CN101060511B - 正交频分复用系统的干扰检测方法及系统 - Google Patents

正交频分复用系统的干扰检测方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种正交频分复用系统的干扰检测方法，包括以下步骤：a.发送机发送正交频分复用信号到接收机；b.接收机对接收的信号进行正交干扰检测。本发明还提供一种正交频分复用系统的干扰检测系统。本发明不需要进行信道估计，因此信道估计的误差不会影响检测的效果；通过进行干扰检测在时域和频域上不同分布样点，可以适应不同的精度；取多组数据，可以增加检测的正确性；不需要中断当前的通信，数据通信和干扰检测可以同时进行；可以和其他信号处理模块进行联合，增加了实用性。

Description

正交频分复用系统的干扰检测方法及系统
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其是涉及一种正交频分复用系统的干扰检测方法及系统。
背景技术
当前出现了一些免许可系统，比如WRAN、WLAN等系统。这系统的特征是其工作频段是不需要授权的。在工作频段内，这些免许可系统需要和授权系统进行共存，比如WRAN系统需要和授权系统DTV进行共存。免许可系统首先不能对许可系统进行干扰，当一旦发现许可、授权系统使用某个频段时，免许可系统必须无条件的退出该频段，并跳转到其他的频段上继续工作。这种工作模式，也就是通常说的频谱池(SP)系统，许可用户(LU)具有使用频谱的优先权利，免许可用户(也叫RU租借用户，SU第二用户)在不影响LU的前提下可以使用这些频段。
另外，在实现上述功能时，LU用户是没有业务检测RU用户信号的，也就是当RU用户不存在。RU用户承担了不对LU用户造成干扰的所有义务。
WRAN网络是一种新兴的网络技术，为偏远地区、较低密度人口地区提供高带宽大范围的覆盖。WRAN系统是一种免许可运营(license-exempt operation)的系统，WRAN网络使用认知无线电技术，寻找LU(许可用户)的空闲频带进行通信。比如在DTV(无线数字电视)的VHF/UHF等许可频带中，寻找没有被占用的频段来作为WRAN网络的承载频段。
当前的WRAN系统的物理技术使用基于TDD的正交频分复用多址OFDMA技术进行通信。每个帧结构分为两个子帧，一个下行子帧，经过一个保护时间(可以插入TRG或者SSS滑动自共存时隙)，后面跟着一个上行的子帧。其中下行子帧包含一个Preamble，CPE可以用来进行同步和信号估计；然后是FCH，帧控制头，用来承载当前帧的信息，比如当前帧中是否包含US-MAP消息，DS-MAP消息、UCD消息，DCD消息；其中US-MAP和DS-MAP分别用来给各CPE分配下行和上行信道分配。
在每帧里面，从下行子帧到上行子帧之间插入一个TTG保护时隙，该时隙的主要作用是为了BS的RF(射频)可以有充足的时间由发送转变为接收。同样，对于当前帧的上行子帧和下一帧的下行子帧之间也有一个RTG保护时隙，该保护时隙主要是为了确保BS能够接收所有CPE的信号。
WRAN为了检测LU用户的信号，使用QP(静默时间)来专门检测LU用户信号。比如在某些帧的TTG或者RTG中调度QP(静默时间)来专门检测用户信号。这种调度一般使用能量检测进行快速检测，所以调度时间非常短。在快速检测到某个子带存在干扰后，再后续的某个帧中调度一个时间较长的QP，进一步检测LU用户信号的特征，便于确定LU用户的类型。
QP的插入，要求整个系统在QP期间都保持静默，因此存在如下缺点：
1)对系统的调度提出了较高的要求；
2)QP时间很短，虽然QP之间保持静默，如果存在多径，QP也不能太短。例如有的QP调度为几十微秒到几百微秒，在大覆盖范围WRAN，其多径延迟是可能达到这个时间，或者吞噬部分QP时间，造成干扰检测结果不准确。
3)使用QP，浪费了系统的通信时间，降低了系统使用效率。
4)检测的及时性和QP的调度周期有关系的。QP调度频繁，才能保证对LU信号检测的及时性；但是QP调度频繁，又造成了对系统的资源的浪费，从而降低了系统使用效率。
在许多技术中(例如CDMA系统，正交频分复用OFDM系统)，干扰检测技术有使用星座图上的坐标误差平方的期望值计算干扰和噪音的功率：
σ2＝E[(Yk，i-Xk，i)2]
这里，Yk，i是接收的数据，已经经过均衡的接收信号；而Xk，i是已知的发送信号。
对于正交频分复用OFDM系统而言，假定发送机在i时刻在子载波k发送的信号为Xk，i；Hk，i在i时刻在子载波k的信道；Yk，i是本系统接收机在i时刻在子载波k接收信号，Ik，i是其他系统发送机在i时刻在子载波k上的干扰信号。其关系如下：
Yk，i＝Xk，i×Hk，i+Ik，i+nk，i
如果使用上述技术，那对于已知的数据信号Xk，i，要正确计算干扰信号和噪音信号的功率，实际使用的公式为：σ2＝E[(Yk，i-Xk，i×Hk，i)2]。
因此，干扰和噪音功率的计算公式需要正确的获得信道Hk，i，但是如果有干扰，那么OFDM系统在进行信道估计的时候，将存在较大的偏差，所以直接对干扰信号的功率计算造成影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的不足，提供一种不需要进行信道估计、检测的正确性高的正交频分复用系统的干扰检测方法及系统。
为解决上述技术问题，本发明提供一种正交频分复用系统的干扰检测方法，包括以下步骤：
a.发送机发送正交频分复用信号到接收机；以及
b.接收机对位于相干时间以及相干带宽以内的两个接收信号进行干扰检测。
进一步地，所述步骤a进一步包括步骤：
a1.发送机把数据经过二进制移相键控、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，再经过IFFT变换并加上CP得到发送的正交频分复用信号。
进一步地，所述步骤b进一步包括步骤：
c1.对于所述步骤a中给定的相同子载波k上不同时刻i的正交频分复用信号(Xk，i，Xk，i+1)及其正交信号(Qk，i，Qk，i+1)，设定干扰门限T(Xk，i，Xk，i+1)，所述T(Xk，i，Xk，i+1)是一个函数，即当发送数据为(Xk，i，Xk，i+1)时正交干扰检测的门限；以及
c2.根据以下公式检测干扰是否存在：
|Yk，i×Qk，i+Yk，i+1×Qk，i+1|2＞T(Xk，i，Xk，i+1)，其中Yk，i，Yk，i+1分别表示相同子载波k上不同时刻i的接收信号，Xk，i，Xk，i+1分别表示发送机在不同时刻i在子载波k发送的信号；当上述公式成立时，则存在干扰，否则不存在干扰。
进一步地，所述步骤b进一步包括步骤：
d1.对于所述步骤a中给定的相同时刻i的不同子载波k上的正交频分复用信号(Xk，i，Xk+1，i)及其正交信号(Qk，i，Qk+1，i)，设定干扰门限T(Xk，i，Xk+1，i)，所述T(Xk，i，Xk+1，i)是一个函数，当发送数据为(Xk，i，Xk+1，i)时，正交干扰检测的门限；以及
d2.根据以下公式检测干扰是否存在：
|Yk，i×Qk，i+Yk+1，i×Qk+1，i|2＞T(Xk，i，Xk+1，i)，其中Yk，i，Yk+1，i分别表示相同时刻i的不同子载波k上的接收信号，Xk，i，Xk，i+1分别表示发送机在不同时刻i在子载波k发送的信号；
当上述公式成立时，则存在干扰，否则不存在干扰。
进一步地，所述信号在相干时间和相干带宽以内。
进一步地，如果采用不同时刻的不同组的数据，则使用如下公式来判定是否存在干扰：
Σ i = 1 N - 1 | Y k , i × Q k , i + Y k , i + 1 × Q k , i + 1 | 2 T ( X k , i , X k , i + 1 ) N - 1 > 1
当上述公式成立时，则存在干扰，否则不存在干扰。
进一步地，所述同组的两个信号位于检测信号的时间及时性范围以内，所有数据满足位于检测信号的时间及时性范围以内。
进一步地，如果采用不同子载波的不同数据，则使用如下公式来判定是否存在干扰：
Σ k = 1 N - 1 | Y k , i × Q k , i + Y k + 1 , i × Q k + 1 , i | 2 T ( X k , i , X k + 1 , i ) N - 1 > 1
当上述公式成立时，则存在干扰，否则不存在干扰。
进一步地，所述同组的两个信号位于相干带宽以内，所使用的干扰检测信号组数满足干扰检测频段的精度。
进一步地，所述步骤a中发送的信号是已知的导频信号，所述导频采用固定的1，1BPSK调制符号或1，-1相间的BPSK调制符号。
进一步地，所述步骤b进一步包括步骤：
e1.如果导频采用固定的1，1BPSK调制符号，设定对应的干扰门限threshold；以及
e2.根据以下公式检测干扰是否存在：
Σ k = 1 N - 1 | Y k , i - Y k , i + 1 | 2 N - 1 > threshold ,
当上述公式成立时，则在子载波k上存在干扰；否则在子载波k上不存在干扰。
进一步地，所述步骤b进一步包括步骤：
f1.如果导频采用1，-1相间的BPSK调制符号，设定对应的干扰门限threshold；以及
f2.根据以下公式检测干扰是否存在：
Σ i = 1 N - 1 | Y k , i + Y k , i + 1 | 2 N - 1 > threshold ,
当上述公式成立时，则在子载波k上存在干扰；否则在子载波k上不存在干扰。
进一步地，如果所述步骤a中的发送数据是未知的，则其后还包括步骤：
g.接收机接收信号并对其进行正交频分复用解调。
进一步地，所述步骤g进一步包括步骤：
g1.接收机把接收信号进行FFT变换，并进行正交频分复用解调；以及
g2.给后续的译码模块进行译码，包括解交织，解扰码处理。
进一步地，如果所述步骤g2中译码正确，则之后还包括步骤：
g3.把译码后的数据进行编码，包括交织、扰码处理、调制，得出发送机发送的调制信号。
进一步地，如果所述步骤g2中译码不正确，则之后还包括步骤：
g3’.计算误帧率FER，如果误帧率超过一定的门限，那么上报当前恶劣的FER；以及
g4’.系统计算FER超过一定的门限，则认定当前存在干扰，调度静默时间QP给用户设备CPE进行干扰检测。
本发明还提供一种正交频分复用系统的干扰检测系统，包括本系统发送机、接收机，以及其他系统发送机，本系统接收机接收本系统发送机的信号以及其他系统发送机发送的干扰信号和本系统底噪音，本系统接收机把接收的信号和正交信号进行内积运算得到剩余信号，通过对剩余信号进行能量检测，检测出其他系统的干扰信号，具体为：本系统接收机对位于相干时间以及相干带宽以内的两个接收信号进行干扰检测。进一步地，本系统发送的信号和其他系统发送的信号是不相关的信号。
进一步地，所述本系统是租借用户RU系统，所述其他系统是许可用户LU系统。
进一步地，所述发送机把数据经过二进制移相键控、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，再经过IFFT变换并加上CP得到发送的正交频分复用信号。
进一步地，对于给定的相同子载波k上不同时刻i的正交频分复用信号(Xk，i，Xk，i+1)及其正交信号(Qk，i，Qk，i+1)，设定干扰门限T(Xk，i，Xk，i+1)，所述T(Xk，i，Xk，i+1)是一个函数，即当发送数据为(Xk，i，Xk，i+1)时正交干扰检测的门限，并根据公式|Yk，i×Qk，i+Yk，i+1×Qk，i+1|2＞T(Xk，i，Xk，i+1)检测干扰是否存在，其中Yk，i，Yk，i+1分别表示相同子载波k上不同时刻i的接收信号，Xk，i，Xk，i+1分别表示发送机在不同时刻i在子载波k发送的信号；当上述公式成立时，则存在干扰，否则不存在干扰。
进一步地，对于给定的相同时刻i的不同子载波k上的正交频分复用信号(Xk，i，Xk+1，i)及其正交信号(Qk，i，Qk+1，i)，设定干扰门限T(Xk，i，Xk+1，i)，所述T(Xk，i，Xk+1，i)是一个函数，当发送数据为(Xk，i，Xk+1，i)时，正交干扰检测的门限，并根据公式|Yk，i×Qk，i+Yk+1，i×Qk+1， i|2＞T(Xk，i，Xk+1，i)检测干扰是否存在，其中Yk，i，Yk+1，i分别表示相同时刻i的不同子载波k上的接收信号，Xk，i，Xk，i+1分别表示发送机在不同时刻i在子载波k发送的信号；当上述公式成立时，则存在干扰，否则不存在干扰。
进一步地，所述信号在相干时间和相干带宽以内。
进一步地，如果采用不同时刻的不同组的数据，则使用公式来判定是否存在干扰，当上述公式成立时，则存在干扰，否则不存在干扰。
进一步地，所述同组的两个信号位于检测信号的时间及时性范围以内，所有数据满足位于检测信号的时间及时性范围以内。
进一步地，如果采用不同子载波的不同数据，则使用公式
Figure GSB00000492015900072
来判定是否存在干扰，当上述公式成立时，则存在干扰，否则不存在干扰。
进一步地，所述同组的两个信号位于相干带宽以内，所使用的干扰检测信号组数满足干扰检测频段的精度。
进一步地，所述发送机发送的信号是已知的导频信号，所述导频采用固定的1，1BPSK调制符号或1，-1相间的BPSK调制符号。
进一步地，如果导频采用固定的1，1BPSK调制符号，设定对应的干扰门限threshold，并根据公式
Figure GSB00000492015900081
检测干扰是否存在，当上述公式成立时，则在子载波k上存在干扰；否则在子载波k上不存在干扰。
进一步地，如果导频采用1，-1相间的BPSK调制符号，设定对应的干扰门限threshold，并根据公式
Figure GSB00000492015900082
检测干扰是否存在，当上述公式成立时，则在子载波k上存在干扰；否则在子载波k上不存在干扰。
进一步地，如果所述发送机发送的数据是未知的，所述接收机接收信号并对其进行正交频分复用解调。
进一步地，所述接收机把接收信号进行FFT变换，并进行正交频分复用解调，再给后续的译码模块进行译码，包括解交织，解扰码处理。
进一步地，如果译码正确，则把译码后的数据进行编码，包括交织、扰码处理、调制，得出发送机发送的调制信号。
进一步地，如果译码不正确，则计算误帧率FER，如果误帧率超过一定的门限，那么上报当前恶劣的FER，系统计算FER超过一定的门限，则认定当前存在干扰，调度静默时间QP给用户设备CPE进行干扰检测。
本发明具有以下有益的效果：
(1)本发明不需要进行信道估计，因此信道估计的误差不会影响检测的效果。
(2)本发明通过进行干扰检测在时域和频域上不同分布样点，可以适应不同的精度。比如仅取一个子载波波内的数据，这样，可以以子载波为粒度检测干扰信号。比如也可以取同一个时间内的数据，这样可以检测一个OFDM符号内产生的瞬间干扰。因此本发明的灵活性比较高。
(3)本发明取多组数据，可以增加检测的正确性。
(4)本发明不需要中断当前的通信，数据通信和干扰检测可以同时进行。
(5)本发明可以和其他信号处理模块进行联合，比如和译码模块进行联合。所以增加了本模块的实用性。
附图说明
图1是本发明OFDM系统的干扰检测系统示意图。
图2a-c是本发明在一个子载波上传输两个导频信号的仿真示意图。
图3a-c是本发明在一个子载波上传输五个导频信号的仿真示意图。
图4是本发明联合译码的干扰检测系统示意图。
图5是本发明在干燥比30dB时在OFDM仿真平台上测得的检测概率图。
图6是本发明在干燥比25dB时在OFDM仿真平台上测得的检测概率图。
图7-12分别是在不同干燥比时在OFDM仿真平台上测得的检测概率图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细描述。
在本发明中，假定RU系统是使用OFDM技术的系统，并称为本系统。LU系统，我们称为其他系统。只要满足LU系统和RU系统信号的不相关性，我们不对LU系统使用的技术做任何限定，比如LU系统可以是单载波、多载波，可以是数字信号也可以是模拟信号。如图1所示，是本发明OFDM系统的干扰检测系统示意图。OFDM是当前的热门技术，可以在很多专著上找到实现和原理(例如，《OFDM移动通信技术原理与应用》，佟学俭、罗涛著，人民邮电出版社)。所以，这里我们不再详细描述OFDM技术。
假定本系统发送机在i时刻在子载波k发送的信号为Xk，i；Hk，i在i时刻在子载波k的信道；Yk，i是本系统接收机在i时刻在子载波k接收信号，Ik，i是其他系统发送机在i时刻在子载波k上的干扰信号。
当存在干扰信号Ik，i时，那么这些信号之间的关系如下：
Yk，i＝Xk，i×Hk，i+Ik，i+nk，i (1)
当没有干扰信号Ik，i时，那么这些信号之间的关系如下：
Yk，i＝Xk，i×Hk，i+nk，i   (2)
本专利中，我们假定信道是静态或者准静态的。也就是说，对于一段时间内，Hk，i是不变的。另外，我们也假定信道不是频率选择性或者信道的相干带宽是较大的，也就是在一段时间内，在相干带宽内，Hk，i是不变的。
本检测算法选择处理的信号是在相干时间，相干带宽内的信号进行正交运算的。所以这里的信道可以简化表示为H。
根据上诉描述，下面我们给出我们的干扰信号检测方法。本方法包括如下步骤：
A、发送机发送OFDM信号给接收机；
这里发送机把数据经过二进制移相键控、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得到i时刻在子载波k上的调制符号Xk，i。并经过IFFT变换并加上CP得到发送的OFDM信号。
B、接收机接收信号，并对接收信号进行OFDM解调(FFT变换)；
接收机如果要得到发送机的发送的数据。那么需要象OFDM接收机那样进行需要进行信道估计，并进一步解调出发送机发送的数据。
接收机如果使用接收信号进行干扰检测，那么只需要进行FFT变换后得到Yk，i，而不对进行信道估计和信号均衡。
C、假定接收机知道或者部分知道发送机发送的OFDM调制符号。
根据上述假定，当存在干扰的时候，步骤B解调出来的信号Yk，i表示如下：
Yk，i＝Xk，i×H+Ik，i+nk，i (3)
当不存在干扰的时候，步骤B解调出来的信号Yk，i表示如下：
Yk，i＝Xk，i×H+nk，i (4)
为了检测干扰检测，我们将使用两个接收信号Yk，i来进行检测。两个接收信号只要在位于相干时间以及相干带宽以内就可以。比如选择同一个子载波上的连续两个时刻的信号：Yk，i和Yk，i+1。也可以选择相同时刻两个相邻子载波的信号：Yk，i和Yk+1，i。还可以选择两个不同时间和不同子载波上的信号：Yk，i和Yk+1，i+1。只要所选择的信号在相干时间和相干带宽以内就可以。不失一般性，下文中，我们将使用相同子载波上的不同的时刻的信号来说明我们的算法。
假定信号(Qk，i，Qk，i+1)是和信号(Xk，i，Xk，i+1)正交的信号，也就是满足：
Qk，i×Xk，i+Qk，i+1Xk，i+1＝0
对任何(Xk，i，Xk，i+1)信号向量，总是存在其正交信号(Qk，i，Qk，i+1)的，比如取Qk，i＝Xk，i+1，Qk，i+1＝-Xk，i。
当存在干扰和噪音的时候，通过对接收信号进行正交运算：
Yk，i×Qk，i+Yk，i+1Qk，i+1＝Ik，i×Qk，i+Ik，i+1Qk，i+1+nk，i×Qk，i+nk，i+1Qk，i+1 (5)
当没有干扰，只有噪音的时候，通过对接收信号进行正交运算：
Yk，i×Qk，i+Yk，i+1Qk，i+1＝nk，i×Qk，i+nk，i+1Qk，i+1   (6)
对比公式(5)和(6)可以看出，经过正交运算后。(5)存在干扰和底噪音相关项，(6)仅存在底噪音相关项。通过对信号Xk，i，干扰以及噪音的非相关假设。可以通过能量检测区分出(5)和(6)，检测正确的概率和干扰信号Ik，i和噪音信号nk，i的能量比相关，也就是和INR(干扰和噪音的比值)相关。
当INR比较大时，(5)的能量将明显大于(6)。基于这个假定，可以通过检测Yk，i×Qk，i+Yk，i+1Qk，i+1的能量来确定是否出现干扰。
为了实现该能量检测算法，一个重要的课题是如何确定门限。我们给出了确定门限的方法。首先，对于给定的信号(Xk，i，Xk，i+1)，也就是(Qk，i，Qk，i+1)给定情形下。假定，干扰信号和噪音信号都是复高斯信号，那么对复高斯信号的线性组合是复高斯信号，其模平方满足χ2分布，自由度为2，因此，对于(Qk，i，Qk，i+1)给定的情形下，也就是(Xk，i，Xk，i+1)给定的情形下，我们可以给出一个检测是否有干扰的门限T(Xk，i，Xk，i+1)。
因此，对于固定(Qk，i，Qk，i+1)，可以根据如下公式检测干扰是否存在：
当|Yk，i×Qk，i+Yk，i+1×Qk，i+1|2＞T(Xk，i，Xk，i+1)(7)成立的时候，可以判定存在干扰，否则不存在干扰。
为了增加检测的正确性，我们的检测算法可以使用多组数据。因为不同组的数据(Qk，i，Qk，i+1)可能不一样。
如果我们使用不同时刻的不同组的数据，那么我们使用如下公式来判定是否存在干扰：
Figure GSB00000492015900121
(8.a)成立的时候，可以判定存在干扰，否则不存在干扰。
当使用不同时刻的不同组的数据时，这些不同时刻信号不一定满足在相干时间以内。但是只要同组的两个信号位于相干时间以内就可以了。所有数据需要满足位于检测信号的时间及时性范围以内。
如果我们可以使用不同子载波的不同数据，此时检测算法如下：
Figure GSB00000492015900122
(8.b)成立的时候，可以判定存在干扰，否则不存在干扰。
当使用不同子载波的不同组的数据的时候，这些数据也不一定满足在相干带宽以内，只要满足同组的两个信号位于相干带宽以内就可以了。
所使用的干扰检测信号组数只要满足干扰检测灵敏度就可以了。比如，我们采用5组信号干扰检测。
基于上述说明，本发明具有如下好处：
1、本发明不需要进行信道估计。
2、本发明通过进行干扰检测在时域和频域上不同分布样点，可以适应不同的精度。比如仅取一个子载波波内的数据，这样，可以以子载波为粒度检测干扰信号。比如也可以取同一个时间内的数据，这样可以检测一个OFDM符号内产生的瞬间干扰。
3、另外，本发明取多组数据，可以增加检测的正确性。这从后面的仿真可以看出。
4、本发明不需要中断当前的通信。数据通信和干扰检测可以同时进行。利用导频进行干扰检测：
在OFDM系统中，所发送的信号大致分为两类：一类是数据信号，另一类是导频信号。
导频信号的目的为了进行信道估计，并位于事先已知的位置(时间，子载波)。因此，导频可以用来进行干扰检测。
一般说来，导频都是使用BPSK固定调制1的符号。但是，也可能为了其他的目的，把导频设计为1，-1相间的BPSK调制符号。
对于BPSK固定调制1的符号，也就是导频位置上的Xk，i都为1，也就是说可以把发送的符号看为(1 1)，其正交的信号向量为(1 -1)。我们取两个相邻的导频上接收信号Yk，i的正交运算为Yk，i-Yk，i+1。
对于1，-1相间的BPSK调制符号，也就是导频位置上Xk，i相间的取1和-1。此时，可以把发送信号看为(1 -1)，其正交信号向量为(1 1)，我们取两个相邻的导频上接收信号Yk，i的正交运算为Yk，i+Yk，i+1。
本实施例将以1，-1相间的BPSK调制导频符号情形说明本发明的方法。
A、发射机构造导频信号；
B、发射机将构造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。
由于，发送的信号向量是固定的(1 -1)，即对称信号。因此，对于所有不同组的|Yk，i+Yk，i+1|2，满足相同的分布，其检测门限也是相同的。假定门限为threshold。其中的判决门限可以通过下式来确定，
P ( Σ i = 1 N - 1 | Y k , i + Y k , i + 1 | 2 N - 1 > threshold | H 0 ) = Palarm
其中，Palarm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：|Yk，i  +Yk，i+1|2＝|Pk，i*Hk+nk，i+Pk，i+1*Hk+nk，i+1|2＝|nk，i+nk，i+1|2
所述的判决门限还可以通过下式来确定：
P ( Σ i = 1 N - 1 | Y k , i + Y k , i + 1 | 2 N - 1 > threshold | H 1 ) = P det ection
其中，Pdetection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：|Yk，i+Yk，i+1|2＝|Pk，i*Hk+Ik，i+nk，i+Pk，i+1*Hk+Ik，i+1+nk，i+1|2＝|Ik，i+Ik，i+1+nk，i+nk，i+1|2
如果在一个帧的一个子载波上有N＞2个导频信号，不改变门限但是使用
Figure GSB00000492015900143
代替|Yk，i+Yk，i+1|2来做干扰检测。检测公式如下：
如果 Σ i = 1 N - 1 | Y k , i + Y k , i + 1 | 2 N - 1 > 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。
同理，对于导频采用BPSK固定调制1的符号，则使用如下公式来判定是否存在干扰：
Figure GSB00000492015900152
其中threshold是门限，
当上述公式成立时，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。
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，假定干扰在导频位置不是对称信号，接收的导频的信号和的功率增加。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。
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2示出在一个子载波上传输两个导频信号的仿真图，如图2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3示出了在一个子载波上传输五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0.04；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。
联合译码的干扰检测：
根据本发明的方法，还可以把译码和干扰检测联合起来。具体的实现如下：
为了方便计，这里仅画出了接收机干扰检测的相关模块。其他的说明和利用导频进行干扰检测相同。
接收机接收到信号后，先进行FFT变换，注意这里不进行信道估计，根据检测的要求，把对于位置(时间，子载波)的信号Yk，i缓存起来，以后提供给干扰检测模块进行干扰检测。
另一方面，接收机把接收信号进行FFT变换，并进行OFDM解调(即使用信道估计后的值对解调数据进行校正)。然后给后续的译码模块进行译码(包括解交织，解扰码等处理)。如果译码正确，那么把译码后的数据进行编码(包括交织，扰码，调制等处理)，得出发送机发送的调制信号Xk，i。然后结合前述的干扰检测算法，可以检测干扰信号。如果译码不正确，那么计算大致的FER(误帧率)，如果误帧率超过一定的门限，那么上报当前恶劣的FER。系统计算FER超过一定的门限，认为当前可能存在干扰。此时，才调度QP给CPE进行干扰检测。
经过这个结合后，一方面，我们降低了干扰检测的频度，节省了系统的资源，提高了系统的工作效率。另一方面，该检测算法又能够满足检测概率的要求。所以该检测算法是很实用的。后面的仿真将支持我们的方法。
如图5所示，是在干噪比30dB时在OFDM仿真平台上测得的检测概率。其中上图为使用公式(7)的单点计算判决效果，下图为使用(8.a)的8个点平均计算的效果检测图。横坐标是子载波编号，纵坐标为检测概率。
如图6所示，是在干噪比25dB时在OFDM仿真平台上测得的检测概率。其中上图为使用公式(7)的单点计算判决效果，下图为使用(8.a)的8个点平均计算的效果检测图。横坐标是子载波编号，纵坐标为检测概率。
后面各图(图7-12)除了INR(干噪比)不同外，其他仿真条件和前面描述相同。INR在图内标出。

Claims (34)

1.一种正交频分复用系统的干扰检测方法，包括以下步骤：
a.发送机将发送信号经过IFFT变换并加上CP得到正交频分复用信号，发送正交频分复用信号到接收机；以及
b.对于给定的两个在相干带宽和相干时间内的发送信号以及与发送信号正交的正交信号，并且在经过FFT变换得到的两个接收信号在相干带宽和相干时间内的情况下，接收机将两个接收信号与所述正交信号进行内积得到的剩余信号的能量值与给定的门限值进行比较，当所述能量值大于门限值时判断存在干扰，否则判断不存在干扰。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤a进一步包括步骤：
a1.发送机把数据经过二进制移相键控、旋转二进制移相键控、重复二进制移相键控、正交相移键控、旋转正交相移键控或重复正交相移键控调制，再经过IFFT变换并加上CP得到发送的正交频分复用信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤b进一步包括步骤：
c1.对于给定的相同子载波k上不同时刻i的发送信号(Xk，i，Xk，i+1)及其正交信号(Qk，i，Qk，i+1)，设定干扰门限T(Xk，i，Xk，i+1)，所述T(Xk，i，Xk，i+1)是一个函数，即当发送数据为(Xk，i，Xk，i+1)时正交干扰检测的门限；以及
c2.根据以下公式检测干扰是否存在：
|Yk，i×Qk，i+Yk，i+1×Qk，i+1|2＞T(Xk，i，Xk，i+1)，其中Yk，i，Yk，i+1分别表示相同子载波k上不同时刻i的接收信号，Xk，i，Xk，i+1分别表示发送机在不同时刻i在子载波k发送的信号；
当上述公式成立时，则存在干扰，否则不存在干扰。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤b进一步包括步骤：
d1.对于给定的相同时刻i的不同子载波k上的发送信号(Xk，i，Xk+1，i)及其正交信号(Qk，i，Qk+1，i)，设定干扰门限T(Xk，i，Xk+1，i)，所述T(Xk，i，Xk+1，i)是一个函数，即当发送数据为(Xk，i，Xk+1，i)时，正交干扰检测的门限；以及
d2.根据以下公式检测干扰是否存在：
|Yk，i×Qk，i+Yk+1，i×Qk+1，i|2＞T(Xk，i，Xk+1，i)，其中Yk，i，Yk+1，i分别表示相同时刻i的不同子载波k上的接收信号，Xk，i，Xk+1，i分别表示发送机在相同时刻i在不同子载波k发送的信号；
当上述公式成立时，则存在干扰，否则不存在干扰。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于：所述信号在相干时间和相干带宽以内。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：如果采用不同时刻的不同组的数据，则使用如下公式来判定是否存在干扰：
Σ i = 1 N - 1 | Y k , i × Q k , i + Y k , i + 1 × Q k , i + 1 | 2 T ( X k , i , X k , i + 1 ) N - 1 > 1
当上述公式成立时，则存在干扰，否则不存在干扰。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：同组的两个信号位于相干时间以内，所有数据满足位于检测信号的时间及时性范围以内。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：如果采用不同子载波的不同组数据，则使用如下公式来判定是否存在干扰：
Σ k = 1 N - 1 | Y k , i × Q k , i + Y k + 1 , i × Q k + 1 , i | 2 T ( X k , i , X k + 1 , i ) N - 1 > 1
当上述公式成立时，则存在干扰，否则不存在干扰。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：同组的两个信号位于相干带宽以内，所使用的干扰检测信号组数满足干扰检测频段的精度。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤a中发送的信号是已知的导频信号，所述导频采用固定的1，1BPSK调制符号或1，-1相间的BPSK调制符号。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：所述步骤b进一步包括步骤：
e1.如果导频采用固定的1，1BPSK调制符号，设定对应的干扰门限threshold；以及
e2.根据以下公式检测干扰是否存在：
Σ k = 1 N - 1 | Y k , i - Y k , i + 1 | 2 N - 1 > threshold ,
当上述公式成立时，则在子载波k上存在干扰；否则在子载波k上不存在干扰。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：所述步骤b进一步包括步骤：
f1.如果导频采用1，-1相间的BPSK调制符号，设定对应的干扰门限threshold；以及
f2.根据以下公式检测干扰是否存在：
Σ i = 1 N - 1 | Y k , i + Y k , i + 1 | 2 N - 1 > threshold ,
当上述公式成立时，则在子载波k上存在干扰；否则在子载波k上不存在干扰。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：如果所述步骤a中的发送数据是未知的，则其后还包括步骤：
g.接收机接收信号并对其进行正交频分复用解调。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：所述步骤g进一步包括步骤：
g1.接收机接收信号并对其进行FFT变换，并进行正交频分复用解调；以及
g2.给后续的译码模块进行译码，包括解交织，解扰码处理。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：如果所述步骤g2中译码正确，则之后还包括步骤：
g3.把译码后的数据进行编码，包括交织、扰码处理、调制，得出发送机发送的调制信号。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：如果所述步骤g2中译码不正确，则之后还包括步骤：
g3’.计算误帧率FER，如果误帧率超过一定的门限，那么上报当前恶劣的FER；以及
g4’.系统计算FER超过一定的门限，则认定当前存在干扰，调度静默时间QP给用户设备CPE进行干扰检测。
17.一种正交频分复用系统的干扰检测系统，其特征在于：包括本系统发送机、接收机，以及其他系统发送机，本系统发送机将发送信号经过IFFT变换并加上CP得到正交频分复用信号，发送正交频分复用信号到接收机；本系统接收机接收本系统发送机的信号以及其他系统发送机发送的干扰信号和本系统底噪音，本系统接收机对于给定的两个在相干带宽和相干时间内的发送信号以及与发送信号正交的正交信号，并且在经过FFT变换得到的两个接收信号在相干带宽和相干时间内的情况下，接收机将两个接收信号与所述正交信号进行内积得到的剩余信号的能量值与给定的门限值进行比较，当所述能量值大于门限值时判断存在干扰，否则判断不存在干扰。
18.根据权利要求17所述的系统，其特征在于：本系统发送的信号和其他系统发送的信号是不相关的信号。
19.根据权利要求17所述的系统，其特征在于：所述本系统是租借用户RU系统，所述其他系统是许可用户LU系统。
20.根据权利要求17所述的系统，其特征在于：所述发送机把数据经过二进制移相键控、旋转二进制移相键控、重复二进制移相键控、正交相移键控、旋转正交相移键控或重复正交相移键控调制，再经过IFFT变换并加上CP得到发送的正交频分复用信号。
21.根据权利要求17所述的系统，其特征在于：对于给定的相同子载波k上不同时刻i的发送信号(Xk，i，Xk，i+1)及其正交信号(Qk，i，Qk，i+1)，设定干扰门限T(Xk，i，Xk，i+1)，所述T(Xk，i，Xk，i+1)是一个函数，即当发送数据为(Xk，i，Xk，i+1)时正交干扰检测的门限，并根据公式|Yk，i×Qk，i+Yk，i+1×Qk，i+1|2＞T(Xk，i，Xk，i+1)检测干扰是否存在，其中Yk，i，Yk，i+1分别表示相同子载波k上不同时刻i的接收信号，Xk，i，Xk，i+1分别表示发送机在不同时刻i在子载波k发送的信号；当上述公式成立时，则存在干扰，否则不存在干扰。
22.根据权利要求17所述的系统，其特征在于：对于给定的相同时刻i的不同子载波k上的发送信号(Xk，i，Xk+1，i)及其正交信号(Qk，i，Qk+1，i)，设定干扰门限T(Xk，i，Xk+1，i)，所述T(Xk，i，Xk+1，i)是一个函数，即当发送数据为(Xk，i，Xk+1，i)时，正交干扰检测的门限，并根据公式|Yk，i×Qk，i+Yk+1，i×Qk+1，i|2＞T(Xk，i，Xk+1，i)检测干扰是否存在，其中Yk，i，Yk+1，i分别表示相同时刻i的不同子载波k上的接收信号，Xk，i，Xk+1，i分别表示发送机在相同时刻i在不同子载波k发送的信号；当上述公式成立时，则存在干扰，否则不存在干扰。
23.根据权利要求21或22所述的系统，其特征在于：所述信号在相干时间和相干带宽以内。
24.根据权利要求21所述的系统，其特征在于：如果采用不同时刻的不同组的数据，则使用公式
Figure FSB00000514556700051
来判定是否存在干扰，当上述公式成立时，则存在干扰，否则不存在干扰。
25.根据权利要求24所述的系统，其特征在于：同组的两个信号位于相干时间以内，所有数据满足位于检测信号的时间及时性范围以内。
26.根据权利要求22所述的系统，其特征在于：如果采用不同子载波的不同组数据，则使用公式
Figure FSB00000514556700061
来判定是否存在干扰，当上述公式成立时，则存在干扰，否则不存在干扰。
27.根据权利要求26所述的系统，其特征在于：同组的两个信号位于相干带宽以内，所使用的干扰检测信号组数满足干扰检测频段的精度。
28.根据权利要求17所述的系统，其特征在于：所述发送机发送的信号是已知的导频信号，所述导频采用固定的1，1BPSK调制符号或1，-1相间的BPSK调制符号。
29.根据权利要求28所述的系统，其特征在于：如果导频采用固定的1，1BPSK调制符号，设定对应的干扰门限threshold，并根据公式
Figure FSB00000514556700062
threshold检测干扰是否存在，当上述公式成立时，则在子载波k上存在干扰；否则在子载波k上不存在干扰。
30.根据权利要求28所述的系统，其特征在于：如果导频采用1，-1相间的BPSK调制符号，设定对应的干扰门限threshold，并根据公式
Figure FSB00000514556700063
＞threshold检测干扰是否存在，当上述公式成立时，则在子载波k上存在干扰；否则在子载波k上不存在干扰。
31.根据权利要求17所述的系统，其特征在于：如果所述发送机发送的数据是未知的，所述接收机接收信号并对其进行正交频分复用解调。
32.根据权利要求31所述的系统，其特征在于：所述接收机接收信号并对其进行FFT变换，并进行正交频分复用解调，再给后续的译码模块进行译码，包括解交织，解扰码处理。
33.根据权利要求32所述的系统，其特征在于：如果译码正确，则把译码后的数据进行编码，包括交织、扰码处理、调制，得出发送机发送的调制信号。
34.根据权利要求32所述的系统，其特征在于：如果译码不正确，则计算误帧率FER，如果误帧率超过一定的门限，那么上报当前恶劣的FER，系统计算FER超过一定的门限，则认定当前存在干扰，调度静默时间QP给用户设备CPE进行干扰检测。
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