CN105959246B - 一种抗干扰方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种抗干扰方法，基于TD‑LTE***所采用的OFDM技术的频分特性，先获取信号的最优判决门限值；接着，利用所述最优判决门限值判决TD‑LTE***的接收端接收的信号对应的频域子载波上是否存在干扰，若存在干扰，则将受干扰的子载波上承载的信号重新分配给无干扰的子载波，即重新分配无干扰的频谱资源，从而在信号传输时避开干扰，以提高信号传输的可靠性，达到抗干扰的目的。

Description

一种抗干扰方法
技术领域
本发明涉及信息技术领域，特别涉及一种抗干扰方法。
背景技术
随着TD-LTE宽带无线通信技术在智能电网，国防军事等专用领域的不断深入应用，宽带无线通信专网所面临的电磁环境也变得越来越复杂。在民用领域，由于大量不同通信***被广泛使用，导致频谱资源紧张以及电磁环境复杂等相关问题。在军事领域，当前通信干扰设备普遍采用大功率、具有可编程及同时干扰多个目标的能力。采用多个接收机，多个激励器和高功率晶体管的固态功率放大器，与高增益的天线匹配，可同时在很宽的频率范围内监控和干扰多个辐射源，能对高频、甚高频和超高频的常规通信和调频通信进行有效干扰。要保证通信***内各个节点在任何地点、任何时间都能够进行信息的可靠传输，发挥最大的通信效能，宽带无线通信专网必须具有顽强的生存能力。
在未来的实际应用场景下要保证可靠通信，必须要发展新的电磁环境快速感知技术以及抗干扰技术来应对复杂多变的电磁环境和干扰手段。同时要求宽带无线通信***对频谱感知与多层次抗干扰技术进行一体化设计，这样才能保证通信抗干扰具有针对性和实时性，保证信息在复杂电磁环境下可靠高效地传输。因此，研制基于频谱感知的抗干扰技术是当前宽带无线专网通信的迫切需要，可以保障专网通信在复杂电磁环境下工作的可靠性和有效性，是未来宽带无线通信专网的关键和核心。
现有的扩频干扰技术主要包括直扩和跳频两种方式，在实际应用时，除需要扩展频谱带宽外，还要预先生成并向各通信节点分发扩频参数，并且只有在收发双方建立同步之后才能进行通信，这种方法占用大量的频带宽度且容易带来共址干扰问题，在参与节点数较多且动态建立的通信网络中，生成并与分配扩频参数的应用方式缺乏灵活性，存在同步时间过长甚至无法同步的潜在问题，降低了通信的可靠性。此外，本领域技术人员还有采用自适应天线技术给予信号和干扰传来的方向差异，通过调整天线参数达到抗干扰的目的，但是在HF/VHF/UHF频段实现自适应天线仍然存在技术难点。
综上所述，现有传统抗干扰方法对TD-LTE***缺乏针对性和有效性，难以满足TD-LTE***抗干扰的需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗干扰方法，以解现有抗干扰方法应用于TD-LTE***时存在缺乏针对性和有效性的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种抗干扰方法，所述抗干扰方法包括：
获取信号的最优判决门限值；
利用所述最优判决门限值判决TD-LTE***的接收端接收的信号对应的频域子载波上是否存在干扰，若存在干扰，则将受干扰的子载波上承载的信号重新分配给无干扰的子载波。
可选的，在所述的抗干扰方法中，获取信号的最优判决门限值的步骤如下：
构建AWGN信道的二元检测模型并设定初始判决门限阈值；
基于所述二元检测模型及所述初始判决门限阈值获取虚警概率和检测概率，所述虚警概率为AWGN信道空闲时AWGN信道中信号的平均功率大于初始判决门限阈值的概率，所述检测概率为AWGN信道存在用户占用时AWGN信道中信号的平均功率大于初始判决门限阈值的概率；
获取增大检测概率的同时抑制虚拟概率获取的折中概率，根据所述折中概率反推的信号的平均功率作为最优判决门限阈值。
可选的，在所述的抗干扰方法中，所述AWGN信道的二元检测模型为：
Figure BDA0000972417830000031
其中，H0表示信道空闲且没有用户占用，H1表示信道有用户占用，r(t)表示信道接收的信号，x(t)表示有用信号，n(t)表示噪声信号。
可选的，在所述的抗干扰方法中，获取虚警概率采用如下公式：
Figure BDA0000972417830000032
其中，PF表示虚警概率，VT'表示初始判决门限阈值，H0表示信道空闲且没有用户占用,V0表示AWGN信道空闲时AWGN信道中信号的平均功率，
Figure BDA0000972417830000033
T表示周期，n(t)表示噪声信号，
Figure BDA0000972417830000034
h＝2Wt-i，
Figure BDA0000972417830000035
W表示带宽，n表示AWGN信道的数量。
可选的，在所述的抗干扰方法中，AWGN信道下虚警概率的表达式如下：
Figure BDA0000972417830000036
其中，PF表示虚警概率，Γ(a,b)是不完全gamma函数,a＝WT，
Figure BDA0000972417830000037
V'T表示初始判决门限阈值，W表示带宽，T表示周期。
可选的，在所述的抗干扰方法中，获取检测概率采用如下公式：
Figure BDA0000972417830000038
其中，PD表示检测概率，VT'表示初始判决门限阈值，H1表示信道有用户占用,V1表示信道存在用户占用时信号的平均功率，
Figure BDA0000972417830000039
Figure BDA00009724178300000310
N0表示信号的双边功率谱密度，
Figure BDA00009724178300000311
Figure BDA0000972417830000041
T表示周期，x(t)表示有用信号，
Figure BDA0000972417830000042
h＝2Wt-i，
Figure BDA0000972417830000043
x表示AWGN信道的数量。
可选的，在所述的抗干扰方法中，AWGN信道下检测概率的表达式如下：
Figure BDA0000972417830000044
其中，PD表示检测概率，Qu(a,b)是广义Marcum函数，u＝TＷ，
Figure BDA0000972417830000045
W表示带宽,VT表示初始判决门限阈值，T表示周期，
Figure BDA0000972417830000046
x表示AWGN信道的数量,N0表示信号的双边功率谱密度。
可选的，在所述的抗干扰方法中，利用所述最优判决门限值判决TD-LTE***接收端接收的信号对应的频域子载波上是否存在干扰的判决标准如下：
若TD-LTE***接收端接收的信号的信号平均功率大于所述最优判决门限值，则TD-LTE***接收端接收的信号对应的频域子载波上是否存在干扰；
若TD-LTE***接收端接收的信号的信号平均功率小于等于所述最优判决门限值，则TD-LTE***接收端接收的信号对应的频域子载波上是不存在干扰。
可选的，在所述的抗干扰方法中，将受干扰的子载波上承载的信号重新分配给无干扰的子载波的过程包括如下步骤：
不给受干扰的子载波分配调制符号；
将受干扰的子载波上的信号调制后映射到无干扰的子载波上。
在本发明所提供的抗干扰方法中，基于TD-LTE***所采用的OFDM技术的频分特性，先获取信号的最优判决门限值；接着，利用所述最优判决门限值判决TD-LTE***的接收端接收的信号对应的频域子载波上是否存在干扰，若存在干扰，则将受干扰的子载波上承载的信号重新分配给无干扰的子载波，即重新分配无干扰的频谱资源，从而在信号传输时避开干扰，以提高信号传输的可靠性，达到抗干扰的目的。
附图说明
图1是本发明一实施例的抗干扰方法的流程图；
图2是本发明一实施例中获取信号的最优判决门限值的流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的抗干扰方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
请参考图1，其为本发明的抗干扰方法的流程图，如图1所示，所述抗干扰方法，包括：
首先，执行步骤S1，获取信号的最优判决门限值；
接着，执行步骤S2，利用所述最优判决门限值判决TD-LTE***的接收端接收的信号对应的频域子载波上是否存在干扰，若存在干扰，则将受干扰的子载波上承载的信号重新分配给无干扰的子载波。
请参考图2对步骤S1做详细的阐述，具体的，获取信号的最优判决门限值的步骤如下：
S10：构建AWGN信道的二元检测模型并设定初始判决门限阈值；所述初始判决门限阈值是人为设定的，其精准度有待确定，即所述初始判定阈值不一定是最优的判决阈值；
S11：基于所述二元检测模型及所述初始判决门限阈值获取虚警概率和检测概率，所述虚警概率为AWGN信道空闲时AWGN信道中信号的平均功率大于初始判决门限阈值的概率，所述检测概率为AWGN信道存在用户占用时AWGN信道中信号的平均功率大于初始判决门限阈值的概率；
S12：获取增大检测概率的同时抑制虚拟概率获取的折中概率，根据所述折中概率反推的信号的平均功率作为最优判决门限阈值。
进一步地，所述AWGN信道的二元检测模型为：
Figure BDA0000972417830000061
其中，H0表示信道空闲且没有用户占用，H1表示信道有用户占用，r(t)表示信道接收的信号，x(t)表示有用信号(即确定性信号)，n(t)表示噪声信号。
能量检测器不需要主用户信号的先验知识，只需知道背景中的高斯白噪声功率，通过带通滤波器接收，计算出接收到信号的能量，根据设定的门限阈值判决信号是否存在干扰。由此可见，设定的门限阈值直接影响判决结构的判断精准度。本实施例中基于AWGN信道的二元检测模型最终获得的最优判决门限阈值需要满足：在H0时刻，信号通过能量检测器检测获得的平均功率小于所述最优判决门限阈值；在H1时刻，信号通过能量检测器检测获得的平均功率大于所述最优判决门限阈值。
本实施例中，获取虚警概率采用如下公式：
Figure BDA0000972417830000062
其中，PF表示虚警概率，VT'表示初始判决门限阈值，H0表示信道空闲且没有用户占用,V0表示AWGN信道空闲时AWGN信道中信号的平均功率，
Figure BDA0000972417830000063
T表示周期，n(t)表示噪声信号，
Figure BDA0000972417830000064
h＝2Wt-i，
Figure BDA0000972417830000065
W表示带宽，n表示AWGN信道的数量。
基于对公式(1)的分析，给出的AWGN信道下虚警概率的表达式如下：
Figure BDA0000972417830000071
其中，PF表示虚警概率，Γ(a,b)是不完全gamma函数,a＝WT，
Figure BDA0000972417830000072
V'T表示初始判决门限阈值，W表示带宽，T表示周期。
本实施例中，获取检测概率采用如下公式：
Figure BDA0000972417830000073
其中，PD表示检测概率，VT'表示初始判决门限阈值，H1表示信道有用户占用,V1表示信道存在用户占用时信号的平均功率，
Figure BDA0000972417830000074
Figure BDA0000972417830000075
N0表示信号的双边功率谱密度，
Figure BDA0000972417830000076
Figure BDA0000972417830000077
T表示周期，x(t)表示有用信号，
Figure BDA0000972417830000078
h＝2Wt-i，
Figure BDA0000972417830000079
x表示AWGN信道的数量。
基于对公式(3)的分析，AWGN信道下检测概率的表达式如下：
Figure BDA00009724178300000710
其中，PD表示检测概率，Qu(a,b)是广义Marcum函数，u＝TW,
Figure BDA00009724178300000711
W表示带宽,VT表示初始判决门限阈值，T表示周期，
Figure BDA00009724178300000712
x表示AWGN信道的数量,N0表示信号的双边功率谱密度。
基于对公式(2)及公式(4)分析可知，在虚警概率PF相同时，信噪比大的检测概率越大，也即丢失概率越小，说明感知节点的信噪比大小对检测性能有着重要影响。当SNR不变，随着虚警概率PF的增大，检测概率PD也增大，但对于认知用户来说，应该在增大检测概率的同时抑制虚警概率。所以需要在这两者之间找到一个折中，这个折中对于能量感知来说也即是寻找最优判决门限值。
本发明在能量检测器上考虑提高能量检测效率的方法的同时考虑了检测信号同时受阴影和多径衰落影响的情况，集中讨论具有噪声和干扰的频谱感知，并从折中的角度考虑多个感知用户CR(认知无线电)之间的协调和单个CR感知复杂度之间的关系，由于噪声和干扰的不确定性成为影响主用户鲁棒性检测中重要的限制，通过临近CR节点之间的协调可以减小这种不确定性，提高检测率。
较佳的，利用所述最优判决门限值判决TD-LTE***接收端接收的信号对应的频域子载波上是否存在干扰的判决标准如下：
若TD-LTE***接收端接收的信号的信号平均功率大于所述最优判决门限值，则TD-LTE***接收端接收的信号对应的频域子载波上是否存在干扰；
若TD-LTE***接收端接收的信号的信号平均功率小于等于所述最优判决门限值，则TD-LTE***接收端接收的信号对应的频域子载波上是不存在干扰。
在干扰环境下，许多干扰信号为窄带信号，针对此类窄带干扰，可以利用TD-LTE所固有的频分特性，结合频谱感知的结果，重新分配无干扰的频谱资源，从而在传输时避开干扰的子载波频点，提高传输的可靠性和***的抗干扰能力。具体的，TD-LTE***首先将整个频带资源分割为若干子频带。然后根据干扰信号的强度和带宽，确定被干扰子频带和可用子频带，然后通过频域子载波的调度技术，将可用子频带分配给各个用户，从而规避已受到干扰的子频带。换言之，
在基于最优判决门限判决出信道中信号是否存在干扰后，将受干扰的信号对应的子载波通过反馈信道发送到发射端子载波控制器，并将对应子载波上的已调制数据置零，再通过OFDM信号频谱检测出受干扰的子载波。即在TD-LTE***的发送端根据其接收反馈信道告知的受干扰子载波发送OFDM信号，将要发送的信号调制后映射到没有受到干扰的子载波上，受干扰的子载波上则不分配调制符号。
综上，在本发明所提供的抗干扰方法中，基于TD-LTE***所采用的OFDM技术的频分特性，先获取信号的最优判决门限值；接着，利用所述最优判决门限值判决TD-LTE***的接收端接收的信号对应的频域子载波上是否存在干扰，若存在干扰，则将受干扰的子载波上承载的信号重新分配给无干扰的子载波，即重新分配无干扰的频谱资源，从而在信号传输时避开干扰，以提高信号传输的可靠性，达到抗干扰的目的。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (8)

1.一种抗干扰方法，其特征在于，包括：
获取信号的最优判决门限值；
利用所述最优判决门限值判决TD-LTE***的接收端接收的信号对应的频域子载波上是否存在干扰，若存在干扰，则将受干扰的子载波上承载的信号重新分配给无干扰的子载波；
其中，获取信号的最优判决门限值的步骤如下：
构建AWGN信道的二元检测模型并设定初始判决门限阈值；
基于所述二元检测模型及所述初始判决门限阈值获取虚警概率和检测概率，所述虚警概率为AWGN信道空闲时AWGN信道中信号的平均功率大于初始判决门限阈值的概率，所述检测概率为AWGN信道存在用户占用时AWGN信道中信号的平均功率大于初始判决门限阈值的概率；
获取增大检测概率的同时抑制虚拟概率获取的折中概率，根据所述折中概率反推的信号的平均功率作为最优判决门限阈值。
2.如权利要求1所述的抗干扰方法，其特征在于，所述AWGN信道的二元检测模型为：
Figure FDA0002240287850000011
其中，H0表示信道空闲且没有用户占用，H1表示信道有用户占用，r(t)表示信道接收的信号，x(t)表示有用信号，n(t)表示噪声信号。
3.如权利要求2所述的抗干扰方法，其特征在于，获取虚警概率采用如下公式：
Figure FDA0002240287850000012
其中，PF表示虚警概率，VT'表示初始判决门限阈值，H0表示信道空闲且没有用户占用,V0表示AWGN信道空闲时AWGN信道中信号的平均功率，
Figure FDA0002240287850000021
T表示周期，n(t)表示噪声信号，
Figure FDA0002240287850000022
h＝2Wt-i，
Figure FDA0002240287850000023
W表示带宽，n表示AWGN信道的数量，N0表示信号的双边功率谱密度。
4.如权利要求3所述的抗干扰方法，其特征在于，AWGN信道下虚警概率的表达式如下：
Figure FDA0002240287850000024
其中，PF表示虚警概率，Γ(a,b)是不完全gamma函数,a＝WT，
Figure FDA0002240287850000025
V'T表示初始判决门限阈值，W表示带宽，T表示周期。
5.如权利要求2所述的抗干扰方法，其特征在于，获取检测概率采用如下公式：
Figure FDA0002240287850000026
其中，PD表示检测概率，V'T表示初始判决门限阈值，H1表示信道有用户占用,V1表示信道存在用户占用时信号的平均功率，
Figure FDA0002240287850000027
Figure FDA0002240287850000028
N0表示信号的双边功率谱密度，
Figure FDA0002240287850000029
Figure FDA00022402878500000210
T表示周期，x(t)表示有用信号，
Figure FDA00022402878500000211
h＝2Wt-i，
Figure FDA00022402878500000212
x表示AWGN信道的数量。
6.如权利要求5所述的抗干扰方法，其特征在于，AWGN信道下检测概率的表达式如下：
Figure FDA0002240287850000031
其中，PD表示检测概率，Qu(a,b)是广义Marcum函数，
Figure FDA0002240287850000032
W表示带宽,V'T表示初始判决门限阈值，T表示周期，
Figure FDA0002240287850000033
x表示AWGN信道的数量,N0表示信号的双边功率谱密度。
7.如权利要求1所述的抗干扰方法，其特征在于，利用所述最优判决门限值判决TD-LTE***接收端接收的信号对应的频域子载波上是否存在干扰的判决标准如下：
若TD-LTE***接收端接收的信号的信号平均功率大于所述最优判决门限值，则TD-LTE***接收端接收的信号对应的频域子载波上存在干扰；
若TD-LTE***接收端接收的信号的信号平均功率小于等于所述最优判决门限值，则TD-LTE***接收端接收的信号对应的频域子载波上是不存在干扰。
8.如权利要求1所述的抗干扰方法，其特征在于，将受干扰的子载波上承载的信号重新分配给无干扰的子载波的过程包括如下步骤：
不给受干扰的子载波分配调制符号；
将受干扰的子载波上的信号调制后映射到无干扰的子载波上。
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