CN114584186A - 一种极化干扰盲估计与抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种极化干扰盲估计与抑制方法，包括：S1、采集中频数字信号数据，并将此采集的信号进行延时对齐；S2、将两个通道的中频实信号搬移到基带获得基带复信号；S3、通过Farrow滤波器对采样率进行调整，将采样率调整到符号数据率的整数倍；S4、将经过调整后的信号输入到RRC滤波器以消除码间的串扰后对齐；S5、盲提取出第一参考信号，通过LS算法分别对第一参考信号进行粗略校正得到第二参考信号，再进行精确校正。本发明采用自适应滤波的迭代方式估计干扰抵消模型参数，通过抵消模型可以解决战场特定区域内我方电子战干扰机不同极化天线接收模式下造成的干扰问题，保证在不同战场环境中下我方的正常通信。

Description

一种极化干扰盲估计与抑制方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种极化干扰盲估计与抑制方法。

背景技术

在雷达、通信、电子对抗和航空航天及遥控遥测等系统中，天线多采用多极化MIMO天线的形式，通过这种方式利用分集增益和复用增益来提高信道容量、降低多径衰落、提高信噪比，从而提高通信速率；然而，采用多极化MIMO天线接收时，不同极化天线的多通路之间存在串扰，串扰是造成极化天线接收通路中产生干扰的重要原因，极化干扰会降低接收端的信噪比，恶化通信质量，导致多极化MIMO天线在高通信质量方面的优势大大降低。

多极化天线接收端不存在参考信号，因此需要对多极化干扰进行盲估计并抵消，此外，为了适应不同的战场环境与需求，干扰抵消需要采用盲估计抵消的方式，以便于在多极化MIMO天线的接收端不存在参考信号时，依然能够达到较好的干扰抵消效果；多极化MIMO天线干扰抵消在现代雷达、通信及电子侦察与干扰等领域具有重要的新用途，它适用于高速飞行平台亦可应用于舰载与车载，因此，如何通过一种方式来解决不同极化天线的接收数据所存在的串扰问题，以提供接收端的信噪比和通信质量是现阶段需要考虑的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种极化干扰盲估计与抑制方法，解决了现有不同极化天线的接收数据所存在的串扰问题。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种极化干扰盲估计与抑制方法，所述方法包括：

S1、通过垂直极化天线和水平极化天线采集中频数字信号数据，并将此采集的信号输入到双通道同步模块中保持两个通道之间的延时对齐；

S2、对信号进行频偏估计，通过基带搬移模块将两个通道的中频实信号搬移到基带获得基带复信号；

S3、将基带复信号输入到采样率调整模块，通过Farrow滤波器对采样率进行调整，将采样率调整到符号速率的整数倍，实现数据符号速率整数倍的上采样；

S4、将经过调整后的信号输入到升余弦滚降滤波器以消除部分码间的串扰，对两通道信号进行卷积运算，由于双通道存在串扰，因此存在两个相关峰，选择靠前的相关峰，对齐两通道的信号；

S5、将对齐后的信号做帧定位后，从接收信号中盲提取出第一参考信号，通过LS算法分别对第一参考信号进行粗略校正得到第二参考信号，再通过LS算法对第二参考信号进行精确校正。

所述通过LS算法分别对第一参考信号进行粗略校正得到第二参考信号，再通过LS算法对第二参考信号进行精确校正具体包括：

借助LS算法，计算信道的干扰校正参数，通过计算得到的参数对第一参考信号进行粗略校正；

从粗略校正后的信号中提取出第二参考信号，进行频偏估计和补偿；

将频偏补偿后的信号输入到校正参数估计模块，通过LS算法计算信道的干扰校正参数，通过计算得到的参数对第二参考信号进行精确校正。

所述双通道同步模块进行延时对齐包括：

根据两个通道之间的相关性，将两通道信号进行卷积运算，计算出两个通道的互相关系数；

找到互相关系数的峰值点，作为两个通道的对齐点；

判断互相关系数峰值点的个数，如果存在两个峰值点，则选择两个峰值点延时中更小延时的峰值点，将两个通道进行时间同步对齐。

提取第一参考信号和第二参考信号包括：

根据接收的信号数据帧帧头保持不变的原则，从接收信号中搜索到帧头信号即为第一参考信号；

对得到的帧头信号数据采用下抽硬判决的方式获得标准帧头符号；

利用接收信号的导频在每帧中保持不变的特点从接收信号中搜索到导频信号，即为第二参考信号；

对得到的导频数据采用下抽硬判决方式获得标准导频符号。

频偏估计与相位估计及补偿：

根据接收到的帧头和导频数据与标准帧头和导频数据之间频率的共轭相乘，求得接收数据与标准数据之间的相位差，对相位差求导，得到频偏的估计值。

根据信号中以固定间隔插入的导频，将接收的导频与标准导频的共轭相乘，得到每个导频处的相位差，采用线性插值的方法对导频之间的数据相位差进行估计。

本发明具有以下优点：一种极化干扰盲估计与抑制方法，在本地不存在参考信号时，可以从接收的信号中盲提取参考信号进行参数估计，可以计算互相关系数时找到相关峰，确定两个通道之间的相对时延，从而进行时间同步对齐；使用Farrow滤波器对信号采样率进行调整，可以实现任意采样率的转换；采用线性插值法对数据相位误差进行估计；采用自适应滤波的方式估计非线性串扰校正模型的校正参数，通过校正模型可以解决战场特定区域内我方电子战干扰机不同极化天线接收模式下造成的干扰问题，保证在不同战场环境中下我方的正常通信。

附图说明

图1为本发明方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下结合附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的保护范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本发明做进一步的描述。

如图1所示，本发明具体涉及一种极化干扰盲估计与抑制方法，其主要包括以下内容：

S1、通过垂直极化天线和水平极化天线采集中频数字信号数据，并将此采集的信号输入到双通道同步模块中保持两个通道之间的延时对齐；

S2、通过基带搬移模块将两个通道的中频实信号搬移到基带获得基带复信号；

S3、将基带复信号输入到采样率调整模块，通过Farrow滤波器对采样率进行调整，将采样率调整到符号数据率的整数倍；

S4、将经过调整后的信号输入到RRC滤波器以消除码间的串扰后对齐；

S5、对对齐后的信号通过帧定位后从接收信号中盲提取出第一参考信号，借助LS算法分别对第一参考信号进行粗略校正得到第二参考信号，再通过LS算法对第二参考信号进行精确校正。

所述借助LS算法分别对第一参考信号进行粗略校正得到第二参考信号，再借助LS算法对第二参考信号进行精确校正具体包括：

借助LS算法计算信道的非线性干扰校正参数，通过计算得到的参数对第一参考信号进行粗略校正；

从粗略校正后的信号中提取出第二参考信号，进行相位估计和补偿；

将相位补偿后的信号输入到校正参数估计模块，通过LS算法计算信道的非线性干扰校正参数，通过计算得到的参数对第二参考信号进行精确校正。

1)所述双通道同步模块进行延时对齐包括：

根据两个通道之间的相关性，将两通道信号进行相关运算，计算两个通道的互相关系数；

找到互相关系数的峰值点，作为两个通道的对齐点；

判断互相关系数峰值点的个数，如果存在两个峰值点，则选择两个峰值点延时中更小延时的峰值点，将两个通道进行时间同步对齐。

2)频偏估计的方法与步骤包括：

以通道1为例，首先对信号进行载波同步，将信号的频偏看作是一个固定值；假设之前认为的载波频率为f_c，接收到的帧头复信号为：

将接收到的帧头和导频数据与标准帧头和导频的共轭做点乘：

求出y(n)的相位：

是关于n的一次函数，其斜率为

因此可以求出频偏Δf，从而可以求出真实的信号载波f_d；

3)提取第一参考信号和第二参考信号包括：

根据接收的信号数据帧帧头保持不变的原则，从接收信号中搜索到帧头信号；

对得到的帧头信号数据采用下抽硬判决的方式获得标准帧头符号，即为第一参考信号；

利用接收信号的导频在每帧中保持不变的特点从接收信号中搜索到导频信号；

对得到的导频数据采用下抽后硬判决的方式获得标准导频符号，即为第二参考信号。

4)采样率调整的操作包括：

由于原信号的采样率为非整数倍，采样率调整后将信号采样率变为整数以减小采样误差，便于对信号进行处理；

Farrow滤波器可以实现信号任意采样率之间的转换。

5)帧定位的步骤包括：

信号在经过RRC滤波后，进行帧定位处理，在数据中找到帧头的位置；

以通道一为例，将接收到的通道1信号与通道一参考帧头数据进行相关运算，找到最大相关峰的时刻，即找到通道1中某一帧数据帧头的位置，也就是该帧的起始位置。

6)非线性干扰校正的参数估计及校正的原理及步骤为：

以通道1为例，通道1的干扰抵消模型为：

其中，

为干扰抵消后的通道1信号，y₁(n)与y₂(n)为接收到的带干扰的通道1和通道2信号，h_1q与h_2q为抽头滤波器系数，Q₁与Q₂为滤波阶数，f(y₁(n-q))与f(y₂(n-q))表示y₁(n-q)与y₂(n-q)的非线性形式；

通道2的干扰抵消模型与1的类似，只是拥有不同的抽头滤波器系数h_1q与h_2q。只要计算出干扰抵消参数h_1q与h_2q，就可以根据上式得到校正后的数据；

根据公式

构建出对应方程组的矩阵，记作：

再利用前面提取出的标准参考信号(粗略校正时使用第一参考信号)的样本向量(记作x)，根据参考信号以及接收的y₁[n]与y₂[n]信号，列出线性方程组x＝Uh，其中

是系数向量；

借助LS算法，可以计算出干扰校正系数为：h＝(U^HU)^-1U^Hx，再把干扰校正系数代入到抵消模型x＝Uh中进行非线性干扰抵消，从而得到估计的

实现对信号的粗略校正。

7)粗略校正后信号仍存在时变的相位偏差，相位差估计与补偿方法包括：

只有导频(第二参考信号)处相位变化可以作为参考，数据部分相位未知；

在两个导频间采用线性插值的方法来对中间数据点的Δθ进行估计；

设理想的接收信号为：

而实际中的接收信号为：

其中，其中A₀和A是信号增益，T是采样间隔，θ₀和θ是初始相位，ft是载波频率，n表示第n个导频符号。

将接收到导频符号与参考导频的共轭做点乘：

求出y(n)的相位：

Δθ＝θ-θ₀

通过以上计算可以得到各个导频处的Δθ，虽然两导频之间数据点的Δθ未知，但由于可以在两个导频间采用线性插值的方法来对中间数据点的Δθ进行估计。

其中，Δθ_dni表示第n个导频到第n+1个导频之间，第i个数据符号的相位差估计值；L_p表示两个导频之间的数据符号数。

这样就得到了所有接收符号点与标准符号点的相位差Δθ_dni。将信号中的每个符号点乘以e^-jΔθ，即可对信号的相位差进行粗略的补偿。

8)相位补偿后进行精确校正，精确校正与粗略校正方法步骤相似：

只是此时使用的参考信号为第二参考信号，精确校正系数与粗略校正系数的计算方法相同；

借助LS算法，算得精确校正系数h′，再把干扰校正系数代入到抵消模型中进行非线性干扰抵消，从而得到精确估计的信号。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种极化干扰盲估计与抑制方法，其特征在于：所述方法包括：

S1、通过垂直极化天线和水平极化天线采集中频数字信号数据，并将此采集的信号输入到双通道同步模块中保持两个通道之间的延时对齐；

S2、对信号进行频偏估计，通过基带搬移模块将两个通道的中频实信号搬移到基带获得基带复信号；

S3、将基带复信号输入到采样率调整模块，通过Farrow滤波器对采样率进行调整，将采样率调整到符号速率的整数倍，实现数据符号速率整数倍的上采样；

S4、将经过调整后的信号输入到升余弦滚降滤波器以消除部分码间的串扰，对两通道信号进行卷积运算，由于双通道存在串扰，因此存在两个相关峰，选择靠前的相关峰，对齐两通道的信号；

S5、将对齐后的信号做帧定位后，从接收信号中盲提取出第一参考信号，通过LS算法分别对第一参考信号进行粗略校正得到第二参考信号，再通过LS算法对第二参考信号进行精确校正。

2.根据权利要求1所述的一种极化干扰盲估计与抑制方法，其特征在于：所述通过LS算法分别对第一参考信号进行粗略校正得到第二参考信号，再通过LS算法对第二参考信号进行精确校正具体包括：

借助LS算法，计算信道的干扰校正参数，通过计算得到的参数对第一参考信号进行粗略校正；

从粗略校正后的信号中提取出第二参考信号，进行频偏估计和补偿；

将频偏补偿后的信号输入到校正参数估计模块，通过LS算法计算信道的干扰校正参数，通过计算得到的参数对第二参考信号进行精确校正。

3.根据权利要求1所述的一种极化干扰盲估计与抑制方法，其特征在于：所述双通道同步模块进行延时对齐包括：

根据两个通道之间的相关性，将两通道信号进行卷积运算，计算出两个通道的互相关系数；

找到互相关系数的峰值点，作为两个通道的对齐点；

判断互相关系数峰值点的个数，如果存在两个峰值点，则选择两个峰值点延时中更小延时的峰值点，将两个通道进行时间同步对齐。

4.根据权利要求1所述的一种极化干扰盲估计与抑制方法，其特征在于：提取第一参考信号和第二参考信号包括：

根据接收的信号数据帧帧头保持不变的原则，从接收信号中搜索到帧头信号即为第一参考信号；

对得到的帧头信号数据采用下抽硬判决的方式获得标准帧头符号；

利用接收信号的导频在每帧中保持不变的特点从接收信号中搜索到导频信号，即为第二参考信号；

对得到的导频数据采用下抽硬判决方式获得标准导频符号。

5.根据权利要求2所述的一种极化干扰盲估计与抑制方法，其特征在于：频偏估计与相位估计及补偿：

根据接收到的帧头和导频数据与标准帧头和导频数据之间频率的共轭相乘，求得接收数据与标准数据之间的相位差，对相位差求导，得到频偏的估计值；

根据信号中以固定间隔插入的导频，将接收的导频与标准导频的共轭相乘，得到每个导频处的相位差，采用线性插值的方法对导频之间的数据相位差进行估计。

Images