一種窄帶幹擾抑制方法和裝置的製作方法
2023-09-18 00:26:20
專利名稱：一種窄帶幹擾抑制方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明是關於數字通信領域，具體涉及擴頻系統中的一種窄帶幹擾抑制方法。
背景技術：
擴頻通信系統具有一定的抗幹擾能力，但當擴頻系統中擴頻增益較小或者幹擾強度較大時，在擴頻系統接收端採取有效的幹擾檢測與抑制策略是非常必要的。根據處理域的不同，現有的窄帶幹擾(Narrowband Interference, NBI)抑制算法可以分為兩大類時域的估計與去除方法以及變換域的定位和抑制方法。
具體地，時域算法一般利用擴頻信號和NBI在相關性(即可預測性)上的差異對NBI進行估計，並通過時域相減予以去除。該算法的經典實例為自適應濾波器，自適應濾波器採用一定的自適應算法(比如LMS、ACM、DDK等)對幹擾進行預測估計。如申請號CN102263574A的專利申請，「一種通信系統中窄帶幹擾檢測和抑制方法、裝置和接收機，公開了一種使用自適應濾波器在窄帶擴頻通信中幹擾檢測抑制的方法，通過對接收信號進行分組緩存，計算自相關矩陣、功率歸一化等處理抑制多種幹擾，具有複雜度低、魯棒性強的特點」但是由於濾波器的階數以及自適應算法精度的限制，通常時域自適應濾波器對幹擾的抑制不夠徹底，尤其是當幹擾較大時，殘餘的幹擾分量較大。變換域技術則利用兩者在頻譜特徵上的差異(即擴頻信號的功率譜平坦、低密度而NBI的功率譜集中分布、高密度)檢測幹擾的位置與帶寬、採用一定的陷波技術對幹擾進行抑制。最常用的為頻域陷波器，即通過FFT變換到頻域，在頻域通過基於門限比較進行幹擾定位，然後對幹擾所在的頻帶進行置零陷波實現幹擾抑制。如專利號ZL200580047600. 2的專利，擴頻系統中通過加窗處理消除窄帶幹擾的方法和裝置，公開了一種通過對採樣點進行頻譜變換，並對採樣點上在設定時間上進行能量值和門限值而對比較，確定窄帶幹擾的個數以及每個窄帶的寬度和位置，進一步確定對應的頻域調整窗。然而，由於處理時不區分幹擾和擴頻信號，並且FFT過程中窄帶幹擾會發生能量洩露，因此，該算法對擴頻信號的損傷不可避免，並且幹擾越大，對擴頻信號的損傷越大。
發明內容
本發明通過結合兩類算法的優缺點，克服了現有兩類算法的不足，提供了擴頻系統中一種窄帶幹擾的抑制方法。將含有窄帶幹擾的擴頻信號依次進行時域自適應濾波器和頻域陷波器處理，該方法很好地適用於大幹擾的場景，與現有的兩類算法相比，具有更好的抑制性能。為了達到以上目的，本發明的技術方案是一種擴頻系統中的窄帶幹擾抑制方法，其步驟包括I)對接收端的模擬信號進行採樣得到接收信號離散序列，根據自適應算法對該離散序列進行預測得到窄帶幹擾預測信號；2)將所述窄帶幹擾預測信號乘以因子K，得到預測因子信號，並在所述接收信號中減去所述預測因子信號得到第一信號，3)根據快速傅立葉變換將所述第一信號變換到頻域，在頻域上對所述第一信號進行頻域陷波處理，得到頻域陷波處理後的第一信號；4)將所述頻域陷波處理後的第一信號轉化為時域上的第二信號並輸入到擴頻信號的解調器，完成窄帶幹擾抑制。所述步驟2)中的因子K滿足 所述第一信號信幹比分量大於所述步驟I)自適應濾波處理和/或所述步驟3)頻域陷波處理中的設定門限。所述步驟I)中的自適應算法選自LMS、Kalman、ACM、DDK算法之一。所述步驟3)中頻域陷波處理流程是i)通過快速傅立葉變換將所述第一信號變換到頻域，再利用門限比較法檢測該第一信號中窄帶幹擾信號是否存在，若存在，利用能量檢測法檢測窄帶幹擾信號所在位置；ii)將所述窄帶幹擾信號所在的頻帶進行陷波處理，消除仍存在的窄帶幹擾信號。所述快速傅立葉變換前對所述第一信號採用梯形窗、三角窗、升餘弦窗、漢明窗加
窗處理。所述快速傅立葉變換操作選用重疊截斷Overlap-Cut操作處理。一種擴頻系統中的窄帶幹擾抑制裝置，包括自適應濾波器模塊、快速傅立葉變換模塊、窄帶幹擾抑制模塊和快速傅立葉逆變換模塊，其特徵在於，所述自適應濾波器模塊，用於接收端的模擬信號進行採樣得到接收信號離散序列，根據自適應算法對該離散序列進行預測得到窄帶幹擾預測信號；以及得到預測因子信號，並在所述接收信號中減去所述預測因子信號得到第一信號後輸入快速傅立葉變換模塊；所述快速傅立葉變換模塊，根據快速傅立葉變換到將所述第一信號變換到頻域；所述幹擾抑制模塊，在頻域上對所述第一信號進行頻域陷波處理，得到頻域陷波處理的後的第一信號；更進一步，所述快速傅立葉逆變換模塊，用於將所述頻域陷波後的第一信號轉化為時域上的第二信號。更進一步，所述自適應濾波模塊中採用LMS、Kalman、ACM、DDK濾波器。更進一步，所述預測因子信號信幹比分量大於自適應濾波器和/或頻域陷波器中的設定門限；當因子k=0時，所述第一信號等於接收信號；所述裝置中包括頻域陷波器；當因子k=l時，所述第一信號等於所述接收信號減去所述預測因子信號，所述裝置中時域自適應濾波器模塊與頻域陷波器模塊串聯；因子k滿足所述第一信號信幹比分量大於自適應濾波器和/或頻域陷波器中的設定門限。更進一步，在接收端設有一模數轉換器，對接收端的模擬信號進行採樣得到接收信號離散序列。與現有技術相比，本發明的有益效果是本發明提出了一種擴頻系統中的窄帶幹擾抑制方法。該方法結合了現有的時域自適應濾波器和頻域陷波器的優缺點，將含有窄帶幹擾的擴頻信號依次進過時域自適應濾波器和頻域陷波器的進行處理，有效地避免了時域自適應濾波器幹擾抑制不徹底的缺點，同時減輕了頻域陷波器中能量洩露的問題。尤其是在窄帶幹擾強度較大的場景中，該算法與現有算法相比具有更好的性能。
圖I是本發明擴頻系統中的窄帶幹擾抑制方法流程圖；圖2是本發明擴頻系統中的窄帶幹擾抑制方法一實施例中窄帶幹擾抑制方法的處理框圖；圖3是本發明擴頻系統中的窄帶幹擾抑制方法一實施例中與現有算法的性能對比仿真圖。·
具體實施例方式如圖I所示，現對本發明一種擴頻系統中的窄帶幹擾抑制方法進行詳述，其步驟包括I)在接收端，模擬的接收信號經過ADC (模數轉換器)採樣，生成離散序列，表示為r(n), r (n) =s (η)+V (n)+w (η),其中η為離散序列序號，s (η)為擴頻信號，ν(η)為窄帶幹擾信號，w(n)為信道中的高斯白噪聲；2)將接收信號r(n)送入時域自適應濾波器，對窄帶幹擾信號ν (η)做預測，得到預測的窄帶幹擾信號坷〃)；3)將預測的窄帶幹擾珂》)乘以因子k(0彡k彡1)，並從接收信號中減去，得到信號
S1(Xi), s.(n) = r(n) -kv(η)4)將S1 (η)信號輸入頻域陷波器，在頻域對幹擾信號做陷波清除，得到輸出信號s2 (η)，完成窄帶幹擾的抑制過程，並將S2 (η)信號輸入到擴頻信號的解調器。在所述步驟2)中對窄帶幹擾信號ν(η)做預測，時域自適應濾波器可採用常見的各種自適應算法，如LMS、Kalman、ACM、DDK等濾波器。在所述步驟3)中因子k決定算法性能。當k = O時,本發明的方法等價於頻域陷波器，當k = I時，本算法等價於時域自適應濾波器與頻域陷波器的串聯。k的最佳值挑選準則為k的選擇應當保證S1 (η)的信幹比(Signal to Interference Ratio, SIR)分量大於特定門限，該門限取決於使用的自適應濾波器和頻域陷波器的算法和參數。在所述步驟4)中的頻域陷波器為現有的算法流程，即先通過FFI^f S1 (η)變換到頻域，利用門限比較的方法檢測幹擾的有無和位置，然後將幹擾所在的頻帶進行陷波處理，最後通過IFFT變換到時域，完成幹擾抑制。下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細描述以下參考圖2，本發明一實施例中擴頻系統中的窄帶幹擾抑制裝置包括自適應濾波器模塊I，快速傅立葉變換FFT模塊2，窄帶幹擾抑制模塊3，快速傅立葉逆變換IFFT模塊4。該裝置的實現流程為I)自適應濾波器模塊I對接收信號r (η)進行窄帶幹擾的預測，得到幹擾的預測信號交⑷。其中濾波器階數為31階，濾波器的更新係數算法為LMS算法，具體為MΗι = [. a.r(n - i)
r-1e(n) = r(n) - \'{n)a j (n+1) = a j (n) + μ r (n_i) e (n), i=l, 2, . . . , M其中i為濾波器係數序號，M為濾波器階數，a ,為濾波器係數，e(n)為輸出反饋信號，P為係數調整的步進。2)幹擾預測信號Ρ(〃)乘以因子k，並從接收信號r(n)中減去，得到信號S1 (η)，其中k的取值保證S1 (η)的SIR等於-IOdB0
3)快速傅立葉變換模塊FFT模塊2將S1 (η)信號變換到頻域。其中，FFT點數為256點，同時為了減少窄帶幹擾的能量洩露，在FFT之前需要加窗處理，本實例中選用了梯形窗函數，還可採用採用三角窗、升餘弦窗、漢明窗。另外FFT操作選用了 Overlap-Cut的操作處理，用以實現線性卷積的目的。4)幹擾抑制模塊3在頻域通過能量檢測的方法檢測幹擾的位置，然後對幹擾所在的頻點進行置零消除幹擾。5)快速傅立葉逆變換IFFT模塊4將幹擾消除後的頻域信號轉化為時域信號，得到信號s2 (η)，完成窄帶幹擾的抑制過程。圖3給出了本實例中的抑制方法與現有的時域LMS濾波器算法和頻域陷波器算法的性能對比，仿真條件為擴頻系統為WCDMA系統，擴頻因子為4，窄帶幹擾信號為GSM信號，AWGN信號，SNR=-3. 5dB。圖中橫坐標為SIR，縱坐標為誤塊率(BLER)，可以看出本方法給出的抑制方法能夠使得系統的誤塊率更低，性能更佳。以上通過詳細實施例描述了本發明所提供的擴頻系統中一種窄帶幹擾的抑制方法，本領域的技術人員應當理解，在不脫離本發明實質的範圍內，可以對本發明做一定的變形或修改；其製備方法也不限於實施例中所公開的內容。
權利要求
1.一種擴頻系統中的窄帶幹擾抑制方法，其步驟包括 1)對接收端的模擬信號進行採樣得到接收信號離散序列，根據自適應算法對該離散序列進行預測得到窄帶幹擾預測信號； 2)將所述窄帶幹擾預測信號乘以因子K，得到預測因子信號，並在所述接收信號中減去所述預測因子信號得到第一信號， 3)根據快速傅立葉變換將所述第一信號變換到頻域，在頻域上對所述第一信號進行頻域陷波處理，得到頻域陷波處理後的第一信號； 4)將所述頻域陷波處理後的第一信號轉化為時域上的第二信號並輸入到擴頻信號的解調器，完成窄帶幹擾抑制。
2.如權利要求I所述的擴頻系統中的窄帶幹擾抑制方法，其特徵在於，所述步驟2)中的因子K滿足所述第一信號信幹比分量大於所述步驟I)自適應濾波處理和/或所述步驟3)頻域陷波處理中的設定門限。
3.如權利要求I所述的擴頻系統中的窄帶幹擾抑制方法，其特徵在於，所述步驟I)中的自適應算法選自LMS、Kalman、ACM、DDK算法之一。
4.如權利要求I所述的擴頻系統中的窄帶幹擾抑制方法，其特徵在於，所述步驟3)中頻域陷波處理流程是 i )通過快速傅立葉變換將所述第一信號變換到頻域，再利用門限比較法檢測該第一信號中窄帶幹擾信號是否存在，若存在，利用能量檢測法檢測窄帶幹擾信號所在位置； ii)將所述窄帶幹擾信號所在的頻帶進行陷波處理，消除仍存在的窄帶幹擾信號。
5.如權利要求I所述的擴頻系統中的窄帶幹擾抑制方法，其特徵在於，所述快速傅立葉變換前對所述第一信號採用梯形窗、三角窗、升餘弦窗、漢明窗加窗處理。
6.如權利要求I所述的擴頻系統中的窄帶幹擾抑制方法，其特徵在於，所述快速傅立葉變換操作選用重疊截斷Overlap-Cut操作處理。
7.—種擴頻系統中的窄帶幹擾抑制裝置，包括自適應濾波器模塊、快速傅立葉變換模塊、窄帶幹擾抑制模塊和快速傅立葉逆變換模塊，其特徵在於， 所述自適應濾波器模塊，用於接收端的模擬信號進行採樣得到接收信號離散序列，根據自適應算法對該離散序列進行預測得到窄帶幹擾預測信號；以及得到預測因子信號，並在所述接收信號中減去所述預測因子信號得到第一信號後輸入快速傅立葉變換模塊； 所述快速傅立葉變換模塊，根據快速傅立葉變換到將所述第一信號變換到頻域； 所述幹擾抑制模塊，在頻域上對所述第一信號進行頻域陷波處理，得到頻域陷波處理的後的第一信號； 所述快速傅立葉逆變換模塊，用於將所述頻域陷波後的第一信號轉化為時域上的第二信號。
8.如權利要求7所述的擴頻系統中的窄帶幹擾抑制裝置，其特徵在於，所述自適應濾波模塊中採用LMS、Kalman、ACM、DDK濾波器。
9.如權利要求7所述的擴頻系統中的窄帶幹擾抑制裝置，其特徵在於，所述預測因子信號信幹比分量大於自適應濾波器和/或頻域陷波器中的設定門限； 當因子k=0時，所述第一信號等於接收信號；所述裝置中包括頻域陷波器； 當因子k=l時，所述第一信號等於所述接收信號減去所述預測因子信號，所述裝置中時域自適應濾波器模塊與頻域陷波器模塊串聯； 因子k滿足所述第一信號信幹比分量大於自適應濾波器和/或頻域陷波器中的設定門限。
10.如權利要求7所述的擴頻系統中的窄帶幹擾抑制裝置，其特徵在於，在接收端設有一模數轉換器，對接收端的模擬信號進行採樣得到接收信號離散序列。
全文摘要
本發明涉及一種擴頻系統中的窄帶幹擾抑制方法和裝置，其裝置包括自適應濾波器模塊、快速傅立葉變換模塊、窄帶幹擾抑制模塊和快速傅立葉逆變換模塊，方法是1)根據自適應算法對採樣得到的離散序列進行預測得到窄帶幹擾預測信號；2)將所述窄帶幹擾預測信號乘以因子K,得到預測因子信號，並在所述接收信號中減去所述預測因子信號得到第一信號，3)將所述第一信號變換到頻域，在頻域上對所述第一信號進行頻域陷波處理；4)將所述頻域陷波後的第一信號轉化為時域上的第二信號並輸入到擴頻信號的解調器，完成窄帶幹擾抑制。本發明提供的方法有效地避免了時域自適應濾波器幹擾抑制不徹底的缺點，同時減輕了頻域陷波器中能量洩露的問題。
文檔編號H04B1/71GK102904604SQ20121033368
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月10日 優先權日2012年9月10日
發明者趙輝, 葉楠, 張 誠, 趙玉萍, 李鬥, 李紅濱 申請人:北京大學