CN110768687A - 一种mc-cdma接收机多径、异址干扰联合抑制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种MC‑CDMA接收机多径、异址干扰联合抑制方法及系统，通过对多个发射机发射的MC‑CDMA信号经多个路径到达接收机的合路信号进行基于迭代最小均方误差准则的开环自适应滤波，实现对由于多径和异址干扰造成的互相关的抑制，获得观测时间内不同延迟处信号复幅度估计，可以实现对多径、异址干扰的互相关旁瓣的抑制；本发明基于不同延迟复幅度相关特性得到三个延迟相关函数，然后对滤波器系数进行了修正；针对MC‑CDMA信号模型多载波特性，分别估计每一子载波对应的复幅度，进而针对MC‑CDMA信号的符号调制特征，采用模均值作为最后的输出，利用了所有子载波的信息，使得最后输出的复幅度具有更高的信噪比，满足常规扩频通信领域的MC‑CDMA接收机抗多径、异址干扰的需求。

Description

一种MC-CDMA接收机多径、异址干扰联合抑制方法及系统

技术领域

本发明属于扩频通信领域，尤其涉及一种MC-CDMA接收机多径、异址干扰联合抑制方法及系统。

背景技术

多载波码分多址(MC-CDMA)信号具有频谱利用率高、子载波数据速率低等优点，在扩频通信领域得到了广泛应用。MC-CDMA接收机利用MC-CDMA 信号中子载波的正交特性和调制扩频码的相关特性，实现对接收信号的检测和同步。但其性能易受多径和异址干扰的影响。其中，在多径干扰影响下，多径信号相互重叠，无法获取精确的首径到达时间；异址干扰影响弱目标信号的检测和时延估计。

已有大量文献研究了异址干扰或多径误差抑制问题，但两者共存时的研究很少，且都将两者影响分别考虑，干扰抑制性能受限。

在2006年IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems第42卷3期第891页至903页由Shannon D.Blunt等人发表的“Multistatic adaptive pulsecompression”一文中，提出基于迭代最小均方误差(RMMSE)的多基地自适应脉冲压缩(MAPC)算法。基于RMMSE的MAPC算法通过开环自适应滤波处理，可同时抑制雷达目标检测中的多目标回波和异址干扰造成的影响。但该算法针对雷达脉冲信号模型设计，并不适用于具有多载波特性并且含有符号调制的MC-CDMA信号模型，因此限制了其在扩频通信领域MC-CDMA接收机中的应用。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种MC-CDMA接收机多径、异址干扰联合抑制方法及系统，能够实现对多径、异址干扰的互相关旁瓣的抑制。

不失一般性，假设接收机同时接收来自于K个发射机发射的MC-CDMA信号，MC-CDMA信号调制的子载波的数目为N_c，则接收机共需K个接收通道，其中，接收通道k用于从接收到的合路信号y中对应解调发射机k的信号， k＝0,1,...,K-1。

一种多载波码分多址接收机多径、异址干扰联合抑制方法，包括以下步骤：

S1：将第k个接收通道的第n个子载波的复幅度估计初值

设置为1，其中，k＝0,1,...,K-1，n＝1,2,...,N_c，l为一个扩频码周期内的采样点标号， l＝1,2,...,L，L为一个扩频码周期内的采样点数目；

复幅度定义为

其中，A_k,p为发射机k经路径p到达接收机的信号幅度；P为发射机到接收机的不同到达路径数目；b_k,n(i)为发射机k子载波n上调制的第i个比特信息， T_s为比特信息位宽，f_n为子载波n对应的载波频率。

S2：根据所述复幅度估计初值

分别计算各接收通道各子载波对应的三个延迟相关函数ρ_k,n(l,L)、ρ_k,n(l,0)以及ρ_k,n(l,-L)，其中

d＝L,0,-L，*为取共轭符号；

S3：基于迭代最小均方误差准则，采用所述三个延迟相关函数分别计算各接收通道各子载波对应的滤波器系数

具体的：

其中，

表示接收机在一个扩频码周期内的接收信号采样序列；

表示对应于发射机k的子载波n在一个扩频码周期内的扩频码采样序列，其中f_s为采样率，c_k(l)为发射机k发射信号统一调制的扩频码；

为

的移位结果，移位量为|j|；σ²为噪声功率，I_L为L×L的单位矩阵，上标H表示共轭转置，上标T表示转置，E[]表示期望；

S4：根据所述滤波器系数

对接收信号采样序列

进行滤波，得到各接收通道各子载波对应的复幅度估计值

具体的：

S5：将复幅度估计值

代替步骤S2的复幅度估计初值

然后重复步骤S2～S4，得到新的复幅度估计值

以此类推，直到重复次数达到设定值，得到最终的复幅度估计值

S6：分别计算各接收通道不同子载波最终的复幅度估计值

的模均值

将所述模均值

作为各接收通道对应的经过多径、异址干扰联合抑制后的复幅度。

一种多载波码分多址接收机多径、异址干扰联合抑制系统，假设接收机同时接收来自于K个发射机发射的MC-CDMA信号，MC-CDMA信号调制的子载波的数目为N_c，则接收机对应K个接收通道，包括复幅度初值设置模块、相关函数计算模块、滤波器系数计算模块、滤波模块以及均值计算模块；

所述复幅度初值设置模块用于将第k个接收通道的第n个的复幅度初值

设置为1，其中，k＝0,1,...,K-1，n＝1,2,...,N_c，l为一个扩频码周期内的采样点标号，l＝1,2,...,L，L为一个扩频码周期内的采样点数目；

所述相关函数计算模块用于根据所述复幅度估计初值

分别计算各接收通道各子载波对应的三个延迟相关函数ρ_k,n(l,L)、ρ_k,n(l,0)以及ρ_k,n(l,-L)，其中

d＝L,0,-L，*为取共轭符号；

所述滤波器系数计算模块用于基于迭代最小均方误差准则，采用所述三个延迟相关函数，分别计算各接收通道各子载波对应的滤波器系数

具体的：

其中，

表示接收机在一个扩频码周期内的接收信号采样序列；

表示对应于发射机k的子载波n在一个扩频码周期内的扩频码采样序列，

为

的移位结果，移位量为|j|；σ²为噪声功率，I_L为L×L的单位矩阵，上标H表示共轭转置，上标T表示转置，E[]表示期望；

所述滤波模块用于根据所述滤波器系数

对接收信号采样序列

进行滤波，得到各接收通道各子载波对应的复幅度估计值

具体的：

所述相关函数计算模块还用于根据所述复幅度估计值

重新计算发射机各子载波对应的三个延迟相关函数；所述滤波器系数计算模块还用于根据重新计算得到的三个延迟相关函数重新计算滤波器系数；所述滤波模块还用于根据重新计算得到的滤波器系数重新计算复幅度估计值；以此类推，三个模块形成闭环迭代，直到迭代次数达到设定值，得到最终的复幅度估计值

所述均值计算模块用于计算各接收通道不同子载波最终的复幅度估计值

的模均值

将所述模均值作为各接收通道对应的经过多径、异址干扰联合抑制后的复幅度。

有益效果：

本发明提供一种MC-CDMA接收机多径、异址干扰联合抑制方法及系统，通过对多个发射机发射的MC-CDMA信号经多个路径到达接收机的合路信号进行基于迭代最小均方误差准则的开环自适应滤波，实现对由于多径和异址干扰造成的互相关的抑制，获得观测时间内不同延迟处信号复幅度估计，可以实现对多径、异址干扰的互相关旁瓣的抑制；

具体的，本发明基于不同延迟复幅度相关特性得到三个延迟相关函数，然后对滤波器系数进行了修正；针对MC-CDMA信号模型多载波特性，分别估计每一子载波对应的复幅度，进而针对MC-CDMA信号的符号调制特征，采用模均值作为最后的输出，从而利用了所有子载波的信息，使得最后输出的子载波复幅度具有更高的信噪比，满足了常规扩频通信领域的MC-CDMA接收机抗多径、异址干扰的需求。

附图说明

图1为本发明提供的一种多载波码分多址接收机多径、异址干扰联合抑制方法的流程图；

图2为本发明提供的一种多载波码分多址接收机多径、异址干扰联合抑制系统的原理框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例一

不失一般性，假设接收机同时接收来自于K个发射机发射的MC-CDMA信号，MC-CDMA信号调制的子载波的数目为N_c，则接收机共需K个接收通道，其中，接收通道k用于从接收到的合路信号y中对应解调发射机k的信号， k＝0,1,...,K-1。

参见图1，该图为本实施例提供的一种多载波码分多址接收机多径、异址干扰联合抑制方法的流程图。一种多载波码分多址接收机多径、异址干扰联合抑制方法包括以下步骤：

S1：将各接收通道的各子载波的复幅度估计初值

设置为1，其中， k＝0,1,...,K-1，n＝1,2,...,N_c，l为一个扩频码周期内的采样点标号，l＝1,2,...,L， L为一个扩频码周期内的采样点数目。

复幅度定义为

其中，A_k,p为发射机k经路径p到达接收机的信号幅度；P为发射机到接收机的不同到达路径数目；b_k,n(i)为发射机k子载波n上调制的第i个比特信息，T_s为比特信息位宽，f_n为子载波n对应的载波频率。

S2：根据所述复幅度估计初值

分别计算各接收通道各子载波对应的三个延迟相关函数ρ_k,n(l,L)、ρ_k,n(l,0)以及ρ_k,n(l,-L)，其中

d＝L,0,-L，*为取共轭符号。

S3：基于迭代最小均方误差准则，采用所述三个延迟相关函数，分别计算各接收通道各子载波对应的滤波器系数

具体的：

其中，

表示接收机在一个扩频码周期内的接收信号采样序列，其中，接收信号即为合路信号，当中包含原始待传输的数据序列、子载波以及扩频码；

表示对应于发射机k的子载波n在一个扩频码周期内的扩频码采样序列，其中

f_s为采样率，c_k(l)为发射机k发射信号统一调制的扩频码；

为

的移位结果，移位量为|j|，j为正则左移，j为负则右移；σ²为噪声功率，I_L为L×L的单位矩阵，上标H表示共轭转置，上标T表示转置，E[]表示期望。

需要说明的是，公式(1)即由迭代最小均方误差准则推导得到，本实施例对推导过程不作赘述。

S4：根据所述滤波器系数

对接收信号采样序列进行滤波，得到各接收通道各子载波对应的复幅度估计值具体的：

S5：将复幅度估计值

代替步骤S2的复幅度估计初值

然后重复步骤S2～S4，得到新的复幅度估计值

以此类推，直到重复次数达到设定值，得到最终的复幅度估计值

S6：分别计算各接收通道不同子载波最终的复幅度估计值的模均值，将所述模均值作为各接收通道对应的经过多径、异址干扰联合抑制后的复幅度，具体的：

其中，

表示接收机k对应的子载波模均值。

由此可见，相比已有的基于雷达脉冲信号的RMMSE算法，本实施例所提方法针对具有多载波特性和符号调制特征的多载波码分多址(MC-CDMA)信号，对不同发射机的子载波对应的复幅度进行了适应性修正，满足了常规扩频通信领域的MC-CDMA接收机抗多径、异址干扰的需求。

实施例二

参见图2，该图为本实施例提供的一种多载波码分多址接收机多径、异址干扰联合抑制系统的原理框图。一种多载波码分多址接收机多径、异址干扰联合抑制系统，假设接收机同时接收来自于K个发射机发射的MC-CDMA信号， MC-CDMA信号调制的子载波的数目为N_c，则接收机对应K个接收通道，所述系统为一个开环自适应滤波系统，具体包括复幅度初值设置模块、相关函数计算模块、滤波器系数计算模块、滤波模块以及均值计算模块；

所述复幅度初值设置模块用于将各接收通道的各子载波的复幅度估计初值

设置为1，然后将复幅度初值

输出给相关函数计算模块，其中， k＝0,1,...,K-1，n＝1,2,...,N_c，l为一个扩频码周期内的采样点标号，l＝1,2,...,L， L为一个扩频码周期内的采样点数目；

其中，复幅度定义为

其中，A_k,p为发射机k经路径p到达接收机的信号幅度；P为发射机到接收机的不同到达路径数目；b_k,n(i)为发射机k子载波n上调制的第i个比特信息，T_s为比特信息位宽，f_n为子载波n对应的载波频率。

所述相关函数计算模块用于根据所述复幅度估计初值

分别计算各接收通道各子载波对应的三个延迟相关函数ρ_k,n(l,L)、ρ_k,n(l,0)以及ρ_k,n(l,-L)，然后将三个延迟相关函数输出给滤波器系数计算模块，其中

d＝L,0,-L，*为取共轭符号；

所述滤波器系数计算模块用于基于迭代最小均方误差准则，采用所述三个延迟相关函数，分别计算各接收通道各子载波对应的滤波器系数

然后将滤波器系数

输出给滤波模块，具体的：

其中，

表示接收机在一个扩频码周期内的接收信号采样序列；

表示对应于发射机k的子载波n在一个扩频码周期内的扩频码采样序列，其中

f_s为采样率，c_k(l)为发射机k发射信号统一调制的扩频码；

为

的移位结果，移位量为|j|，j为正则左移，j为负则右移；σ²为噪声功率，I_L为L×L的单位矩阵，上标H表示共轭转置，上标T表示转置，E[]表示期望；

所述滤波模块用于根据所述滤波器系数

对接收信号采样序列

进行滤波，得到各接收通道各子载波对应的复幅度估计值

然后又将复幅度估计值

输出给相关函数计算模块，具体的：

所述相关函数计算模块还用于根据所述复幅度估计值重新计算发射机各子载波对应的三个延迟相关函数；所述滤波器系数计算模块还用于根据重新计算得到的三个延迟相关函数重新计算滤波器系数；所述滤波模块还用于根据重新计算得到的滤波器系数重新计算复幅度估计值；以此类推，三个模块形成闭环迭代，直到迭代次数达到设定值，得到最终的复幅度估计值

所述均值计算模块用于计算各接收通道不同子载波最终的复幅度估计值

的模均值，将所述模均值作为各接收通道对应的经过多径、异址干扰联合抑制后的复幅度，具体的：

其中，

表示接收机k对应的子载波模均值。

至此，结束对接收信号的RMMSE自适应滤波，

可以输出给外部的信号检测单元和时延估计单元，进而实现对接收信号的检测与时延估计。

由此可见，该实施例采用自适应滤波技术，综合考虑了多径、异址干扰旁瓣影响，抗多径、异址干扰能力强；同时，本实施例采用开环结构，相比已有的闭环自适应滤波算法在收敛速度和收敛条件的鲁棒性上具有明显优势。

实施例三

基于以上的多载波码分多址接收机多径、异址干扰联合抑制系统，本实施例提供另一种具体实现方式。MC-CDMA接收机多径、异址干扰联合抑制方法基于开环自适应滤波实现，所采用的系统包括复幅度初值设置模块、滤波模块、相关函数计算模块、滤波器系数计算模块、均值计算模块等五个模块，其中：

(1)设置迭代次数上限，迭代计数器初值设为0，设置开环自适应滤波系统中滤波模块的滤波器阶次为L，L为一个扩频码周期内的采样点数目；

(2)复幅度初值设置模块按照公式(6)设置对应于发射机k子载波n的复幅度估计初值

输出给相关函数计算模块；

其中，k＝0,1,...,K-1，K为接收通道和发射机的数目；n＝1,2,...,N_c，N_c为K 个发射机发射的MC-CDMA信号调制的子载波的数目，l一个扩频码周期内的采样点标号。

(3)相关函数计算模块接收

并计算其延迟相关函数，得到ρ_k,n(l,L)、ρ_k,n(l,0)和ρ_k,n(l,-L)，并将其输出给滤波器系数计算模块，其中，

*为取共轭符号，d为用于相关的两复幅度估计的延迟差，d＝L,0,-L。

(4)滤波器系数计算模块接收ρ_k,n(l,L)、ρ_k,n(l,0)和ρ_k,n(l,-L)，并利用公式 (7)、(8)和(9)计算滤波器系数

输出给滤波模块；其中

的计算如下：

其中，

表示一个扩频码周期内的接收信号采样序列；

表示对应于发射机k子载波n的一个码周期内的扩频码采样序列，

为

的移位结果，移位量为|j|，j为正则左移，j 为负则右移；σ²为噪声功率，I_L为L×L的单位阵，上标H表示共轭转置，上标 T表示转置，E[]表示期望。

(5)滤波模块接收本次迭代的滤波器系数

分别对应各发射机 k＝0,1,...,K-1和各子载波n＝1,2,...,N_c，按照公式(10)对接收信号采样序列

进滤波，输出新的滤波结果作为新的复幅度估计，迭代计数器加1；

若迭代计数器值达到迭代次数上限，则将最终的复幅度估计值输出给均值计算模块，进入步骤(6)；否则，将中间迭代过程得到的复幅度估计值

输出给相关函数计算模块，重复步骤(3)～(5)，开始新一轮的迭代滤波处理；

(6)均值计算模块接收不同子载波对应的复幅度估计结果，按照公式(11) 取模均值，将模均值作为对应接收机复幅度估计结果

结束对接收信号的 RMMSE自适应滤波，输出

给后续信号检测和时延估计单元。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当然可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种多载波码分多址接收机多径、异址干扰联合抑制方法，假设接收机同时接收来自于K个发射机发射的MC-CDMA信号，MC-CDMA信号调制的子载波的数目为N_c，则接收机对应K个接收通道，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将第k个接收通道的第n个子载波的复幅度估计初值

设置为1，其中，k＝0,1,...,K-1，n＝1,2,...,N_c，l为一个扩频码周期内的采样点标号，l＝1,2,...,L，L为一个扩频码周期内的采样点数目；

S2：根据所述复幅度估计初值

分别计算各接收通道各子载波对应的三个延迟相关函数ρ_k,n(l,L)、ρ_k,n(l,0)以及ρ_k,n(l,-L)，其中

d＝L,0,-L，*为取共轭符号；

S3：基于迭代最小均方误差准则，采用所述三个延迟相关函数分别计算各接收通道各子载波对应的滤波器系数

具体的：

其中，

表示接收机在一个扩频码周期内的接收信号采样序列；表示对应于发射机k的子载波n在一个扩频码周期内的扩频码采样序列，为

的移位结果，移位量为|j|；σ²为噪声功率，I_L为L×L的单位矩阵，上标H表示共轭转置，上标T表示转置，E[]表示期望；

S4：根据所述滤波器系数对接收信号采样序列

进行滤波，得到各接收通道各子载波对应的复幅度估计值

具体的：

S5：将复幅度估计值代替步骤S2的复幅度估计初值

然后重复步骤S2～S4，得到新的复幅度估计值

以此类推，直到重复次数达到设定值，得到最终的复幅度估计值

S6：分别计算各接收通道不同子载波最终的复幅度估计值

的模均值将所述模均值

作为各接收通道对应的经过多径、异址干扰联合抑制后的复幅度。

2.一种多载波码分多址接收机多径、异址干扰联合抑制系统，假设接收机同时接收来自于K个发射机发射的MC-CDMA信号，MC-CDMA信号调制的子载波的数目为N_c，则接收机对应K个接收通道，其特征在于，包括复幅度初值设置模块、相关函数计算模块、滤波器系数计算模块、滤波模块以及均值计算模块；

所述复幅度初值设置模块用于将第k个接收通道的第n个的复幅度估计初值

设置为1，其中，k＝0,1,...,K-1，n＝1,2,...,N_c，l为一个扩频码周期内的采样点标号，l＝1,2,...,L，L为一个扩频码周期内的采样点数目；

所述相关函数计算模块用于根据所述复幅度估计初值

分别计算各接收通道各子载波对应的三个延迟相关函数ρ_k,n(l,L)、ρ_k,n(l,0)以及ρ_k,n(l,-L)，其中

d＝L,0,-L，*为取共轭符号；

所述滤波器系数计算模块用于基于迭代最小均方误差准则，采用所述三个延迟相关函数，分别计算各接收通道各子载波对应的滤波器系数

具体的：

其中，表示接收机在一个扩频码周期内的接收信号采样序列；表示对应于发射机k的子载波n在一个扩频码周期内的扩频码采样序列，

为

的移位结果，移位量为|j|；σ²为噪声功率，I_L为L×L的单位矩阵，上标H表示共轭转置，上标T表示转置，E[]表示期望；

所述滤波模块用于根据所述滤波器系数

对接收信号采样序列

进行滤波，得到各接收通道各子载波对应的复幅度估计值

具体的：

所述相关函数计算模块还用于根据所述复幅度估计值

重新计算发射机各子载波对应的三个延迟相关函数；所述滤波器系数计算模块还用于根据重新计算得到的三个延迟相关函数重新计算滤波器系数；所述滤波模块还用于根据重新计算得到的滤波器系数重新计算复幅度估计值；以此类推，三个模块形成闭环迭代，直到迭代次数达到设定值，得到最终的复幅度估计值

所述均值计算模块用于计算各接收通道不同子载波最终的复幅度估计值

的模均值

将所述模均值

作为各接收通道对应的经过多径、异址干扰联合抑制后的复幅度。

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