一種ds/fh混合擴頻通信系統窄帶幹擾檢測處理方法
2023-07-20 09:34:06
專利名稱：一種ds/fh混合擴頻通信系統窄帶幹擾檢測處理方法
技術領域：
本發明屬於無線通信信號處理領域，用於窄帶幹擾抑制技術中對幹擾的檢測與處理。
背景技術：
擴頻通信抗幹擾技術的研究開始於20世紀70年代末期。在過去的30多年中，大量的研究工作一直關注於擴頻系統中有效的窄帶幹擾抑制技術的開發應用，發展至今仍然是眾多學者研究的熱門課題。目前，擴頻通信系統的性能提高主要通過在擴頻的基礎上配合幹擾抑制技術來進一步提高系統的抗幹擾能力，從而達到提升系統性能的目的。
DS (Direct Sequence,直接序列)/FH (Frequency Hopping,跳頻)混合擴頻通信系統結合了直接序列擴頻通信系統和跳頻擴頻通信系統的優點，本身具有很強的抗幹擾能力，其抗幹擾的能力與擴頻增益成正比，在理論情況下，擴頻通信系統所固有的擴頻增益可以提供任何足夠大的抗幹擾能力，但是，實際應用中受帶寬和系統複雜度的限制，在現有條件下，DS/FH混合擴頻通信系統的處理增益和幹擾容限不可能做的很高。同擴頻信號相比，這些幹擾信號通常是傳統通信體制下的窄帶信號，在存在強窄帶幹擾或多窄帶幹擾信號的情況下，單純地用增大系統的擴頻增益的方法來抑制幹擾往往是不夠的。為了進一步提高Ds/ra混合擴頻通信系統抗幹擾的能力，必須採用有效的抗幹擾技術來對抗幹擾，其中之一就是藉助信號處理技術，對接收信號進行處理，從而增加系統的抗幹擾能力。基於DFT (Discrete Fourier Transform,離散傅立葉變換)的窄帶幹擾抑制技術是利用擴頻信號、背景噪聲和窄帶幹擾在變換域的不同表現特徵來去除幹擾信號。其中，變換域處理技術對幹擾譜線的檢測以及相應的處理算法很大程度上決定了系統抗幹擾的性倉泛。門限法是一種常用變換域幹擾檢測處理方法，通過設計幹擾檢測門限，將經DFT變換後的頻域值與門限進行比較，對存在幹擾的頻域值進行置零或裁減。雙門限算法是門限法的一種，先通過CME(Consecutive Mean Excision,連續均值去除)算法確定初始門限，再進一步求出高、低門限，運用簇的思想，把大於低門限的頻域值定義為「簇」，然後把「簇」裡最大的頻域值和高門限比較，來判斷「簇」是幹擾還是噪聲和信號，如果最大的頻域值大於高門限，判定「簇」是幹擾，對其進行置零或裁減，否則，認定是噪聲和信號，不做處理。基於CME的雙門限算法在求初始門限時需要不斷的進行迭代運算，其核心思想是採用遞歸的方法，先計算所有頻域值的均值，乘以門限因子得到門限，認為比門限大的都是幹擾的頻域值，去除幹擾頻域值後，再次計算出剩餘頻域值的均值，再次乘以門限因子得到新門限，直到沒有幹擾的頻域值測出來為止。FCME (Forward Consecutive Mean Excision,向前連續均值去除)算法是CME算法的一種改進，認為只有少數幅度最小的頻域值沒有受到幹擾，以最小頻域值求均值，再乘以門限係數作為初始門限，避免了 CME算法求初始門限需要多次迭代運算，但FCME則需要對頻域值進行由小到大的排序，當數據長度較長時，計算時間複雜度也比較大。
發明內容
本發明提供了一種DS/ra混合擴頻通信系統窄帶幹擾檢測處理方法，不需要像基於CME雙門限算法那樣通過迭代運算求得初始門限，也不需要像基於FCME雙門限算法那樣對頻域值進行排序 ，計算初始門限的時間複雜度遠遠低於CME和FCME算法，從而提高雙門限的計算速度，節約了運算資源，便於硬體實現。本發明基本思路為DS/ra混合擴頻通信系統接收機收到的信號主要包括有用信號、幹擾信號和噪聲(有用信號淹沒在噪聲中)，對接收機收到的信號進行DFT變換後，窄帶幹擾的頻域值佔整個頻域值的比例不大，將所有的頻域值以M個為一段進行分段，分段後，不可能每一段都存在窄帶幹擾，總有頻域值沒有受到幹擾的段存在，求出沒有受到幹擾的那段頻域值的均值作為初始門限，再利用雙門限思想求得高、低門限，對幹擾的頻域值處理後，再通過DFT逆變換還原有用信號。本發明的技術方案是一種DS/ra混合擴頻通信系統窄帶幹擾檢測處理方法，具體步驟如下設DS/FH混合擴頻通信系統接收到的時域信號為X (n)，n = 0，1， ，N-l，N為2
的冪次方。第一步計算頻域信號。對X (n)進行 DFT 變換,得到 X (n)的頻域信號 A (i)，i = 0，1， ，N-1。第二步求初始門限。首先，將頻域信號A (i)平均分成Z段，每段包括M個頻域值，通常M〈〈N且M > 8，M是2的冪次方；然後，得出每段的最大值A' (j)，j = 0，1，...，Z-1 ;記A' (j)中的最小值為Amin，則認為Amin所在段的頻域是沒有受到幹擾的頻域值，求Amin所在段的頻域值的均值作為當前的初始門限。第三步求高、低門限。第(I)步，用當前的初始門限乘以低門限因子Tlw得到低門限TH1ot,將A⑴所有的頻域值與低門限THlw進行比較，認為小於該低門限的頻域值是沒有受到幹擾的頻域值，計算沒有受幹擾的頻域值的均值作為當前的初始門限。通常令T1ot=4。第(2 )步，重複第(I)步，直到A⑴中沒有頻域值小於低門限THlw為止。第(3 )步，用當前的初始門限乘以高門限因子Thigh得到高門限THhigh。通常令Thigh-S。第四步計算幹擾抑制後的信號。檢測A(i)中的簇，即一段段的大於低門限TH1ot的頻域值，將每個簇裡的最大頻域值和高門限THhigh進行比較，如果該簇裡最大頻域值高於高門限，判定簇是幹擾信號，對該簇所有頻域值進行置零處理；如果簇裡最大頻域值不大於高門限，認定該簇不包括幹擾信號。對經過上述處理的頻域信號A(i)進行DFT逆變換得到幹擾抑制後的信號。本發明的效益特點如下本發明在第二步計算初始門限時，避免了迭代和排序運算，只要進行Z段，每段M次的比較，得到Amin,然後在求Amin所在組M個頻域值的均值即可得到初始門限。求得Amin的時間複雜度為O (m-z+z)即0(n+z)。求初始門限時，計算量遠遠小於基於CME和FCME的算法。頻域信號的長度N越大，基於CME和FCME的雙門限算法的計算量就越大，硬體實現時資源消耗就越厲害，速度越慢，本發明的優勢就越容易體現。本發明提供了一種快速雙門限算法，提高了求得雙門限的運算速度，減少運算量，進而減少了資源的消耗，有助於雙門限算法走向實用。
圖I是本發明的原理流程框圖；
圖2是求初始門限原理流程框圖；圖3是CME、FCME雙門限算法和本發明求得的高、低門限值的比較；圖4是仿真實驗二在第一種幹擾情況下的誤碼片率曲線。其中橫坐標為信噪比，縱坐標為誤碼片率。圖5是仿真實驗二在第二種幹擾情況下的誤碼片率曲線。其中橫坐標為信噪比，縱坐標為誤碼片率。
具體實施例方式為了驗證本發明算法的性能，進行了兩組仿真實驗。實驗一 CME、FCME雙門限算法和本發明求得的高低門限值的比較。仿真中DS/H1混合擴頻通信系統調製方式為BPSK調製，擴頻碼長度為512，跳頻帶寬為100M，擴頻帶寬為10. 24M，跳頻頻點為8個，一次處理的時域信號數據長度N為4096。在信噪比為_5dB的情況下，存在遍布整個跳頻帶寬，幹信比在50dB至80dB之間的隨機多音幹擾，以及一個佔整個擴跳頻系統帶寬10%，幹信比為70dB的窄帶高斯噪聲幹擾。本發明分段長度M為16，對三種門限算法所求得高、低門限值進行了比較，共比較了 20組數據，如圖3所示，通過20組數據以及這20組數據的均值和方差的對比，可見三種門限算法求得的高、低門限幾乎是相等的。實驗二 三種雙門限算法對不同幹擾的抑制性能比較。在不同幹擾情況下，通過仿真對三種雙門限算法進行了幹擾抑制性能比較，由於擴頻和跳頻會帶來額外的系統增益，降低誤碼率，為了便於比較，仿真對Ds/ra混合擴頻通信系統的誤碼片率與BPSK調製的誤碼率進行了比較，因為在信噪比相同的情況下，DS/FH混合擴頻通信系統的誤碼片率與BPSK調製的誤碼率是相同的。Ds/ra擴頻通信系統調製方式為BPSK調製，擴頻碼長度為512，跳頻帶寬為100M，擴頻帶寬為10. 24M，跳頻頻點為8個，一次處理的時域信號數據長度N為4096。本發明分段長度M為16。當信噪比為_5dB時，存在遍布整個跳頻帶寬，最大幹信比在50dB至80dB之間的10個隨機多音幹擾時，誤碼片率如圖4所示。當信噪比為_5dB時，存在遍布整個跳頻帶寬，最大幹信比在50dB至80dB之間的10個隨機多音幹擾，以及一個佔跳頻帶寬10%，幹信比為70dB的窄帶高斯噪聲幹擾時，誤碼片率如圖5所示。其中，「一」為不進行幹擾抑制時誤碼片率；
「 — — 」為BPSK調製理論誤碼片率；「 _0_」為採用CME雙門限幹擾抑制算法時誤碼片率；「」為採用FCME雙門限幹擾抑制算法時誤碼片率；
「」為採用本發明幹擾抑制算法時誤碼片率。由以上兩種不同幹擾情況下的仿真可知，三種雙門限算法在對不同形式的窄帶幹擾抑制效果上是一樣的。綜上所述，本發明在計算初始門限時，只要進行256段，每段16次的比較，得到Aniin, —次求Aniin所在組16個頻域值的均值，求得Aniin的時間複雜度為0 (m z+z)即0(4096+256)。基於CME的算法需要不斷對4096個頻域值求和並計算均值，比較排除部分被幹擾的頻域值後，再求和計算均值，再比較排除幹擾，在上述實驗條件下需要8次迭代運算。基於FCME的算法求初始門限，雖然不用迭代，但是需要對頻域值進行排序，簡單排序的時間複雜度0 (40 962)，最壞情況下需要對4096個頻域值進行n (n-l) /2即8386560次位移，算法也比較複雜。因此，通過以上兩組仿真實驗可知，本發明求得的雙門限精確度與CME、FCME雙門限算法求得的雙門限精確度幾乎是相等的，對不同窄帶幹擾的抑制效果也是相同的，但是與CME、FCME雙門限算法比較，本發明算法更簡單，計算量更少，便於硬體實現。
權利要求
1.一種 DS (Direct Sequence,直接序列)/FH (Frequency Hopping,跳頻)混合擴頻通信系統窄帶幹擾檢測處理方法，其特徵在於，包括下述步驟 設DS/H1混合擴頻通信系統接收到的時域信號為X(n)，n = 0，1，…，N-l，N為2的冪次方； 第一步計算頻域信號 對X (n)進行DFT (Discrete Fourier Transform,離散傅立葉變換)變換，得到x (n)的頻域信號 A (i)，i = 0，I, - ,N-I ； 第二步求初始門限 首先，將頻域信號A(i)平均分成Z段，每段包括M個頻域值，M << N且M彡8，M是2的冪次方；然後，得出每段的最大值A' (j)，j=0，l，…，Z-1;記A' (j)中的最小值為Afflin,求Amin所在段的頻域值的均值作為當前的初始門限； 第三步求高、低門限 第(I)步，用當前的初始門限乘以低門限因子T1m得到低門限TH1m，將A⑴所有的頻域值與低門限THlw進行比較，小於該低門限的頻域值是沒有受到幹擾的頻域值，計算沒有受到幹擾的頻域值的均值作為當前的初始門限； 第(2)步，重複第(I)步，直到A(i)中沒有頻域值小於低門限TH1ot為止； 第(3 )步，用當前的初始門限乘以高門限因子Thigh得到高門限THhigh ； 第四步計算幹擾抑制後的信號 檢測A(i)中的簇，將每個簇裡的最大頻域值和高門限THhigh進行比較，如果該簇裡最大頻域值高於高門限，判定簇是幹擾信號，對該簇所有頻域值進行置零處理；如果簇裡最大頻域值不大於高門限，認定該簇不包括幹擾信號； 對經過上述處理的頻域信號A(i)進行DFT逆變換得到幹擾抑制後的信號。
2.根據權利要求I所述的一種DS/FH混合擴頻通信系統窄帶幹擾檢測處理方法，其特徵在於，低門限因子T1ot=4。
3.根據權利要求I或2所述的一種DS/FH混合擴頻通信系統窄帶幹擾檢測處理方法，其特徵在於，高門限因子Thigh=8。
全文摘要
本發明提供了一種DS/FH混合擴頻通信系統窄帶幹擾檢測處理方法。技術方案包括下述步驟第一步計算頻域信號；第二步求初始門限；第三步求高、低門限；第四步計算幹擾抑制後的信號。本發明的技術方案屬於一種快速雙門限算法，而且本發明提高了求雙門限的運算速度，減少了運算量，進而減少了資源的消耗，有助於雙門限算法走向實用。
文檔編號H04B1/71GK102752015SQ201210234469
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月9日 優先權日2012年7月9日
發明者劉東華, 梁光明, 汪偉 申請人:中國人民解放軍國防科學技術大學