CN113541706B - 一种基于变换域处理的窄带干扰抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于变换域处理的窄带干扰抑制方法，属于信号处理技术领域，包括以下步骤：S1：加窗重叠处理；S2：时域变换到频域；S3：干扰抑制；S4：频域变换到时域；S5：重叠复用。本发明可以最大限度的保留有用信号的能量并去除干扰，提高系统的处理增益，实现了对单频信号40dB的抗干扰性能；并采用信号加窗重叠处理，可以去掉由于加窗而扭曲较大的信号分量，保留损失很小的信号，得到较小扭曲的干扰抑制后的数据，值得被推广使用。

Description

一种基于变换域处理的窄带干扰抑制方法

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，具体涉及一种基于变换域处理的窄带干扰抑制方法。

背景技术

用户收发信机是一种常见的通信设备，用户收发信机在通信系统中的功能主要包括：对前向链路信号进行接收，包括信号的捕获、跟踪、解调译码，对外输出基带信息；对返向链路信号进行发送，接收来自基带的发送信息，经编码、调制放大后射频发送；终端具有抗干扰功能，能够以IP核的形式嵌入抗干扰模块；能够对终端自身工作状态检测并输出。

如图1所示，用户收发信机主要包括中频处理单元(基带处理单元)、射频处理单元。中频处理单元包括两组信息处理模块，其中一个信息处理模块主要完成与外部信息的接口(O接口)以及用户的外码编码，成帧、加密和加扰以及其逆过程，另一个信号处理模块主要完成对信息处理模块发送信息的内编码调制以及其逆过程，与射频处理单元的接口为F接口。射频处理单元主要完成对发送信号的上变频、功放以及接收信号的低噪声放大和下变频功能。其与中频处理单元通过F接口连接，其与天线通过A接口连接。

在接收信号时，中频处理单元需要对接收信号中的干扰信号进行抑制，以获得更好抗干扰性能，干扰信号的种类包括窄带干扰、宽带干扰、及雷达脉冲干扰。在现有的抗窄带干扰技术中，主要以变换域窄带干扰抑制为主，变换域窄带干扰抑制主要是利用通过合适的变换，将窄带干扰映射到有限的变换域子带，同时把有用信号尽可能地扩散在整个变换域中，映射成与干扰正交的、具有平坦谱特性的波形，然后判断干扰的位置和带宽，采用合适的陷波算法有效抑制干扰信号。但是现有的变换域窄带干扰抑制方法中，存在一定的不足，比如在经过抗干扰处理后的信号，有用信号存在较大程度上的能量损失，不能保证较为良好的抗干扰性能，为此，提出一种基于变换域处理的窄带干扰抑制方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：如何解决现有的变换域窄带干扰抑制方法中，存在的在经过抗干扰处理后的信号，有用信号存在较大程度上的能量损失，不能保证较为良好的抗干扰性能的问题，提供了一种基于变换域处理的窄带干扰抑制方法。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括以下步骤：

S1：加窗重叠处理

采用两路信号加窗处理通道，第一路输入为原始信号，第二路输入为原始信号N/2点的延迟信号；

S2：时域变换到频域

将经过加窗处理的两路信号通过FFT变换到频域；

S3：干扰抑制

检测出干扰的频谱位置，将对应谱线去除或进行衰减；

S4：频域变换到时域

将经过干扰抑制处理的两路信号的频谱分别通IFFT变换到时域；

S5：重叠复用

将两路信号中前后各N/4的样点抛弃，保留中间N/2样点，然后将两路信号合成后进行解扩。

更进一步地，在所述步骤S1中，加窗处理选择的窗函数为Blackman窗函数。

更进一步地，在所述步骤S3中，干扰为窄带干扰，其带宽不大于信号带宽的1/10。

更进一步地，在所述步骤S3中，选取干扰归零法来处理频域数据。

更进一步地，在所述步骤S3中，根据信号的统计特性来设置干扰抑制幅度。

更进一步地，原始信号为单频信号时，对干扰的抑制不小于40dB。

本发明相比现有技术具有以下优点：该基于变换域处理的窄带干扰抑制方法，可以最大限度的保留有用信号的能量并去除干扰，提高系统的处理增益，实现了对单频信号40dB的抗干扰性能；并采用信号加窗重叠处理，可以去掉由于加窗而扭曲较大的信号分量，保留损失很小的信号，得到较小扭曲的干扰抑制后的数据，值得被推广使用。

附图说明

图1是用户收发信机的结构示意框图；

图2是本发明实施例二中频域抗干扰算法原理图；

图3是本发明实施例二中窗函数频谱图；

图4是本发明实施例二中Blackman窗函数曲线；

图5是本发明实施例二中加窗重叠处理的原理图；

图6是本发明实施例二中加窗与重叠处理后的信号；

图7是本发明实施例二仿真分析中无干扰信号频谱图；

图8是本发明实施例二仿真分析中干扰消除前的频谱图；

图9是本发明实施例二仿真分析中干扰消除后的频谱图；

图10是本发明实施例二仿真分析中10bit位宽的ADC芯片时不同信干比下的干扰性能对比图；

图11是本发明实施例二仿真分析中12bit位宽的ADC芯片时不同信干比下的干扰性能对比图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例一

本实施例提供一种技术方案：一种基于变换域处理的窄带干扰抑制方法，包括以下步骤：

S1：加窗重叠处理

采用两路信号加窗处理通道，第一路输入为原始信号，第二路输入为原始信号N/2点的延迟信号；

S2：时域变换到频域

将经过加窗处理的两路信号通过FFT变换到频域；

S3：干扰抑制

检测出干扰的频谱位置，将对应谱线去除或进行衰减；

S4：频域变换到时域

将经过干扰抑制处理的两路信号的频谱分别通IFFT变换到时域；

S5：重叠复用

将两路信号中前后各N/4的样点抛弃，保留中间N/2样点，然后将两路信号合成后进行解扩。

在本实施例中，在所述步骤S1中，加窗处理选择的窗函数为Blackman窗函数。

在本实施例中，在所述步骤S3中，干扰为窄带干扰，其带宽不大于信号带宽的1/10。

在本实施例中，在所述步骤S3中，选取干扰归零法来处理频域数据。

在本实施例中，在所述步骤S3中，根据信号的统计特性来设置干扰抑制幅度。

在本实施例中，原始信号为单频信号时，对干扰的抑制不小于40dB。

实施例二

由于变换域处理是一种开环自适应干扰抑制技术，可同时处理接收信号中的多个窄带干扰，并且能对干扰的统计特性变化做出快速反应，同时时域复杂的滤波在变换域表现为简单的相乘运算，时域无法实现的理想滤波器传递函数，如理想带通、带阻滤波器等，也可以方便的在变换域实现。一般而言，变换域处理技术相比时域自适应滤波具有更好的抗窄带干扰效果

本实施例提供了一种基于变换域处理的窄带干扰抑制方法，主要包括以下内容：

1)、频域抗干扰原理

如图2所示，为本实施例中的频域抗干扰算法原理图。窄带干扰相对于扩频信号的能量集中在很窄的频带内，所以可以先将混合信号(输入信号X(n)与窄带干扰信号W(n))变换到频域(存在频谱泄露)，检测出干扰的频谱位置(即门限设置)，将这些谱线去掉或进行衰减(即干扰消除算法)，最后通过反变换还原成时域信号再进行解扩。

在本实施例中，扩频信号采用直接序列扩频通信技术获得，直接序列扩频通信技术采用伪随机码实现信号频谱的扩展与恢复。

2)、窗函数选择

实际的信号处理按照数据段来完成，存在比较严重的频谱泄漏。在不加窗时，FFT变换的第一旁瓣衰减量只有-13dB，使得窄带干扰信号对临近频带内的有用信号造成严重的“污染”，必须对信号进行加窗处理。

窗函数的添加平滑了接收信号边沿变化，同时造成的有用信号的能量损失，因此窗函数的选择需要在SNR性能下降和单音频谱扩展之间折中。

考虑到这里主要针对强干扰下的抑制方法，所以要求旁瓣抑制要高。考虑到工程实现，我们初步选定Hamming窗和Blackman窗。如图3所示，给出了Hamming窗与Blackman窗的频谱图，图3中纵轴为幅度/dB,横轴是归一化频率。

根据图3可知，Hamming窗旁瓣抑制为-42.5dB，引入的信噪比损失为1.36dB，Blackman窗旁瓣抑制为-40dB，引入的信噪比损失为2.4dB。为了尽可能的提高系统抗窄带干扰能力，这里选取Blackman窗在FFT(快速傅里叶变换)前对混合信号预处理。

3)、重叠加窗频域抗干扰

如图4所示，给出了Blackman窗函数的时域波形及其对数形式，图4a与图4b中横轴均为采样点，图4a纵轴表示归一化系数，图4b中纵轴表示取对数。

根据图4可知，加窗后的接收信号的幅度被扭曲，特别在窗函数边沿，对信号的抑制超过了50dB。为了在强干扰抑制的前提下保证接收信号的质量，在本实施例中采用信号加窗重叠处理。

信号加窗重叠处理的实现原理图如图5所示，采用两路信号处理通道，第二路的输入为原始信号N/2样点的延迟信号，两路进行变换处理之后，把前后各N/4的样点抛弃，保留中间N/2样点(因为对第二路信号进行延时处理，如果不进行样点抛弃，无法保证数据的正确性)，然后将两路信号合成，这样就去掉由于加窗而扭曲较大的信号分量，保留损失很小的信号，得到较小扭曲的干扰抑制后的数据。

为直观起见，在本实施例中考虑只输入单频正弦信号，取512点(N＝256)，延时N/2，其示意图如图6所示，图6中横轴为采样点，纵轴为幅度/dB。

4)、干扰消除方法及门限选择

目前，干扰消除算法主要有干扰归零算法、干扰钳位算法、干扰衰减算法等。

当干扰信号较强时，采用归零法和钳位法都可以达到较高的处理增益。钳位法要求具有信号的先验信息，根据信号特征对判定为干扰的频率点钳位到实际信号能量。衰减法属于对干扰较弱情况下，通过衰减滤波器对干扰信号衰减，降低干扰对信号的影响，一定程度上通过大量计算可以达到归零法和钳位法的处理增益，优点是保留了信号中部分信息。

考虑到终端实际实现过程中资源问题和先验信息估算等问题，我们选取干扰归零法来处理频域数据。

根据经验，干扰和信号是时变的，为了尽可能的抑制干扰，保证接收信号的信噪比，需要根据接收信号的统计特性来设置干扰抑制幅度(门限)。

5)、仿真分析

51)、基本仿真

根据以上选取条件，对抗干扰性能进行仿真，仿真条件如下。采用GOLD码，码长1023位，码速率10Mbps，信号采样速率20MHz。未加入噪声信号时的频谱如图7所示。

根据定义，窄带干扰的带宽不大于信号带宽的1/10，即窄带干扰带宽小于2MH。考虑到干扰信号类型未知，这里假设窄带干扰为窄带随机白噪声。在叠加窄带干扰后，信号频谱图如图8所示。

采用上述论述的门限选择方式，采用干扰归零法滤除干扰信号后频谱如图9所示。

结合上述选取条件对本实施例中频域抗干扰方法进行仿真，由于采用相当于有用信号的判别门限的干扰归零算法，故几乎可以完全滤除干扰信号所在频点。消除后干扰信噪比保持在-12dB，即为灵敏度点上有用信号与底噪声能量之比。此算法可以最大限度的保留有用信号的能量并去除干扰，提高系统的处理增益。同时也对频带内信号一同滤除，对输出信号带来极小损失，但能够完全满足指标要求。当干扰带宽大于2MHz时，相对于直扩信号不再是一个窄带干扰，算法带来的信号损失不可忽略，不能完全满足指标要求。

52)、AD采样位数对抗干扰性能的影响仿真

ADC采样位数同样影响系统的抗干扰能力，AD采样位数越宽，接收信号的动态范围越大，系统理论的抗干扰能力就越大。

在本实施例中，仿真了系统采用不同位宽的ADC芯片时，不同信干比下系统的性能，如图10、图11所示(图10、图11最下方的无标识曲线为理想曲线)，其中干扰消除门限采用自适应调整策略。

显然，为了保证系统强干扰下的性能，ADC的位数应大于12bit，考虑到实际实现的性能损失，ADC的位数还应当更宽。

综上所述，上述实施例的基于变换域处理的窄带干扰抑制方法，可以最大限度的保留有用信号的能量并去除干扰，提高系统的处理增益，实现了对单频信号40dB的抗干扰性能；并采用信号加窗重叠处理，可以去掉由于加窗而扭曲较大的信号分量，保留损失很小的信号，得到较小扭曲的干扰抑制后的数据，值得被推广使用。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (5)

1.一种基于变换域处理的窄带干扰抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：加窗重叠处理

采用两路信号加窗处理通道，第一路输入为原始信号，第二路输入为原始信号N/2点的延迟信号；

S2：时域变换到频域

将经过加窗处理的两路信号通过FFT变换到频域；

S3：干扰抑制

检测出干扰的频谱位置，将对应谱线去除或进行衰减；

S4：频域变换到时域

将经过干扰抑制处理的两路信号的频谱分别通过IFFT变换到时域；

S5：重叠复用

将两路信号中前后各N/4的样点抛弃，保留中间N/2样点，然后将两路信号合成后进行解扩；

原始信号为单频信号时，对干扰的抑制不小于40dB。

2.根据权利要求1所述的一种基于变换域处理的窄带干扰抑制方法，其特征在于：在所述步骤S1中，加窗处理选择的窗函数为Blackman窗函数。

3.根据权利要求2所述的一种基于变换域处理的窄带干扰抑制方法，其特征在于：在所述步骤S3中，干扰为窄带干扰，其带宽不大于信号带宽的1/10。

4.根据权利要求3所述的一种基于变换域处理的窄带干扰抑制方法，其特征在于：在所述步骤S3中，选取干扰归零法来处理频域数据。

5.根据权利要求4所述的一种基于变换域处理的窄带干扰抑制方法，其特征在于：在所述步骤S3中，根据信号的统计特性来设置干扰抑制幅度。

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