CN100563230C - 一种干扰检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用OFDM技术的系统中干扰检测的方法，包括：发射机构造对称的导频信号；发射机将对称的导频信号发给接收机；接收机通过接收的导频信号进行干扰检测。这个思想利用了通常被设计用来作为信道估计的导频信号，这样就不需要增加额外的开销了，并且这个思想无论干扰是否发生变化都可以运用。这个发明的另外一个特点就是干扰检测的准确性，仅仅依靠干扰和噪声之比，在干扰功率和信号功率近似相等的情况具有更好的性能。我们同时提出了实现这个干扰检测思想的一个简单算法，并且在窄带干扰的情况下对算法进行了验证，仿真结果显示算法具有良好的性能。

Description

一种干扰检测方法

技术领域

本发明涉及到无线通信系统中的干扰检测技术。尤其是在采用OFDM技术的系统中干扰检测方法。

背景技术

由于OFDM(正交频分复用)技术能在无传播环境下实现高速传输，且抗多径干扰性强，使得OFDM技术在多种无线通信系统中有着广泛的应用。如在WRAN(无线区域网)系统中，就使用了OFDM技术，OFDM技术在提供宽带接入的同时，也为WRAN系统提供了灵活的频谱资源分配，成为WRAN系统中干扰避免的最佳技术。WRAN系统为了避免对已有业务用户产生有害的干扰同时确保自身系统的服务质量就必须检测来自于已有业务用户如TV或者是无线麦克风的干扰。因此，检测干扰是采用OFDM技术的WRAN系统中的重要组成部分。所以，在采用OFDM技术的系统中解决干扰的技术成为了一项热门技术。

在现有技术中，有多种干扰检测方法。美国专利号US5488632，题目为“Transmission and reception in a hostile interference environment”的专利中，提出了一种基于干扰位置事先已知的假设的干扰检测方法。美国专利号US6445693，题目为“Method and apparatus for estimating power of first adjacentanalog FM interference in an in-band on-channel(IBOC)communication system”的专利中，DAB(数字音频广播)系统利用在每个子载波上测量的功率和干扰功率斜率的先验信息来估计干扰的存在。美国专利号US6603734，题目为“Method for eliminating interference in an OFDM radio receiver”的专利中，干扰的幅度可以通过计算一组被选择的信号的幅度相对于该组信号的平均幅度的偏离来获得。欧洲专利号EP1349337，题目为“Multicarrier reception withinterference detection”的专利中，干扰可以通过利用从均衡器中获得的解调数据被检测出来。日本专利号JP2004072724，题目为“METHOD ANDINSTRUMENT FOR MEASURING SINR FOR OFDM COMMUNICATIONSYSTEM”的专利中，接收到的OFDM子信道信号的SINR(系统干扰比)测量值可以通过在频域使用一种新颖的非参数信号处理方法来获得。专利号WO2004104530，题目为“INTERFERENCE AND NOISE ESTIMATION IN ANOFDM SYSTEM”的专利中，通过测量没有分配给小区中的任何用户的子载波的接收功率的总和确定噪声和干扰总值。

然而，在上述现有技术中，都是采用关机来检测干扰，这样就会降低系统的效率。

发明内容

本发明提供了一种采用OFDM技术的系统中干扰检测的方法，可检测干扰是否存在。

本发明提供了一种采用正交频分复用技术的系统中干扰检测的方法，包括：

A、发射机构造对称的导频信号；

B、发射机将对称的导频信号发给接收机；

C、接收机通过接收的导频信号进行干扰检测。

所述的对称的导频信号为二进制移相键控、旋转二进制移相键控、重复二进制移相键控、正交相移键控、旋转正交相移键控和/或重复正交相移键控调制的信号。

所述的步骤B具体包括：发射机将对称的导频信号通过导频子载波发给接收机。

所述的步骤C具体包括：接收机可通过接收的导频信号和的功率和判决门限来确定干扰存在。

可通过下式来确定干扰存在：

若 $\frac{\underset{i=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{|Y_{k,i}+Y_{k,i+1}|}^2}{N-1}>\mathrm{threshold},$ 则存在干扰，否则不存在干扰；

其中，

表示接收的导频信号和的功率，threshold表判决门限。

所述的判决门限可以通过下式来确定，

$P(\frac{\underset{i=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{|Y_{k,i}+Y_{k,i+1}|}^2}{N-1}>\mathrm{threshold}|H0)=P_{\mathrm{alarm}}$

其中，P_alarm为虚警概率，H0为无干扰时的条件，threshold为待求的判断门限。

所述的H0表示：导频信号和的功率只有噪音分量，没有干扰分量，公式表述如下：

H0：|Y_k，i+Y_k，i+1|²＝|P_k，i*H_k+n_k，i+P_k，i+1*H_k+n_k，i+1|²＝|n_k，i+n_k，i+1|²。

所述的判决门限还可以通过下式来确定：

$P(\frac{\underset{i=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{|Y_{k,i}+Y_{k,i+1}|}^2}{N-1}>\mathrm{threshold}|H1)=P_{\det \mathrm{ection}}$

其中，P_detection为检测概率，H1为有干扰时的条件，Threshold为待求的门限。

所述的H1表示：导频信号和的功率同时存在噪音分量和干扰分量，公式表述如下：

H1：|Y_k，i+Y_k，i+1|²＝|P_k，i*H_k+I_k，i+n_k，i+P_k，i+1*H_k+I_k，i+1+n_k，i+1|²＝|I_k，i+I_k，i+1+n_k，i+n_k，i+1|²。

计算信号和的时候不需要对信道估计。

根据本发明，通过在同一个子载波上构造对称的导频信号，然后使对称的导频信号在导频子载波上传输。在传输过程中，如果存在干扰，不论干扰是否变化，对称结构都将被破坏，使得接收的导频信号的功率增加。本发明基于接收信号和的功率的大小来判断干扰是否存在。为了验证本发明的结果，对本发明的干扰检测方法进行了仿真，从仿真结果可以看出，本发明可有效地进行干扰检测，且检测成功率高。

附图说明

图1为根据本发明所构造的导频信号的星座图；

图2所示为本发明的子载波的设计图；

图3为在一个子载波上传输两个导频信号时，干扰检测概率的仿真结果图；

图4为在一个子载波上传输五个导频信号时，干扰检测概率的仿真结果图。

具体实施方式

为了便于本领域一般技术人员理解和实现本发明，现结合附图描绘本发明的干扰检测的实施例。

假设信道在一个帧周期中是不变的。在图1中两个使用不同的BPSK(二进制移相键控)星座点的导频信号被传输。如果这两个导频信号被分配到相同帧里的相同子载波的不同OFDM符号上，这就意味着它们经历了相同的信道衰落，对应于这两个导频信号的接收信号将会有一个由原始星座图旋转得到的星座图，因此星座图的对称结构将不会改变。然而，如果有干扰在子载波上，星座图的对称结构容易发生改变，这个就是我们干扰检测方法的中心思想。

根据上述信道假设，构造对称的导频信号(如BPSK调制的导频信号)，在同一个子载波上传输构造的对称的导频信号。如图1所示，其中“X”表示导频信号，所述的对称的导频信号在星座图上具有对称的结构。在导频信号的传输过程中，如图1中(a)(b)所示，如果不存在的干扰，只有一些底噪音，那么对导频信号在星座图上对称结构影响很小，结果接收的对称导频信号之和功率较小。在导频信号的传输过程中，如图1中(c)(d)所示，如果存在的干扰大于某一值(如阀值)时，不但会破坏星座图上所示的对称结构，还会使得接收导频信号之和功率很大。因此，根据本发明，可通过所有接收信号之和的功率大小来判断干扰的存在。

事实上这个思想还可以应用于除了BPSK之外的其他任何星座图中，同时也能够在不论干扰从一个OFDM块到另一个OFDM块是否发生变化情形下应用。如果干扰没有发生变化，那么星座图的对称结构将会是确定性的改变，这是因为在接收信号的星座图中将会有一个相对的漂移。如果干扰发生变化，对称结构也将会发生变化，因为干扰只有非常小的机会有和信道对星座图相同的影响。上面所使用的导频信号只需要是对称的，例如可以采用经过如下调制的导频信号：

1)BPSK调制的导频信号：    (-1，+1)；

2)旋转BPSK调制的导频信号：e^jθ×(-1，+1)，其中θ∈[0，2Л)；

3)重复BPSK调制的导频信号：(-1，-1，+1，+1...)；

4)QPSK(正交相移键控)调制的导频信号：(+1+j，+1-j，-1+j，-1-j)；

5)旋转QPSK调制的导频信号：e^jθ×(+1+j，+1-j，-1+j，-1-j)，其中θ∈[0，2Л)；

6)重复QPSK调制的导频信号：(+1+j，+1+j，-1-j，-1-j...)。

以下我们将提供了针对一个子载波上干扰发生变化，并且假设同一子载波上的不同OFDM符号间的干扰是独立同分布的高斯随机变量下的算法和判决门限。

图2所示为本发明的导频子载波的设计图，其为梳状导频结构。如图2所示，其中，横向表示频域的子载波序号，纵向表示以OFDM符号为单位(block)的时间轴，“●”表示导频子载波(pilot subcarrier)，所述的导频子载波用于传输导频信号。“○”表示数据子载波(data subcarrier)。由图2可以看出，在相邻两个导频子载波之间隔有相同数目的数据子载波(图2中示出了三个数据子载波)。上述构造的导频信号在设计的导频子载波上进行传输。

令H_k代表第k个子载波的信道估计值，假设信道在整个帧内是稳定的。令P_k，i代表第k个子载波的第i个导频信号，Y_k，i代表第k个导频子载波上接收的第i个导频信号，假设导频信号为BPSK调制的信号，即：P_k，i＝-P_k，i+1。通过下面的假设检验：

H0：|Y_k，i+Y_k，i+1|²＝|P_k，i*H_k+n_k，i+P_k，i+1*H_k+n_k，i+1|²＝|n_k，i+n_k，i+1|²

H1：|Y_k，i+Y_k，i+1|²＝|P_k，i*H_k+I_k，i+n_k，i+P_k，i+1*H_k+I_k，i+1+n_k，i+1|²＝|I_k，i+I_k，i+1+n_k，i+n_k，i+1|²

可获得在H0条件下的信号和功率概率分布和H1条件下的信号和功率概率分布，这里H1代表存在干扰的情形，H0代表没有干扰的情形。I_k，i代表第k子载波上的第i个导频信号上的干扰，n_k，i代表第k子载波上的第i个导频信号上的噪声。我们进一步假设I_i，I_i+1是方差为σ_i ²的独立同分布的高斯随机变量。|Y_k，i+Y_k，i+1|²服从X²分布。干扰的存在性通过判断|Y_k，i+Y_k，i+1|²是否超过一个门限来判定。

我们配置系统目标的虚警概率为P_alarm，那么门限可由下式求出。

P(|Y_k，i+Y_k，i+1|²＞threshold|H0)＝P_alarm

另外，我们也配置系统目标的检测概率为P_detection，那么门限可以由下式求出。

$P(\frac{\underset{i=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{|Y_{k,i}+Y_{k,i+1}|}^2}{N-1}>\mathrm{threshold}|H1)=P_{\det \mathrm{ection}}$

如果在一个帧的一个子载波上有N＞2个导频信号，当使用

代替|Y_k，i+Y_k，i+1|²来做假设检验时，同样可以算出门限，而且不改变门限。

在计算接收相邻导频符号和的功率值|Y_k，i+Y_k，i+1|²后，将该值和门限相比，这样确定是否存在干扰。检测算法如下：

如果|Y_k，i+Y_k，i+1|²＞threshold

则在子载波k上存在干扰；

否则

在子载波k上不存在干扰。

如果在一个帧的一个子载波上有N＞2个导频信号，我们不改变门限但是使用

代替|Y_k，i+Y_k，i+1|²来做干扰检测。检测算法如下：

如果 $\frac{\underset{i=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{|Y_{k,i}+Y_{k,i+1}|}^2}{N-1}>\mathrm{threshold}$

则在子载波k上存在干扰；

否则

在子载波k上不存在干扰。

根据本发明，计算信号和的时候不需要对信道估计。

根据本发明，采用不同的干噪比(INR)对本发明的干扰检测算法进行仿真，图3示出在一个子载波上传输两个导频信号的仿真图，如图3所示，这里横坐标轴表示子载波下标，纵坐标轴表示检测概率，当INR＝0db时，检测的概率约为0.08；当INR＝10db时，检测的概率约为0.68；当INR＝20db时，检测的概率约为0.95。图4示出了在一个子载波上传输五个导频信号的仿真图，如图4所示，这里横坐标轴表示子载波下标，纵坐标轴表示检测概率，当INR＝0db时，检测的概率约为0.04；当INR＝10db时，检测的概率约为0.88；当INR＝20db时，检测的概率约为1。从仿真结果我们可以发现只要干噪比很高，那么本发明的干扰检测方法检测的成功率就会很高。

虽然通过实施例描绘了本发明，但本领域普通技术人员知道，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，就可使本发明有许多变形和变化，本发明的范围由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1、一种采用正交频分复用技术的系统中干扰检测的方法，其特征在于，包括：

A、发射机构造对称的导频信号，所述的对称的导频信号在星座图上具有对称的结构；

B、发射机将对称的导频信号发给接收机；

C、接收机可通过接收的导频信号和的功率和判决门限来确定干扰存在。

2、根据权利要求1所述的干扰检测的方法，其特征在于，所述的对称的导频信号为二进制移相键控、旋转二进制移相键控、重复二进制移相键控、正交相移键控、旋转正交相移键控和/或重复正交相移键控调制的信号。

3、根据权利要求1所述的干扰检测的方法，其特征在于，所述的步骤B具体包括：发射机将对称的导频信号通过导频子载波发给接收机。

4、根据权利要求3所述的干扰检测的方法，其特征在于，可通过下式来确定干扰存在：

若 $\frac{\underset{i=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{|Y_{k,i}+Y_{k,i+1}|}^2}{N-1}>\mathrm{threshold},$ 则存在干扰，否则不存在干扰；

其中， $\frac{\underset{i=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{|Y_{k,i}+Y_{k,i+1}|}^2}{N-1}$ 表示接收的导频信号和的功率，threshold表示判决门限，Y_k，i代表第k个导频子载波上接收的第i个导频信号，Y_k，i+1代表第k个导频子载波上接收的第i+1个导频信号，N表示导频信号个数。

5、根据权利要求4所述的干扰检测的方法，其特征在于，所述的判决门限可以通过下式来确定，

$P(\frac{\underset{i=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{|Y_{k,i}+Y_{k,i+1}|}^2}{N-1}>\mathrm{threshold}|H0)=P_{\mathrm{alarm}}$

其中，P_alarm为虚警概率，H0为无干扰时的条件，threshold为判决门限。

6、根据权利要求5所述的干扰检测的方法，其特征在于，所述的H0表示：

导频信号和的功率只有噪音分量，没有干扰分量，公式表述如下：

H0：|Y_k，i+Y_k，i+1|²＝|P_k，i*H_k+n_k，i+P_k，i+1*H_k+n_k，i+1|²＝|n_k，i+n_k，i+1|²

其中，P_k，i代表第k个子载波的第i个导频信号，P_k，i+1代表第k个子载波的第i+1个导频信号，H_k代表第k个子载波的信道估计值，n_k，i代表第k子载波上的第i个导频信号上的噪声，n_k，i+1代表第k子载波上的第i+1个导频信号上的噪声。

7、根据权利要求4所述的干扰检测的方法，其特征在于，所述的判决门限可以通过下式来确定：

$P(\frac{\underset{i=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{|Y_{k,i}+Y_{k,i+1}|}^2}{N-1}>\mathrm{threshold}|H1)=P_{\det \mathrm{ection}}$

其中，P_detection为检测概率，H1为有干扰时的条件，threshold为判决门限。

8、根据权利要求7所述的干扰检测的方法，其特征在于，所述的H1表示：导频信号和的功率同时存在噪音分量和干扰分量，公式表述如下：

H1：|Y_k，i+Y_k，i+1|²＝|P_k，i*H_k+I_k，i+n_k，i+P_k，i+1*H_k+I_k，i+1+n_k，i+1|²＝|I_k，i+I_k，i+1+n_k，i+n_k，i+1|²

其中，P_k，i代表第k个子载波的第i个导频信号，P_k，i+1代表第k个子载波的第i+1个导频信号，H_k代表第k个子载波的信道估计值，n_k，i代表第k子载波上的第i个导频信号上的噪声，n_k，i+1代表第k子载波上的第i+1个导频信号上的噪声，l_k，i代表第k子载波上的第i个导频信号上的干扰，l_k，i+1代表第k子载波上的第i+1个导频信号上的干扰。

9、根据上述任一权利要求所述的干扰检测的方法，其特征在于，计算信号和的时候不需要对信道估计。

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