CN111585920B - 一种基于单载波频域均衡的抗单音干扰方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种基于单载波频域均衡的抗单音干扰方法及装置。所述方法包括：接收数据信号；对所述数据信号所对应的频域信号进行单音干扰消除；对单音干扰消除后的频域信号进行单载波频域均衡处理。本发明实施例提供的方法及装置消除了信号在无线传输过程中受到的单音干扰，保证了信号的完整性，同时充分利用了单载波频域均衡的算法优势，降低了复杂度，提高了系统性能。

Description

一种基于单载波频域均衡的抗单音干扰方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种基于单载波频域均衡的抗单音干扰方法及装置。

背景技术

随着电子产品的广泛普及，自由空间中充斥着大量的电磁辐射，不同程度地影响着信号的无线传输。信号在通过无线通信信道传输的过程中，有时会受到特别恶劣的单音干扰的影响。一旦存在恶意单音干扰的影响，接收机系统基本不能恢复出原始的数据信号。

因此，如何消除信号在无线传输过程中受到的单音干扰，保证信号的完整性成为目前业界亟待解决的课题。

发明内容

本发明实施例提供一种基于单载波频域均衡的抗单音干扰方法及装置，用以解决信号在无线传输过程中受到的单音干扰的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种基于单载波频域均衡的抗单音干扰方法，包括：

接收数据信号；

对所述数据信号所对应的频域信号进行单音干扰消除；

对单音干扰消除后的频域信号进行单载波频域均衡处理。

可选地，所述对所述数据信号所对应的频域信号进行单音干扰消除，具体包括：

确定所述频域信号中的单音干扰谱线；

对所述单音干扰谱线进行置零处理。

可选地，所述确定所述频域信号中的单音干扰谱线，具体包括：

将所述频域信号中高度大于预设门限值的谱线作为所述单音干扰谱线。

可选地，所述数据信号所对应的频域信号包括所述数据信号中有效数据序列的时频转换结果，或包括所述数据信号中导频数据序列的时频转换结果和所述有效数据序列的时频转换结果。

可选地，所述对单音干扰消除后的频域信号进行单载波频域均衡处理，具体包括：

基于单音干扰消除后的频域信号中导频数据序列的时频转换结果，以及预设导频数据序列的时频转换结果，确定信道频域响应；

基于单音干扰消除后的频域信号中有效数据序列的时频转换结果，以及所述信道频域响应，确定原始有效数据序列。

第二方面，本发明实施例提供了一种基于单载波频域均衡的抗单音干扰装置，包括：

接收模块，用于接收数据信号；

消除模块，用于对所述数据信号所对应的频域信号进行单音干扰消除；

均衡模块，用于对单音干扰消除后的频域信号进行单载波频域均衡处理。

可选地，所述消除模块，包括：

干扰确定单元，用于确定所述频域信号中的单音干扰谱线；

干扰消除单元，用于对所述单音干扰谱线进行置零处理。

可选地，所述干扰确定单元具体用于：

将所述频域信号中高度大于预设门限值的谱线作为所述单音干扰谱线。

第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面中所述的基于单载波频域均衡的抗单音干扰方法的步骤。

第四方面，本发明实施例提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如第一方面中所述的基于单载波频域均衡的抗单音干扰方法的步骤。

本发明实施例提供的基于单载波频域均衡的抗单音干扰方法及装置，通过对接收的数据信号所对应的频域信号进行单音干扰消除和单载波频域均衡处理，消除了信号在无线传输过程中受到的单音干扰，保证了信号的完整性，同时充分利用了单载波频域均衡的算法优势，降低了复杂度，提高了系统性能。

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为本发明实施例提供的基于单载波频域均衡的抗单音干扰方法流程示意图；

图2为本发明实施例提供的数据信号的帧结构示意图；

图3为本发明实施例提供的单音干扰消除前后导频数据序列的仿真图；

图4为本发明实施例提供的单音干扰消除前后有效数据序列在不同信噪比下的误码率曲线图；

图5为本发明实施例提供的基于单载波频域均衡的抗单音干扰装置结构示意图；

图6为本发明实施例提供的电子设备的硬件结构框图。

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。

现有技术中，单载波时域均衡和单载波频域均衡都是可行的无线通信抗干扰技术。在移动通信刚起步的时期，传输信号普遍为语音信号，信号带宽较窄，因此受到的衰落影响相对较小，同时FFT(Fast Fourier transform，快速傅里叶变换)运算的复杂度大，时域与频域之间的变换相对复杂，单载波时域均衡受到极大的推崇。但由于无线通信技术的发展，传输的视频信号需要的传输带宽更大，对传输速率的要求更高，单载波时域均衡已经不能满足要求。随着FFT技术的日益成熟，单载波频域均衡技术成为了一种很有前途的抗干扰技术。

图1为本发明实施例提供的基于单载波频域均衡的抗单音干扰方法流程示意图，如图1所示，该方法包括：

步骤101，接收数据信号；

具体地，接收机接收由发送机发出的数据信号。

步骤102，对数据信号所对应的频域信号进行单音干扰消除；

具体地，接收机对数据信号进行时频变换，生成对应的频域信号，在频域中消除单音信号的恶意干扰。在时域中消除单音干扰会因为大量迭代而产生时延，将信号变换至频域则能弥补时域中抑制单音干扰的不足。在频域中可以分析数据信号的各组成部分，实现快速有效地消除单音干扰。

步骤103，对单音干扰消除后的频域信号进行单载波频域均衡处理。

具体地，相比于单载波时域均衡，单载波频域均衡具有较低的系统复杂度和较高的系统性能。接收机对单音干扰消除后的频域信号进行单载波频域均衡操作，恢复出原始的发送数据信号。针对于接收机接收到的数据信号进行单载波频域均衡处理时，需要通过FFT变换将数据信号从时域转换为频域。本发明实施例在时频转换之后，直接对频域信号进行了单音干扰消除，并在此基础上进行单载波频域均衡处理，一次时频转换即可同时满足单音干扰消除和单载波频域均衡处理两个任务的需求，节省了计算资源，降低了系统复杂度。

本发明实施例提供的基于单载波频域均衡的抗单音干扰方法，通过对接收的数据信号所对应的频域信号进行单音干扰消除和单载波频域均衡处理，消除了信号在无线传输过程中受到的单音干扰，保证了信号的完整性，同时充分利用了单载波频域均衡的算法优势，降低了复杂度，提高了系统性能。

基于上述实施例，对数据信号所对应的频域信号进行单音干扰消除，具体包括：

确定频域信号中的单音干扰谱线；

对单音干扰谱线进行置零处理。

具体地，频域信号中有效数据谱线和单音干扰谱线的表现是不同的。根据谱线的表现特征，确定单音干扰谱线，并对其进行置零处理，从而达到消除单音干扰的目的。进一步地，有效数据谱线和单音干扰谱线在频域信号中的区别主要体现为两者的高度差异，可以通过计算任一谱线及其相邻谱线之间的高度差，或者仅将任一谱线的高度与预先设定的高度阈值进行比较，从而判断该谱线是否为单音干扰谱线。

基于上述任一实施例，确定频域信号中的单音干扰谱线，具体包括：将频域信号中高度大于预设门限值的谱线作为单音干扰谱线。

具体地，单音干扰也称为点频干扰，干扰信号在一个频率上发射，因此干扰信号是一个单频连续波音调。单音干扰在频域中的表现为谱线高度大于有效数据的谱线。因此，可以根据实际情况预设合适的门限值，将频域信号中高度大于预设门限值的谱线作为单音干扰谱线。

基于上述任一实施例，数据信号所对应的频域信号包括该数据信号中有效数据序列的时频转换结果，或包括该数据信号中导频数据序列的时频转换结果和有效数据序列的时频转换结果。

具体地，图2为本发明实施例提供的数据信号的帧结构示意图。如图2所示，一帧数据信号分为m数据序列201、导频数据序列202和有效数据序列203三个部分，其中，m数据序列201和导频数据序列202均为已知发送序列。m数据序列201的作用在于标志数据的起始端。导频数据序列202主要用于无线信道的参数估计。

对应在执行步骤102的单音干扰消除时，可以仅对于有效数据序列的时频转换结果进行单音干扰消除，也可以既对有效数据序列的时频转换结果进行单音干扰消除，又对导频数据序列的时频转换结果进行单音干扰消除，本发明实施例对此不作具体限定。

基于上述任一实施例，对单音干扰消除后的频域信号进行单载波频域均衡处理，具体包括：

基于单音干扰消除后的频域信号中导频数据序列的时频转换结果，以及预设导频数据序列的时频转换结果，确定信道频域响应；

基于单音干扰消除后的频域信号中有效数据序列的时频转换结果，以及信道频域响应，确定原始有效数据序列。

具体地，接收机对单音干扰消除后的频域信号进行单载波频域均衡操作，恢复出原始的发送数据信号。发送的导频数据序列202记为

为一段已知数据序列；发送的有效数据序列203记为

接收机接收到的导频数据序列202记为

接收到的有效数据序列203记为

信道频域响应记为

高斯白噪声的噪声方差记为σ。接收信号在频域上严格等同于发送信号与信道响应的乘积，那么直接在频域上补偿掉信道频域响应就能恢复发送信号。导频数据序列202段发送和接收端都已知，中间经过无线传输信道102，

那么信道估计公式为

由此可以得出恢复发送有效数据序列203的计算公式：

上述等式中，

表示傅里叶运算，

为

的共轭矩阵，I为单位矩阵，N为频域均衡的序列长度。

基于上述任一实施例，在数据信号发送之前，发送机可以对数据信号进行插入循环前缀操作，具体是指发送机分别取导频数据序列202和有效数据序列203的最后一段作为循环前缀，将循环前缀分别复制到导频序列202和有效数据序列203的起始端。通过插入循环前缀，保证在多径时延扩展的影响下，在接收机进行m数据序列201匹配处理的过程中，收到的导频序列202和有效数据序列203都在观察窗口内，不会造成数据信号的丢失。

相应地，接收机接收到数据信号后，首先对接收到的一帧数据信号进行m数据序列201的匹配处理，确定该帧的起始位置，然后往后移动一段距离(该距离与导频的长度一致)，从而基本确定导频序列202和有效数据序列203的位置。由于多径时延扩展的影响，每条径上数据到达的时间不同，选取一个导频序列和有效数据长度的滑动观察窗口和一个适合的距离值，通过设定不同值改变滑动观察窗口与该帧起始位置的距离，然后判断在该距离条件下数据的左邻域和右邻域是否满足循环移位周期性，若满足即为合适的窗口位置，滑动窗口中的数据正是一帧数据的导频数据序列202和有效数据序列203。这样可以相对准确地判断出一帧数据中导频序列202和有效数据序列203的具体位置。

发送的数据信号经过无线信道传输到接收机中，在此传输过程中可能会受到恶劣单音干扰的影响，本发明实施例的目的正是要消除该过程中叠加的单音干扰。

接收机接收到发送机发送的数据信号后，对导频数据序列202和有效数据序列203进行FFT变换，导频序列202和有效数据序列203分别从时域信号变换成频域信号，便于之后的单音干扰消除和单载波频域均衡处理。

接收机对数据信号所对应的频域信号进行单音干扰消除。数据信号在频域中表现为平滑的谱线和两个很高的谱线，这两根谱线即为单音干扰的频域表现。将频谱中该单音谱线进行置零处理，从而消除了数据信号在无线信道传播中的单音干扰。在时域中很复杂的消除单音操作在频域中可以很容易实现，本发明实施例通过对与单音干扰相对应的频谱进行处理以达到消除单音干扰的目的。

接收机对单音干扰消除后的频域信号进行单载波频域均衡操作，恢复出原始的发送数据信号。发送的导频数据序列202记为

为一段已知数据序列；发送的有效数据序列203记为

接收机接收到的导频数据序列202记为

接收到的有效数据序列203记为

信道频域响应记为

高斯白噪声的噪声方差记为σ。接收信号在频域上严格等同于发送信号与信道响应的乘积，那么直接在频域上补偿掉信道频域响应就能恢复发送信号。导频数据序列202段发送和接收端都已知，中间经过无线传输信道102，

那么信道估计公式为

由此可以得出恢复发送有效数据序列203的计算公式：

上述等式中，

表示傅里叶运算，

为

的共轭矩阵，I为单位矩阵，N为频域均衡的序列长度。

本发明实施例分别对数据信号中的导频数据序列和有效数据序列在时域和频域上进行了仿真，图3为本发明实施例提供的单音干扰消除前后导频数据序列的仿真图。如图3所示：

图3中的(a)为本发明实施例提供的单音干扰消除前导频数据序列202的时域仿真图，图3中的(b)为本发明实施例提供的单音干扰消除前导频数据序列202的频域仿真图。图3中的(c)为本发明实施例提供的单音干扰消除后导频序列202的时域仿真图，图3中的(d)为本发明实施例提供的单音干扰消除后导频序列202的频域仿真图。可以看出，本发明实施例提供的基于单载波频域均衡的抗单音干扰方法，消除了信号在无线传输过程中受到的单音干扰，保证了信号的完整性。

图4为本发明实施例提供的单音干扰消除前后有效数据序列在不同信噪比下的误码率曲线图。如图4所示：

图4中的(a)为本发明实施例提供的单音干扰消除前有效数据序列203在不同信噪比下的误码率曲线。观察可以发现单音干扰对数据信号的干扰很大，不消除单音干扰几乎不能正确恢复出原始的有效数据序列。图4中的(b)为本发明实施例提供的单音干扰消除后不同信噪比条件下有效数据203的误码率曲线，可以看出本发明实施例的抗单音干扰方法明显降低了误码率，提高了系统性能。

基于上述任一实施例，图5为本发明实施例提供的基于单载波频域均衡的抗单音干扰装置结构示意图，如图5所示，该装置包括接收模块501、消除模块502和均衡模块503；

其中，接收模块501用于接收数据信号；

消除模块502用于对数据信号所对应的频域信号进行单音干扰消除；

均衡模块503用于对单音干扰消除后的频域信号进行单载波频域均衡处理。

具体地，接收模块用于接收由发送机发出的数据信号。

消除模块，用于对数据信号进行时频变换，生成对应的频域信号，在频域中消除单音信号的恶意干扰。在时域中消除单音干扰会因为大量迭代而产生时延，将信号变换至频域则能弥补时域中抑制单音干扰的不足。消除模块在频域中可以分析数据信号的各组成部分，实现快速有效地消除单音干扰。

均衡模块，用于对单音干扰消除后的频域信号进行单载波频域均衡操作，恢复出原始的发送数据信号。一次时频转换即可同时满足单音干扰消除和单载波频域均衡处理两个任务的需求，节省了计算资源，降低了系统复杂度。

本发明实施例提供的装置用于执行上述方法，其具体的实施方式与方法的实施方式一致，此处不再赘述。

本发明实施例提供的基于单载波频域均衡的抗单音干扰装置，通过对接收的数据信号所对应的频域信号进行单音干扰消除和单载波频域均衡处理，消除了信号在无线传输过程中受到的单音干扰，保证了信号的完整性，同时充分利用了单载波频域均衡的算法优势，降低了复杂度，提高了系统性能。

基于上述任一实施例，消除模块，包括：

干扰确定单元，用于确定频域信号中的单音干扰谱线；

干扰消除单元，用于对单音干扰谱线进行置零处理。

具体地，频域信号中有效数据谱线和单音干扰谱线的表现是不同的。干扰确定单元根据谱线的表现特征，确定单音干扰谱线，干扰确定单元对单音干扰谱线进行置零处理，从而达到消除单音干扰的目的。进一步地，有效数据谱线和单音干扰谱线在频域信号中的区别主要体现为两者的高度差异，可以通过计算任一谱线及其相邻谱线之间的高度差，或者仅将任一谱线的高度与预先设定的高度阈值进行比较，从而判断该谱线是否为单音干扰谱线。

本发明实施例提供的装置用于执行上述方法，其具体的实施方式与方法的实施方式一致，此处不再赘述。

基于上述任一实施例，干扰确定单元具体用于：

将频域信号中高度大于预设门限值的谱线作为单音干扰谱线。

具体地，单音干扰也称为点频干扰，干扰信号在一个频率上发射，因此干扰信号是一个单频连续波音调。单音干扰在频域中的表现为谱线高度大于有效数据的谱线。因此，干扰确定单元可以预设合适的门限值，将频域信号中高度大于预设门限值的谱线作为单音干扰谱线。

本发明实施例提供的装置用于执行上述方法，其具体的实施方式与方法的实施方式一致，此处不再赘述。

基于上述任一实施例，消除模块包括：

数据信号所对应的频域信号包括数据信号中有效数据序列的时频转换结果，或包括数据信号中导频数据序列的时频转换结果和有效数据序列的时频转换结果。

本发明实施例提供的装置用于执行上述方法，其具体的实施方式与方法的实施方式一致，此处不再赘述。

基于上述任一实施例，均衡模块包括：

信道频域响应确定单元，用于基于单音干扰消除后的频域信号中导频数据序列的时频转换结果，以及预设导频数据序列的时频转换结果，确定信道频域响应；

原始有效数据序列确定单元，用于基于单音干扰消除后的频域信号中有效数据序列的时频转换结果，以及信道频域响应，确定原始有效数据序列。

本发明实施例提供的装置用于执行上述方法，其具体的实施方式与方法的实施方式一致，此处不再赘述。

图6为本发明实施例提供的电子设备的硬件结构图，如图6所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)601、通信接口(Communications Interface)604、存储器(memory)602和通信总线603，其中，处理器601，通信接口604，存储器602通过通信总线603完成相互间的通信。处理器601可以调用存储器602中的逻辑指令，以执行如下方法：接收数据信号；对数据信号所对应的频域信号进行单音干扰消除；对单音干扰消除后的频域信号进行单载波频域均衡处理。

此外，上述的存储器602中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本发明实施例提供的非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时上述各实施例提供的方法，例如包括：接收数据信号；对数据信号所对应的频域信号进行单音干扰消除；对单音干扰消除后的频域信号进行单载波频域均衡处理。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：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)

1.一种基于单载波频域均衡的抗单音干扰方法，其特征在于，包括：

接收数据信号；

对所述数据信号所对应的频域信号进行单音干扰消除；

对单音干扰消除后的频域信号进行单载波频域均衡处理；

所述数据信号所对应的频域信号包括所述数据信号中有效数据序列的时频转换结果，或包括所述数据信号中导频数据序列的时频转换结果和所述有效数据序列的时频转换结果；

所述对单音干扰消除后的频域信号进行单载波频域均衡处理，具体包括：

基于单音干扰消除后的频域信号中导频数据序列的时频转换结果，以及预设导频数据序列的时频转换结果，确定信道频域响应；

基于单音干扰消除后的频域信号中有效数据序列的时频转换结果，以及所述信道频域响应，确定原始有效数据序列。

2.根据权利要求1所述的基于单载波频域均衡的抗单音干扰方法，其特征在于，所述对所述数据信号所对应的频域信号进行单音干扰消除，具体包括：

确定所述频域信号中的单音干扰谱线；

对所述单音干扰谱线进行置零处理。

3.根据权利要求2所述的基于单载波频域均衡的抗单音干扰方法，其特征在于，所述确定所述频域信号中的单音干扰谱线，具体包括：

将所述频域信号中高度大于预设门限值的谱线作为所述单音干扰谱线。

4.一种基于单载波频域均衡的抗单音干扰装置，其特征在于，包括：

接收模块，用于接收数据信号；

消除模块，用于对所述数据信号所对应的频域信号进行单音干扰消除；

所述数据信号所对应的频域信号包括所述数据信号中有效数据序列的时频转换结果，或包括所述数据信号中导频数据序列的时频转换结果和所述有效数据序列的时频转换结果；

均衡模块，用于对单音干扰消除后的频域信号进行单载波频域均衡处理；

所述对单音干扰消除后的频域信号进行单载波频域均衡处理，具体包括：

基于单音干扰消除后的频域信号中导频数据序列的时频转换结果，以及预设导频数据序列的时频转换结果，确定信道频域响应；

基于单音干扰消除后的频域信号中有效数据序列的时频转换结果，以及所述信道频域响应，确定原始有效数据序列。

5.根据权利要求4所述的基于单载波频域均衡的抗单音干扰装置，其特征在于，所述消除模块，包括：

干扰确定单元，用于确定所述频域信号中的单音干扰谱线；

干扰消除单元，用于对所述单音干扰谱线进行置零处理。

6.根据权利要求5所述的基于单载波频域均衡的抗单音干扰装置，其特征在于，所述干扰确定单元具体用于：

将所述频域信号中高度大于预设门限值的谱线作为所述单音干扰谱线。

7.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至3任一项所述的基于单载波频域均衡的抗单音干扰方法的步骤。

8.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至3任一项所述的基于单载波频域均衡的抗单音干扰方法的步骤。

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