CN103763229A - 基于频域滤波的cdma通信抗干扰系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于频域滤波的CDMA通信抗干扰系统，包括信号预处理部分、频域处理部分和后处理部分，其中信号预处理部分包括依次连接的A/D采集器、数字下变频器、低通滤波器和抽取器；频域处理部分包括两路，一路包括依次连接的加窗器、FFT、阈值生成及谱线处理、IFFT、50%延迟，另一路包括依次连接的50%延迟、加窗器、FFT、阈值生成及谱线处理、IFFT，两路最后同时与加法器连接；后处理部分包括依次连接的插值器、滤波器、数字上变频器和D/A转换器。本发明还公开了一种基于频域滤波的CDMA通信抗干扰方法。本发明的系统及方法，有效提高了系统的抗干扰能力。

Description

基于频域滤波的CDMA通信抗干扰系统及方法

技术领域

本发明属于通信系统抗干扰技术领域，涉及一种基于频域滤波的CDMA通信抗干扰系统，本发明还涉及一种基于频域滤波的CDMA通信抗干扰方法。

背景技术

CDMA通信是扩频通信的一种，扩频通信本身对干扰有一定的抑制作用，尤其是窄带干扰，因为在解扩的过程中，干扰的频带被展宽，干扰的幅度得以降低，所以目前扩频通信体制在移动通信系统中得到了十分广泛的应用。

虽然扩频通信系统固有的扩频增益自身能够提供一定的抵抗窄带干扰的能力，但目前的CDMA通信系统所处的电磁场环境纷繁复杂，各种干扰也日益严重，且CDMA通信信号在信道中传输的有用信号的功率非常低，当受到功率较大的窄带信号干扰时，系统的性能会明显下降。当所受干扰较强或处理增益不够时，仍需要采用专门的抗干扰技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于频域滤波的CDMA通信抗干扰系统，解决了现有技术条件下当受到功率较大的窄带干扰时，CDMA通信系统性能会明显下降甚至不能正常工作的问题。

本发明的另一目的是提供一种基于频域滤波的CDMA通信抗干扰方法。

本发明所采用的技术方案是，一种基于频域滤波的CDMA通信抗干扰系统，包括信号预处理部分、频域处理部分和后处理部分，

其中的信号预处理部分包括依次连接的A/D采集器、数字下变频器、低通滤波器和抽取器；

频域处理部分包括两路，一路包括依次连接的加窗器、FFT、阈值生成及谱线处理、IFFT、50%延迟，另一路包括依次连接的50%延迟、加窗器、FFT、阈值生成及谱线处理、IFFT，两路最后同时与加法器连接；

后处理部分包括依次连接的插值器、滤波器、数字上变频器和D/A转换器。

本发明所采用的另一技术方案是，一种基于频域滤波的CDMA通信抗干扰方法，利用上述的抗干扰系统，按照以下步骤实施：

步骤1、信号预处理

利用A/D采集器对CDMA通信系统的中频信号进行A/D采集，将采集到的信号数据进行数字下变频的处理；将数字下变频处理后得到的I路及Q路信号同时进行低通滤波，再同时进行抽取处理，然后各自分为两路信号输出，用于后续处理；

步骤2、频域处理

2.1）对步骤1输出的一路I路及Q路信号进行加窗，然后进行FFT变换，变换到频域；进行计算生成阈值，并且通过生成的阈值对信号的频谱数据进行搜索，检测出频谱中的窄带干扰，完成谱线处理，再对谱线处理输出的IQ信号做IFFT变换处理，重新变换到时域，进行50%延迟处理；

2.2）对步骤1输出的另一路I路及Q路信号，依次进行50%延迟、加窗、FFT变换、生成阈值做谱线处理和IFFT变换；

2.3）步骤2.1）和步骤2.2）的两路信号处理过程同时进行，再将步骤2.1）和步骤2.2）分别得到的信号重叠相加合成为一路输出信号；

步骤3、后处理

对步骤2最后合成的一路输出信号依次进行插值、滤波、数字上变频、D/A信号转换，得到最终的输出信号，即成。

本发明的有益效果是，对需要抗干扰的CDMA通信系统的中频信号进行A/D采集、数字下变频、滤波、插值，然后采用重叠加窗FFT的频域压制技术抑制窄带干扰，最后将信号重新通过插值、滤波、数字上变频，再通过D/A转换后的信号送回原系统，完成滤除干扰信号的目的。上述的重叠加窗FFT的频域压制技术抑制窄带干扰，可在干扰较强时甚至系统不能正常工作的情况下滤除干扰，能够最大程度的减小对信号造成的失真；计算过程简单实用、易于硬件的实施，使系统有效抑制较强的窄带干扰信号保证实时性，明显改善系统的误码率性能，提高了抗干扰能力。

附图说明

图1是本发明方法中的信号预处理部分原理框图；

图2是本发明方法中的频域处理部分原理框图；

图3是本发明方法中的后处理部分原理框图；

图4是本发明方法实施例中由FPGA采集到的信号频域波形图；

图5是本发明方法实施例中经频域滤波算法处理后的信号频域波形图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明基于频域滤波的CDMA通信抗干扰系统，结构包括三部分，即信号预处理部分、频域处理部分和后处理部分，

其中的信号预处理部分包括依次连接的A/D采集器、数字下变频器、低通滤波器和抽取器；

频域处理部分包括两路，一路包括依次连接的加窗器（Blackman窗）、FFT、阈值生成及谱线处理、IFFT、50%延迟，另一路包括依次连接的50%延迟、加窗器、FFT、阈值生成及谱线处理、IFFT，两路最后同时与加法器连接；加窗器采用了旁瓣抑制效果较好的Blackman窗函数实施，能够显著减小信号频谱的泄露；

后处理部分包括依次连接的插值器、滤波器、数字上变频器和D/A转换器。

本发明方法依赖于上述的系统，按照以下步骤实施：

步骤1、信号预处理

如图1，利用A/D采集器对CDMA通信系统的中频信号进行A/D采集，将采集到的信号数据进行数字下变频的处理；将数字下变频处理后得到的I路及Q路信号同时进行低通滤波，再同时进行抽取处理，然后各自分为两路信号输出，用于后续处理；

步骤2、频域处理（OWFDIS）

2.1）对步骤1输出的一路I路及Q路信号进行加窗，合理的加窗能够避免能量的泄露，然后进行FFT变换，变换到频域；进行计算生成阈值，并且通过生成的阈值对信号的频谱数据进行搜索，检测出频谱中的窄带干扰，完成（对其的）谱线处理，滤除信号中的窄带干扰；再对谱线处理输出的IQ信号再做IFFT变换处理，重新变换到时域，进行50%延迟处理；

2.2）对步骤1输出的另一路I路及Q路信号，依次进行50%延迟、加窗、FFT变换、生成阈值做谱线处理和IFFT变换；

2.3）步骤2.1）和步骤2.2）的两路信号处理过程同时进行，再将步骤2.1）和步骤2.2）分别得到的信号重叠相加合成为一路输出信号，如图2；

步骤3、后处理

对步骤2最后合成的一路输出信号依次进行插值、滤波、数字上变频、D/A信号转换，得到最终的输出信号，如图3，即成。

本发明基于频域滤波的CDMA通信抗干扰方法，其工作原理是：将信号映射到时域以外的分析域去进行干扰抑制的处理方法会使信号的某些特性能够表现得更加突出，从而获得更好的处理效果。由于窄带干扰相对于扩频信号的能量主要集中在很窄的频带内，在频域上表现为很窄的尖峰，扩频信号的频谱比较平坦，所以先通过N点FFT将接收信号变换到频域，利用信号能量的变化，将能量均值与窄带干扰的最大值进行比较检测出窄带干扰信号的频谱位置，然后采用干扰抑制算法去掉或削弱干扰，最后再经过IFFT将处理后的信号变换到时域。信号在由时域变换到频域的过程中，FFT变换隐含了对长度为N的截断序列进行周期拓展，周期延拓后的非连续性会导致FFT变换之后出现能量泄漏，通常采用对信号做FFT之前进行加窗来减轻这种问题。选择旁瓣较低的窗函数，能够将干扰的大部分能量限定在有限的几根谱线内，从而能够减少抑制的谱线数，最大程度减小对信号造成的失真。当干扰较强时会有较大的旁瓣，会对临近的信号频谱造成一定的影响，Blackman窗有较好的旁瓣抑制效果，为了提高系统的可靠性，本发明特别选择Blackman窗函数对信号进行加窗。与此同时，窗函数的引入会造成信噪比的损失。为了减小信号的失真从而造成信噪比的损失，通过对一帧信号的延迟50%重叠相加的方法来减弱加窗对信号带来的失真。

实施例

将手机天线与干扰信号发生器连接；将CDMA型的手机与本发明的抗干扰处理系统互联，抗干扰处理平台另外与5V电源连接。将该发明方法应用到手机CDMA通信系统中。干扰信号为信号发生器产生的单频信号，干扰频率在手机的信号接收频段内。通过天线将该干扰信号辐射到实验空间。实验采用了型号为A399的CDMA三星手机，通过手机天线将CDMA信号和干扰接收下来，经过放大、数字下变频、滤波到85.38M的中频信号。抗干扰处理平台的AD将手机中频信号采样后得到23.38M的信号（信号频谱如图4所示），然后在FPGA中做数字下变频得到0.38M的IQ信号，进行低通滤波，然后进行10倍抽取。分两路进行处理，一路依次进行加窗、FFT、谱线处理、IFFT-50%延时，另外一路先进行50%延时处理后依次再加窗、FFT、谱线处理、IFFT，然后将两路信号叠加为一路信号进行插值、滤波、数字上变频，然后将得到的信号（信号频谱如图5所示）经过D/A转换通过同轴线送给手机，即可。

Claims (4)

1.一种基于频域滤波的CDMA通信抗干扰系统，其特点在于，包括三部分，即信号预处理部分、频域处理部分和后处理部分，

其中信号预处理部分包括依次连接的A/D采集器、数字下变频器、低通滤波器和抽取器；

频域处理部分包括两路，一路包括依次连接的加窗器、FFT、阈值生成及谱线处理、IFFT、50%延迟，另一路包括依次连接的50%延迟、加窗器、FFT、阈值生成及谱线处理、IFFT，两路最后同时与加法器连接；

后处理部分包括依次连接的插值器、滤波器、数字上变频器和D/A转换器。

2.根据权利要求1所述的基于频域滤波的CDMA通信抗干扰系统，其特点在于，所述的加窗器预置有Blackman窗函数。

3.一种基于频域滤波的CDMA通信抗干扰方法，利用权利要求1所述的抗干扰系统，其特点在于，按照以下步骤实施：

步骤1、信号预处理

利用A/D采集器对CDMA通信系统的中频信号进行A/D采集，将采集到的信号数据进行数字下变频的处理；将数字下变频处理后得到的I路及Q路信号同时进行低通滤波，再同时进行抽取处理，然后各自分为两路信号输出，用于后续处理；

步骤2、频域处理

2.1）对步骤1输出的一路I路及Q路信号进行加窗，然后进行FFT变换，变换到频域；进行计算生成阈值，并且通过生成的阈值对信号的频谱数据进行搜索，检测出频谱中的窄带干扰，完成谱线处理，再对谱线处理输出的IQ信号做IFFT变换处理，重新变换到时域，进行50%延迟处理；

2.2）对步骤1输出的另一路I路及Q路信号，依次进行50%延迟、加窗、FFT变换、生成阈值做谱线处理和IFFT变换；

2.3）步骤2.1）和步骤2.2）的两路信号处理过程同时进行，再将步骤2.1）和步骤2.2）分别得到的信号重叠相加合成为一路输出信号；

步骤3、后处理

对步骤2最后合成的一路输出信号依次进行插值、滤波、数字上变频、D/A信号转换，得到最终的输出信号，即成。

4.根据权利要求3所述的基于频域滤波的CDMA通信抗干扰方法，其特点在于，所述的步骤2中，加窗采用了Blackman窗函数实施。

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