CN110933007B - 一种削除针对ofdm宽频信号干扰的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种削除针对OFDM宽频信号干扰的装置及方法；本发明在物理层信号按照不同频段分离，重复发送，子载波比特重复，调制映射，信道插入导频，子载波映射，IFFT变换后加CP，然后发送出去，进入多径干扰信道。接收端接收到信号后在频域检测和去除窄带干扰，同时指出干扰的频带位置。干扰信号去除后，然后同步，频偏测量，去CP，然后FFT变到频域，提取导频，和本地导频共轭得到信道H，LMMSE内插算法，得到整个频域的信道H’，得到H’后每一个子载波进行频域均衡，解调出信号星座图，随后解扰。解决OFDM宽频信号某一个频带完全被宽频信号干扰，解调误码率较高的问题，具有很强的创造性。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种削除针对OFDM宽频信号干扰的装置及方法。
背景技术
通信设备和系统生存于纷繁复杂的电磁环境中，随着电子设备间的密度与日俱增，导致所占用的电磁频谱越来越宽，所传输的信息量越来越大，面临的电磁干扰也日益严重。
在民用场合一般可以通过分配频率资源、限制发射功率、增加通信设备间距离等方式来解决这种问题。但是，在舰船、路基通信站、通信车和军用指挥飞机等军事场合，通常装有多部电台，并需要它们同时工作，致使空间的限制天线间不得不离得很近，导致大功率发射天线对敏感度很高的接收天线、同频带发射天线对接收天线等都将产生强烈的干扰，而空间隔离、屏蔽等许多其它环境中行之有效的方法都无法使用，如果不采取适当的措施将导致设备和系统的性能下降，甚至失效。
从电磁干扰信号频谱宽度，可以将电磁干扰分为宽带干扰源和窄带干扰源。无线通信系统中，远小于系统带宽的频带就可以认为是窄带了。许多时候由于受到扩频带宽的限制，仅靠扩频增益已不足以对干扰进行抑制，特别是在强窄带干扰的场合，必须采取其它措施进一步提高扩频通信的抗干扰能力。
1.抗窄带干扰原理
随着对移动通信和个人通信服务需求的迅速增长，扩频通信为日益拥挤的频谱提供了一种很有前途的解决方案。直扩-CDMA与窄带通信系统共存既可以看作是频谱效率的改善，也可以看作是与现有窄带系统共享频谱资源。在两系统共存的情况下，直扩-CDMA信号扩展在很宽的频带内，功率谱密度非常低，所以对窄带通信系统性能的影响相当小。另一方面，直扩-CDMA系统在解扩时将窄带干扰扩展在很宽的频带内，所以系统自身具有具有抗窄带干扰的能力。但是，直扩-CDMA系统自身能够抗窄带干扰的条件是，假设直扩-CDMA信号的功率与窄带干扰相比大得多。然而实际应用当中，直扩-CDMA信号的发射功率应该不对窄带通信系统造成不良影响，所以其发射功率是受限的，这样的直扩-CDMA信号不再经得起来自窄带系统的干扰。为了保证直扩-CDMA信号发射的性能，必须消除直扩-CDMA系统和窄带通信系统之间的干扰。
2.抗窄带干扰技术
扩频通信干扰抑制技术的研究起源于20世纪70年代末期。过去的大量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，发展至今仍是众多学者研究的热门课题。干扰抑制技术的实现方法很多，从最简单的信号处理技术到一些最先进的处理方法，已建立了丰富的方法论体系。这些技术包括利用了扩频信号和窄带信号谱特性的线性预测方法；利用了信号的谱特性和一阶概率分布的非线性预测方法；利用感兴趣的信号的扩展码和窄带干扰的二阶统计量的线性码辅助方法以及基本上利用了有用信号和窄带干扰信号的所有信息的最大似然码辅助技术。
已有的窄带干扰抑制技术基本可分为3类：预测技术；变换域技术和码辅助技术。
(1)基于预测的窄带干扰抑制技术
基于预测的窄带干扰抑制技术的基本思想是利用窄带信号和宽带信号在可预测性上的差异，得到一个窄带干扰的精确复制，然后再接收信号中消除足够的信号，从而达到抑制窄带干扰的目的。因为窄带干扰是非高斯的，样值间有很强的相关性，可以从过去样值来估计当前样值；而扩频信号频谱平坦，以chip率取样的样值之间几乎不相关。当接收信号同时包含宽带成分时，如果产生了一个接收信号的预测值，那么预测值中将主要是窄带信号的预测值。所以在解扩之前从当前信号中减去预测值，将显著减小接收信号中的窄带成分，再将信号与PN码进行相关解扩，就可以大大提高直扩通信系统的性能。
(2)基于变换域的窄带抑制技术
在抗窄带干扰的技术当中，最有用的技术之一是变换域滤波器技术。最初提出采用快速傅里叶变换以及声表面波器件的变换域滤波技术，来抑制连续扩频接收机中的窄带干扰，后来这种思想进一步发展为基于傅里叶变换域抗干扰技术。集中于基于滤波器组合子带变换的抗干扰技术方面，提出基于多分辨滤波器组的变换域抗干扰技术的基本框架，由于滤波器组的精确重构特性，该方法可以保证在没有干扰存在时，不使有用信号失真，消除了以往加窗运算所带来的副作用。此外，由于可以自由设计滤波器的滤波特性，次方法在很大程度上改善了不加窗FFT处理带来的频谱泄漏问题。
(3)码辅助技术
上述所讨论的抑制窄带干扰的大多数方法都是基于预测/相减结构。在这些滤波器技术的分析中，窄带信号或者被模拟为确定性正弦信号，或者被模拟为自回归信号，这样的模型大大简化了分析。当干扰实际是一个数据速率比扩频chip速率低得多的数字通信信号时，这样的干扰虽然也是窄带干扰，但却不再适合模拟为确定性正弦信号或自回归信号。在这种情况下，需要采用数字干扰模型，来研究抑制这种数字窄带干扰的最优扩频接收机。由于数字窄带干扰与扩频信号的相似性，提出将用于消除多径干扰的多用户检测技术应用于抑制数字窄带干扰，将数字窄带干扰看作虚拟的扩频用户。研究结果显示，用这种技术抑制数字窄带干扰效果很好。
现有的这些抗干扰技术实现难度大，预测算法复杂，应用到实际系统很难实现，并且抗干扰性能有限。尤其针对OFMD系统，干扰信号波形复杂并且任意，很难检测或者检测不准确。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明公开了一种削除针对OFDM宽频信号干扰的方法，解决OFDM宽频信号某一个频带完全被宽频信号干扰，解调误码率较高的问题。
本发明通过以下技术方案予以实现：
一种削除针对OFDM宽频信号干扰的方法，包括以下步骤：
S1对物理层信号按照不同频段分离，重复发送；
S2对S1中子载波比特重复，调制映射，信道插入导频，子载波映射；
S3对S2中的信号IFFT变换后加CP，并发送进入多径干扰信道；
S4接收端接收到信号后在频域检测和去除窄带干扰，同时指出干扰的频带位置；
S5干扰信号去除后，然后同步，频偏测量，去CP，然后FFT变到频域，提取导频，与本地导频共轭得到信道H；
S6对S5信号LMMSE内插算法，得到整个频域的信道H’；
S7得到H’后每一个子载波进行频域均衡，解调出信号星座图，随后解扰。
更进一步的，对于被指定的干扰位置的频带信号不进行信道估计，也不进行频域均衡，仅对没有干扰部分进行信道估计和均衡。
更进一步的，当检测出宽频强干扰信号时，则降低原始信号传输速率，原始信号重复发送。
一种削除针对OFDM宽频信号干扰的装置，所述装置用于实现上述的削除针对OFDM宽频信号干扰的方法，包括频域削波和检测模块，接收机接收到信号后首先进入频域削波和检测模块，用于检测、抑制脉冲干扰、窄带干扰形式的干扰。
更进一步的，所述装置包括脉冲干扰检测与删除、下变频低通滤波模块、50％重叠加窗模块、速率转换模块、FFT模块、干扰抑制模块、超前滞后支路合并模块、AGC模块、内插滤波模块和干扰检测与识别模块。
更进一步的，所述脉冲干扰检测与删除模块用于检测脉冲干扰，以及将脉冲位置信号置零，保证后端正常工作。
更进一步的，所述下变频低通滤波模块用于将AD采样得到的数字信号由中频下变频至基带，并滤掉带外杂散。
更进一步的，所述50％重叠加窗模块用于对信号做50％重叠加窗操作，所述速率转换模块用于改变信号的速率。
更进一步的，所述FFT模块和干扰抑制模块完成信号的频谱分析，并经过干扰抑制处理后输出。
更进一步的，所述超前滞后支路合并模块用于合并50％重叠加窗生成的两路信号，完成重叠；所述干扰检测模块用于检测识别当前干扰类型、位置、强度等并输出，同时指出干扰的频带位置，传送控制信号至后端OFDM的处理模块。
本发明的有益效果为：
本发明解决了OFDM宽频信号某一个频带完全被宽频信号干扰，解调误码率较高的问题，具有很强的创造性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是信号频率分段重复发送抗干扰处理图；
图2是符号重复扩频和频域干扰削除和检测装置流程图；
图3是图频域陷波技术流程图；
图4是频域去干扰和干扰位置检测图；
图5是干扰信号叠加到有用信号之后的功率谱密度分布图；
图6是干扰削除之后，指示OFDM信号相应频带信号不进行叠加之后的解调图；
图7是仅仅进行干扰削除之后信号的解调图；
图8是对干扰信号没有做任何处理之后的解调图；
图9是更宽干扰信号的削除图；
图10是信道估计之后的导频和数据所在子载波位置图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例公开一套组合流程实现干扰削除和有用信号最大程度的保护装置。
当系统检测出一个宽频强干扰信号时，降低原始信号传输速率，原始信号重复发送，例如图1所示的OFDM信号频带分成4部分，当检测到有2部分被干扰时，被干扰部分不进行解调和信号合并。没有被干扰部分解调合并，这样就算有超过1/4，甚至1/2的宽频干扰也可以抵抗。
符号重复扩频和频域干扰削除和检测装置流程图如图2所示；物理层信号按照不同频段分离，重复发送，子载波比特重复，调制映射，信道插入导频，子载波映射，IFFT变换后加CP，然后发送出去，进入多径干扰信道。接收端接收到信号后在频域检测和去除窄带干扰，同时指出干扰的频带位置。干扰信号去除后，然后同步，频偏测量，去CP，然后FFT变到频域，提取导频，和本地导频共轭得到信道H，LMMSE内插算法，得到整个频域的信道H’，得到H’后每一个子载波进行频域均衡，解调出信号星座图，随后解扰。对于被指定的干扰位置的频带信号不进行信道估计，也不进行频域均衡。仅对没有干扰部分进行信道估计和均衡。
频域削波和检测模块：接收机接收到信号后首先进入频域检测削除和检测模块，这个模块主要有用于检测、抑制脉冲干扰、窄带干扰等形式的干扰，该系统由脉冲干扰检测与删除、下变频低通滤波模块、50％重叠加窗模块、速率转换模块、FFT模块、干扰抑制模块、超前滞后支路合并模块、AGC模块、内插滤波模块和干扰检测与识别模块等组成。各部分的主要功能如下：
脉冲干扰检测与删除模块用于检测脉冲干扰，以及将脉冲位置信号置零，以保证后端正常工作。
下变频低通滤波模块用于将AD采样得到的数字信号由中频下变频至基带，并滤掉带外杂散。
50％重叠加窗模块用于对信号做50％重叠加窗操作，减小加窗对信号造成的畸变。
速率转换模块用于改变信号的速率，保证FFT的处理速度可以实时地处理信号。
FFT模块和干扰抑制模块是整个抗干扰系统的核心组成模块，主要完成信号的频谱分析，并经过干扰抑制处理后输出。
超前滞后支路合并模块用于合并50％重叠加窗生成的两路信号，完成重叠，减小加窗损失。
干扰检测模块用于检测识别当前干扰类型、位置、强度等并输出，同时指出干扰的频带位置告诉后端OFDM的处理模块。
频域陷波的原理是窄带干扰相对于扩频信号能量集中在很窄的频带内，在频域上就表现为很窄的尖峰，所以可以先将混合信号变换到频域，检测出干扰的频谱位置，将这些谱线去掉或进行衰减，最后通过反变换还原成时域信号进行解扩。其技术流程框图如图3所示。
如图4所示频域去干扰和干扰位置检测，当OFDM接收端接收到频带被干扰的频点之后，这个频带位置被标记，标记之后的这个频带信号后续将不被处理，这样针对宽频大干扰有很好的抑制作用。
下面演示了进行中带干扰削除前后的性能对比，干扰信号带宽超过有用信号带宽的20％，已经超过窄带干扰的限制(窄带干扰的带宽等于<10％)，干扰功率超过有用信号功率20dB，干扰信号叠加到有用信号之后的功率谱密度分布图如图5所示；干扰削除之后，指示OFDM信号相应频带信号不进行叠加之后的解调图如图6所示；仅仅进行干扰削除之后信号的解调图如图7所示；对干扰信号没有做任何处理之后的解调图如图8所示；更宽干扰信号的削除图如图9所示；信道估计之后的导频和数据所在子载波位置图如图10所示。
本发明解决了OFDM宽频信号某一个频带完全被宽频信号干扰，解调误码率较高的问题，具有很强的创造性。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种削除针对OFDM宽频信号干扰的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，对物理层信号按照不同频段分离，重复发送；
S2，对S1中子载波比特重复，调制映射，信道插入导频，子载波映射；
S3，对S2中的信号IFFT变换后加CP，并发送进入多径干扰信道；
S4，接收端接收到信号后在频域检测和去除窄带干扰，同时指出干扰的频带位置；
对于被指定的干扰位置的频带信号不进行信道估计，也不进行频域均衡，仅对没有干扰部分进行信道估计和均衡；
S5，干扰信号去除后，然后同步，频偏测量，去CP，然后FFT变到频域，提取导频，与本地导频共轭得到信道H；
S6，对S5信号LMMSE内插算法，得到整个频域的信道H’；
S7，得到H’后每一个子载波进行频域均衡，解调出信号星座图，随后解扰。
2.根据权利要求1所述的削除针对OFDM宽频信号干扰的方法，其特征在于，当检测出宽频强干扰信号时，则降低原始信号传输速率，原始信号重复发送。
3.一种削除针对OFDM宽频信号干扰的装置，所述装置用于实现如权利要求1-2所述任一项的削除针对OFDM宽频信号干扰的方法，其特征在于，包括频域削波和检测模块，接收机接收到信号后首先进入频域削波和检测模块，用于检测、抑制脉冲干扰、窄带干扰形式的干扰；
所述装置包括脉冲干扰检测与删除模块、下变频低通滤波模块、50%重叠加窗模块、速率转换模块、FFT模块、干扰抑制模块、超前滞后支路合并模块、AGC模块、内插滤波模块和干扰检测与识别模块。
4.根据权利要求3所述的削除针对OFDM宽频信号干扰的装置，其特征在于，所述脉冲干扰检测与删除模块用于检测脉冲干扰，以及将脉冲位置信号置零，保证后端正常工作。
5.根据权利要求3所述的削除针对OFDM宽频信号干扰的装置，其特征在于，所述下变频低通滤波模块用于将AD采样得到的数字信号由中频下变频至基带，并滤掉带外杂散。
6.根据权利要求3所述的削除针对OFDM宽频信号干扰的装置，其特征在于，所述50%重叠加窗模块用于对信号做50%重叠加窗操作，所述速率转换模块用于改变信号的速率。
7.根据权利要求3所述的削除针对OFDM宽频信号干扰的装置，其特征在于，所述FFT模块和干扰抑制模块完成信号的频谱分析，并经过干扰抑制处理后输出。
8.根据权利要求3所述的削除针对OFDM宽频信号干扰的装置，其特征在于，所述超前滞后支路合并模块用于合并50%重叠加窗生成的两路信号，完成重叠；所述干扰检测模块用于检测识别当前干扰类型、位置、强度并输出，同时指出干扰的频带位置，传送控制信号至后端OFDM的处理模块。
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