，所述双绞线线路包括双绞线中间对称接入的一对阻值相同的电阻，可以放大双绞线线路两端信号即发送信号与接收信号之间的信号差，提高模拟参数的精度。电阻阻值优选为5.1Ω。

A端设备与B端设备之间通过双绞线线路进行单工通信，例如A端设备向B端设备发送一段单信号请求报文，在报文发送期间，在双绞线线路两端分别使用示波器进行差分信号测量，测量得到近A端设备的双绞线线路一端信号为v₁，近B端设备的双绞线线路一端信号为v₂。

A端设备向B端设备发送多段单信号请求报文，因此可以在双绞线线路两端同时采样得到多组信号v₁和信号v₂，分别记为v₁ ^(k)和v₂ ^(k)，其中组序号k的取值范围为[1，K]，K为采样的总组数。对比多组信号v₁ ^(k)与信号v₂ ^(k)的波形可以发现，二者波形上的差异主要体现在平移与褶皱上，而卷积关系恰好可以用来描述信号间的平移与褶皱变化，因而信号v₁与信号v₂之间的关系可以近似表示为：

v₂＝h*v₁ (1)

其中，*表示卷积；一维向量h为双绞线线路对通过信号的影响即双绞线线路的线路特征，将双绞线线路视为一个滤波器，h即为滤波器的参数，只与双绞线线路本身有关，即当双绞线线路本身结构不发生变化时，h应当是固定不变的。

对上述公式(1)进行傅里叶变换，时域卷积等于频域相乘，得到：

V₂＝H.×V₁ (2)

其中，V₂对应信号v₂在频域上的表示即V₂＝fft(v₂)，V₁对应信号v₁在频域上的表示即V₁＝fft(v₁)，H对应模拟参数h在频域上的表示即H＝fft(h)，fft(·)表示傅里叶变换，.×表示向量中对应元素相乘。

则因此根据多组信号v₁ ^(k)与信号v₂ ^(k)，以及公式(1)和公式(2)可以得到如下关系：

v₂ ^(k)＝h^(k)*v₁ ^(k),k＝1,2,…,K

V₂ ^(k)＝H^(k).×V₁ ^(k),k＝1,2,…,K

其中，V₂ ^(k)对应信号v₂ ^(k)在频域上的表示即V₂ ^(k)＝fft(v₂ ^(k))，V₁ ^(k)对应信号v₁ ^(k)在频域上的表示即V₁ ^(k)＝fft(v₁ ^(k))，h^(k)为第k组信号计算得到的双绞线线路对通过信号的影响即双绞线线路的线路特征，H^(k)对应h^(k)在频域上的表示即H^(k)＝fft(h^(k))。

针对求得的多组H^(k)，取其平均值得到

则模拟参数h＝ifft(H)，其中ifft(·)表示傅里叶逆变换。

模拟参数h代表当前线路的线路特征，显然线路特征长度是有限的，因此模拟参数h呈现周期性且模拟参数h至少包括2个完整的周期，在每一周期h在一定取值范围之间进行上下波动，类似正弦函数。

当采样得到的信号v₁和信号v₂足够长(通常为1000个采样点以上)时，模拟参数h随采样率的变化会略有差异，差异表现在：采样率越高，模拟参数h的周期越长，因此所需要的信号v₁和信号v₂的长度也越长，即采样点的数目也随之增加。

本发明通过枚举的方式来计算模拟参数h的周期长度L，具体的：

将信号长度l从0至

开始递增枚举，其中，length(h)表示模拟参数h的长度，

表示向下取整；

针对枚举的每一个信号长度l，将模拟参数h根据信号长度l划分成若干段，因此模拟参数h最多可以划分为

段长度为l的子段，设第n个子段S_n中的第m个数据为

其中，n＝1,2,…,N，m＝1,2,…,l；

对每个子段中的数据分别做z-score标准化，得到标准子段，则标准子段中的数据为：

其中，

为第n个标准子段S′_n中的第m个数据，μ为模拟参数h中所有数据的均值，δ为模拟参数h中所有数据的标准差；

对相邻的标准子段作差，即用第n+1个标准子段减去第n个标准子段，最后一共可以得到N-1个差值向量，其中第j个差值向量D_j中的第m个数据为：

求取每个差值向量的标准差：

其中，SD_j为第j个差值向量D_j中所有数据的标准差，μ_j为第j个差值向量D_j中所有数据的均值；

因此，所有差值向量的平均标准差为

比较平均标准差SD和1：

若平均标准差SD小于1，则枚举过程结束，对应的信号长度l即为模拟参数h的周期长度L，模拟参数h的每个周期的数据段可近似为

若平均标准差SD大于或等于1，则对应的信号长度l不是模拟参数h的周期长度L，取下一个枚举的信号长度即l+1，重复上述过程。

若0至

中所有枚举的信号长度，其对应计算的平均标准差SD均不满足小于1的条件，说明模拟参数h不能至少包括2个完整的周期，因此重新测量双绞线线路两端的信号，区别在于测量得到的信号的长度即采样点的数目增加。

步骤S2、分离阶段：两台以太网终端设备之间通过双绞线线路进行全双工通信，此时双绞线线路信道中的信号是混合状态的，通过测量双绞线线路两端的混合信号以及步骤S1中得到的双绞线线路的模拟参数，计算和分离出双绞线线路两端的A端设备和B端设备分别发送的单独信号的值。如图3所示，具体步骤如下：

方案一：

A端设备和B端设备在步骤S1测量阶段的双绞线线路中进行全双工通信，同时采样得到近A端设备的双绞线线路一端信号v₁₂与近B端设备的双绞线线路一端信号v₃₄，信号v₁₂、信号v₃₄的长度与测量阶段中信号v₁、信号v₂的长度相同。

设A端设备发送信号为v_c，B端设备发送信号为v_g，因此A端设备发送信号到达近B端设备的双绞线线路一端时得到的信号为v_c*h，B端设备发送信号到达近A端设备的双绞线线路一端时得到的信号为v_g*h，因此将v₁₂、v₃₄、v_c、v_g和h进行联立，可以得到如下方程：

对上述方程(3)进行傅里叶变换，时域卷积等于频域相乘，得到：

其中，V₁₂对应信号v₁₂在频域上的表示即V₁₂＝fft(v₁₂)，V₃₄对应信号v₃₄在频域上的表示即V₃₄＝fft(v₃₄)，V_c对应发送信号v_c在频域上的表示即V_c＝fft(v_c)，V_g对应发送信号v_g在频域上的表示即V_g＝fft(v_g)，H对应h在频域上的表示即H＝fft(h)。

解上述方程(4)得到：

其中，H²＝H.×H，1表示向量[1,1,…,1]且与H²维度相同，./表示向量间对应元素相除。

对公式(5)中的V_g和V_c进行傅里叶逆变换，即可得到A端设备发送信号v_c＝ifft(V_c)，B端设备发送信号v_g＝ifft(V_g)。

方案二：

A端设备和B端设备在步骤S1测量阶段的双绞线线路中进行全双工通信，同时采样得到近A端设备的双绞线线路一端信号v₁₂与近B端设备的双绞线线路一端信号v₃₄，信号v₁₂、信号v₃₄的长度大于或等于模拟参数h的周期长度L；设A端设备发送信号为v_c，B端设备发送信号为v_g。

由于模拟参数h具有周期的数据段h_T，在数据段h_T后补0至长度与信号v₁₂的长度相同，得到h′_T，即h′_T＝[h_T,0,0,…,0]，补0的个数为length(v₁₂)-L(或者length(v₃₄)-L)，因此方程(3)可以改写为：

用一个周期的数据段h_T扩展得到的h′_T来代替完整的模拟参数h，可以在保证频域计算正确性的基础上，适应更短混合数据的信号分离。

对上述方程(6)进行傅里叶变换，时域卷积等于频域相乘，得到：

其中，V₁₂对应信号v₁₂在频域上的表示即V₁₂＝fft(v₁₂)，V₃₄对应信号v₃₄在频域上的表示即V₃₄＝fft(v₃₄)，V_c对应发送信号v_c在频域上的表示即V_c＝fft(v_c)，V_g对应发送信号v_g在频域上的表示即V_g＝fft(v_g)，H′_T对应h′_T在频域上的表示即H′_T＝fft(h′_T)。

解上述方程(7)得到：

其中，H′_T ²＝H′_T.×H′_T，1表示向量[1,1,…,1]且与H′_T ²维度相同，./表示向量间对应元素相除。

对公式(8)中的V_g和V_c进行傅里叶逆变换，即可得到A端设备发送信号v_c＝ifft(V_c)，B端设备发送信号v_g＝ifft(V_g)。

优选的，方案二中还可以在v₁₂、v₃₄和h′_T前后分别添加冗余z，冗余z的最短长度为模拟参数h的周期长度L。例如在有效数据a(有效数据a为v₁₂或v₃₄或h′_T)前后添加长度为L的冗余z后得到a’(a’为v′₁₂或v′₃₄或h″_T)，即在有效数据a前后分别插入L个0元素，设z为L个0元素组成的向量，则a’的向量形式为[z；a；z]。添加冗余的目的是为了保证傅里叶变换中h可以完全作用于信号v₁₂和v₃₄，不会因为数据长度不够而对信号v₁₂和v₃₄产生干扰。

因此可以将上述方程(6)转换为：

其中，A端设备发送信号v_c前后添加冗余后得到v′_c，B端设备发送信号v_g前后添加冗余后得到v′_g。

因为方程(9)中的卷积关系涉及到数据段的平移，冗余可以避免因数据存储空间不足而引发的结果错误，使得计算结果更准确，且添加冗余后傅里叶变换效果相同，因此对上述方程(9)进行傅里叶变换，时域卷积等于频域相乘，得到：

其中，V^′ ₁₂对应v′₁₂在频域上的表示即V^′ ₁₂＝fft(v′₁₂)，V′₃₄对应v′₃₄在频域上的表示即V′₃₄＝fft(v′₃₄)，V′_c对应v′_c在频域上的表示即V′_c＝fft(v′_c)，V′_g对应v′_g在频域上的表示即V′_g＝fft(v′_g)，H″_T对应h″_T在频域上的表示即H″_T＝fft(h″_T)。

解上述方程(10)得到：

其中，H″_T ²＝H″_T.×H″_T，1表示向量[1,1,…,1]且与H″_T ²维度相同，./表示向量间对应元素相除。

对公式(11)中的V′_g和V′_c进行傅里叶逆变换，即可得到v′_c＝ifft(V′_c)，v′_g＝ifft(V′_g)。

将v′_c和v′_g中前后分别添加的冗余删除，即可得到A端设备发送信号v_c和B端设备发送信号v_g。

本发明所述基于双绞线特性的以太网终端设备信号分离方法，在测量阶段通过测量双绞线线路两端的信号确定模拟参数；在分离阶段，通过测量双绞线线路两端的混合信号并根据上一阶段计算出的模拟参数来计算分离出双绞线线路两端以太网终端设备的单独的信号。本发明充分考虑了基于双绞线线路的通信双方有线信道特性不变以及信号混合的特点，无需通信方两端发送信号的统计特征，能够直接通过双绞线线路特征有效进行混合信号的快速分离，且不受环境影响，大大提高的信号分离的效率与精度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于双绞线特性的以太网终端设备信号分离方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：以太网终端设备之间通过双绞线线路进行单工通信，根据双绞线线路两端的信号得到双绞线线路的模拟参数；

S2：以太网终端设备之间通过所述步骤S1中的双绞线线路进行全双工通信，根据双绞线线路两端的信号以及双绞线线路的模拟参数，基于信号的叠加原理分离出双绞线线路两端以太网终端设备的发送信号。

2.根据权利要求1所述的一种基于双绞线特性的以太网终端设备信号分离方法，其特征在于，所述双绞线线路包括中间对称接入的一对阻值相同的电阻。

3.根据权利要求1所述的一种基于双绞线特性的以太网终端设备信号分离方法，其特征在于，步骤S1中，以太网终端设备之间进行单工通信，采样得到双绞线线路两端的信号分别为发送信号和接收信号，发送信号和接收信号之间满足表示卷积关系。

4.根据权利要求3所述的一种基于双绞线特性的以太网终端设备信号分离方法，其特征在于，步骤S1包括如下步骤：

S11：以太网终端设备之间进行单工通信，采样得到双绞线线路两端的若干组信号，分别记为发送信号v₁ ^(k)和接收信号v₂ ^(k)，组序号k的取值范围为[1，K]，K为采样的总组数；

S12：对发送信号v₁ ^(k)和接收信号v₂ ^(k)分别进行傅里叶变换得到V₁ ^(k)和V₂ ^(k)，根据V₁ ^(k)和V₂ ^(k)计算双绞线线路的模拟参数h，计算公式如下：

V₂ ^(k)＝H^(k).×V₁ ^(k),k＝1,2,…,K

h＝ifft(H)

其中，H^(k)为第k组信号对应的双绞线线路对通过信号的影响的频域表示，H为双绞线线路的模拟参数的频域表示，ifft(·)表示傅里叶逆变换，.×表示向量中对应元素相乘；

S13：验证双绞线线路的模拟参数h的周期性，包括：

将信号长度l从0至

开始递增枚举，其中，length(h)表示模拟参数h的长度，

表示向下取整；

针对枚举的每一个信号长度l，将模拟参数h根据信号长度l划分成若干段，因此模拟参数h最多可以划分为

段长度为l的子段，设第n个子段S_n中的第m个数据为

其中，n＝1,2,…,N，m＝1,2,…,l；

对每个子段中的数据分别做z-score标准化，得到标准子段，则标准子段中的数据为：

其中，

为第n个标准子段S′_n中的第m个数据，μ为模拟参数h中所有数据的均值，δ为模拟参数h中所有数据的标准差；

对相邻的标准子段作差，即用第n+1个标准子段减去第n个标准子段，最后一共可以得到N-1个差值向量，其中第j个差值向量D_j中的第m个数据为：

求取每个差值向量的标准差：

其中，SD_j为第j个差值向量D_j中所有数据的标准差，μ_j为第j个差值向量D_j中所有数据的均值；

所有差值向量的平均标准差为

比较平均标准差SD和1：

若平均标准差SD小于1，则验证通过，枚举过程结束，对应的信号长度l即为模拟参数h的周期长度L，模拟参数h的每个周期的数据段可近似为

若平均标准差SD大于或等于1，则对应的信号长度l不是模拟参数h的周期长度L，取下一个枚举的信号长度即l+1，重复上述过程；

若0至

中所有枚举的信号长度，其对应计算的平均标准差SD均不满足小于1的条件，则返回步骤S11，重新测量双绞线线路两端的信号，重新测量得到的信号的长度即采样点的数目增加。

5.根据权利要求4所述的一种基于双绞线特性的以太网终端设备信号分离方法，其特征在于，步骤S2包括如下步骤：

S21：以太网终端设备之间进行全双工通信，采样得到双绞线线路两端的信号分别为第一端信号v₁₂和第二端信号v₃₄，信号v₁₂和信号v₃₄的长度等于步骤S1中计算双绞线线路的模拟参数时的信号长度；

S22：计算：

其中，V_c＝fft(v_c)，v_c为双绞线线路第一端以太网终端设备的发送信号；V_g＝fft(v_g)，V_g为双绞线线路第二端以太网终端设备的发送信号；V₁₂＝fft(v₁₂)；V₃₄＝fft(v₃₄)；H＝fft(h)；fft(·)表示傅里叶变换；1表示向量[1,1,…,1]且与H²维度相同，H²＝H.×H，.×表示向量中对应元素相乘，./表示向量间对应元素相除；

S23：则双绞线线路第一端以太网终端设备的发送信号v_c＝ifft(V_c)，双绞线线路第二端以太网终端设备的发送信号v_g＝ifft(V_g)，其中ifft(·)表示傅里叶逆变换。

6.根据权利要求4所述的一种基于双绞线特性的以太网终端设备信号分离方法，其特征在于，步骤S2包括如下步骤：

S21’：以太网终端设备之间进行全双工通信，采样得到双绞线线路两端的信号分别为第一端信号v₁₂和第二端信号v₃₄，信号v₁₂和信号v₃₄的长度大于或等于双绞线线路的模拟参数的周期长度；

S22’：在数据段h_T后补0至长度与信号v₁₂相同得到h′_T，计算：

其中，V_c＝fft(v_c)，v_c为双绞线线路第一端以太网终端设备的发送信号；V_g＝fft(v_g)，V_g为双绞线线路第二端以太网终端设备的发送信号；V₁₂＝fft(v₁₂)；V₃₄＝fft(v₃₄)；H′_T＝fft(h′_T)；fft(·)表示傅里叶变换；1表示向量[1,1,…,1]且与H′_T ²维度相同，H′_T ²＝H′_T.×H′_T，.×表示向量中对应元素相乘，./表示向量间对应元素相除；

S23’：则双绞线线路第一端以太网终端设备的发送信号v_c＝ifft(V_c)，双绞线线路第二端以太网终端设备的发送信号v_g＝ifft(V_g)，其中ifft(·)表示傅里叶逆变换。

7.根据权利要求4所述的一种基于双绞线特性的以太网终端设备信号分离方法，其特征在于，步骤S2包括如下步骤：

S21”：以太网终端设备之间进行全双通信，采样得到双绞线线路两端的信号分别为第一端信号v₁₂和第二端信号v₃₄，信号v₁₂和信号v₃₄的长度大于或等于双绞线线路的模拟参数的周期长度；

S22”：在数据段h_T后补0至长度与模拟参数h相同得到h′_T，在第一端信号v₁₂、第二端信号v₃₄和h′_T前后分别添加冗余得到v’₁₂、v′₃₄和h″_T，计算：

其中，V′_c＝fft(v′_c)，v′_c由双绞线线路第一端以太网终端设备的发送信号v_c添加冗余后得到；V′_g＝fft(v′_g)，v′_g由双绞线线路第二端以太网终端设备的发送信号v_g添加冗余后得到；V′₁₂＝fft(v′₁₂)；V′₃₄＝fft(v′₃₄)；H″_T＝fft(h″_T)；fft(·)表示傅里叶变换；1表示向量[1,1,…,1]且与H″_T ²维度相同；H″_T ²＝H″_T.×H″_T，.×表示向量中对应元素相乘，./表示向量间对应元素相除；

S23”：计算v′_c＝ifft(V′_c)，v′_g＝ifft(V′_g)，其中ifft(·)表示傅里叶逆变换；

S24”：从v′_c中删除前后分别添加的冗余得到双绞线线路第一端以太网终端设备的发送信号v_c，从v′_g中删除前后分别添加的冗余得到双绞线线路第二端以太网终端设备的发送信号v_g。

8.根据权利要求7所述的一种基于双绞线特性的以太网终端设备信号分离方法，其特征在于，步骤S22”中，冗余为0元素组成的向量，冗余的最短长度为模拟参数h的周期长度L。

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