CN102752015B

CN102752015B - 一种ds/fh混合扩频通信系统窄带干扰检测处理方法

Info

Publication number: CN102752015B
Application number: CN201210234469.2A
Authority: CN
Inventors: 梁光明; 刘东华; 汪伟
Original assignee: National University of Defense Technology
Current assignee: National University of Defense Technology
Priority date: 2012-07-09
Filing date: 2012-07-09
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2032-07-09
Also published as: CN102752015A

Abstract

本发明提供了一种DS/FH混合扩频通信系统窄带干扰检测处理方法。技术方案包括下述步骤：第一步：计算频域信号；第二步：求初始门限；第三步：求高、低门限；第四步：计算干扰抑制后的信号。本发明的技术方案属于一种快速双门限算法，而且本发明提高了求双门限的运算速度，减少了运算量，进而减少了资源的消耗，有助于双门限算法走向实用。

Description

一种DS/FH混合扩频通信系统窄带干扰检测处理方法

技术领域

本发明属于无线通信信号处理领域，用于窄带干扰抑制技术中对干扰的检测与处理。

背景技术

扩频通信抗干扰技术的研究开始于20世纪70年代末期。在过去的30多年中，大量的研究工作一直关注于扩频系统中有效的窄带干扰抑制技术的开发应用，发展至今仍然是众多学者研究的热门课题。目前，扩频通信系统的性能提高主要通过在扩频的基础上配合干扰抑制技术来进一步提高系统的抗干扰能力，从而达到提升系统性能的目的。

DS（Direct Sequence，直接序列）/FH（Frequency Hopping，跳频）混合扩频通信系统结合了直接序列扩频通信系统和跳频扩频通信系统的优点，本身具有很强的抗干扰能力，其抗干扰的能力与扩频增益成正比，在理论情况下，扩频通信系统所固有的扩频增益可以提供任何足够大的抗干扰能力，但是，实际应用中受带宽和系统复杂度的限制，在现有条件下，DS/FH混合扩频通信系统的处理增益和干扰容限不可能做的很高。

同扩频信号相比，这些干扰信号通常是传统通信体制下的窄带信号，在存在强窄带干扰或多窄带干扰信号的情况下，单纯地用增大系统的扩频增益的方法来抑制干扰往往是不够的。为了进一步提高DS/FH混合扩频通信系统抗干扰的能力，必须采用有效的抗干扰技术来对抗干扰，其中之一就是借助信号处理技术，对接收信号进行处理，从而增加系统的抗干扰能力。

基于DFT（Discrete Fourier Transform，离散傅里叶变换）的窄带干扰抑制技术是利用扩频信号、背景噪声和窄带干扰在变换域的不同表现特征来去除干扰信号。其中，变换域处理技术对干扰谱线的检测以及相应的处理算法很大程度上决定了系统抗干扰的性能。

门限法是一种常用变换域干扰检测处理方法，通过设计干扰检测门限，将经DFT变换后的频域值与门限进行比较，对存在干扰的频域值进行置零或裁减。双门限算法是门限法的一种，先通过CME（Consecutive Mean Excision，连续均值去除）算法确定初始门限，再进一步求出高、低门限，运用簇的思想，把大于低门限的频域值定义为“簇”，然后把“簇”里最大的频域值和高门限比较，来判断“簇”是干扰还是噪声和信号，如果最大的频域值大于高门限，判定“簇”是干扰，对其进行置零或裁减，否则，认定是噪声和信号，不做处理。基于CME的双门限算法在求初始门限时需要不断的进行迭代运算，其核心思想是采用递归的方法，先计算所有频域值的均值，乘以门限因子得到门限，认为比门限大的都是干扰的频域值，去除干扰频域值后，再次计算出剩余频域值的均值，再次乘以门限因子得到新门限，直到没有干扰的频域值测出来为止。FCME（Forward Consecutive Mean Excision，向前连续均值去除）算法是CME算法的一种改进，认为只有少数幅度最小的频域值没有受到干扰，以最小频域值求均值，再乘以门限系数作为初始门限，避免了CME算法求初始门限需要多次迭代运算，但FCME则需要对频域值进行由小到大的排序，当数据长度较长时，计算时间复杂度也比较大。

发明内容

本发明提供了一种DS/FH混合扩频通信系统窄带干扰检测处理方法，不需要像基于CME双门限算法那样通过迭代运算求得初始门限，也不需要像基于FCME双门限算法那样对频域值进行排序，计算初始门限的时间复杂度远远低于CME和FCME算法，从而提高双门限的计算速度，节约了运算资源，便于硬件实现。

本发明基本思路为：DS/FH混合扩频通信系统接收机收到的信号主要包括有用信号、干扰信号和噪声（有用信号淹没在噪声中），对接收机收到的信号进行DFT变换后，窄带干扰的频域值占整个频域值的比例不大，将所有的频域值以M个为一段进行分段，分段后，不可能每一段都存在窄带干扰，总有频域值没有受到干扰的段存在，求出没有受到干扰的那段频域值的均值作为初始门限，再利用双门限思想求得高、低门限，对干扰的频域值处理后，再通过DFT逆变换还原有用信号。

本发明的技术方案是：一种DS/FH混合扩频通信系统窄带干扰检测处理方法，具体步骤如下：

设DS/FH混合扩频通信系统接收到的时域信号为x(n)，n＝0,1,...,N-1，N为2的幂次方。

第一步：计算频域信号。

对x(n)进行DFT变换，得到x(n)的频域信号A(i),i＝0,1,...,N-1。

第二步：求初始门限。

首先，将频域信号A(i)平均分成Z段，每段包括M个频域值，通常M<<N且M≥8，M是2的幂次方；然后，得出每段的最大值A′(j),j＝0,1,...,Z-1；记A′(j)中的最小值为A_min，则认为A_min所在段的频域是没有受到干扰的频域值，求A_min所在段的频域值的均值作为当前的初始门限。

第三步：求高、低门限。

第（1）步，用当前的初始门限乘以低门限因子T_low得到低门限TH_low，将A(i)所有的频域值与低门限TH_low进行比较，认为小于该低门限的频域值是没有受到干扰的频域值，计算没有受干扰的频域值的均值作为当前的初始门限。通常令T_low=4。

第（2）步，重复第（1）步，直到A(i)中没有频域值小于低门限TH_low为止。

第（3）步，用当前的初始门限乘以高门限因子T_high得到高门限TH_high。通常令T_high=8。

第四步：计算干扰抑制后的信号。

检测A(i)中的簇，即一段段的大于低门限TH_low的频域值，将每个簇里的最大频域值和高门限TH_high进行比较，如果该簇里最大频域值高于高门限，判定簇是干扰信号，对该簇所有频域值进行置零处理；如果簇里最大频域值不大于高门限，认定该簇不包括干扰信号。

对经过上述处理的频域信号A(i)进行DFT逆变换得到干扰抑制后的信号。

本发明的效益特点如下：

本发明在第二步计算初始门限时，避免了迭代和排序运算，只要进行Z段，每段M次的比较，得到A_min，然后在求A_min所在组M个频域值的均值即可得到初始门限。求得A_min的时间复杂度为O(m·z+z)即O(n+z)。求初始门限时，计算量远远小于基于CME和FCME的算法。频域信号的长度N越大，基于CME和FCME的双门限算法的计算量就越大，硬件实现时资源消耗就越厉害，速度越慢，本发明的优势就越容易体现。本发明提供了一种快速双门限算法，提高了求得双门限的运算速度，减少运算量，进而减少了资源的消耗，有助于双门限算法走向实用。

附图说明

图1是本发明的原理流程框图；

图2是求初始门限原理流程框图；

图3是CME、FCME双门限算法和本发明求得的高、低门限值的比较；

图4是仿真实验二在第一种干扰情况下的误码片率曲线。其中横坐标为信噪比，纵坐标为误码片率。

图5是仿真实验二在第二种干扰情况下的误码片率曲线。其中横坐标为信噪比，纵坐标为误码片率。

具体实施方式

为了验证本发明算法的性能，进行了两组仿真实验。

实验一：CME、FCME双门限算法和本发明求得的高低门限值的比较。

仿真中DS/FH混合扩频通信系统调制方式为BPSK调制，扩频码长度为512，跳频带宽为100M，扩频带宽为10.24M，跳频频点为8个，一次处理的时域信号数据长度N为4096。

在信噪比为-5dB的情况下，存在遍布整个跳频带宽，干信比在50dB至80dB之间的随机多音干扰，以及一个占整个扩跳频系统带宽10%，干信比为70dB的窄带高斯噪声干扰。本发明分段长度M为16，对三种门限算法所求得高、低门限值进行了比较，共比较了20组数据，如图3所示，通过20组数据以及这20组数据的均值和方差的对比，可见三种门限算法求得的高、低门限几乎是相等的。

实验二：三种双门限算法对不同干扰的抑制性能比较。

在不同干扰情况下，通过仿真对三种双门限算法进行了干扰抑制性能比较，由于扩频和跳频会带来额外的系统增益，降低误码率，为了便于比较，仿真对DS/FH混合扩频通信系统的误码片率与BPSK调制的误码率进行了比较，因为在信噪比相同的情况下，DS/FH混合扩频通信系统的误码片率与BPSK调制的误码率是相同的。DS/FH扩频通信系统调制方式为BPSK调制，扩频码长度为512，跳频带宽为100M，扩频带宽为10.24M，跳频频点为8个，一次处理的时域信号数据长度N为4096。本发明分段长度M为16。

当信噪比为-5dB时，存在遍布整个跳频带宽，最大干信比在50dB至80dB之间的10个随机多音干扰时，误码片率如图4所示。

当信噪比为-5dB时，存在遍布整个跳频带宽，最大干信比在50dB至80dB之间的10个随机多音干扰，以及一个占跳频带宽10%，干信比为70dB的窄带高斯噪声干扰时，误码片率如图5所示。

其中，“——”为不进行干扰抑制时误码片率；

为BPSK调制理论误码片率；

为采用CME双门限干扰抑制算法时误码片率；

为采用FCME双门限干扰抑制算法时误码片率；

为采用本发明干扰抑制算法时误码片率。

由以上两种不同干扰情况下的仿真可知，三种双门限算法在对不同形式的窄带干扰抑制效果上是一样的。

综上所述，本发明在计算初始门限时，只要进行256段，每段16次的比较，得到A_min，一次求A_min所在组16个频域值的均值，求得A_min的时间复杂度为O(m·z+z)即O(4096+256)。基于CME的算法需要不断对4096个频域值求和并计算均值，比较排除部分被干扰的频域值后，再求和计算均值，再比较排除干扰，在上述实验条件下需要8次迭代运算。基于FCME的算法求初始门限，虽然不用迭代，但是需要对频域值进行排序，简单排序的时间复杂度O(4096²)，最坏情况下需要对4096个频域值进行n(n-1)/2即8386560次位移，算法也比较复杂。因此，通过以上两组仿真实验可知，本发明求得的双门限精确度与CME、FCME双门限算法求得的双门限精确度几乎是相等的，对不同窄带干扰的抑制效果也是相同的，但是与CME、FCME双门限算法比较，本发明算法更简单，计算量更少，便于硬件实现。

Claims

1.一种DS（Direct Sequence，直接序列）/FH（Frequency Hopping，跳频）混合扩频通信系统窄带干扰检测处理方法，其特征在于，包括下述步骤：

设DS/FH混合扩频通信系统接收到的时域信号为x(n)，n＝0,1,…,N-1，其中，N为2的幂次方；

第一步：计算频域信号：

对x(n)进行DFT（Discrete Fourier Transform，离散傅里叶变换）变换，得到x(n)的频域信号A(i),i＝0,1,…,N-1；

第二步：求初始门限：

首先，将频域信号A(i)平均分成Z段，每段包括M个频域值，M＜＜N且M≥8，M是2的幂次方；然后，得出每段的最大值A′(j),j＝0,1,…,Z-1；记A′(j)中的最小值为A_min，求A_min所在段的频域值的均值作为当前的初始门限；

第三步：求高、低门限：

第（1）步，用当前的初始门限乘以低门限因子T_low得到低门限TH_low，将A(i)所有的频域值与低门限TH_low进行比较，小于该低门限的频域值是没有受到干扰的频域值，计算没有受到干扰的频域值的均值作为当前的初始门限；

第（2）步，重复第（1）步，直到A(i)中没有频域值小于低门限TH_low为止；

第（3）步，用当前的初始门限乘以高门限因子T_high得到高门限TH_high；

第四步：计算干扰抑制后的信号：

检测A(i)中的簇，即一段段的大于低门限TH_low的频域值，将每个簇里的最大频域值和高门限TH_high进行比较，如果该簇里最大频域值高于高门限，判定簇是干扰信号，对该簇所有频域值进行置零处理；如果簇里最大频域值不大于高门限，认定该簇不包括干扰信号；

2.根据权利要求1所述的一种DS/FH混合扩频通信系统窄带干扰检测处理方法，其特征在于，低门限因子T_low=4。

3.根据权利要求1或2所述的一种DS/FH混合扩频通信系统窄带干扰检测处理方法，其特征在于，高门限因子T_high=8。