CN102412865B - 一种扩频通信系统中窄带干扰抑制方法、装置和接收机 - Google Patents

Abstract

一种窄带干扰抑制方法，包括：对接收信号进行分组缓存处理，每条支路经过一定延时，分别得到延时后接收信号向量；计算其中一条支路的自相关P矩阵；采用已得到自相关P矩阵对每条支路接收信号向量做线性变换，得到每条支路窄带干扰抑制后接收信号向量；对窄带干扰抑制后接收信号向量做功率归一化处理，得到功率调整后接收信号向量；将功率调整后接收向量信号恢复为正常接收码片信号；对每条支路已恢复为正常接收码片的信号进行延时补偿，信号相加，恢复成一路信号输出。本发明还提供一种窄带干扰抑制装置和接收机。本发明通过将接收信号分路延时接收，有效补偿接收信号的强度，解决改进型码辅助技术在低扩频增益时性能损失较大的问题。

Description

一种扩频通信系统中窄带干扰抑制方法、装置和接收机

技术领域

本发明属于宽带扩频通信系统领域，特别是涉及一种宽带扩频通信系统中窄带干扰抑制方法、装置和接收机。

背景技术

宽带扩频通信系统是现阶段应用最为广泛的数字通信系统之一，具有抗多径能力强、发射功率低、低截获率等多种优势。窄带干扰(如单音干扰、窄带数字干扰等)是目前宽带扩频通信系统中存在的一种主要干扰，如图1所示为宽带扩频通信系统与窄带系统频谱交叠示意图，由图1中可知，宽带信号和窄带信号的频谱存在交叠，因此系统相互之间会产生频谱干扰。

宽带扩频系统自身存在一定的抗窄带干扰能力，且随着扩频增益的增大而增大，但利用增大扩频增益来抵抗窄带干扰将减少系统容量，同时增加系统复杂度。随着干扰功率的增强，这两种代价将达到不可容忍的程度。现有的改进型码辅助技术虽然能有效地解决上诉问题，但是在低扩频增益时性能损失较大。

因此，有必要研究一种能有效解决低扩频增益时性能损失的窄带干扰抑制方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种宽带扩频通信系统中窄带干扰抑制方法、装置和接收机，通过将接收信号分路延时接收，有效地补偿了接收信号的强度，解决了改进型码辅助技术在低扩频增益时性能损失较大的问题。

为解决以上技术问题，本发明提供了一种宽带扩频通信系统中窄带干扰抑制方法，包括，

步骤1，对接收信号进行分组缓存处理，每条支路经过一定的延时，分别得到延时后的接收信号向量；

步骤2，计算其中一条支路的自相关P矩阵；

步骤3，采用已得到自相关P矩阵对每条支路的接收信号向量做线性变换，得到每条支路窄带干扰抑制后的接收信号向量；

步骤4，对窄带干扰抑制后的接收信号向量做功率归一化处理，得到功率调整后的接收信号向量；

步骤5，将功率调整后的接收向量信号恢复为正常接收码片信号；

步骤6，对每条支路已恢复为正常接收码片的信号进行延时补偿，信号相加，恢复成一路信号输出。

进一步地，所述步骤2中，采用以下方式计算自相关P矩阵：

当窄带干扰的先验信息已知时，取P[k]＝R^-1[k]或P[k]＝(R_j[k]+βI)^-1，其中，R[k]表示M维接收向量的自相关矩阵；R_j[k]表示M维干扰向量的自相关矩阵；I表示M维单位矩阵；β≥0，典型取值为0或σ²，σ²表示白噪声功率；(·)^-1表示矩阵的逆；

当窄带干扰的先验信息未知时，P[k]为R^-1[k]的一个估计值，采用算法对R^-1[k]进行估计。

进一步地，所述步骤2进一步包括：

步骤21，向量更新，对接收信号向量进行更新处理，丢掉原始的接收信号向量，存储新的接收信号向量用于下次迭代；

步骤22，自相关矩阵更新，通过误差和收敛因子对自相关P矩阵进行更新处理，丢掉原始的自相关矩阵值，存储新的自相关矩阵值；

步骤23，采用自适应的方法调整收敛因子，加快迭代收敛速度；

步骤24，对一次迭代后的自相关矩阵进行延时处理。

为解决以上技术问题，本发明还提供了一种宽带扩频通信系统中窄带干扰抑制装置，包括：第一延时模块、组帧模块、计算矩阵P模块、功率归一化模块、采样恢复模块、第二延时模块，

所述第一延时模块，对频谱交叠信号进行分路延时接收处理，每条支路延时后分别输出一个延时信号，送入所述组帧模块；

所述组帧模块，对每条支路的延时信号分别进行缓存处理，组成延时接收信号向量，把其中一条支路的信号向量送入所述计算矩阵P模块；

所述计算矩阵P模块，通过迭代得到输入信号向量的自相关矩阵，送入到乘法器与每条支路的接收向量进行相乘处理，得到干扰抑制后的信号；

所述功率归一化模块，对干扰抑制后的信号进行功率归一化处理，送入采样恢复模块；

所述采样恢复模块，将经过干扰抑制处理后的接收信号向量恢复为正常的接收信号；

所述第二延时模块，用于对齐每条支路采样恢复后的正常接收信号，进行相加处理，恢复成一路干扰抑制后的信号。

进一步地，所述计算P矩阵模块包括：更新向量单元、更新矩阵单元、遗忘因子单元、延时单元，

所述更新向量单元，在迭代过程中，存储新的接收信号向量；

所述更新矩阵单元，在迭代过程中对估计得到的自相关矩阵P进行更新处理；

所述遗忘因子单元，用于存储迭代算法所需的遗忘因子参数；

所述延时单元，对矩阵更新单元输出自相关矩阵P进行延时处理。

为解决以上技术问题，本发明还提供了一种接收机，包括干扰抑制装置、解调装置，

所述干扰抑制装置，对基带接收信号进行线性变化，得到干扰抑制后的基带接收信号；

所述解调装置，对干扰抑制后的基带接收信号进行解扩和逆映射处理，得到比特级数据。

进一步地，所述接收机进一步包括匹配滤波装置，用于对基带接收信号进行匹配滤波器处理，得到滤波器处理后的接收信号，送入所述干扰抑制装置。

进一步地，所述接收机进一步包括扰码发生器，用于产生解扰所需的伪码，干扰抑制后的基带接收信号进行解扰处理后得到码片级数据。

进一步地，所述接收机进一步包括扩频码发生器，用于产生解扩所需的码片，码片级数据经过解扩处理得到符号级数据，送入解调装置。

进一步地，所述接收机进一步包括信宿装置，用于将接收解调装置的比特数据与发射的比特级数据进行比较，计算误码率。

与改进型码辅助技术的现有技术相比，本发明的宽带扩频通信系统中窄带干扰抑制方法、装置和接收机，通过将接收信号分路延时接收，有效地补偿了接收信号的强度，解决了改进型码辅助技术在低扩频增益时性能损失较大的问题。同时，解决了码辅助技术在接收信号统计特性未知情况下采用盲检测技术精度有限造成干扰抑制效果较差问题，能有效地抑制多种窄带干扰，同时具有复杂度低、鲁棒性强；降低了在频率选择性衰落信道情况下码辅助技术基于每个期望用户生成检测向量的复杂度；并采用长码的扩频方案，使本发明能够应用于第三代移动通信中的TD-SCDMA，WCDMA系统等。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有宽带扩频通信系统与窄带系统频谱交叠示意图；

图2为本发明实施例的宽带扩频通信系统基带接收机结构图；

图3为本发明实施例的干扰抑制装置的结构图；

图4为本发明实施例的计算矩阵P模块的结构图；

图5为本发明实施例的干扰抑制方法流程图；

图6为本发明实施例在GSM&WCDMA交叠系统示意图；

图7为本发明实施例在GSM&WCDMA交叠系统的性能对比图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图2所示，为本发明实施例的宽带扩频通信系统基带接收机结构图。该接收机包括：扩频码发生器1、扰码发生器2、匹配滤波装置3、干扰抑制装置4、解调装置5、信宿装置6。其中：

所述匹配滤波装置3，对基带接收信号做匹配滤波器处理，消除带外干扰和噪声，得到滤波器处理后的接收信号r(n)

r(n)＝s(n)+j(n)+n(n)(式1)

其中，r(n)为接收信号；s(n)为期望的宽带扩频用户信号；j(n)为窄带干扰，例如单音干扰，调频干扰，数字窄带干扰等；n(n)为高斯白噪声。

所述干扰抑制装置4，对经过匹配滤波器处理后的基带接收信号进行线性变化，得到干扰抑制后的基带接收信号；

所述扰码发生器1，用于产生解扰所需的伪码，干扰抑制后的基带接收信号进行解扰处理后得到码片级数据；

所述扩频码发生器2，用于产生解扩所需的码片，码片级数据经过解扩处理得到符号级数据，送入解调装置5；

所述解调装置5，对基带码片级的数据进行解扩和逆映射处理，得到比特级数据；

所述信宿装置6，将接收解调装置5的比特数据与发射的比特级数据进行比较，计算误码率。

图3为根据本发明实施例提出一种窄带干扰抑制装置4的详细结构图，该装置用于宽带扩频通信系统中，包括：第一延时模块11、组帧模块12、计算矩阵P模块13、功率归一化模块14、采样恢复模块15、第二延时模块16；

所述第一延时模块11，对频谱交叠信号进行分路延时接收处理，将接收信号r(n)分成φ路信号，每条支路延时后分别输出一个延时信号，使每路信号有一定的延时，送入所述的组帧模块，其中，第φ路信号可以表示为如下形式：

r(φ)＝r(n)□δ(n-φ)(式2)

其中，□表示为卷积算子，δ(n-φ)为延时分量，φ取值为0＜φ＜M-1；

所述组帧模块12，对每条支路的延时信号分别进行缓存处理，组成延时接收信号向量，把其中一条支路的信号向量送入所述的计算矩阵P模块。具体如下：

将每路接收信号分别按照每M个码片一组组合为成M维的接收向量序列，第k个接收向量可以表示为如下形式：

r[k]＝[r(kM)r(kM-1)…r(kM-M+2)r(kM-M+1)]^T(式3)

其中，k≥1，(·)^T表示向量或矩阵转置，r[k]的组成如下所示：

r[k]＝s[k]+j[k]+n[k](式4)

其中，r[k]表示M维的接收向量；s[k]表示M维的宽带扩频信号向量；j[k]表示M维的窄带干扰向量；n[k]表示M维的高斯白噪声向量。

所述计算矩阵P模块13，通过迭代得到输入信号向量的自相关矩阵，送入到乘法器与每条支路的接收向量进行相乘处理，得到干扰抑制后的信号。

如图4所示，为本发明实施例的计算矩阵P模块的结构图，该计算矩阵P模块1313包括：更新向量单元17、更新矩阵单元18、遗忘因子单元19、延时单元20。

所述更新向量单元17，对接收信号向量进行更新处理，丢掉原始的接收信号向量，存储新的接收信号向量r[k]用于下次迭代；

所述更新矩阵单元18，在迭代过程中对估计得到的自相关矩阵P进行更新处理。具体如下：

自相关矩阵更新，随着迭代进行，需要通过误差和收敛因子对矩阵进行更新处理，丢掉原始的自相关矩阵值，存储新的自相关矩阵值。下面以基于递归最小二乘的自适应抑制方案为例说明自相关矩阵更新方式：

步骤41，初始化自相关P矩阵，即设定P[0]，设置收敛因子λ值：对于P[0]，设定P[0]＝I_M，其中I_M为M阶单位阵。其中λ取值为0＜λ＜1

步骤42，更新中间向量k[k]：

$k\[k\]=\frac{P\[k-1\]r\[k\]}{\mathrm{\λ}+r^H\[k\]P\[k-1\]r\[k\]}$ (式5)

步骤43，更新自相关矩阵P[k]

$P\[k\]=\frac{1}{\mathrm{\λ}}\{P\[k-1\]-k\[k\]r^H\[k\]P\[k-1\]\}$ (式6)

所述遗忘因子单元19，用于存储迭代算法所需的遗忘因子参数。

所述延时单元20，对矩阵更新单元输出自相关矩阵P进行延时处理。具体如下：将所得矩阵P[k]延时以便在下一时刻得到P[k-1]；

通过迭代得到输入信号向量的自相关矩阵P[k]，送入到乘法器与接收向量r[k]进行相乘处理，得到干扰抑制后的信号

${\tilde{r}}^{\′}\[k\]=P\[k\]r\[k\]$ (式7)

所述功率归一化模块14，对干扰抑制后的信号进行功率归一化处理，送入采样恢复模块15。具体如下：所述的功率归一化模块，对干扰抑制后的信号进行功率归一化处理，

$\tilde{r}\[k\]={\tilde{r}}^{\′}\[k\]/(1-\mathrm{\λ})$ (式8)

所述采样恢复模块15，将经过功率归一化处理后的接收信号向量恢复为正常的接收信号。具体如下：将经过功率归一化处理后的接收信号向量恢复为正常的接收码片信号，

(式9)

其中，表示对标量向下取整，r_i表示向量r的第i个元素。

所述第二延时模块16，用于对齐每条支路采样恢复后的正常接收信号，进行相加处理，恢复成一路干扰抑制后的信号。

图5是根据本发明的实施例提供的一种宽带扩频通信系统中窄带干扰抑制方法的流程图，包括以下步骤：

步骤1，对接收信号进行分路缓存处理，每条支路进过一定的延时，分别得到延时后的接收信号向量；

步骤2，计算其中一条支路的自相关P矩阵，当窄带干扰的先验信息已知时，取P[k]＝R^-1[k]或P[k]＝(R_j[k]+βI)^-1，其中，R[k]表示M维接收向量的自相关矩阵；R_j[k]表示M维干扰向量的自相关矩阵；I表示M维单位矩阵；β≥0，典型取值为0或σ²，σ²表示白噪声功率；(·)^-1表示矩阵的逆；当窄带干扰的先验信息未知时，P[k]为R^-1[k]的一个估计值，可采用多种算法对R^-1[k]进行估计，包括最小二乘算法、递归最小二乘算法等；所述步骤2进一步包括：

步骤21，向量更新，随着迭代进行，对接收信号向量进行更新处理，丢掉原始的接收信号向量，存储新的接收信号向量用于下次迭代；

步骤22，自相关矩阵P更新，随着迭代进行，需要通过误差和收敛因子对矩阵进行更新处理，丢掉原始的自相关矩阵值，存储新的自相关矩阵值；

步骤23，采用自适应的方法调整收敛因子，加快迭代收敛速度；

步骤24，对一次迭代后的自相关矩阵进行延时处理，并反馈到矩阵更新单元的输入端。

步骤3，采用已得到的自相关P矩阵对每条支路的接收信号向量做线性变换，得到每条支路窄带干扰抑制后的接收信号向量；

步骤4，对窄带干扰抑制后的接收信号向量做功率归一化处理，得到功率调整后的接收信号向量；

步骤5，将功率调整后的接收向量信号恢复为正常接收码片信号；

步骤6，对每条支路已恢复为正常接收码片的信号进行延时补偿，信号相加，恢复成一路信号输出。

图6为本发明一个GSM&WCDMA交叠系统实施例；由图6中可知，GSM信号和UMTS信号的频谱存在交叠，因此相互之间会产生频谱干扰，这将导致上下行接收信号互相干扰，覆盖和容量缩水严重，更严重的将导致系统不可用。本发明可以在抑制干扰同时不损失有用信号，解决上述频谱交叠的问题。

图7为本发明在GSM&WCDMA交叠系统的性能对比图。采用AWGN信道，扩频增益为4；两支路延迟处理，第二支路相对于第一支路的延迟为4个码片；窄带干扰为20dB的单载波GSM干扰；图7可以看出，本发明优于改进型码辅助技术。同时，本发明还具有复杂度低和不受扰码约束特点，在现实的WCDMA系统中更具有实用性，在不影响现有接收机结构的前提下，单纯的增加一个干扰抑制模块，即可对多个GSM的干扰起到良好的抑制作用。

这里已经通过具体的实施例子对本发明进行了详细描述，提供上述实施例的描述为了使本领域的技术人员制造或适用本发明，这些实施例的各种修改对于本领域的技术人员来说是容易理解的。本发明不限于只处理WCDMA和GSM频谱交叠配置情况，还可以处理GSM&CDMA配置情况。本发明并不限于这些例子，或其中的某些方面。本发明的范围通过附加的权利要求进行详细说明。

上述说明示出并描述了本发明的一个优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种宽带扩频通信系统中窄带干扰抑制方法，其特征在于，包括，

对接收信号进行分组缓存处理，每条支路经过一定的延时，分别得到延时后的接收信号向量；

计算其中一条支路的自相关P矩阵；

采用已得到自相关P矩阵对每条支路的接收信号向量做线性变换，得到每条支路窄带干扰抑制后的接收信号向量；

对窄带干扰抑制后的接收信号向量做功率归一化处理，得到功率调整后的接收信号向量；

将功率调整后的接收向量信号恢复为正常接收码片信号；

对每条支路已恢复为正常接收码片的信号进行延时补偿，信号相加，恢复成一路信号输出；

其中，

所述计算其中一条支路的自相关P矩阵时，采用以下方式：

当窄带干扰的先验信息已知时，取P[k]＝R^-1[k]或P[k]＝(R_j[k]+βI)^-1，其中，R[k]表示M维接收向量的自相关矩阵；R_j[k]表示M维干扰向量的自相关矩阵；I表示M维单位矩阵；β为0或σ²，σ²表示白噪声功率；(·)^-1表示矩阵的逆；

当窄带干扰的先验信息未知时，P[k]为R^-1[k]的一个估计值，采用算法对R^-1[k]进行估计。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算其中一条支路的自相关P矩阵进一步包括：

向量更新，对接收信号向量进行更新处理，丢掉原始的接收信号向量，存储新的接收信号向量用于下次迭代；

自相关矩阵更新，通过误差和收敛因子对自相关P矩阵进行更新处理，丢掉原始的自相关矩阵值，存储新的自相关矩阵值；

采用自适应的方法调整收敛因子，加快迭代收敛速度；

对一次迭代后的自相关矩阵进行延时处理。

3.一种宽带扩频通信系统中窄带干扰抑制装置，其特征在于，包括：第一延时模块、组帧模块、计算矩阵P模块、功率归一化模块、采样恢复模块、第二延时模块，

所述第一延时模块，对频谱交叠信号进行分路延时接收处理，每条支路延时后分别输出一个延时信号，送入所述组帧模块；

所述组帧模块，对每条支路的延时信号分别进行缓存处理，组成延时接收信号向量，把其中一条支路的信号向量送入所述计算矩阵P模块；

所述计算矩阵P模块，通过迭代得到输入信号向量的自相关矩阵，送入到乘法器与每条支路的接收向量进行相乘处理，得到干扰抑制后的信号；

所述功率归一化模块，对干扰抑制后的信号进行功率归一化处理，送入采样恢复模块；

所述采样恢复模块，将经过功率归一化处理后的接收信号向量恢复为正常的接收信号；

所述第二延时模块，用于对齐每条支路采样恢复后的正常接收信号，进行相加处理，恢复成一路干扰抑制后的信号。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述计算矩阵P模块包括：更新向量单元、更新矩阵单元、遗忘因子单元、延时单元，

所述更新向量单元，在迭代过程中，存储新的接收信号向量；

所述更新矩阵单元，在迭代过程中对估计得到的自相关矩阵P进行更新处理；

所述遗忘因子单元，用于存储迭代算法所需的遗忘因子参数；

所述延时单元，对矩阵更新单元输出自相关矩阵P进行延时处理。

5.一种接收机，其特征在于，包括如权利要求4所述的干扰抑制装置、解调装置，

所述干扰抑制装置，对基带接收信号进行线性变化，得到干扰抑制后的基带接收信号；

所述解调装置，对干扰抑制后的基带接收信号进行解扩和逆映射处理，得到比特级数据。

6.如权利要求5所述的接收机，其特征在于，进一步包括匹配滤波装置，用于对基带接收信号进行匹配滤波器处理，得到滤波器处理后的接收信号，送入所述干扰抑制装置。

7.如权利要求5所述的接收机，其特征在于，进一步包括扰码发生器，用于产生解扰所需的伪码，干扰抑制后的基带接收信号进行解扰处理后得到码片级数据。

8.如权利要求7所述的接收机，其特征在于，进一步包括扩频码发生器，用于产生解扩所需的码片，码片级数据经过解扩处理得到符号级数据，送入解调装置。

9.如权利要求5所述的接收机，其特征在于，进一步包括信宿装置，用于将接收解调装置的比特数据与发射的比特级数据进行比较，计算误码率。