專利名稱：一種ds/fh混合擴頻通信系統(tǒng)窄帶干擾檢測處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線通信信號處理領(lǐng)域，用于窄帶干擾抑制技術(shù)中對干擾的檢測與處理。
背景技術(shù)：
擴頻通信抗干擾技術(shù)的研究開始于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(guān)注于擴頻系統(tǒng)中有效的窄帶干擾抑制技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，發(fā)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(tǒng)的性能提高主要通過在擴頻的基礎(chǔ)上配合干擾抑制技術(shù)來進一步提高系統(tǒng)的抗干擾能力，從而達到提升系統(tǒng)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(tǒng)結(jié)合了直接序列擴頻通信系統(tǒng)和跳頻擴頻通信系統(tǒng)的優(yōu)點，本身具有很強的抗干擾能力，其抗干擾的能力與擴頻增益成正比，在理論情況下，擴頻通信系統(tǒng)所固有的擴頻增益可以提供任何足夠大的抗干擾能力，但是，實際應(yīng)用中受帶寬和系統(tǒng)復(fù)雜度的限制，在現(xiàn)有條件下，DS/FH混合擴頻通信系統(tǒng)的處理增益和干擾容限不可能做的很高。同擴頻信號相比，這些干擾信號通常是傳統(tǒng)通信體制下的窄帶信號，在存在強窄帶干擾或多窄帶干擾信號的情況下，單純地用增大系統(tǒng)的擴頻增益的方法來抑制干擾往往是不夠的。為了進一步提高Ds/ra混合擴頻通信系統(tǒng)抗干擾的能力，必須采用有效的抗干擾技術(shù)來對抗干擾，其中之一就是借助信號處理技術(shù)，對接收信號進行處理，從而增加系統(tǒng)的抗干擾能力?；贒FT (Discrete Fourier Transform,離散傅里葉變換)的窄帶干擾抑制技術(shù)是利用擴頻信號、背景噪聲和窄帶干擾在變換域的不同表現(xiàn)特征來去除干擾信號。其中，變換域處理技術(shù)對干擾譜線的檢測以及相應(yīng)的處理算法很大程度上決定了系統(tǒng)抗干擾的性倉泛。門限法是一種常用變換域干擾檢測處理方法，通過設(shè)計干擾檢測門限，將經(jīng)DFT變換后的頻域值與門限進行比較，對存在干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(xù)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，把大于低門限的頻域值定義為“簇”，然后把“簇”里最大的頻域值和高門限比較，來判斷“簇”是干擾還是噪聲和信號，如果最大的頻域值大于高門限，判定“簇”是干擾，對其進行置零或裁減，否則，認定是噪聲和信號，不做處理。基于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，其核心思想是采用遞歸的方法，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干擾的頻域值，去除干擾頻域值后，再次計算出剩余頻域值的均值，再次乘以門限因子得到新門限，直到?jīng)]有干擾的頻域值測出來為止。FCME (Forward Consecutive Mean Excision,向前連續(xù)均值去除)算法是CME算法的一種改進，認為只有少數(shù)幅度最小的頻域值沒有受到干擾，以最小頻域值求均值，再乘以門限系數(shù)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(shù)據(jù)長度較長時，計算時間復(fù)雜度也比較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種DS/ra混合擴頻通信系統(tǒng)窄帶干擾檢測處理方法，不需要像基于CME雙門限算法那樣通過迭代運算求得初始門限，也不需要像基于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復(fù)雜度遠遠低于CME和FCME算法，從而提高雙門限的計算速度，節(jié)約了運算資源，便于硬件實現(xiàn)。本發(fā)明基本思路為DS/ra混合擴頻通信系統(tǒng)接收機收到的信號主要包括有用信號、干擾信號和噪聲(有用信號淹沒在噪聲中)，對接收機收到的信號進行DFT變換后，窄帶干擾的頻域值占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，分段后，不可能每一段都存在窄帶干擾，總有頻域值沒有受到干擾的段存在，求出沒有受到干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，對干擾的頻域值處理后，再通過DFT逆變換還原有用信號。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種DS/ra混合擴頻通信系統(tǒng)窄帶干擾檢測處理方法，具體步驟如下設(shè)DS/FH混合擴頻通信系統(tǒng)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；然后，得出每段的最大值A(chǔ)' (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干擾的頻域值，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，認為小于該低門限的頻域值是沒有受到干擾的頻域值，計算沒有受干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，重復(fù)第(I)步，直到A⑴中沒有頻域值小于低門限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。第四步計算干擾抑制后的信號。檢測A(i)中的簇，即一段段的大于低門限TH1ot的頻域值，將每個簇里的最大頻域值和高門限THhigh進行比較，如果該簇里最大頻域值高于高門限，判定簇是干擾信號，對該簇所有頻域值進行置零處理；如果簇里最大頻域值不大于高門限，認定該簇不包括干擾信號。對經(jīng)過上述處理的頻域信號A(i)進行DFT逆變換得到干擾抑制后的信號。本發(fā)明的效益特點如下本發(fā)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,然后在求Amin所在組M個頻域值的均值即可得到初始門限。求得Amin的時間復(fù)雜度為O (m-z+z)即0(n+z)。求初始門限時，計算量遠遠小于基于CME和FCME的算法。頻域信號的長度N越大，基于CME和FCME的雙門限算法的計算量就越大，硬件實現(xiàn)時資源消耗就越厲害，速度越慢，本發(fā)明的優(yōu)勢就越容易體現(xiàn)。本發(fā)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，有助于雙門限算法走向?qū)嵱谩?br>

圖I是本發(fā)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(fā)明求得的高、低門限值的比較；圖4是仿真實驗二在第一種干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干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(fā)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(fā)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(tǒng)調(diào)制方式為BPSK調(diào)制，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(shù)據(jù)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，干信比在50dB至80dB之間的隨機多音干擾，以及一個占整個擴跳頻系統(tǒng)帶寬10%，干信比為70dB的窄帶高斯噪聲干擾。本發(fā)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(shù)據(jù)，如圖3所示，通過20組數(shù)據(jù)以及這20組數(shù)據(jù)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干擾的抑制性能比較。在不同干擾情況下，通過仿真對三種雙門限算法進行了干擾抑制性能比較，由于擴頻和跳頻會帶來額外的系統(tǒng)增益，降低誤碼率，為了便于比較，仿真對Ds/ra混合擴頻通信系統(tǒng)的誤碼片率與BPSK調(diào)制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(tǒng)的誤碼片率與BPSK調(diào)制的誤碼率是相同的。Ds/ra擴頻通信系統(tǒng)調(diào)制方式為BPSK調(diào)制，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(shù)據(jù)長度N為4096。本發(fā)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，最大干信比在50dB至80dB之間的10個隨機多音干擾時，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，最大干信比在50dB至80dB之間的10個隨機多音干擾，以及一個占跳頻帶寬10%，干信比為70dB的窄帶高斯噪聲干擾時，誤碼片率如圖5所示。其中，“一”為不進行干擾抑制時誤碼片率；
“ — — ”為BPSK調(diào)制理論誤碼片率；“ _0_”為采用CME雙門限干擾抑制算法時誤碼片率；“”為采用FCME雙門限干擾抑制算法時誤碼片率；
“”為采用本發(fā)明干擾抑制算法時誤碼片率。由以上兩種不同干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干擾抑制效果上是一樣的。綜上所述，本發(fā)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的時間復(fù)雜度為0 (m z+z)即0(4096+256)?；贑ME的算法需要不斷對4096個頻域值求和并計算均值，比較排除部分被干擾的頻域值后，再求和計算均值，再比較排除干擾，在上述實驗條件下需要8次迭代運算?；贔CME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，簡單排序的時間復(fù)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，算法也比較復(fù)雜。因此，通過以上兩組仿真實驗可知，本發(fā)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，對不同窄帶干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(fā)明算法更簡單，計算量更少，便于硬件實現(xiàn)。
權(quán)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(tǒng)窄帶干擾檢測處理方法，其特征在于，包括下述步驟 設(shè)DS/H1混合擴頻通信系統(tǒng)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,離散傅里葉變換)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；然后，得出每段的最大值A(chǔ)' (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，小于該低門限的頻域值是沒有受到干擾的頻域值，計算沒有受到干擾的頻域值的均值作為當前的初始門限； 第(2)步，重復(fù)第(I)步，直到A(i)中沒有頻域值小于低門限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 ； 第四步計算干擾抑制后的信號 檢測A(i)中的簇，將每個簇里的最大頻域值和高門限THhigh進行比較，如果該簇里最大頻域值高于高門限，判定簇是干擾信號，對該簇所有頻域值進行置零處理；如果簇里最大頻域值不大于高門限，認定該簇不包括干擾信號； 對經(jīng)過上述處理的頻域信號A(i)進行DFT逆變換得到干擾抑制后的信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種DS/FH混合擴頻通信系統(tǒng)窄帶干擾檢測處理方法，其特征在于，低門限因子T1ot=4。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種DS/FH混合擴頻通信系統(tǒng)窄帶干擾檢測處理方法，其特征在于，高門限因子Thigh=8。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種DS/FH混合擴頻通信系統(tǒng)窄帶干擾檢測處理方法。技術(shù)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；第四步計算干擾抑制后的信號。本發(fā)明的技術(shù)方案屬于一種快速雙門限算法，而且本發(fā)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，有助于雙門限算法走向?qū)嵱谩?br> 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(yōu)先權(quán)日2012年7月9日
發(fā)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(shù)大學