CN101895370A - 一种ofdm通信系统的干扰检测方法 - Google Patents

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Abstract

一种OFDM通信系统中的干扰检测方法，属于通信技术领域。本发明基于子带误码率的统计，提取误码率最小子带数据来设定干扰检测门限，然后截取接收数据中相邻的Q帧，经分段、加窗、|FFT|后将对应频点相加求均值得到的数据与干扰检测门限TH进行比较，最终得到干扰检测结果，属于一种自适应的盲干扰检测方法。本发明具有检测准确性高、漏检率低的特点；另外，本发明无需要进行信道估计，降低了整个OFDM通信系统的复杂程度；也不需要导频信号进行干扰检测门限的设定，从而提高了OFDM通信系统的频谱资源利用率。

Description

一种OFDM通信系统的干扰检测方法
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，涉及正交频分复用(OFDM，Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing)通信系统的干扰检测方法。
背景技术
正交频分复用(OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术是一种特殊的多载波传输方案，既可以看作一种调制技术，也可以当作一种复用技术，具有数据传输速率高、抗多径干扰能力强、频谱效率高等优点，越来越受到重视。它已广泛用在数字音频广播(DAB)、数字视频广播(DVB)、无线局域网(WLAN)等领域，OFDM技术在为其提供宽带接入的同时，还可以为系统提供灵活的频谱资源分配，成为系统中干扰避免的最佳技术。频谱资源是不可再生资源，与日俱增的用户需求使得无线频谱资源面临紧缺的危险，然而，美国加州大学Berkely分校的实地测量数据向我们展示了另一番景象，见图1所示，频谱资源在时域及频域上有多达70％未被充分利用，因此系统在避免对已有用户产生有害的干扰同时确保自身系统的服务质量，就必需检测来自于已有业务用户(如DVB等)或者其他人为的干扰。因此，检测干扰是采用OFDM技术系统中的重要组成部分，使得干扰检测越来越受到重视，成为使用OFDM系统必备技术之一。
在现有的通信系统中，常见的干扰检测技术有：1)基于导频信号的干扰检测方法。该类干扰检测方案是根据导频信号的接收功率来评价整个频段的干扰情况，需要在系统不同地方插入导频信号，利用导频信号功率设定干扰检测门限；由于导频信号占用了系统的部分子载波，降低了系统频谱资源利用率，从而降低了整个系统的通信效率；2)基于接收信号瞬时功率的干扰检测方法。该干扰检测方法使用接收信号的瞬时功率生成功率检测因子与接收系列做相关性检测，要时刻提取信号的瞬时功率做相关性运算，运算量大；3)基于信号相位偏转的干扰检测方法。该干扰检测方法利用信号经过信道后，接收信号与发射信号在星座图上的坐标误差平方的期望值进行干扰检测；该方法需要进行信道估计技术提取信道参数，而实际无线信道估计难以提取精确的信道参数，使得该干扰检测方法难以确定准确的干扰检测门限。4)基于噪声功率的干扰检测方法。该干扰检测方法在发射机静默状态下，将接收到的噪声信号译码，然后利用噪声译码信号的功率值来确定干扰检测门限。该类方法算法简单，易于实现；但现有各种基于噪声功率的干扰检测方法均是针对整个工作频带的噪声接收信号进行译码，利用整个工作频带的平均噪声功率来确定干扰检测门限。该类方法由于确定的干扰检测门限不太科学、合理，进而造成干扰检测的结果准确性较差。
发明内容
本发明提供一种OFDM通信系统中的干扰检测方法，该方法基于子带误码率的统计，利用噪声功率设定检测门限来进行干扰检测。这种检测方法具有检测准确性高、漏检率低的特点，是一种无需导频信号和信道估计的自适应盲干扰检测方法。
本发明技术方案如下：
一种OFDM通信系统中的干扰检测方法，如图2所示，包括以下步骤：
步骤1：在OFDM通信系统的工作频带内，发射机发送一段数据后关闭，接收机对接收到的OFDM数据分成A(1)、A(2)…A(i)…A(M)(1≤i≤M)M个子带，经译码后统计各个子带的误码率。
步骤2：在发射机关闭后的静默周期状态下，根据步骤1的统计结果，提取误码率最小的子带接收数据y1，y2，…，yL，其中L表示每个子带的子载波数量。
步骤3：利用步骤2提取的误码率最小的子带接收数据y1，y2，…，yL设定干扰检测门限，具体包括以下步骤：
步骤3-1：对误码率最小的子带接收数据y1，y2，…，yi，…，yL进行|FFT|运算，得到频域数据Y1，Y2，…，Yi，…，YL；
步骤3-2：计算频域数据Y1，Y2，…，Yi，…，YL的方差σ2(即噪声功率)；
步骤3-3：根据公式P(|Yi|＞c·σ2|H0)＝Palarm设定门限优化因子c，其中H0表示系统没有干扰只有噪声情况，Palarm为虚警概率，即系统在没有干扰情况下认为干扰存在的概率；
步骤3-4：计算干扰检测门限TH＝c·σ2。
步骤4：对整个接收信号进行子载波干扰情况判断，包括以下步骤：
步骤4-1：设接收到的数据帧长度为N(y1，y2，…，yN)，任意截取相邻的Q(Q≥2)帧接收数据合并成长度为Q·N的数据；
步骤4-2：在步骤4-1所得长度为Q·N的数据中，截取W(W≥Q+1)段长度为N的数据；
步骤4-3：对W段长度为N的数据分别进行加窗，然后进行行|FFT|变换，得到频域数据Dj i(1≤i≤W，1≤j≤N)；
步骤4-4：将频域数据Dj i(1≤i≤W，1≤j≤N)对应频点相加求均值得到数据Z1，Z2，…，Zj…，ZN，其中
Figure GSA00000076618700031
j＝1，2，…N；
步骤4-5：将步骤4-4所得数据Z1，Z2，…，Zj…，ZN与干扰检测门限TH进行比较，如果Zj≥TH，判定第j个子载波处存在干扰；如果Zj＜TH，判定第j个子载波处不存在干扰。
步骤5：对整个接收信号进行子带干扰情况判断。
根据步骤4的判决结果，判定存在干扰的子载波所处的子带就是存在干扰的子带。
需要说明的是：
步骤1中OFDM子带划分是根据实际的需要自主划分的，并且每个子带包含的子载波个数也可以自己确定。
步骤2中选择误码率最小子带数据进行检测门限设定，当子带误码率最小时，认为这个子带没有受到干扰或者受到干扰最小，数据主要由噪声组成，求出噪声方差与实际中的噪声功率更接近，用其做检测门限更优，其频谱的模服从瑞利分布。
步骤4中在每段数据前加窗(汉明窗)是为了更好的抑制频谱泄漏，然后分别对每段数据进行|FFT|，再把对应频点数据相加求平均，这样信号频谱更平坦，有干扰的地方更突出。
本发明在给出了子载波干扰检测结果的基础上，同时给出了子带干扰检测结果，因为实际的OFDM系统中信号传输是以子带为单位进行数据传输的，一个子带可以包含多个子载波。为了使OFDM通信系统的译码更准确，实现更可靠通信，当一个子带中只要有一个子载波受到干扰，整个子带都不用来传输数据。
为了保证可靠的通信传输，系统每隔一段时间给出一个静默周期用于干扰检测，检测子带存在干扰或者被别的系统占用。
本发明基于子带误码率的统计，提取误码率最小子带数据来设定干扰检测门限，然后截取接收数据中相邻的Q帧，经分段、加窗、|FFT|后将对应频点相加求均值得到的数据与干扰检测门限TH进行比较，最终得到干扰检测结果，属于一种自适应的盲干扰检测方法。其中干扰检测门限的设定方法是本发明的创新点，基于该干扰检测门限设定方法的OFDM干扰检测方法具有检测准确性高、漏检率低的特点，因为采用误码率最小子带，说明此子带的数据没有受到干扰或者受到干扰较小，噪声功率频谱在这个子带内比较稳定，功率分布均匀、相差不大，利用此子带的数据来评价整个信号的工作频谱效果更加科学、合理，从而使得干扰检测准确性更高、漏检率更低。另外，本发明无需要进行信道估计，降低了整个OFDM通信系统的复杂程度；也不需要导频信号进行干扰检测门限的设定，从而提高了OFDM通信系统的频谱资源利用率。
附图说明
图1是伯克利无线研究中心对频谱利用情况的实测结果。
图2是OFDM通信系统中干扰检测模块位置示意图。
图3是本发明干扰检测方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图，以具体实例对本发明提供的干扰检测方法进行详细的说明。
图2指出OFDM通信系统中干扰检测位置示意图，详细的干扰检测流程不在这里讲述，可以参照图2了解。
下面结合图3本发明干扰检测方法流程图，详细介绍本发明技术方案。
一种OFDM通信系统中的干扰检测方法，包括以下步骤：
步骤1：在OFDM通信系统的工作频带内，发射机发送一段数据后关闭，接收机对接收到的OFDM数据分成A(1)、A(2)…A(i)…A(16)16个子带，经译码后统计各个子带的误码率，其中1≤i≤16；
步骤2：在发射机关闭后的静默周期状态下，根据步骤1的统计结果，提取误码率最小的子带接收数据y1，y2，…，y128，其中每个子带的子载波数量为128；
步骤3：利用步骤2提取的误码率最小的子带接收数据y1，y2，…，y128设定干扰检测门限，具体包括以下步骤：
步骤3-1：对误码率最小的子带接收数据y1，y2，…，y128进行|FFT|运算，得到频域数据Y1，Y2，…，Yi，…，Y128；
步骤3-2：计算频域数据Y1，Y2，…，Yi，…，Y128的方差σ2；
步骤3-3：根据公式P(|Yi|＞c·σ2|H0)＝Palarm设定门限优化因子c，其中H0表示系统没有干扰只有噪声情况，Palarm为虚警概率，即系统在没有干扰情况下认为干扰存在的概率；
步骤3-4：计算干扰检测门限TH＝c·σ2。
步骤4：对整个接收信号进行子载波干扰情况判断，包括以下步骤：
步骤4-1：设接收到的数据帧长度N为2048，任意截取相邻的2帧接收数据合并成长度为4096的数据；
步骤4-2：在步骤4-1所得长度为4096的数据中，截取3段长度为2048的数据；
步骤4-3：对3段长度为2048的数据分别进行加窗，然后进行行|FFT|变换，得到频域数据Dj i，1≤i≤3，1≤j≤2048；
步骤4-4：将频域数据Dj i对应频点相加求均值得到数据Z1，Z2，…，Zj…，Z2048，其中
Figure GSA00000076618700051
j＝1，2，…2048；
步骤4-5：将步骤4-4所得数据Z1，Z2，…，Zj…，Z2048与干扰检测门限TH进行比较，如果Zj≥TH，判定第j个子载波处存在干扰；如果Zj＜TH，判定第j个子载波处不存在干扰；
步骤5：对整个接收信号进行子带干扰情况判断；
根据步骤4的判决结果，判定存在干扰的子载波所处的子带就是存在干扰的子带。
系统每隔一段时间，产生个静默周期，关闭发射机，打开接收机，用于干扰信号检测。
根据本发明，计算信号的时候不用进行信道估计，降低了算法的难度；不用导频信号，提高了系统频谱的利用效率，系统可以自适应的确定检测门限，完成信号的盲检测。

Claims (3)

1.一种OFDM通信系统中的干扰检测方法，包括以下步骤：
步骤1：在OFDM通信系统的工作频带内，发射机发送一段数据后关闭，接收机对接收到的OFDM数据分成A(1)、A(2)…A(i)…A(M)M个子带，经译码后统计各个子带的误码率，其中1≤i≤M；
步骤2：在发射机关闭后的静默周期状态下，根据步骤1的统计结果，提取误码率最小的子带接收数据y1，y2，…，yL，其中L表示每个子带的子载波数量；
步骤3：利用步骤2提取的误码率最小的子带接收数据y1，y2，…，yL设定干扰检测门限，具体包括以下步骤：
步骤3-1：对误码率最小的子带接收数据y1，y2，…，yi，…，yL进行|FFT|运算，得到频域数据Y1，Y2，…，Yi，…，YL；
步骤3-2：计算频域数据Y1，Y2，…，Yi，…，YL的方差σ2；
步骤3-3：根据公式P(|Yi|＞c·σ2|H0)＝Palarm设定门限优化因子c，其中H0表示系统没有干扰只有噪声情况，Palarm为虚警概率，即系统在没有干扰情况下认为干扰存在的概率；
步骤3-4：计算干扰检测门限TH＝c·σ2。
步骤4：对整个接收信号进行子载波干扰情况判断，包括以下步骤：
步骤4-1：设接收到的数据帧长度为N，任意截取相邻的Q帧接收数据合并成长度为Q·N的数据，其中Q≥2；
步骤4-2：在步骤4-1所得长度为Q·N的数据中，截取W段长度为N的数据，其中W≥Q+1；
步骤4-3：对W段长度为N的数据分别进行加窗，然后进行行FFT变换，得到频域数据Dj i，1≤i≤W，1≤j≤N；
步骤4-4：将频域数据Dj i对应频点相加求均值得到数据Z1，Z2，…，Zj…，ZN，其中
Figure FSA00000076618600021
j＝1，2，…N；
步骤4-5：将步骤4-4所得数据Z1，Z2，…，Zj…，ZN与干扰检测门限TH进行比较，如果Zj≥TH，判定第j个子载波处存在干扰；如果Zj＜TH，判定第j个子载波处不存在干扰；
步骤5：对整个接收信号进行子带干扰情况判断；
根据步骤4的判决结果，判定存在干扰的子载波所处的子带就是存在干扰的子带。
2.根据权利要求1所述的OFDM通信系统中的干扰检测方法，其特征在于，步骤4-3对W段长度为N的数据分别进行加窗时，所述窗为汉明窗。
3.根据权利要求1所述的OFDM通信系统中的干扰检测方法，其特征在于，所述OFDM通信系统每隔一段时间给出一个静默周期用于干扰检测。
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