複雜幹擾下基於分數傅立葉變換和模糊變換的變換域通信系統基函數的優化設計方法

2023-07-21 10:08:36 1

專利名稱：複雜幹擾下基於分數傅立葉變換和模糊變換的變換域通信系統基函數的優化設計方法
複雜^下基於分數傅立葉突塊和 變換的變換域通信系統基函數的優化設計方法
技術領城
本發明屬f無線通信技術領域，特別涉及變換域通信系統(TDCS)中基函數(BF)優化設計的方法。
TDCS是近年來提出的一種新艱抗幹擾、抗截獲體制，通過聯合發射、接收設計信號波形、從信號構成 中徹底消除幹擾頻譜的方式實現抗千擾。TDCS具有良奵的抗幹擾、抗截獲性能。TDCS系統中發射信號的 波形設計娃決定系統性能的關鍵，苴接影響到系統的抗幹擾、抗截獲性能。發射信號的波形由系統基凼數 決定，對系統基凼數的研究是TDCS關鍵技術之一。

發明內容
本發明提出了在平穩、非平穩複雜環境幹擾下的TDCS基函數優化設計方法，採用本方法可使設計的基 函數獲得最佳的幹擾副除、最優的工.作帶寬，從而使基凼數具有最佳抗環境幹擾的能力。
本發明的創新之處在於提出基T隨機模糊變換+傅立I^換(RAT+FRFT〉的環境幹擾逐次估計方法, 實現了變換域通信系統環境幹擾的準確估計；提出基於環境幹擾參數的準確估計，產生與各幹擾分呈相正 交的子基函數、通過子基函數級聯產生系統基Efi數的方法，剔除基凼數中的幹擾譜提出基函數帶寬優化 與幹擾剮除優化的方法，使生成的基凼數帶寬與幹擾別除最住。採用該方法生成的基函數使變換域通信系 統具有良好的抗幹擾性能及環境適應性。
本發明由產生與各幹擾分紫相正交的子基函數、通過子基函數級聯產生系統基函數的方法及基函數帶 寬優化與千擾剔除優化方法兩部分組成。本發明在TDCS系統結構的基礎上，提出基於RAT+FRFT的環境幹擾逐次估計方法，產生與各線性調頻 類幹擾正交的子基函數；再對剔除線性調頻類幹擾後的環境譜進行剰餘干擾剔除優化最後將各子基函數級聯，得到系統基函數。
1、 系統結構
TDCS系統結構如圖1所示。若發射機與接收機工作環境一致、同步工作時，同時完成對環境幹擾的估 計，得到相同的環境譜估計Jfl(O,採用相同的BF生成方法，得到相同的BF。 6(/)和^是BF的時域表 示，互為共軛。5(")和J5'(M)是BF的頻域表示，a為共軛。rf(O是發射數據。s(f)是BF'兩制數據後的發射信號。/"(0是接收信號，J(O是接收數據估值，由K,)與本地基函數^相關輸出產生。在所產生的 基函數6")中，不包括環境幹擾譜成分，即環境幹擾與發送信號lL交，環境幹擾對信號的傳輸不產生影響。
2、 基函數的產生
BF決定發射信號波形及系統抗幹擾性能，對系統A有十分巫耍的作WJ。環境估計與BF幅值生成原理 如圖2所示。在得到的環境謙估計&4(M)中，與門限々比較得到醜oo的幅值^")，超過々時置0，低於々時 ai,得到頻譖與幹擾請正交的基函數醜oo:5("W(")e'w") (1)"是變換域，可以是頻域、分數域、小波域等，相位Wio由隨機相位映im產生，使產生的5(")時域表示&(0具有噪聲相似性，以提高TDCS的抗截獲能力與通倌的可靠性。在理想情況下，環境幹擾均是可準確估計、並且是可以完全從BF中剔除的，R此，TDCS具有良好的 抗幹擾性。但實際上，環境幹擾具有多樣性，幹擾信號的性質、大小具有不確定性，所以，耍完全副除環 境幹擾譜是不可能的，要使TDCS系統性能最佳，必須儘可能剔除BF中的幹擾成分，同時使BF具有對非 剔除幹擾的最佳抵抗能力。3、 最優基函數設計要求為使系統性能最優，誤碼率應盡紫低，基函數應滿足以下條件 (1)未剔除幹擾應越小且越少越好； (2〉醜(")的頻譜^^應越寬越好。4、 基B數生成中的幹擾逐次鵬除與帶寬優化根據3可知，BF的設計應使得所包含的環境幹擾譜最少、同時要求所含非零帶寬最寬。因此，本發明 從兩方面考慮朋的優化設計，即幹擾的徹底剔除與BF非零帶寬的最大化。 (1) 幹擾剔除與基函數生成本發明主要考慮以下兒種幹擾單音、單線性調頻、多線性調頻等典繼的平穩與非平穩幹擾。本發明採用RAT+FRFT變換，對環境採樣ja(/)進行迭代幹擾估計、消除，並可避免強幹擾對弱幹擾 的屏蔽影響。本發明中對環境幹擾估計、各幹擾對應子基函數的產生及系統基函數的生成方法如圖3所示 由圖3可見，環境採樣wi(O經RAT變換，得到線性調頻類非平穩幹擾J,的變換角度a.,(i')及幅值4(f),為避免強幹擾對弱幹擾的屏蔽影響，按照^(0由大到小，以A(i')為變換角對M(O逐次進行FRFT 變換，得到S4(lO及幹擾J,在"域的相應位置"(0:根據得到的估計結果，在僅考慮,剔除的前提下， 按照"2、基函數的產生"的要求，生成與^相應的子基函數A(")，並按下面將介紹的BF帶寬優化的方 法進行優化。醜,00經IFRFT變換後，得到相應的時域表示^(0:經幹擾消除，S4(")中消除J,，再經 IFRFT變換，得到幼'(O ,更新變換角度a = a.,(!'+1)，對Sfl'(O重新進行FRFT,以完成的參 數估計；依此方法，按照幹擾由強到弱的次序，逐次得到各幹擾的參數並生成相應的時域子基函數6,布^ 6,(0級聯後得到系統的時域基函數&《)即系統基函數為各《對應的子基函數的巻積。由丁-6"0與乂正交，從而保證了6(f)丄jJ, (f-l，…，A^) 的正交性.在發送端以6(0為數據調製波形，在接收端採用其共軛形式^為本地相關函數。
(2) 幹擾剔除優化與基函數帶寬優化在由估計參數生成相應的子BF過程中，可實現幹擾剔除優化及子BF帶寬優化，本發明採用的方法如 下。設定門限，即可確定被副除的幹擾與相應的於BF,並可根據以下方法，進一步剔除幹擾，反覆迭代調 整，即可得到幹擾最佳剔除與子BF最佳帶寬。在平均噪聲功率密度和幹擾峰值功率之間設置初始門限4.,以A^,為步長，降低門限，^.的選取無特殊要求，其大小與門限調整的次數和精度有關。新門限乂7.=4.-^.,如圖4所示，並按以下條件 決定門限的調整是否結束。降低判決門限前，噪盧+幹擾的功率譜密度^為W -(^。5",,, = W。 +(■/ + A)/5肌 (2)其中醜ap,是門瞎降低前的子BF帶寬，</,,是未副除幹擾，成除^以外的^效幹擾，W。是噪聲功率密度。 降低判決門限後，噪聲+幹擾的功率譜密度^2為『2 =( 5W,2 +</11)/5W2 = W0 +</B/5w,2 (3) 即門限降低後，4與 ^2 (4)即門限降低後的噪聲+幹擾的功率譜密度必須小丁門限降低前的噪盧+幹擾的功率譜密度，也即必須滿足4/碼(0> ,.2 (5)因此，要求被剔除幹擾的功率譜密度必須大於剔除後剰餘干擾在子基函數帶內的等效功率譜密度，才能達 到通過調整門限提高系統性能的目的.若條件(5)滿足，則門限調整有效，再進一步降低門限，進行新的迭代調整，直至條件不滿足時為 止，從而得到相應於該被剔除幹擾的最佳幹擾剔除及最佳帶寬的子基函數。 通過該方法，可以逐一優化各幹擾剔除及相應的子基函數帶寬。對完成幹擾逐一剔除後的環境採樣Jfl'(f),可按類似方法進行進一步優化，剔除非chirp類幹擾。如 將Jfl'(O進行適當角度的冊打變換，得到如圖5所示的譜估計人是信號傳輸時的幹擾或除,以外的等效殘餘幹擾，是幹擾門限由4.降為4.時可能消除的幹 擾，帶寬為A(,.):門限降低前後對應的帶寬分別為5w,p 5 ,2。以相同的原理可得，滿足以下條件，則可降低門限，剔除幹擾^: (,)>"/"M ,2 (6)再按步長A^進一步降低門限，進行新的迭代調整，直至條件不滿足時為.l卜.，得到幹擾副除最佳與
帶寬雖優，生成相應的子基函數^(w)。將剰餘干擾副除後的子基函數與各幹擾分呆剔除時對應的子基—函 數級連，得到系統基函數
6s(f) = 6( 6，(, " 、(,(f)
本發明的優點
(1) 採用RAT+冊FT可實現線性調頻類幹擾的快速、準確的估計、剔除
(2) 可實現非線性類調頻幹擾的最佳剔除、使基函數頻帶最佳化
(3) 通過子基函數級聯、可得到最佳系統基函數。


圖1 TDCS系統結構
幽2環境譜估計與基函數幅值的確定
圖3系統基函數生成方法
圖4幹擾逐一副除時子基函數帶寬優化
圖5 Chirp幹擾逐一剔除後的殘餘幹擾剔除優化。
權利要求
1. top= "165" left = "145" top= "195" left = "93" top= "217" left = "85"/>第八步幹擾分量剔除。將第二步產生的FRFT變換與第三步產生的門限值比較，超過門限值的分量被設定為0，其它的分量不變，得到幹擾分量剔除後的環境幹擾估計SA′(u)
2 、根據權利要求1所述的一種基於模糊變換+分數傅立葉變換(RAT+FRFT)的變換域通信系統基函 數的優化設計方法，其特徵在f,採用RAT+FRFT估計環境千擾參數。
3 、根據權利要求1所述的一種基亍分數傅立葉變換(FRFT)的變換域通信系統基函數的優化設計方法, 其特徵在於-,採用帶寬優化方法得到幹擾分量剔除門限，並得到砂J除幹擾分量後的子基函數。
4 、根據權利要求1所述的一種基:P分數傅立葉變換(FRFT)的變換域通信系統基函數的優化設計方法, 其特徵在f,採用剩餘幹擾剔除方法得到剰餘干擾剔除後的子基Bfi數。
5 、根據權利要求1所述的一種基T-分數傅立葉變換(FRFT)的變換域通信系統基函數的優化設計方法, 其特徵在於，通過子基函數級連得到系統基函數，收發兩端基凼數互為共軛.
全文摘要
一種基於模糊變換+分數傅立葉變換(RAT+FRFT)的變換域通信系統基函數的優化設計方法，屬於無線通信技術領域，涉及認知無線技術中的信號設計技術。本方法達到以下目的1.採用基於RAT+FRFT的環境幹擾逐次估計方法，實現環境幹擾的準確估計；2.採用基於環境幹擾參數的準確估計，產生與各幹擾分量相正交的子基函數、通過子基函數級聯產生系統基函數的方法，剔除基函數中的幹擾譜；3.採用基函數帶寬優化與幹擾剔除優化的方法，使生成的基函數帶寬與幹擾剔除最佳。採用該方法生成的基函數使變換域通信系統具有良好的抗幹擾性能及環境適應性。
文檔編號H04B17/00GK101212259SQ20061002272
公開日2008年7月2日 申請日期2006年12月31日 優先權日2006年12月31日
發明者張忠培, 王傳丹 申請人:電子科技大學