CN102263574B - 一种通信***中窄带干扰检测抑制方法、装置和接收机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种宽带扩频通信***中干扰检测抑制方法，包括：步骤1，对接收信号进行分组缓存处理，得到接收信号向量；步骤2，检测接收信号向量是否存在窄带干扰，若存在，转到步骤3；若不存在，转到步骤5；步骤3，计算自相关P矩阵；步骤4，采用自相关P矩阵对接收信号向量做线性变换，得到窄带干扰抑制后接收信号向量；步骤5，对窄带干扰抑制后接收信号向量做功率归一化处理，得到功率调整后接收信号向量；步骤6，将功率调整后接收向量信号恢复为正常接收码片信号。本发明还提供一种窄带干扰检测抑制装置和接收机。通过本发明提供窄带干扰检测抑制方法、装置和接收机，能有效地检测并抑制多种窄带干扰，具有复杂度低、鲁棒性强。
Description
技术领域
本发明属于宽带扩频通信***领域，特别是涉及一种宽带扩频通信***中窄带干扰检测抑制方法、装置和接收机。
背景技术
宽带扩频通信***是现阶段应用最为广泛的数字通信***之一，具有抗多径能力强、发射功率低、低截获率等多种优势。窄带干扰(如单音干扰、窄带数字干扰等)是目前宽带扩频通信***中存在的一种主要干扰，如图1所示为宽带扩频通信***与窄带***频谱交叠示意图，由图1中可知，宽带信号和窄带信号的频谱存在交叠，因此***相互之间会产生频谱干扰。
现有的窄带干扰抑制技术可分为以下三类：
(1)时域预测技术：将接收信号中的宽带扩频信号看做时间上不相关的随机信号，是不可预测的。而其中的窄带干扰由于时间上具有较强相关性，因而是可预测的，由此设计自适应滤波器，由***过去时刻的输入预测***当前的输入，而将***当前实际输入值当做自适应滤波器的期望输出，得到的预测误差即为宽带扩频信号。时域预测技术是基于窄带干扰可预测的假设进行设计的，在窄带干扰为数字信号时，这种假设常常是不满足的，所以时域预测技术对数字窄带干扰抑制的性能较差。而且宽带扩频信号并不是随机的，所以为了达到较好的抑制性能，预测技术必须引入非线性的修正函数，这将加大***开销。
(2)变换域抑制技术：从频域上来看，宽带扩频信号的功率分布在较宽的一段频谱上，而窄带信号的功率分布则相对集中，由此可通过DFT(离散傅里叶变换)将接收信号变换到频域，对其中幅度过大的谱线做删除或裁减处理，再通过IDFT(反离散傅里叶变换)将其反变换到时域，由此达到干扰抑制的目的。变换域技术存在的问题是频谱泄露及有用信号丢失。通过加窗的方法可以一定程度来抑制频谱泄露，但加窗的同时又造成了有用信号的失真。由于变换域方法是通过删除和裁减过大谱线的方法来抑制干扰，因此有用信号不可避免的在抑制过程中受到损失，在窄带干扰为单音干扰或线性调频信号时，这种损失可以忽略，但是当窄带干扰为带宽相对较大的AR随机过程或数字信号时，谱线处理造成的有用信号损失会对***性能造成很大影响。
(3)码辅助干扰抑制技术：窄带干扰可以视作多个宽带扩频用户信号的叠加，由此可利用多用户检测的方法对其进行抑制。码辅助技术利用如MMSE这样的多用户检测技术进行窄带干扰抑制。码辅助技术分为固定码辅助技术和自适应码辅助技术，前者适用于干扰信号统计特性已知的情况，后者适用于干扰信号未知的情况。固定码辅助技术需要干扰信号的先验信息，在实际***中不便实现。而自适应码辅助技术的性能并不理想，且在对维数为扩频因子的自相关矩阵做处理时运算量过大。另外码辅助技术都需要在接收信号已同步的情况下进行，在强干扰存在情况下***常常无法顺利同步。
经研究发现，在宽带扩频通信***存在干扰的情况下，采用窄带干扰抑制模块可以明显提升***性能，但是，当没有窄带干扰存在时，干扰抑制模块会存在有如下两个问题：(1)增加***的复杂度；(2)对***性能的提升没有帮助。上述问题限制了窄带干扰抑制技术的实际应用，所以，有必要研究一种窄带干扰检测抑制的方案，解决干扰抑制技术的实际应用问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种宽带扩频通信***中窄带干扰检测抑制方法、装置和接收机，能有效地检测并抑制多种窄带干扰的同时具有复杂度低、鲁棒性强。
为解决以上技术问题，本发明提供一种宽带扩频通信***中干扰检测抑制方法，包括，
步骤1，对接收信号进行分组缓存处理，得到接收信号向量；
步骤2，检测接收信号向量是否存在窄带干扰，若存在，转到步骤3；若不存在，转到步骤5；
步骤3，计算自相关P矩阵；
步骤4，采用自相关P矩阵对接收信号向量做线性变换，得到窄带干扰抑制后的接收信号向量；
步骤5，对窄带干扰抑制后的接收信号向量做功率归一化处理，得到功率调整后的接收信号向量；
步骤6，将功率调整后的接收向量信号恢复为正常接收码片信号。
进一步地，所述步骤2具体包括：
步骤21，线性变换，得到系数矩阵；
步骤22，对得到的系数矩阵进行SVD分解，求出奇异值；
步骤23，取奇异值中的最大值和最小值求商后与门限值做对比判定是否存在窄带干扰。
进一步地，所述步骤23具体包括：
取奇异值中最大值和最小值求商，把商值和门限值进行比较，如果商值不超过门限值，则判定没有干扰存在；如果商值超过门限值，则判定有干扰存在。
进一步地，所述步骤3中，采用以下方式计算自相关P矩阵：
取P＝A-1或P＝(Aj+βI)-1，其中，A表示M维接收向量的自相关矩阵；Aj表示M维干扰向量的自相关矩阵；I表示M维单位矩阵；β≥0，典型取值为0或σ2，σ2表示白噪声功率；(·)-1表示矩阵的逆。
为解决以上技术问题，本发明提供一种宽带扩频通信***中干扰检测抑制装置，包括：组帧模块、计算矩阵P模块、干扰抑制控制模块、干扰抑制模块、功率归一化模块、采样恢复模块，
所述组帧模块，对经过的频谱交叠信号进行缓存处理，组成一个接收信号向量，送入所述计算矩阵P模块；
所述计算矩阵P模块，通过干扰检测判定是否存在干扰，并根据检测结果输出控制信号给所述干扰抑制控制模块，以及计算得到接收信号向量的自相关矩阵P；
所述干扰抑制控制模块，根据所述计算矩阵P模块输出的控制信号决定是否开启干扰抑制模块；
所述干扰抑制模块，对得到得接收信号向量自相关矩阵P进行干扰处理，得到干扰抑制后的信号；
所述功率归一化模块，对干扰抑制后的信号进行功率归一化处理，送入采样恢复模块；
所述采样恢复模块，将经过干扰抑制处理后的接收信号向量恢复为正常的接收信号。
进一步地，所述计算P矩阵模块包括：线性变换单元、奇异值分解单元、判定单元、矩阵求逆单元，
所述线性变换单元，对接收信号向量进行线性处理；
所述奇异值分解单元，在求逆过程中，分解出奇异值；
所述判定单元，根据分解的奇异值判定是否存在干扰，输出控制信号；
所述矩阵求逆单元，对奇异值分解单元输出的矩阵进行求逆处理。
为解决以上技术问题，本发明提供一种接收机，包括干扰检测抑制装置、解调装置，
所述干扰检测抑制装置，对基带接收信号进行检测判断是否存在干扰，并对存在干扰进行线性变化，得到干扰抑制后的基带接收信号；
所述解调装置，对干扰抑制后的基带接收信号进行解扩和逆映射处理，得到比特级数据。
进一步地，所述接收机进一步包括匹配滤波装置，用于对基带接收信号进行匹配滤波器处理，得到滤波器处理后的接收信号，送入所述干扰抑制装置。
进一步地，所述接收机进一步包括扰码发生器和扩频码发生器，
所述扰码发生器，用于产生解扰所需的伪码，干扰抑制后的基带接收信号进行解扰处理后得到码片级数据；
所述扩频码发生器，用于产生解扩所需的码片，码片级数据经过解扩处理得到符号级数据，送入解调装置。
进一步地，所述接收机进一步包括信宿装置，用于将接收解调装置的比特数据与发射的比特级数据进行比较，计算误码率。
与现有技术相比，本发明的宽带扩频通信***中窄带干扰检测抑制方法、装置和接收机，解决了码辅助技术在接收信号统计特性未知情况下采用盲检测技术精度有限造成干扰抑制效果较差问题，能有效地检测并抑制多种窄带干扰，同时具有复杂度低、鲁棒性强；降低了在频率选择性衰落信道情况下码辅助技术基于每个期望用户生成检测向量的复杂度；并采用长码的扩频方案，使本发明能够应用于第三代移动通信中的TD-SCDMA，WCDMA***等。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为现有宽带扩频通信***与窄带***频谱交叠示意图；
图2为本发明实施例的宽带扩频通信***基带接收机结构图；
图3为本发明实施例的干扰检测抑制装置的结构图；
图4为本发明实施例的计算矩阵P模块的结构图；
图5为本发明实施例的干扰检测抑制方法流程图；
图6为本发明实施例在GSM&WCDMA交叠***示意图；
图7为本发明实施例在GSM&WCDMA交叠***的性能对比图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图2所示，为本发明实施例的宽带扩频通信***基带接收机结构图。该接收机包括：扰码发生器1、扩频码发生器2、匹配滤波装置3、干扰检测抑制装置4、解调装置5、信宿装置6。其中：
所述匹配滤波装置3，对基带接收信号做匹配滤波器处理，消除带外干扰和噪声，得到滤波器处理后的接收信号r(n)
r(n)＝s(n)+j(n)+n(n) (式1)
其中，r(n)为接收信号；s(n)为期望的宽带扩频用户信号；j(n)为窄带干扰，例如单音干扰，调频干扰，数字窄带干扰等；n(n)为高斯白噪声。
所述干扰检测抑制装置4，对经过匹配滤波器处理后的基带接收信号进行检测判断是否存在干扰，并对存在干扰进行线性变化，得到干扰抑制后的基带接收信号；
所述扰码发生器1，用于产生解扰所需的伪码，干扰抑制后的基带接收信号进行解扰处理后得到码片级数据；
所述扩频码发生器2，用于产生解扩所需的码片，码片级数据经过解扩处理得到符号级数据，送入解调装置5；
所述解调装置5，对基带码片级的数据进行解扩和逆映射处理，得到比特级数据；
所述信宿装置6，将接收解调装置5的比特数据与发射的比特级数据进行比较，计算误码率。
图3为根据本发明实施例提出一种干扰检测抑制装置4的详细结构图，该装置用于宽带扩频通信***中，包括：组帧模块41、计算矩阵P模块42、干扰抑制控制模块43、干扰抑制模块44、功率归一化模块45、采样恢复模块46；
所述组帧模块41，对经过的频谱交叠信号进行缓存处理，组成一个接收信号向量，送入所述计算矩阵P模块42。具体如下：
将接收信号r(n)按照每M个码片一组组合为成M维2560/M列的接收矩阵R。
所述计算矩阵P模块42，通过干扰检测判定是否存在干扰，并根据检测结果输出控制信号给干扰抑制控制模块43，以及计算得到接收信号向量的自相关矩阵P。具体为：如果存在干扰，则通过矩阵求逆得到接收信号向量的自相关矩阵P，输出打开干扰抑制控制模块43的控制信号，若不存在干扰，输出关闭干扰抑制控制模块的控制信号。
如图4所示，本发明实施例提供的一种计算矩阵P模块42，该计算矩阵P模块42包括：线性变换单元421，奇异值分解(SVD，Singular Value Decomposition)单元422、判定单元423，矩阵求逆单元424。
所述线性变换单元421，对接收信号向量进行线性处理；
所述奇异值分解单元422，在求逆过程中，通过SVD分解法分解出奇异值；
所述判定单元423，根据分解出的奇异值判定是否存在干扰，输出控制信号；
所述矩阵求逆单元424，对奇异值分解单元422输出的矩阵进行求逆处理。
所述干扰抑制控制模块43，根据所述计算矩阵P模块42输出的控制信号决定是否开启干扰抑制模块44，当存在干扰时开启干扰抑制模块44，不存在干扰时不开启干扰抑制模块44；
所述干扰抑制模块44，通过求逆得到接收信号向量的自相关矩阵P，送入到乘法器与接收矩阵R进行相乘处理，得到干扰抑制后的信号R％。
R％＝PR (式2)
所述功率归一化模块45，对干扰抑制后的信号进行功率归一化处理，送入采样恢复模块。具体如下：所述的功率归一化模块，对干扰抑制后的信号进行功率归一化处理，
r％＝r％/(1-λ) (式3)
所述采样恢复模块46，将经过干扰抑制处理后的接收信号向量恢复为正常的接收信号。具体如下：将经过干扰抑制处理后的接收信号向量r％[k]恢复为正常的接收码片信号
其中， 表示对标量向下取整，r％ i表示向量r％的第i个元素。
图5是根据本发明的实施例提供的一种宽带扩频通信***中窄带干扰检测抑制方法的流程图，包括以下步骤：
步骤1，对接收信号进行分组缓存处理，得到接收信号向量；
步骤2，检测接收信号向量是否存在窄带干扰，若存在干扰，转到步骤3；若不存在干扰，转到步骤5；具体包括：
步骤21，线性变换，得到系数矩阵。方法如下：
对接收矩阵R做线性变换，得到系数矩阵A，即：
AM,M＝RM,2560/MQ2560/M,M (式5)
其中，Q2560/M,M＝βRH M,2560/M，RH M,2560/M为接收矩阵RM,2560/M的转置，β为信道增益，
步骤22，对得到的系数矩阵A进行SVD分解，求出奇异值。方法如下：
对系数矩阵A做SVD分解，得到M维的方阵U和V，以及M维的奇异值向量Λ＝(a1，…，aM)。
步骤23，取奇异值中的最大值和最小值求商后与门限值做对比，判定是否存在窄带干扰。方法如下：
取奇异值向量的M个元素中最大值和最小值求商，把商值和门限值Φ进行比较，如果商值不超过门限值Φ，则判定没有干扰存在，转到步骤5；如果商值超过门限值，则判定有干扰存在，进行干扰抑制，转到步骤3。
步骤3，计算自相关矩阵P，取P＝A-1或P＝(Aj+βI)-1，其中，A表示M维接收信号向量的自相关矩阵；Aj表示M维干扰向量的自相关矩阵；I表示M维单位矩阵；β≥0，典型取值为0或σ2，σ2表示白噪声功率；(·)-1表示矩阵的逆。本实施例中，以P＝A-1为例进行说明如何求解自相关矩阵P，方法如下：
方阵U和V已由SVD求出，对奇异值向量Λ＝(a1，…，aM)求倒数，得到把里面的M个元素用对角阵函数构成对角矩阵，即得到根据公式A-1＝VΣ-1UH，计算出A-1，即可得到自相关矩阵P。
步骤4，采用自相关P矩阵对接收信号向量做线性变换，得到窄带干扰抑制后的接收信号向量；
步骤5，对窄带干扰抑制后的接收信号向量做功率归一化处理，得到功率调整后的接收信号向量；
步骤6，将功率调整后的接收向量信号恢复为正常接收码片信号。
图6为本发明一个GSM&WCDMA交叠***实施例；由图5中可知，GSM信号和UMTS信号的频谱存在交叠，因此相互之间会产生频谱干扰，这将导致上下行接收信号互相干扰，覆盖和容量缩水严重，更严重的将导致***不可用。本发明可以在抑制干扰同时不损失有用信号，解决上述频谱交叠的问题。
图7为本发明在GSM&WCDMA交叠***的性能对比图，图6可以看出，本发明在高信干比下干扰抑制能力明显，且优于传统的频域陷波技术。同时，本发明还具有复杂度低和不受扰码约束特点，在现实的WCDMA***中更具有实用性，在不影响现有接收机结构的前提下，单纯的增加一个干扰抑制模块，即可对多个GSM的干扰起到良好的抑制作用。
本发明的技术不限于只处理WCDMA和GSM频谱交叠配置情况，还可以处理GSM&CDMA配置情况。
上述说明示出并描述了本发明的一个优选实施例，但如前所述，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，并能够在本文所述发明构想范围内，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 (9)
1.一种宽带扩频通信***中干扰检测抑制方法，其特征在于，包括，
步骤1，对接收信号进行分组缓存处理，得到接收信号向量；
步骤2，检测接收信号向量是否存在窄带干扰，若存在，转到步骤3；若不存在，转到步骤5；
步骤3，计算自相关P矩阵；
步骤4，采用自相关P矩阵对接收信号向量做线性变换，得到窄带干扰抑制后的接收信号向量；
步骤5，对窄带干扰抑制后的接收信号向量做功率归一化处理，得到功率调整后的接收信号向量；
步骤6，将功率调整后的接收向量信号恢复为正常接收码片信号。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：
步骤21，线性变换，得到系数矩阵；
步骤22，对得到的系数矩阵进行SVD分解，求出奇异值；
步骤23，取奇异值中的最大值和最小值求商后与门限值做对比判定是否存在窄带干扰。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤23具体包括：
取奇异值中最大值和最小值求商，把商值和门限值进行比较，如果商值不超过门限值，则判定没有干扰存在；如果商值超过门限值，则判定有干扰存在。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中，采用以下方式计算自相关P矩阵：
取P＝A-1或P＝(Aj+βI)-1，其中，A表示M维接收向量的自相关矩阵；Aj表示M维干扰向量的自相关矩阵；I表示M维单位矩阵；β≥0，典型取值为0或σ2，σ2表示白噪声功率；(·)-1表示矩阵的逆。
5.一种宽带扩频通信***中干扰检测抑制装置，其特征在于，包括：组帧模块、计算矩阵P模块、干扰抑制控制模块、干扰抑制模块、功率归一化模块、采样恢复模块，
所述组帧模块，对经过的频谱交叠信号进行缓存处理，组成一个接收信号向量，送入所述计算矩阵P模块；
所述计算矩阵P模块，通过干扰检测判定是否存在干扰，并根据检测结果输出控制信号给所述干扰抑制控制模块，以及计算得到接收信号向量的自相关矩阵P；
所述干扰抑制控制模块，根据所述计算矩阵P模块输出的控制信号决定是否开启干扰抑制模块；
所述干扰抑制模块，对得到得接收信号向量自相关矩阵P进行干扰处理，得到干扰抑制后的信号；
所述功率归一化模块，对干扰抑制后的信号进行功率归一化处理，送入采样恢复模块；
所述采样恢复模块，将经过干扰抑制处理后的接收信号向量恢复为正常的接收信号。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述计算P矩阵模块包括：线性变换单元、奇异值分解单元、判定单元、矩阵求逆单元，
所述线性变换单元，对接收信号向量进行线性处理；
所述奇异值分解单元，在求逆过程中，分解出奇异值；
所述判定单元，根据分解的奇异值判定是否存在干扰，输出控制信号；
所述矩阵求逆单元，对奇异值分解单元输出的矩阵进行求逆处理。
7.一种接收机，其特征在于，包括干扰检测抑制装置、扰码发生器、扩频码发生器和解调装置，
所述干扰检测抑制装置，对基带接收信号进行检测判断是否存在干扰，并对存在干扰进行线性变化，得到干扰抑制后的基带接收信号；
所述扰码发生器，用于产生解扰所需的伪码，所述干扰抑制后的基带接收信号进行解扰处理后得到码片级数据；
所述扩频码发生器，用于产生解扩所需的码片，所述码片级数据经过解扩处理得到符号级数据，送入所述解调装置；
所述解调装置，对所述符号级数据进行解扩和逆映射处理，得到比特级数据。
8.如权利要求7所述的接收机，其特征在于，进一步包括匹配滤波装置，用于对所述基带接收信号进行匹配滤波器处理，得到滤波器处理后的接收信号，送入所述干扰检测抑制装置。
9.如权利要求7所述的接收机，其特征在于，进一步包括信宿装置，用于将接收所述解调装置的所述比特数据与发射的比特级数据进行比较，计算误码率。
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| CN102263574A (zh) | 2011-11-30 |
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