CN101414847B - 干扰检测器及干扰检测方法 - Google Patents

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Abstract

一种干扰检测器及干扰检测方法。将接收信号分布与特定信号模型的参考分布进行比较，根据比较结果可以得到接收信号分布相对于参考分布的偏差值，并根据偏差值决定是否存在干扰。如果接收信号分布相对于参考分布有很大偏差，则表示干扰存在。只有当检测到干扰时，抗干扰电路或算法才会被启动，从而能有效地减少电力消耗。

Description

干扰检测器及干扰检测方法
技术领域
本发明是有关码分多址(Code Division Multiple Access，CDMA)类系统的接收器的抗干扰(Anti-jamming)，特别有关于用于这类接收器的干扰检测器(Jamming Detector)及干扰检测方法。
背景技术
CDMA类系统，如全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)，其接收器在运作时，有时会存在射频干扰(Radio FrequencyInterference)，也称为干扰(Jamming)。干扰可能由各种信号源所引起，例如信道共存(Channel Cohabitance)，来自手机、卫星、电视、调频(FrequencyModulation，FM)广播、雷达及敌方信号源的谐波。干扰可能造成接收器在不知不觉中降低准确度(Accuracy)并破坏接收信号的完整性(Integrity)。接收器中的自动增益控制(Automatic Gain Control，AGC)电路通过检测信号的全面强度并自动调整接收器的增益以维持近似固定的平均输出功率，从而使接收器保持其最佳的运作范围。AGC电路的性能设计方面，为使由量化(Quantization)引起的信噪比(Signal to Noise Ratio)劣化最小化，输入信号的特性必须列入考虑。例如，GNSS接收器的AGC单元通常使用特定的输入信号模型，如高斯信号模型。当输入信号中含有干扰时，AGC单元无法将预定的输入信号模型处理得很好，这可能进一步引起信号失真。同样地，接收器的其它功能，如获取能力(Acquisition Ability)和导航准确度(Navigation Accuracy)，也可能被干扰影响，因此需要抗干扰程序。然而，由于干扰偶尔才会发生，如果降低干扰的功能总是处于运作状态，会造成电能的浪费。信号传输环境可能常常是没有干扰的(Jamming-free)，在没有干扰期间执行抗干扰操作会造成显著的电能浪费。如果仅当输入信号中确实有干扰时才执行抗干扰操作，将会更经济更有效率，因此需要一种有效率的干扰检测方案。
发明内容
为了准确检测信号中的干扰并节约电能消耗，特提出一种干扰检测器及一种干扰检测方法。
本发明提出一种干扰检测器，用于CDMA类系统的接收器，包括分布测量部，测量接收信号的信号分布；以及干扰检测部，将分布测量部所测量到的信号分布与参考分布进行比较，并根据比较结果决定是否存在干扰；其中参考分布被分成多个群组，且信号分布是基于多个群组而加以测量，另外，分布测量部包括多个计数器，每个计数器计算通过对接收信号取样而得、且符合多个群组其中之一的特定条件的样本，以得到样本数，以及干扰检测部比较多个样本数与参考分布中多个群组各自的参考值以决定是否存在干扰。
本发明另提出一种干扰检测方法，包括以下步骤：测量接收信号的分布；将接收信号的分布与参考分布进行比较；以及根据比较结果决定接收信号中是否存在干扰；其中参考分布被分为多个群组，且为每个群组决定样本数以作为群组的参考值；对接收信号取样，计算信号落在每个区间中的样本数以得到每个群组的样本数；最后将接收信号的分布所得到的多个样本数分别与参考分布的多个群组各自的参考值进行比较。
上述干扰检测器及干扰检测方法能够通过测量信号分布而检测干扰是否存在，并且只在干扰存在时启动抗干扰功能，从而能够有效地节约相关产品的电能消耗。
附图说明
图1是依本发明实施例的具有干扰检测功能的接收器的方块图。
图2A是白噪声(也称作高斯或常态分布)信号模型的示意图。
图2B是单调正弦波信号模型的示意图。
图3是高斯随机变量的概率分布图。
图4是依本发明实施例的干扰检测方法的流程图。
具体实施方式
在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属技术领域的技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求项中所提及的「包括」为开放式的用语，故应解释成「包括但不限定于」。此外，「耦接」一词在此包括任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则代表第一装置可直接电气连接于第二装置，或透过其它装置或连接手段间接地电气连接至第二装置。
图1是依本发明实施例的具有干扰检测功能的接收器的方块图，该接收器包括天线(或天线组)10用来接收射频(Radio Frequency，RF)信号，RF处理单元20用来处理RF信号，例如过滤噪声、放大振幅以及将RF信号转换成中频信号(Intermediate Frequency，IF)。该接收器更具有自动增益控制(AutomaticGain Control，AGC)单元30用来调整来自RF处理单元20的信号的振幅。为使接收器具有最好的性能，例如使其信噪比(Signal to Noise Ratio)劣化达到最小，AGC单元30通常以特定信号模型为基础来设计，此信号模型可以是如图2A所示的白噪声(White Noise)(也称作高斯或常态分布)信号模型或如图2B所示的单调(monotonic)正弦波信号模型。AGC单元30输出的信号被传送至模数转换器(Analog-to-digital Converter，ADC)40，ADC 40将该信号取样为数字信号样本以用于后续处理。
依本发明，该接收器进一步具有多个计数器45用来计算不同振幅区间的样本数，也就是说，信号的强度分布被分成数个区间，以振幅或能量的范围界定各区间，对应的计数器用来计算落在各别区间实际的样本数。
在本实施例中，假设GNSS接收器内AGC单元30所使用的信号模型为零平均值(Zero-mean)高斯模型。图3是高斯随机变量的概率分布图。举例来说，如果振幅分布分成8个区间(每个区间大小等于信号的标准差)，以10,000个样本来说，应有135个样本落在第一区间，214个样本落在第二区间，1359个样本落在第三区间，3413个样本落在第四区间，3413个样本落在第五区间，1359个样本落在第六区间，214个样本落在第七区间，以及135个样本落在第八区间。上述数值称为区间期望计数(Expected Step Counts)Hi(i＝1至8)，该参考分布可由信号的概率分布函数(Probability Distribution Function，PDF)、累计分布函数(Cumulated Distribution Function，CDF)或统计实验而得。因此在本实施例中，接收器具有8个计数器45用来计算8个区间的样本数。然而，也可以使用不同数目的计数器45，例如接收器可包括4个计数器45，每个计数器计算两个相邻区间内的样本数。此外，也可以使用其它的配置。
该接收器更包括增益控制及干扰检测单元50，其具有干扰检测部52和增益控制部54。实际上，这两部可由不同区块实现或由可以执行二者功能的同一区块实现。计数器45分别计算信号落在各别区间实际的样本数并将得到的计数结果通知增益控制及干扰检测单元50。增益控制及干扰检测单元50将实际计数结果与理想值比较，或测量两种分布的差异，以判定信号中是否含有干扰。如果实际计数结果表明输入的样本分布与参考分布有很大不同，增益控制及干扰检测单元50则判定检测到干扰。接着，增益控制及干扰检测单元50产生干扰指示符(Jamming Indicator)，并将它传送至抗干扰单元60，以启动抗干扰单元60来消除干扰。当接收到代表检测到干扰的干扰指示符，抗干扰单元60可以采用任何适合的方式来消除干扰。例如，抗干扰单元60可使用频域信号处理的方法，如快速傅立叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)，从频域上移除干扰。或者，抗干扰单元60可使用时域信号处理的方法，如自适应滤波器(Adaptive Filter)，过滤出干扰并将干扰从输入信号中移除。抗干扰的技术领域中有各种方案可供使用，抗干扰单元60可应用其中任何一种方案来消除干扰。
干扰从信号中移除之后，无干扰的信号被传送至相关器70执行相关运算。相关器70的输出被传送至处理器80以执行如信号获取(Signal Acquisition)及信号追踪(Signal Tracking)的操作。
增益控制及干扰检测单元50也根据计数结果产生增益控制信号。增益控制及干扰检测单元50将增益控制信号传送至AGC单元30以控制AGC单元30。例如，如果信号未被干扰，增益控制及干扰检测单元50中的增益控制部54可以调整AGC单元30的增益，以使每个ADC区间的样本分布近似于参考分布。而当检测到干扰时，AGC单元30可以从当前模式转换为更适合当前信号的另一模式。此外，增益控制及干扰检测单元50也可以产生控制信号来控制接收器的其它组件。
如图1所示，计数器45和增益控制及干扰检测单元50中的干扰检测部52可视作同一单元并合称为干扰检测器100，这些计数器用来作为干扰检测器100的分布测量部，通过计算每个区间的样本数来测量所接收到信号的振幅分布。干扰检测器100检验ADC 40的输出以判定是否存在干扰。如果有干扰存在，干扰检测器100便通知抗干扰单元60，抗干扰单元60接着相应地适当运作以移除或降低干扰。通过提供干扰检测器100，抗干扰单元60不需要一直处于运作模式，而是仅当干扰指示符表明有干扰存在时抗干扰单元60才运作。因此，可以避免不必要的电能消耗。
信号分布可以表示为振幅的直方图，也就是说，以样本的振幅为准，将信号分布分成数个群组，并用计数器计算落在每个群组的样本数。群组的分类方法有很多种。振幅群组可被分成多个ADC区间，也可以仅使用ADC区间几个最高有效位(Most Significant Bits，MSB)。再者，振幅群组的分割也可以由软件完成。上述实施例中，每个区间大小一致。然而在其它实施例中，群组的大小不一致的设计仍然可行。
实际信号分布相对于理想信号模型的偏差值X可以由下列方程式(1)计算而得：
X = Σ i = 1 k ( h i - H i ) 2 Hi , - - - ( 1 )
其中k为全部区间的数目(此例中k＝8)，hi为样本落在第i个区间的实际样本数，而Hi为第i个区间的理想样本数。以上述高斯分布为例，H4＝3413。如果偏差值X达到或超过阈值Xn，a，亦即：
X≥Xn，a，              (2)
则判定干扰存在。阈值Xn，a是由增益控制及干扰检测单元50依照信号全部的样本数n(此例中n＝10000)以及所希望达到的准确度a来决定的。
上述检验方案只是众多方案中的一个范例，任何其它适用的统计测定方案都可用来判定干扰的存在。例如，除了直接将每个区间计算的样本数与期望数值比较之外，也可以计算各别区间之间样本数的差值或比例，并根据计算得到的差值或比例来判断输入信号的强度分布相对于预定的信号模型而言是否落在可接受的范围。例如增益控制及干扰检测单元50中的干扰检测部52可以使用差值平方(Square ofDifferences)、差值平方平均值(Mean Square of differences)或卡方测定(Chi-square Test)的方法来检验所接收信号的信号分布相对于理想信号分布的偏差程度。
图4是依本发明实施例的干扰检测方法的流程图。首先，在本方法的步骤S102中选取一个信号模型，一般来说，AGC单元30被预先设定为一个预定的信号模型。增益控制及干扰检测单元50通过使用预定的信号模型作为参考模型来检验ADC 40的输出以判断干扰是否存在。信号模型的振幅分布被分成k个区间(步骤S104)，数目k是预先给定的。虽然在此提出的实施例是关于振幅强度分布，然而其它类型的分布也可以适用，如频率响应。其次，决定理想分布模型每个区间的理想样本数Hi(i＝1至k)(步骤S106)，一般来说，理想样本数Hi可以很容易地由统计理论得知。如上所述，ADC 40以预定的取样频率对信号取样，每个特定群组的样本数由计数器45计算，表示为hi(步骤S108)。计数器45负责计算一个ADC区间或几个联合的区间，或者计算由软件分成的群组。增益控制及干扰检测单元50计算hi相对于Hi的偏差值X(步骤S110)。如上所述，偏差值X可由任何已知适合的统计方程式计算而得。增益控制及干扰检测单元50将偏差值X与参考阈值Xn，a比较，阈值Xn，a的大小取决于ADC 40的取样周期(或取样频率)内所得到的信号全部样本数n以及所希望达到的准确度a(步骤S112)。一旦偏差值X达到或超过阈值Xn，a，增益控制及干扰检测单元50则判定有干扰存在(步骤S114)。否则，增益控制及干扰检测单元50则判定信号没有干扰(步骤S116)。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (17)

1.一种干扰检测器，用于码分多址类系统的接收器，包括：
分布测量部，测量接收信号的信号分布；以及
干扰检测部，将该分布测量部所测量到的该信号分布与参考分布进行比较，并根据比较结果决定是否存在干扰；
其中该参考分布被分成多个群组，且该信号分布是基于该多个群组而加以测量，另外，该分布测量部包括多个计数器，每个计数器计算通过对该接收信号取样而得、且符合该多个群组其中之一的特定条件的样本，以得到样本数，以及该干扰检测部比较多个样本数与该参考分布中该多个群组各自的参考值以决定是否存在干扰。
2.如权利要求1所述的干扰检测器，其特征在于：该参考分布是根据信号的振幅被分成该多个群组。
3.如权利要求1所述的干扰检测器，其特征在于：该参考分布是根据信号的能量被分成该多个群组。
4.如权利要求1所述的干扰检测器，其特征在于：每个群组具有预定范围，该多个计数器分别计算落在该多个群组各自的预定范围的样本数。
5.如权利要求1所述的干扰检测器，其特征在于：该干扰检测部将每个群组中该接收信号的测量结果与该群组的该参考分布的参考值进行比较。
6.如权利要求5所述的干扰检测器，其特征在于：该干扰检测部使用至少包括该多个群组中各自的测量结果之间的差值、比例、差值平方、差值平方平均值以及该多个群组中各自的测量结果的卡方测定的数值群中的一个与该参考分布进行比较。
7.如权利要求1所述的干扰检测器，其特征在于：该参考分布为高斯信号模型。
8.如权利要求1所述的干扰检测器，其特征在于：该参考分布为单调正弦波信号模型。
9.一种用于码分多址类系统的干扰检测方法，包括：
测量接收信号的分布；
将该接收信号的分布与参考分布进行比较；以及
根据比较结果决定该接收信号中是否存在干扰，
其中该参考分布被分为多个群组，且为每个群组决定样本数以作为该群组的参考值；对该接收信号取样，计算信号落在每个区间中的样本数以得到每个群组的样本数；最后将该接收信号的分布所得到的多个样本数分别与该参考分布的该多个群组各自的参考值进行比较。
10.如权利要求9所述的干扰检测方法，其特征在于：该参考分布是根据信号的振幅被分成该多个群组。
11.如权利要求9所述的干扰检测方法，其特征在于：该参考分布是根据信号的能量被分成该多个群组。
12.如权利要求9所述的干扰检测方法，其特征在于：每个群组具有预定范围，以及落在该多个群组各自的预定范围的样本数被分别计算。
13.如权利要求9所述的干扰检测方法，其特征在于：每个群组中该接收信号的测量结果是与该群组中该参考分布的该参考值进行比较。
14.如权利要求9所述的干扰检测方法，其特征在于：使用至少包括该多个群组中各自的测量结果之间的差值、差值平方、差值平方平均值以及该多个群组中各自的测量结果的卡方测定的数值群中的一个与该参考分布进行比较。
15.如权利要求9所述的干扰检测方法，其特征在于：使用该多个群组中各自的测量结果之间的比例与该参考分布进行比较。
16.如权利要求9所述的干扰检测方法，其特征在于：该参考分布为高斯信号模型。
17.如权利要求9所述的干扰检测方法，其特征在于：该参考分布为单调正弦波信号模型。
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